站在关键十字路口！工业母机创新链与产业链加速融合

 

来源：摄图网

 

如何建立完整的工业母机创新体系？

 

怎样弥补前瞻性、颠覆性技术研究不足的问题？

 

要从哪些方面提升国产机床装备对重点用户的高端配套能力？

 

机床技术创新链与产业链脱节、结合不紧密的情况该怎么解决？

 

国产大飞机发展对工业母机提出了什么新需求？

 

……

 

一场来自产学研用各方，关于工业母机高质量发展话题的讨论，日前在浙江温岭展开。

 

作为工业制造产业链最核心的环节，工业母机的技术水平已不仅仅决定着一个国家或地区的工业制造能力，更是国家之间综合竞争力所在。

 

“工业母机是新型工业化的核心装备，代表国家制造业的核心竞争力。”中国工程院院士、国家制造强国建设战略咨询委员会主任周济用两个“核心”道出了发展的关键。

 

而从中国机床工具工业协会发布的2024年上半年行业经济运行情况来看，全行业完成营业收入5019亿元，实现利润总额149亿元，平均利润率为3.0%，机床工具行业的盈利姿态，字面上反映出来的似乎并不好看。不仅如此，在行业整体需求减弱、陷入内卷困境的当下，同质化技术殷勤对阵，上升通道面临封堵，向下螺旋通道便被无限打开。

 

“巩固经济型数控机床优势，占领主战型数控机床市场，走在高档型数控机床前列。”对于发展工业母机产业的战略任务，周济给出了三条实施路径。

 

具体来看，可概括为以下三点：

 

依靠技术进步、以高打低，进一步提高经济型数控机床的质量和竞争力；

 

充分发挥我国的市场优势和制造优势，以创新为根本动力，以智能制造为主要技术路径，坚决占领主战型数控机床和产线的国内市场，进军国际市场；

 

集中优势力量，依托以智能制造为主攻方向的科技创新，在高档数控机床和智能产线方面实现重点突破，自主可控。

 

坚持以用户为中心

系统提升行业基础能力

 

随着航空航天、能源动力、国防军工等领域对机床装备性能的要求越来越高，单纯以几何精度为目标，已无法满足如今工业母机高性能制造要求。

 

何为高性能制造？

 

“需要从机床性能建模、性能仿真与数字孪生、计算反求、定域定量定式制造、性能测试分析、材料结构功能一体化、智能监测与调控等技术入手。”中国工程院院士、大连理工大学原校长郭东明认为，高性能制造就是以性能精准保证为目标，寻求几何和性能一体化制造。

 

其中包括，以需求为导向，推动高端机床装备从“能用”到“好用”的真正转变。在需求侧，以“三航一车”等重点领域用户需求为牵引，强化零件加工工艺驱动的高端机床装备研发理念。在供给侧，以高端机床装备的高性能化、智能化、复合化和绿色化发展为导向，以整机带动高档数控系统、关键功能部件的研发。

 

“第四次工业革命催生了制造业产业模式和产业形态的根本性变革，完成了深刻的供给侧结构性改革。”周济强调，工业母机产业必须实现从“以产品为中心”向“以用户为中心”的革命性转变，坚定地转变到“以服务求合作，以贡献求发展”的经营理念上来。

 

在重庆大学教授张根保看来，国产机床高端化首先要提升可靠性，要在国内外用户中着力打造可靠性口碑。“在产品质量的13个评价指标中，可靠性是机床产品最重要的卖点，不能仅满足于加工精度够用就好，而是要从产品设计、工艺设计、生产制造、使用维护的寿命周期过程链提升可靠性，综合考量机床的性能稳定性、精度保持性、使用成本、信息化智能化水平、外观、安全性、服务性等。”

 

针对数控机床正向设计技术，浙江大学教授刘晓健也坦言，当前，高端数控技术设计资源不足、基础薄弱，缺乏工艺针对性；不同参数对机床性能的影响规律还难以找到，缺乏面向细分领域用户工艺的高端机床整体解决方案；设计类比仿制与经验依赖，难以实现数控机床精准与创新设计。

 

那么，正向研发的质量和可靠性主要靠什么来保障？张根保表示，要做系统、全面、深入的设计分析，这是国产机床研发的痛点；要做大量的实验，通过实验定量化确定技术参数和工艺参数；要形成全套、量化的作业指导书，并应用“元动作”的概念，元动作是机床产品最小的运动单元和最小的结构单元，故障一般都发生在元动作上。“最重要的，是要高度重视中试阶段工作。中试的主要目的是考察工艺是否优化，是否能够保障产品的可靠性。”

 

完善产业创新体系

推动创新产品推广应用

 

“工业母机产业要以创新为灵魂，创新是发展的根本动力。”周济指出，工业母机产业重大创新方向包括高速高精、多轴复合、集成化、智能化这四个方面，主攻方向是数字化转型、智能化升级。

 

新一代人工智能技术与先进制造技术的深度融合，形成了新一代智能制造技术，成为了新一轮工业革命的核心技术。“新一代智能机床，是在工业互联网、大数据、云计算的基础上，应用新一代人工智能技术和先进制造技术深度融合的机床。”周济进一步解释道，新一代智能机床能够实现自主感知、自主学习、自主优化与决策、自主控制与执行，极大提高机床加工质量、使用效率，降低成本，是第四次工业革命的典型产品。

 

基于对机械制造及自动化领域的多年研究和思考，郭东明认为，完善产业创新体系，要突破工业母机“四性”（工艺适应性、可靠性、精度保持性和精度稳定性）等共性技术难题，突破先进加工工艺、机床制造工艺、智能运动控制等关键核心技术难题，研究面向新材料和新工艺的新原理加工技术与装备，根据产业链布局创新链，串珠成链，构建“产学研用”协同的技术创新体系。

 

而对于“用”，中国商用飞机有限责任公司颇具发言权。“与航天领域飞机有所不同，民用飞机具有机身尺寸大，复材用量占比增大，服役周期长、要求高可靠性制造，对经济性、环保性要求高等特点。”公司制造总工程师姜丽萍表示，一方面，制造环节的不确定因素是主要风险来源，要高度重视设备稳定性评价。另一方面，国产大飞机是在市场上与波音、空客飞机同台竞争，要通过3D打印、柔性装配、集成化测试、自动化检测等一系列新技术、新装备等，提产能、降成本，保持市场竞争力。

 

“大飞机制造需要一流产线提升产能和质量，中国商飞针对多个型号已经开展一流产线布局。”姜丽萍介绍，目前，装备国产化率达到80%以上，自动化制孔/钻铆实现重大突破，对接效率提升50%以上。与此同时，加快攻关补齐民机制造的装备谱系。根据民机制造特点，面向典型加工场景和工艺过程，中国商飞梳理出一批重点装备需求，包括金属零件自动化加工线、复材零件自动化加工线、自动化装配生产线、总装测试生产线设备等。

 

伴着大飞机研制、创新一线的隆隆炮火，中国商飞的装备朋友圈也越来越大。“我们围绕整线的建设需求，对标世界一流，凝聚国内的顶尖高校、科研院所、企业单位协同攻关，锤炼大系统集成、大团队作战、多兵种联合能力，实现全国产化技术设备示范运行，形成交钥匙能力，突破国产设备应用困局。”姜丽萍说道，在这个过程中，给研究以土壤，给设备以舞台，给企业以利润，共同助力大飞机事业的成长。

 

支持优质企业发展

加快建设先进制造业集群

 

“完善工业母机技术体系布局，组建国家战略科技‘旗舰’力量。”郭东明表示，要加快布局工业母机领域的国家重点实验室、国家技术创新中心等重大科研平台；组织国内科研机构的优势力量，建立若干工业母机领域的技术创新平台；鼓励地方建立专业化研究机构与平台，打造国家工业母机领域的重要科技力量。

 

组建“旗舰”力量的一项重要措施，就是加快建设先进制造业集群。浙江省高档数控机床技术创新中心正是其中的关键一环。

 

2023年7月，作为浙江省十大技术创新中心之一，依托温岭市政府、浙江大学，浙江省高档数控机床技术创新中心在温岭正式揭牌成立，由国企、高校技术团队以及11家民营企业多方联合共建。

 

技术创新中心的目标非常明确：主攻“数控机床”，细化选择“数控机床数字化设计与优化、数控机床高档智能数控系统、数控机床高性能关键零部件”三个方向，突破一批数控机床产业“卡脖子”技术，破解工业母机产业链的创新瓶颈，加快数控技术成果落地转化进程，推动机床产业高端化智能化方向发展，培育孵化未来产业和未来产品创新发展。

 

目前，由创新中心牵头，联合集群内骨干企业梳理了69项卡脖子问题清单。聚焦材料、基础件、功能部件、机床整机四大产业环节，正向设计、精度保持性、误差补偿、机床智能化、轻量化成形、超精密加工等六大共性技术，机床母机、航空航天、船舶、电力新能源、3C电子、汽车、轨道交通七大应用场景。

 

“接下来，我们将在技术创新中心的基础上，推进高端机床卡脖子技术研发平台、数控机床成果转化平台、高档数控机床中试验证平台、精密制造产业化平台建设。”浙江省高档数控机床技术创新中心主任傅建中说道，“尤其是中试验证基地将面向低空经济、高端仪器、医疗器械等领域，投资5亿元，推动机床产业高端化、智能化发展。”

 

在周济看来，工业母机产业发展的主体力量来自于企业，特别是工业母机行业的领军和骨干企业。“以企业为主体，推进工业母机企业培育壮大行动，强化政策引导和精准服务，实施创新引领，培育世界一流工业母机龙头企业，发展工业母机专精特新中小企业。”

 

“回看五轴数控机床的创新设计实践，坚持自主可控高质量发展，努力把企业打造成强大的创新主体，每一步都走得踏实坚定。”科德数控股份有限公司总经理陈虎表示，工业化时代创新的体系支撑包括技术创新、管理创新、商业模式创新，新原理、新现象、新方法是基础，渐进式创新和集成创新更为普遍，比如系列化五轴立式加工中心KMC系列，支持铣、车、磨、刮齿、短电弧、超声、激光等，全面实现量产，迄今已完成三次迭代升级。

 

“中国工业母机产业的创新发展方向，在产品和制造能力两个方面。”谈及未来，周济指出，一方面，是工业母机产品的创新发展、智能升级，工业母机产品迈向世界工业母机产业前列；另一方面，是工业母机制造能力的创新发展、智能升级，工业母机制造能力迈向世界工业母机产业前列。

 

中国工业报记者 霍悦；来源：中国工业报微信号