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中国精密机床行业仍需“爬坡过坎”

2020-03-29

20155月国务院印发《中国制造2025》,这是我国实施制造强国战略首个十年的行动纲领。我分三个阶段做了路线图:第一个阶段,我国要从第三方阵走向第二方阵;第二个阶段,我国成为第二方阵的前列;第三个阶段,可以走向第一方阵。

方阵是根据制造业的经济总量、质量效益,产业结构以及可持续发展能力来排列的。其中又分了很多细分指标,2014年~2015年我国制造业分数约为89分,同时期的日本、德国约为107分和108分,而美国分数超过110分,就此划分了三个阵营。

目前,我国已实施十六项重大科技专项,其中的一项就是“高档数控机床与基础制造装备”。过去十几年来,该专项的实施给我国数字化制造打下了概念和基础,使我们拥有了自己的高档数控系统,可以制造出高速精密和五轴联动的数控机床,我国的中高档装备水平得到很大的提升。

以十大标志性的装备为代表,我国实现了从无到有的突破。比如花纹增压机使我国的飞机制造业实现国际生产,形成了批量化制造的基础;大型的冲压机床让我国实现了汽车覆盖件的制造能力,这一生产线达到国际先进水平甚至领先水平。目前,我国已有9条生产线装配至美国的汽车制造企业,占据整个国际市场的70%。

在航空航天领域所需要的关键制造装备,也基本上实现自主可控。不过,在制造效率和精度、保质性、可靠性方面,与国际先进水平还有一定的差距。

在专项实施之前,船用曲轴加工对我国而言是一个“卡脖子”的问题。一根曲轴就代表了一条大船,而现在这一装备已经完全可以实现自主生产,支持了我国船舶制造。

我国制造的高档数控系统从占据国内市场的不到1%,提高至目前的7%。专项预计到2020年,这一数字可以达到15%~20%。而且,在功能部件方面国产占有率已达到20%,为我国机床行业的发展奠定了充分的基础。国产的超精密装备支持了我国的声光工程,这也是花钱买不来的。

而在机器人生产中,我国所开发的关键减速器生产线已完全实现国产化。原本,我国生产制造机器人需要进口许多关键的零部件,结果导致机器人价格比直接进口的还要贵。

在航空航天方面,国内企业也做出突出的贡献。例如航天三院的三条生产线均实现国产,采用了国产的数控系统和国产的机床,所制造的火箭发动机关键器件质量非常好。

此外,一些民营企业也在专项的支持下得到了很好的发展。比如大连光洋的数控系统已经发展到五轴联动的数控机床应用,做得就非常好。新近该公司又建造了一个20万平方米的地下车间,来保证机床的精度。

但是,目前我国在工作母机的制造方面与国外相比还有很大的差距。该领域也是世界先进国家竞争的制高点,如今全球各国都在推进智能制造,美国确定的是“工业互联网”,德国是“工业4.0”,而我国就是“中国制造2025”。

我国机床行业属于正向第二梯队迈进,或已经迈入第二梯队门槛的发展阶段,但仍然还处于爬坡过坎的时期。因此,要继续关注高端领域的攻关——因为这是国之重器,必须掌握在自己手里。这也是工业的基础,关系到我国很多战略性新兴产业的发展。

以超精密机床为例。大型具备国际先进水平的机床,已达到4谬(μm)的定位精度,而超精密机床则达到0.1个纳米的精度。比如德国蔡司公司生产的超精密机床就是7纳米芯片光刻机的核心器件,即光学镜头组的加工母机。我国的“卡脖子”实际上就卡在这里,导致光学镜头组造不出来,7纳米的生产线目前仍然无法制造生产。

这种大型机床虽然定位精度为4谬米,但效率仍然非常高。我国目前在航空航天领域所使用的加工机床,效率仅为30%左右,但德国机床却基本上可以达到90%以上的效率。

在信息化时代,德国在一个星期内就能将70多家厂家的几百台机床全部实现联网;西门子公司也声称今后不再靠硬件赚钱,而将依靠数据支撑去赚钱。可见当前商业模式已经改变,这就是智能制造时代的新变化。

对功能母机而言,将很多工序集成在一个工件上,改变了以前机床的模式。以前的机床是每一道机床只加工一序,工件在序之间流动。而现在的机床集中在一台之上,然后为一个工件完整地进行加工服务。

我们进入智能制造时代后,母机的工作基础一是机器人,一是智能机床,以及智能机床和机器人之间组成的智能生产线。那么,如果能够提高效率、提高制造的质量2~3倍,对提高我国的产品质量、价值都具有非常重大的意义。

不过在智能制造时代,制造的基础也从基础材料、基础工艺和基础零部件,转向新的基础,即传感器、大数据和工业控制软件。智能制造和制造大数据,可以在设计、制造、运行和服务中得到很好的效益。

比如大数据可以帮助工艺的优化,可以从千家万户的加工案例、加工经验中去分析。比如什么样的工件放在什么样的机床上、有什么要的要求、应该采取什么样的工艺等。事实上,我们没法对制造过程给出精确的数据模型,没法去判断什么样的工艺能得到什么样的结果。但可以从非常多的案例和大数据中,总结出不同的影响因素,建立起一个精确的模型,而这就是大数据的作用

数据不仅能够制定优化的工艺,而且还可以改进工作母机的设计。我国很多传统的制造业需要升级、改造为智能工厂。智能工厂不是一个固定的指标和模式,而是企业要根据自身效益投入资源,再选定在哪个阶段、哪个点上能够得到更好的效益。

如今3D打印增加的速度非常快,今年我国上半年增长达到两倍多。从整个发展趋势可以看出,从宏观到微纳、从制造到创新的结构——很多原本设计师不敢想象的结构,用3D打印都可以实现,存在很多的创新空间。比如今后在可以将月球当基地,在月球上用3D打印实现制造。当然,3D的制订标准也是非常重要的,3D打印今后也可以变成5D打印,用于制造人体再生的一种器官。



源自:中国科讯

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