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      數控機磨床行業 未來中國的命門

      發表日期:2022-03-13 12:44文章編輯:sanfengcnc瀏覽次數: 標簽:    

      ??一、數控產業對基礎工業與制造業的影響

      ??數控產業基本內容

      ??什么是數控?通常意義上認為是計算機數字控制的簡稱,即CNC(Computer Numerical Control);

      ??什么是數控機床?數字控制機床,一種裝有程序控制系統的自動化機床;被尊稱為“工業母機”;

      ??什么是數控系統?利用數字指令控制機器動作的系統,常用受控對象包括位移、角度、速度、力等模擬量和電流、功率、扭矩等數字量;也就是說,用數控系統控制加工的機床,就是數控機床。數控機床應該算是工業自動化最基本的制造單元了。

      ??什么是數控產業?一般泛指數控機床產業。但本人認為,除數控機床外,數控產業還應包括數控系統、伺服驅動器、電機、傳感器、執行部件、機床本體和機床制造工藝、機床加工工藝等內容,涵蓋了機械、電子、控制、自動化、軟件、材料、工藝等學科。數控產業是一個集資金密集型、勞動力密集型、知識密集型等于一體的產業,如果把數控機床比作一個人的話,數控系統是人的大腦,伺服驅動器是人的肌肉,電機是人的關節,傳感器是人的眼睛,執行部件(回轉工作臺或擺角銑頭)是人的手腳,機床本體(床身/裸機)是人的骨架。通俗地講,數控機床的出現就是替代了人的手工操作,使得生產制造更規范、更專業、一致性好,不依賴于人力。但其為工藝服務的本質是不變的。

      ??什么是機床制造工藝?機床制造工藝是指機床的生產制造過程,機床加工工藝是指機床加工零部件的使用過程,其中有一些關鍵概念,常見包括:1) 五軸聯動:準確地說是五坐標聯動。核心是刀尖點旋轉編程(RTCP),意思是刀尖點可以到達空間中任意位置,作用是可實現空間任意曲面的加工,例如船用推進器的螺旋槳,汽車增壓器葉輪、飛機發動機整體葉盤、汽輪機和燃機用葉片等關鍵工業零件。換句話說,就是復雜的自由曲面,沒有這個功能就不能由圖紙變成實物。2) 復合加工:多種工藝手段在工件一次裝卡下完成,例如車銑復合、車削復合、銑削復合、磨削復合、增材制造(3D打印)與金切制造復合(加減一體化制造)等,是最大限度地提升工藝能力、保證加工精度的制造方式;尤其是加減一體化制造,對未來的影響極其重要,例如飛機異形結構件、魚雷推進器等。

      ??很多軍事工業技術的源頭都有數控產業技術的身影,例如:航母用的電磁彈射技術,其技術原型就是數控產業的直線電機技術;中國的直線電機技術,現在已經基本成熟了。

      ??所以我國新建的航母采用電磁彈射,完全沒有技術障礙,只存在工程解決方案的問題。美國IPG(阿帕奇)公司生產的1KW小型激光器禁止對華出口,因為它的另一個用途是具備殺傷性的激光槍。這種1KW小型激光器的大小,比我們常用的激光筆大不了多少。

      ??抗日戰爭時期,日本對東北三省進行的高精度測繪。其精確度非常之高,因為它采用了一個叫光柵的測量元件。目前,全球光柵產業商業化最成熟的兩家公司,一家是德國的海德漢公司,一家是英國的雷尼紹公司。這兩家公司幾乎壟斷了光柵技術的全球市場。而當下中國的數控產業只能采購到基本測量水平的光柵,高精度的光柵是對華禁售的。

      ??二、數控產業現狀和趨勢

      ??數控產業目前以美國、德國、日本、瑞士等國家為技術領先者。

      ??美國在電子信息方面占據壟斷地位,全球的芯片和實時控制軟件幾乎都來自于美國。同時,美國制造業的發展得益于軍事工業,尤其是航空航天產業發展的拉動。德國的制造業由大量掌握技術訣竅的中小企業支撐,由西門子等大型企業牽引,機械、電子、材料、工藝等各方面技術都發展非常均衡。也得益于戰爭經濟的驅動。日本的制造業是在模仿創新(學習英國、德國、美國等)的基礎上,由戰爭驅動的典型,尤其是其二戰后,在美國的幫助下,技術經濟得以快速發展。

      ??如果說德國是精密和品質的代名詞,那么瑞士的代名詞就是極致。在數控產業,同種類、同規格的系列產品中,瑞士產品的價格基本是德國產品價格的2——3倍左右。其它接近第一陣營的還有英國、法國、意大利、奧地利、瑞典和部分前獨聯體國家等。

      ??從市場上看,中國是全球機床產量最大的、采購額最高的國家,但銷售額卻不是前列。因為在高檔機床領域,中國尚不能實現自給自足。所以中國主要是從上述國家進口機床,尤其是美日德。

      ??通常大家都會認為,中國用若干產品換一架波音飛機是很丟臉的事情,但是更為可悲是剛才提到的對華禁售。在數控產業,即便我們愿意出更多的錢,但一些高精密的數控機床仍然不會賣給中國。

      ??盡管如此,但中國仍有95%以上的高檔機床來自于進口。其余5%為自主生產,但其數控系統等關鍵部件仍然有95%來自于進口。再其余的部分關鍵核心部件是100%國產的,并且主要由大連光洋科技集團的子公司——科德數控股份有限公司生產。從技術水平的角度來看,這個企業擁有國內行業唯一的高檔數控機床控制集成技術國家工程實驗室,是國內數控技術的領軍企業。

      ??未來,數控產業的趨勢,是要向 “更好地服務于用戶工藝”發展。它包括但不限于更高精度、更快速度、更高效率,要向柔性制造、綠色制造、增材制造和網絡化、信息化、生產化等方面發展。但萬變不離其宗,用戶工藝才是數控產業的靈魂所在。

      ??三、數控產業與基礎工業的關系

      ??這里,我們重點談一點它的基礎性作用。首先是數控機床的技術悖論:雞生蛋?蛋生雞?它受到工藝精度的制約。具體地說,機械或者電子設備零部件的生產需要機床加工。那么,提高了機床的制造精度,也就提高了零部件的精度,進而也就提高了機械或者電子設備的水平和精度。但是,高精度的機床也只能加工出不超過自身精度水平的零件。那么,機床產品本身的部件精力如何提高呢?如此,問題就來了:如何能夠得到更高精度等級的機床呢?這就形成了所謂的雞和蛋,誰產生誰的問題了。

      ??第二,數控機床不是普通商品,高檔數控機床在“巴統”清單(現稱瓦森納協定)被列為戰略物資。典型如“東芝事件”、“考克斯報告”等等。光洋集團曾從日本大隈株式會社(OKUMA)采購了一臺五軸聯動臥式車銑復合加工中心,機床已經入集裝箱裝船了,依然被日本通產省以涉及日本國家戰略安全為由扣留。自此,光洋集團的核心技術人員禁止以任何公務理由進入日本國境。

      ??第三,基礎工業有三基:裝備、材料、工藝?;A裝備的核心組成部分就是被稱為“工業母機”的數控機床,其次還有工業機器人等。其它基礎材料還有很多,例如稀土材料、特種材料、有機材料、生物材料等。而基礎工藝則是利用基礎裝備加工基礎材料,得到基礎零部件和基礎裝備的過程??梢钥闯?,數控產業幾乎涵蓋了基礎工業的大部分內容。因此可以說,數控產業的水平代表了一個國家的工業水平。從這個角度來看,我們很容易理解這樣一些現象:

      ??是誰支撐了美國的陸軍、空軍、海軍等軍事力量?又是誰支撐了英特爾、微軟、高通、洛馬、波音、GE等等世界級知名公司?是技術強勁的數控制造業;

      ??德國發起了兩次世界大戰,并且均以失敗告終。但至今德國的經濟、技術力量依然堅挺的原因,是德國堅持以工業經濟為發展主線,所以它抗風險、抗打擊、抗“泡沫”的能力均不同凡響。例如德國蔡司,是國際光學領域的絕對領導者;

      ??日本是這個世界上唯一一個把美國打疼了的國家,也是唯一一個跟美國進行過大規模海戰的國家。日本源何有這種能力?因為日本右翼的核心財團之一——三菱株式會社擁有5個世界500強公司,三菱重工的造船能力是世界領先的;

      ??二戰期間,在亞平寧半島,有一個中立國與法國、德國、意大利都接壤,但卻未經戰事,這個國家叫瑞士。瑞士不僅有美麗的風光,還有精準的手表。但如果瑞士沒有強大的制造業,全民皆兵又如何?

      ??作為老牌資本主義國家,目前值得英國和法國驕傲的資本是什么呢?英國有一個羅羅(羅爾斯羅伊斯Rolls-Royce)公司,它的兄弟公司產品是為人們所熟知的勞斯萊斯(Rolls-Royce)汽車;法國也有兩個公司,一個是空中客車(Airbus),一個是阿爾斯通(ALSTOM)。它們是大規模工業化的代表,并帶給老牌資本主義國家以持續的工業發展后勁。

      ??還有一例,就是在斯大林格勒保衛戰中,斯大林格勒“紅十月”拖拉機廠生產的坦克可以直接上前線投入戰斗,在那場消耗戰中有效地為蘇軍戰備提供補給。在蘇聯解體以后,世界上仍然存在唯一 一個可以以軍事力量震懾美國的國家,它叫俄羅斯。

      ??凡此種種,不勝枚舉。我想說明的是,雖然我們中國有衛星、火箭、導彈、飛機、大炮、汽車、艦船——但我們卻沒有加工這些戰略裝備的關鍵零部件所需的高檔數控機床!這不得不說,是極端令人遺憾的。我國的數控產業,不論是技術水平還是產業成熟度,與發達資本主義國家、工業化國家相比,只能算是初學者。從產業成熟度來看,我國并不比上世紀20年代的日本、一戰后的德國、十九世紀末的英美等國強多少(還好中國有核武器),這與我們國家一直處于制造業的底端是相匹配的,我國的工業化水平亟待提高。

      ??四、數控產業與制造業企業的系統性影響

      ??制造業企業的生產制造飽和能力是由數控產業決定的。不論何種制造業企業,其生產工具或生產資料,都直接或間接的需要數控機床作為母機,參與生產過程。因此,制造業企業的生產極限,主要由數控產業決定。例如,汽車工業,汽車的產能受制于零部件的產能和裝配效率,而零部件則幾乎全部是由數控機床加工生產的,國內汽車整車廠和零部件廠,凡是精密加工環節,幾乎都來自于進口機床,所以數控機床的產出效率和質量,決定了汽車的產能和質量。

      ??制造業企業的生產制造工藝體系是由數控產業決定的。由于我國不具備成熟的高檔數控機床研制能力,因此,制造業企業在制定生產制造工藝的時候,只能選擇進口機床或者裝配了進口數控系統的國產機床來加工工件。因此,用戶制定的制造工藝直接受制于數控系統的功能開放程度。簡言之,我們的想法再好,還需要進口產品的支持,想法才能變成現實。

      ??制造業企業的技術改造升級或者技術產品迭代受制于數控產業。在利用原有數控機床實現技術改造升級或者技術產品迭代的過程中,數控系統軟件功能和開放程度直接影響其實現;而在數控機床或數控機床核心部件改進升級的時候,制造業企業為了保障自身的制造能力和制造優勢,往往不得不對現有的生產裝備進行改造升級或者新購置。

      ??制造業企業的基礎技術工人隊伍的知識和技能體系受制于數控產業。數控系統的品牌體系和功能體系直接決定了基礎技術工人隊伍的知識體系和操作技能,例如使用日本發那科(FANUC)習慣的技工,同樣方法就操作不了德國西門子(Siemens)產品。為了降低管理成本,積累技工經驗和進行知識系統集成管理,企業所有數控產品可能全部采用同一個品牌的數控系統,技術工人只能掌握和使用同一品牌系統的功能。這一條是很致命的。我們很多的現場技術工人,如果給他換一個品牌的數控系統,他就真的不會干活了,所以,我們的產業工人都成為了國外技術的“奴隸”。

      ??制造業企業的生產制造安全受制于數控產業。制造業企業的生產制造安全,尤其是信息和數據安全,一切都是由數控機床決定的,所有的加工過程、加工數據、產量信息等等,一切都沒有秘密可言,完全被數控系統所掌握。

      ??古語云:“工欲善其事,必先利其器?!贝恕捌鳌奔礊閿悼貦C床,尤其是高檔數控機床。沒有制造高檔機床的能力,在所有后發制造的環節上,我們都會受制于人。

      ??五、數控產業關系國家戰略、經濟、工業安全

      ??一、國家戰略安全:主要反映在軍事安全上。高檔數控機床以及其關鍵部件(高檔數控系統等)都屬于國家戰略物資,禁止公開國際采購。我們國家軍工企業進口的高檔數控機床,少則倒手兩三次,多則倒手五六次,方才能夠買回,而且沒有任何售后服務。一旦爆發戰事,我們的軍工廠應該如何應對?

      ??二、國家經濟安全:我們國家的制造業雖然門類齊全,但是并不具備獨立自主的生產能力,關鍵部件和關鍵裝備、設備依然大量依賴進口。經濟體系不能獨立穩定運行,例如外采的鐵礦石、原油、民航大飛機、高檔數控機床、特種鋼材、高檔軸承、減速機等。禁止進口等同于經濟制裁。

      ??三、國家工業安全:我們國家的工業現場,到處都有各種進口的PLC、現場總線、工控系統(ARM結構或X86結構)、數采系統、數控系統等產品。所有工業數據的記錄、采集、傳輸、存儲、分析等工作,完全在進口產品研制國家的掌控之下。也許,美國的一條指令,就可以讓中國的工業經濟癱瘓。

      ??數控產業的發展難點

      ??既然存在這么多的問題,存在如此之多的威脅,既然數控產業具有如此之高的戰略地位,那么它的發展難點到底在哪里呢?個人認為有如下幾點:

      ??一、產業基礎性太強,牽扯的應用領域太寬。服務用戶工藝的多樣性和復雜性,是制約國產數控產業提高產品成熟度和適應性,實現產業化發展的重要外在因素之一;

      ??二、數控產業是技術、人力、資本綜合密集型產業,不是簡單的有錢、有人、有技術就能發展的。三一重工曾經投入巨資成立三一精機發展數控產業,那一年也恰好是三一重工CEO榮登中國富豪榜首位的那年。發展至今,不但沒有進展,而且幾近解散,前后至少三五百億人民幣打了“水漂”。說到底,是數控產業冗長的人才鏈、技術鏈和產業鏈,以極強的產業關聯度,建立起了極高的產業門檻,而國內企業大部分還沒與跨入這個門檻。

      ??三、國家在發展數控產業的問題上,仍不得其道。高層在認識上是清晰和準確的,各部委在執行上卻表面出短視和低效的一面,各地方在發展上也趨于盲目和急功近利。因此,發展數控產業,看上去轟轟烈烈,到頭來,依然原地踏步。若與國外相比,則是在退步。

      ??六、數控產業所需的人力資源極度匱乏,這才是當前最難解的題。

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