不宜妄自菲薄 中国机床将登上广阔舞台

最近连续看了几篇表达对中国机床行业看法的文章,结合科德数控在数控机床市场上的实践以及亲历CIMT2019展会后,分享几点对行业发展的看法。

笔者认为,未来十年是机床行业有希望大发展的十年,因为外部环境逼迫机床行业高端要自立自强,内部条件中包括数控系统和滚动功能部件在内的主要的瓶颈已经突破。在中国改革发展的巨大需求背景下,为机床行业发展提供最广阔的舞台和需求动力。

行业发展有基础 不宜妄自菲薄

“中国机床行业有基础,发展有动力,这几年进步很快,不能妄自菲薄,前途大有希望。”

机床行业在新中国工业的发展历程中始终被放在重要的战略高度,得到国家历届领导人的重视。从 “六五”开始,每个五年计划中都有落实国家战略,对数控机床行业研发的大力支持。新中国70年来培养了一代代优秀的工程技术人员和产业工人,在高等教育体系内仍然有一批优秀的学科建设团队,一直延伸到当前的职业技术教育体系。从根本上讲,机床行业的发展和进步是中国工业化和现代化需求拉动的,不论是计划经济时代还是市场经济时代,这种巨大的需求牵引是最大的发展动力。

近40年来,得益于技术进步,数控机床产业的行业门槛在降低。引起变革的主要要素是数控化。数控化初期,随着计算机技术的进步,数控系统的稳定性和易用性的提升、成本下降,逐步使数控机床得以普及。数控化的普及简化了机床的传动系统,大大降低了传统齿轮传动副、花键、蜗轮蜗杆的用量,简化机床设计和制造。另一方面,滚动功能部件(直线滚动导轨、滚珠丝杠、轴承)成功应用及产业化,也进一步简化了机床设计和制造。而机床行业自身是一个自我装备、逐代提升、能自循环的体系,同时母机的水平也在提升。这些技术条件促成了机床行业常规制造技术的简化,传统静压导轨、静压轴承等专有制造技术仅留存在重型机床领域和超精密加工领域 (这些留存的传统技术像熊猫一样珍贵,应该被国家重视,因为这些技术是某些 “重器”核心关键技术);在巨大的通用加工中心和数控车床的市场需求拉动下,在市场经济的环境催生下,诞生的大批民营机床生产企业。这种情况下,传统大型机床企业的优势在消减。如果不能客观分析自身立足这个行业的根本优势,会使传统机床企业手足无措,甚至败下阵来。任何时代都会有不能适应时代环境变化而消亡的事物,这样的轮回在恐龙时代之前就是这样。

从宏观上看,在中国工业制造业高速发展的大背景下,中国市场上机床的消费总量在逐年递增,中国制造的机床总量也在逐年递增,谁能说机床行业是夕阳产业呢?因此,不能因为某些机床企业的暂时困难唱衰机床行业。从世界与中国的对比看,在数控系统方面,中国应该很乐观。在重大专项的支持下研发了高端数控系统,实践了自主研发的数控系统在多种五轴数控机床上的配套产品。以科德数控为例,先后研发近10个系列,近20个规格,超过300台的五轴机床,得到了用户的肯定。在滚动功能部件上,国内几个专业厂的导轨丝杠在重大专项的支持下,批量化生产的样本经南京理工大学的实验室检测,和日本产品差距非常小,在实际的机床上应用也是如此。特别是最近自动化物流设备对滚动部件的需求拉动,应该使这些企业又壮大了一波。电主轴方面,中国也应持乐观态度,许多企业完成了电主轴的研发设计与制造,在这个部分专业的进口轴承厂家给予有力的设计支持。伴随着3C机加工的迅速发展,也成长起像广州昊志等几家优秀的专业化研发生产主轴的企业。可以说,数控机床上高附加值的部件正在被中国掌握,技术逐步走向成熟,经济成本在下降。

在CIMT2019展会上,仅中国多家民营机床制造企业的W4馆就有20余台五轴数控机床展出,也可以从侧面说明中国机床行业的技术进步。而从展会上看国外产品,虽然DMG、PUMA、FIDIA等厂商把最新的甚至概念机都拿出来,其设计理念还没有让业内人士无法理解或者带来眼前一亮的惊喜。并不是唱衰欧洲和日本,中国面对的是人力成本上涨,他们面临的是勒紧裤腰带过紧日子,在整体人力资源上中国还有优势。目前,欧洲还有很多濒危机床企业,可以供中国厂商选择收并购。可以预见,未来十年不在中国设厂的欧洲和日本机床厂估计日子会比较难过。有观点认为,中国机床行业人员流失严重。其实,在市场化中,机床行业人才资源等社会资源向发展快的企业流动是正常的,绝大多数是行业内流动,不是流失,其后面也有技术的推广、传播、辐射等有利效应。

专注深耕特定领域 做用户的工艺师

“机床产品定义应从用户工艺出发,为用户实现高效能的加工工艺是成功产品惟一目标。”

“竞争对手是心中的 ‘心魔’,念念不忘会对自身思考有干扰,丧失从根本上大幅超越对手的机会。”原机械工业部副部长沈烈初多次强调过机床厂要做用户的工艺师,这个观点如今我国的机床从业者体会越来越深刻。

前苏联援助中国工业体系时,把成熟的机床技术体系带给中国,中国依据这个技术体系分类建设了个体技术专长鲜明的十八罗汉厂。此后近40年,机床行业都固化在产品类型定义中,直到最近几次行业遇到危机和标准货架产品下滑。

中国机床行业目前凸显的短板就是从用户工艺出发的产品定义能力,找不到北的情况下开始盲目仿制,模仿国外产品以及模仿同行业其他厂的产品,产品同质化,陷入红海。近些年,行业中开始意识到这个问题,已经有很多先觉悟的企业开始贴近用户工艺。在3C加工领域,已经有许多机床企业介入3C产品研发过程,工艺研发与装备研发同步进行,例如北京精雕、深圳创世纪。格力初涉机床行业,从产品上看有工艺思路,切入准确,起手式正确。目前,市场表现良好的企业都是在专注深耕特定领域工艺有自己的建树,包括:秦川专注齿轮磨削,宁江专注提供高精度卧加成组连线,东风装备专注于汽车缸体缸盖零部件制造成线,广州敏佳机床专注于磨削专用设备成线,上海拓璞专注于航空航天专用加工装配设备,江苏速力达专注于汽车铝轮毂加工线。科德数控专注于五轴加工,特别是航空航天领域五轴加工,在过去的一年中为用户完成100余种五轴零件的完整加工工艺至加工样品,在这个过程中与用户建立起工艺技术与机床技术协同创新的合作局面。

要忘掉对手,心系用户。竞争对手是心中的 “心魔”,念念不忘会对自身思考有干扰,丧失从根本上大幅超越对手的机会。惟一要考虑的是如何为用户提供更高的加工效率,要回归加工工艺,才能超越 “车、铣、钻、镗”机床的固有结构形式,根据用户的实际需求、加工需求、物流需求设计出及创造出超越历史的优秀的机床设备。在研究工艺的过程中,特别应关注新材料的应用以及新工具和新的工艺方法可能带来装备需求的颠覆。例如,在3C领域陶瓷和玻璃对铝合金的替代,使传统钻攻机萎缩到加工不锈钢中框,大量为曲面玻璃制造所需的石墨加工机开始新一波的市场需求;高速切削理论对传统重型机床设计理念业带来冲击,更高的主轴转速、更快地进给速度,轻量化的高速结构也在很多领域替代原有的重型结构;在磨削领域,砂轮材料和成型技术的进步支持更高的磨削线速度,配合砂轮冷却,大幅提升磨削机床加工效率;在用于航空航天的难加工材料领域,电加工与切削加工的复合以及超声震动与传统加工方式的结合都是可能带来新型设备需求的工艺热点;在热加工领域工艺技术的进步同样可能影响金切机床装备,例如3D打印技术与冷加工设备复合,搅拌摩擦焊与切削技术的复合,以及热处理技术和表面处理技术的进步完全可能在变形量控制出现质的飞越,淘汰某些精加工设备。机床装备是实现工艺技术的载体,为用户实现高效能的加工工艺是机床研发的根本目标。

提升可靠性 要有系统工程观念

“可靠性和品质的提升是持续过程,是依靠体系保证的。” “优秀的企业家和优秀的机床主设计师,一样都要具有系统工程观念。”国产机床被诟病最多的是可靠性问题。这个问题,笔者认为主要依靠市场去解决,质量干不好的企业只有靠市场规则教育、教训和惩罚。可靠性和品质是任何产品做好的必备要素,如果企业不珍视可靠性和品质,是从根本上不珍视企业的商誉,这个问题是外部力量无法帮助的。另一方面,机床作为一种对于各制造行业很重要的工业品,制造技术中有严格的品质控制技术规范,这些技术更多地应该通过行业标准实现推广、共享与监督执行。

机床这一商品与许多工业品比较大的区别,就是制造过程中有大量技术工人手工参与装配完成。虽然很多技艺是通过作业者实施的,但这些技艺应该被工艺文件、作业指导书、检测标准规定并约束,这样造出来的才是品质受控的工业品。机床行业不能片面推崇和神化 “工匠精神”。而没有深刻理解求真严谨的 “工业精神”。

大家很多时候过于关注某项单一技术和技术指标,而没有认真分析这些技术指标所在的指标体系中,这些指标是不是产品的短板。笔者经常用厨师来对比设计人员,在当前功能部件专业化生产的今天,机床设计核心能力就是从用户工艺出发的技术综合能力,就如同不同水平的厨师,同样的原材料,看谁组织搭配的更合乎用户的口味。而有时候回避自身不足,总怨其他配件不行,反而看不到自身的不足,到头来,用户说中国机床不行。更有趣的是用户能要求主机厂配置什么样品牌的导轨、丝杠、轴承,数控系统。这不叫 “客制化”,这叫自身能力不足。数控机床的技术指标体系同样应从切削能力出发,布局是结合物流 (工件和刀具)几何精度敏感性 (包括五轴)的结果,行程是适应加工零件尺寸,综合系列化和部件通用性,在成本约束下完成的技术指标体系。这样的技术指标体系,要有数控机床完整技术链的支撑。作为机床企业就是要组建自己的技术链条和生产工艺链及供应链,链条上的要素不见得企业自身都能具备,但要能够组织维系并发挥自身优势,从中能够在价值链上找到企业的定位。不甘于处在价值链低端的企业,会寻求往高价值环节扩张。务实的产学研合作 教授和工程师要归位“在明晰和尊重知识产权的前提下,在目标产品的驱动下及市场化利益分配机制支持下,形成企业与高校的自动结合。”

有观点说中国机床企业研发能力差,这在很多企业是客观事实。另一方面应该看到,很多积极上进的企业都很重视研发,并在积极试图从红海中脱身,笔者在与深圳的同行交流时就深刻感受到这点。在深圳这个局部的机床行业,很多民营企业自发地、主动地与行业客户一起研究新工艺、新的机床结构,千方百计介入客户产品设计研发环节,尽早预测市场,适应市场变化,很多面向特定零件的适应性机床改进很淳朴但很有效。目前,在深圳区域有几个民间自发的研究方向:五轴机床、超声加工、多轴多工位加工、直线电机应用、复合材料加工,这些研究合作是根据市场需要自发形成的,没有政府科技项目支持。

笔者还在常州西夏墅见到各种刀具的企业研发,从高温合金材料加工刀具到复合材料加工刀具,再到抗震刀杆研制,在这些研发活动中也有企业与高校自发的合作。企业最大的优势是离市场近,工程化研发能力建设是企业研发主要优势能力。高校的优势是基础性研究,包括切削理论、物理实验建模、结构仿真与优化、控制理论、控制建模仿真与优化等。目前两者结合的难点是量化需求分析和科学问题的抽象概括,这需要工程师与教授一同努力,这个环节完成了,企业与高校的合作就成功了一半。企业与高校先天具有优势互补,企业干不了教授的工作,同样教授干工程师和企业家的工作也很吃力。高校设计的机床成功实现产业化凤毛麟角,重庆大学黄云教授研制的砂带磨床就是少数成功的案例之一。

笔者主张在明晰和尊重知识产权的前提下,在目标产品的驱动下及市场化利益分配机制支持下,形成企业与高校的自动结合,而不是在政府科技项目的驱动下。优秀成功的企业标志应该是能够从自己收入的口袋中掏出研发经费,企业选题,请高校协同研发。同样,优秀的高校应该有大批的企业追随,委托完成企业选题的研发工作。对于行业基础共性技术的国家项目课题,要把技术成功实现到多家企业的转化和应用作为课题验收的主要标准。培育基础零部件制造能力 先进制造技术要补短板“齿”类基础零部件制造能力退化会影响行业的发展。 “智能制造”的热潮会褪去,开始新的轮回。

由于数控系统的应用简化传动系统,机床行业目前绝大多数企业取消齿轮车间,绝大部分高精度齿盘、齿轮、花键、蜗轮蜗杆副等基础零部件都要外购,这一点会影响功能部件特别是机械摆角头类、车铣复合用动力伺服刀架等高端机械功能部件的研制。机床行业不同于汽车行业,机床行业的需求批量小、精度高、种类多。因此,一方面要培植具有高精度齿轮母机研制的机床企业,另一方面需要像丝杠导轨行业一样培植专业化的厂家,满足机床这一特殊行业的需求,也有可能两者合一,类似美国的格里森,销售机床,也对外承接齿轮加工。否则中国机床行业发展中会有这块短板。

现在 “人工智能”的基础研究并没有理论上大的突破,其应用遇到瓶颈。相应的 “智能制造”也面临回归制造本源的问题。在 “数字化” “网络化” “智能化”三段论中, “数字化”欠缺的短板很快会暴露出来。 “数字化”不只是狭义的CAD/CAM/CAPP,很多围绕机床切削加工过程的建模都很粗陋,缺乏系统组织。 “网络化”本身又不属于制造问题, “智能化”又遇到瓶颈,先进制造技术要回到补短板的过程。很多大干快上的 “智能制造”项目很快就会回到原型,补上自动化和数字化这一课,高昂的投资会变成学费,但愿到那一天行业能很好总结教训,使这一轮不会变成又一个CIMS。

       来源：中国工业报