数控机床行业 有条件干好

机床行业作为高端制造的基础，已经得到社会的公知。我国的机床行业自上个世纪90年代CIMS风之后，一直属于各种风口没有刮到的地方，即使是近两年吹过的“工业4.0”和“共享经济”的春风中机床行业也没有找到北，也没扮演正常的角色。近几年机床行业作为中国实体经济中众多行业中的一个小行业，虽然没有吹到资本的“风口”，实际在风雨中“砥砺前行”。令人欣慰的是机床行业中不断地有新的主力军加入，包括一些机床消费量大的用户企业也加入机床研发制造的行业，例如取得成功的海天精工。还有近期有几则消息，一则是某军工单位进口的设备在公海上被强行叫回，交易终止；另一则是美国开了个名单对中国40余家单位，实施技术装备禁运；第三则，德国叫停中国企业对一家旋压机床企业收购。可见以贸易战为先导的高端制造领域是没有硝烟的战争，再次把机床行业作为基础条件提到关注的焦点，毕竟制造强国是国策，机床是基础。在当前的经济背景下，机床行业何去何从，有各种不同的声音和意见，笔者结合自己从业期间的观察和体会，粗略的整理以下观点，以供参考。由于中国机床产品在中低端横行世界，产能过剩，不用大家担心，本文重点谈高端机床装备。

一、机床行业的特点——高科技手工业，技术代差不明显，自立更生有机会

机床行业在历史基本上就是工业史的一个侧面，因为每个时代机床作为工具都在扮演为工业服务的角色，从蒸汽机时代、电动机时代到计算机时代。机床的设计核心目的就是如何为别人高质量高效能地制造零件。推动机床技术进步的最大动力可以数出来的包括汽车工业的发展、两次世界大战和冷战军备竞赛。目前大家谈的最多的数控机床，就是二战后期美国空军提出的飞机机翼数字化制造需求驱动下的跨时代的产物。

近50年的机床技术进化最主要的就是通过数字化控制实现多轴联动和精准定位的控制技术，以及新的数字控制技术支持下为新的机床结构布局提供了有力支持，典型的支持包括：力矩电机技术、电主轴技术、并联结构、车铣复合等等。纵观国内外，为了支持更高的精度和效能，各国都将除了军工级别的黑科技之外的尖端工业技术用于数控机床，以打造工业制造中的“金刚钻”，支持现代工业的高效能高精度制造，乃至航空航天武器装备的制造都依赖高端数控机床。高端数控机床被视为战略物资，经常出现在“禁运”目录中。高端数控机床显然属于“高科技”中的“硬货”。在技术层面，中国多年坚持技术投入，在计划经济时代一直瞄准国外先进技术跟跑，在市场经济时代一方面政府制定多个计划引导创新包括863，重大专项等，另一方面也有引进消化吸收创新的成功案例，例如当年济南一机床和马扎克的合作。目前，中低端机床不仅国内市场自给自足还大量出口。在高端机床市场，技术有差距，应该说更多的是技术工程化、产业转化方面的差距。

另一方面，机床基本技术要求:真直线，真平面，垂直，真圆没有改变，在实现基本技术要求方面，除了温度控制、某些补偿技术和高动态辅助以及计算机设计仿真手段外，传统机床制造工艺近百年没有实质性的变化，例如装配中的刮研技术要求等。君不见，70年代的二手DIXI仍然是抢手的好货，Studer的液压手动磨床还是在售的高端产品，机床用户还有的抱怨新产品没有老古董精度高。所以，机床行业中人的因素，包括技术和管理方面都是很重要。有专家问，定位精度5μm的机床，零件精度是不是要求更高，这样的零件是不是精度更高的机床加工的? 这就回到”先有鸡，还是先有蛋“的悖论了。实际上在机床精度的进化中，人的因素很重要，是靠人参与，辅助以高精度的检测，装配手工技艺干出来的。数控机床行业的技术代差同半导体行业、软件行业、生物制药行业比没那么明显，近50年，我们说不出哪个时期诞生什么划时代的标志性产品。除了对技术工人检测和装配的依赖，机床行业的生产模式，是用户定制化色彩强烈的，多品种小批量生产的组织模式。这就是我们说的“高科技手工业“的业态。机床行业的技术是在缓慢积累，缓慢进化中；机床行业的追赶也有一个过程，不是一挥而就。正是因为人的因素在这个行业中的重要地位，也是我们自力更生干好这个行业的重要支撑，因为事在人为。

二、数控机床行业有条件干好，也有难点

数控机床行业高科技要素有基础，有条件干好。从宏观技术层面上看，数控机床的控制技术硬件没有跳出一般工业控制器的范畴，不论是数控系统技术还是伺服驱动技术，需要高精度的高频度的数据采集，实时运算，其内在的核心关键技术是复合数学和物理规律的插补技术和逆变能量自动化控制技术。经过多年的技术攻关，已经包括科德数控(大连光洋科技)、武汉华中数控，沈阳高精数控，广州数控，北京凯恩帝，南京华兴数控，上海维宏等一批数控系统企业。其中瞄准代表高端的西门子840D数控系统的功能对比中，科德数控和华中数控的系统功能覆盖率均达到西门子840D的96%左右。其中科德数控的五轴数控系统配置多种五轴数控机床，批量化在重点领域开展应用并实现批量化市场销售，并实现出口。以广东凯特、南京工艺、山东博特为代表的滚动功能部件企业的产品也开始在国内主机厂批量化开展应用。长春光机所、长春禹衡等企业研制的编码器和光栅尺也批量地服务于机床行业。国内包括清华大学、上海交通大学、西安交通大学、华中科技大学、北航、南航、南京理工大学、重庆大学、湖南大学、大连理工大学、北京工业大学等一批高校围绕着数控技术和数控机床技术坚持不懈地开展研究，并取得丰硕的成果。

数控机床高科技成果在国内企业落地生根和开花结果有难点。主要问题是机床企业的创新能力不强。究其原因，是市场经济下传统机床企业缺乏成熟的战略规划：在短期逐利的思想影响下，没有坚守传统工匠精神和品质节操，削减研发投入，消耗技术积累，放弃技术特色和专长，最终陷入同质化竞争，于是陷入无财力投入创新，无人力和工程化平台承接创新成果的恶性循环。不能正视和解决自身问题，于是就出现国内产业环境中的”鄙视链“：用户反映国产的数控机床不行，反映居多的是品质和可靠性；机床厂转移目标，说国产的功能部件不行，其实大多数反映的问题就是用进口功能部件也没有解决机床的品质问题；国产功能部件厂无可推脱，就反映国产原材料不行，其实进口原材料也解决不了功能部件的问题；企业创新不行，就推说高校搞的科研不行，“花架子“，其实企业未必有能力判断科研成果行不行，可能连工程试验条件都不具备，高校反过来又鄙视企业。

数控机床行业人才的要素有基础，有条件干好。我国的机床工业在50年代苏联援助下，建立了一批响当当的机床企业，有过计划经济下机床行业帮助装备二汽的辉煌战绩。在中国经济远不如现在的经济条件下，自力更生都能干好机床。虽然后来市场演化，企业变迁，有些企业经营不善，但机床从业人员是有传承的，诸多后起之秀的民营机床企业做的风生水起，其中来自十八罗汉厂的机床行业工程师和管理人才支撑是很重要的因素。要拼机床行业人才，我们是乐观中有危机感。乐观的是，我们机床行业产业工人的整体数量还是很可观的，仅以山东腾州地区为例，仅该区域就有8万多机床产业工人，我们国家机床行业现阶段总体是低端产能过剩；另一方面，欧洲和日本机床产业虽然处于高端，但人口老龄化严重，生产规模本地化扩张严重受人力资源的制约，本地化生产基本都是萎缩状态。

我们在行业人才方面的危机表现是一方面我们企业的产品结构附加值低，高端人才在机床行业中的沉淀在减少，整体力量在流失和消耗，又陷入创新能力不足的恶性循环。60年代初，80年代初，清华大学、西安交通大学经常是将整个班建制的机床专业人才向机床行业输送的；史上辽宁营口机床厂，清华大学毕业的工程师就有50多人。现在211，985高校虽然有许多老师和课题组围绕机床领域开展研究工作，但学生在机床行业就业的越来越少，这也是导致研究成果向企业输送的困难的原因。

三、机床企业浴火重生之创新道路

1、机床行业技术改造和升级，坚持机床母机自主化

自从机床行业全面企业化和市场化，许多机床企业疲于应对市场竞争，在自身发展规划中大量的技术改造工作滞后甚至缺失，不用说与当前国际先进水平比较，甚至已经不如自身80年代水平，这种透支现象已经导致生产系统的工艺技术水平下滑，导致产品质量和技术水平下降，甚至面临制造系统崩溃的风险。我们看到的基本上所有的优秀的日本机床企业都是自主研制更新机床母机。机床母机的精度要求更极致，其自主化可以带动机床行业的大部分关键技术，在这类技改中，本身就是产业和技术上下游对接融合的过程，必将促进机床行业的技术进步。科德数控长期以来坚持关键母机自主化研制或改制，从中也先行验证了光洋的数控技术、驱动技术、电机技术、传感技术，对这些关键功能部件的提升提供了难得的验证平台。

2、强化功能部件的研发和应用

笔者在实践中一方面进行包括数控系统、直驱功能部件、电主轴的研发和应用，另一方面也对包括导轨、丝杠、轴承、光栅尺等国产部件进行批量化的测试和验证。其中科德数控研制的GNC60系列高档数控系统功能覆盖西门子840D的96%，并在GNC60系列数控的支持下，研制了包括KMC系列立式五轴车铣复合加工中心、KHMC系列卧式五轴车铣复合加工中心、TG系列五轴工具磨床、KTX系列五轴铣车复合加工中心、KGHM系列五轴龙门加工中心、KTurbomill系列五轴叶片加工中心，上述国产化五轴加工装备已经成功应用于许多重要的领域。国产化滚动功能部件(直线滚动导轨、滚珠丝杠)经过测试，在精度、刚度和精度保持性上已不输于台湾产品。我们坚信，只有充分支持和鼓励国产化功能部件的充分发展，利用本土化技术支持和服务的优势，才能支持主机厂研制出有技术特色的产品，才能形成有别于欧洲企业和日本企业的从技术特点到市场响应能力到成本优势的核心竞争力。而上述功能部件需要在进一步的应用中走向成熟，因为只有在应用中发现问题，才能完成创新成果走向成熟的过程。

大力发展直驱关键执行功能部件技术。高端机床在高速切削理论的实践下，纷纷采用轻量化设计，高加速，高切削速度，小切深，快进给的设计理念。电主轴、直驱转台、直驱摆角铣头目前基本上成为国际上主流的五轴数控机床的标配。这一趋势主要内在原因是基于力矩电机的驱动技术，在速度、精度和精度保持性方面与传统机械传动表现出巨大的优势，特别是在设备减速过程中具有能量回馈电网的可能性。这一趋势就如同新能源汽车替代传统汽车一样，是技术转化的必然成果。采用这一技术路线的另一好处是功能部件结构设计简单，规避了精密齿轮、蜗轮蜗杆的精密制造，易于普及推广，可以加速追赶国际水平。这方面欧洲模式是专业化制造厂定制化制造，日本模式是以机床厂自制为主。我国的主机厂仅有少数企业例如大连光洋具备从电机、驱动器到完整功能部件的完整定制化设计、制造和测试能力，并在其控股的科德数控完成在五轴数控机床上的应用验证，同时也在加强设计能力、产业化条件和试验测试条件，扩大产能，能够为其他机床企业服务。

3、将机床企业建设为真正的创新活动主体

在科技成果转化方面常见的成果落地难的现象在机床产业中也存在，其主要原因还是企业作为创新活动的主体，技术能力和成果转化能力弱。很多研发薄弱的机床企业究其根本原因还是企业陷入低附加值产品竞争的红海，无力投入研发活动。

如何走出红海困局，走入技术创新的行列中?机床产品属于可以造出高技术附加值的产品。在基础材料成本不大幅提升的前提下，突围现实的切入点就是提升产品的质量和精度，逐步提升产品的技术附加值和品牌价值。主要的技术手段包括更严格的品控体系，更高水准的机械装配和电气调校，弘扬科学精神和工匠精神，将现有产品做成精品。即使针对全部产品全面提升铺开比较困难,也要从局部产品先开始。这样就可以在原材料成本基本不变的条件下，通过精品提升市场定位，获得更高的附加值。在此过程中，逐步建立、完善、强化企业工艺工装和试验检测技术条件：同时培养企业自身的技术团队，逐步实现良性循环；没有自身的技术团队和自主产品研发基础，所有的创新活动都将是浮沙之上筑高台。

机床行业实际_上是细分化的高端服务型市场，只要能够把握用户制造能力的需求，实现用户的生产制造所需的效率和品质，一定能够赢得用户的信任和市场的青睐。机床企业在具备一定经济基础的情况下，机床企业可以结合市场上新的用户需求，以原有产品体系为平台基础，研究用户工艺，对已有产品进行工艺适应性的扩展和局部改造调整，针对特定用户行业工艺需求，对原有产品功能性能进行二次定义，在技术链条上发现短板，寻找补充短板的技术资源。在上述研发活动中，引进对工艺和机床技术具有深厚底蕴和基础的高效团队具备基础条件，这样的科研选题应该从市场实践中来到，科研成果通过机床产品平台到市场中去，具有较低的风险。因此机床企业创新的主要方向一定强调工程化能力建设和产品平台化建设，根据市场需求，提出科研选题，重点是能够将研发成果和技术能力积淀在产品平台上，进一步转化为企业的技术规范和标准，使企业技术越做越强。