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“工業(yè)母機(jī)”大熱背后的冷思考：核心環(huán)節(jié)還落后至少十年

已有23983次閱讀2021-08-25標(biāo)簽:
 
政策和股市掛鉤這已經(jīng)不是什么秘密，當(dāng)然也不是什么不能談的忌諱。近端時(shí)間，稀土、碳中和、有色金屬等都是在被政策點(diǎn)名之后成為股市大熱門，且熱度居高不下。當(dāng)然，也有一些產(chǎn)業(yè)被政策上了緊箍咒，比如在線教育。這兩天，“工業(yè)母機(jī)”一下子完成全國(guó)普及，也拉動(dòng)了相關(guān)企業(yè)的股市表現(xiàn)。

數(shù)控機(jī)床決定著工業(yè)水平

 

工業(yè)母機(jī)，又稱工作母機(jī)，實(shí)際上就是人們常提到的機(jī)床。自十五世紀(jì)機(jī)床雛形推出至今，機(jī)床已經(jīng)演變出車床、銑床、刨床、鉆床、鏜床、磨床、制齒機(jī)等多個(gè)形態(tài)，除切削加工外，也承擔(dān)著鑄造、鍛造、焊接、沖壓、擠壓等加工任務(wù)。

機(jī)床有很多種分類方式，有以普通機(jī)床、精密機(jī)床、高精密機(jī)床和數(shù)控機(jī)床這樣從系統(tǒng)精密程度和復(fù)雜度來(lái)區(qū)分的；也有以儀表機(jī)床、中小型機(jī)床、大型機(jī)床、重型機(jī)床和超重型機(jī)床這樣按照工件大小和機(jī)床重量來(lái)區(qū)分的；還能以手動(dòng)操作機(jī)床、半自動(dòng)機(jī)床和自動(dòng)機(jī)床這般自動(dòng)化程度來(lái)歸類。

數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床的簡(jiǎn)稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床，主要由主機(jī)、數(shù)控裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、輔助裝置、編程及其他附屬設(shè)備組成，是柔性制造系統(tǒng)的核心，在制造業(yè)升級(jí)改造進(jìn)程中有著重要的應(yīng)用和價(jià)值。

數(shù)控機(jī)床是機(jī)床和數(shù)字工業(yè)有機(jī)融合的成功案例，為智能機(jī)床的發(fā)展提供了技術(shù)基礎(chǔ)。數(shù)控機(jī)床是當(dāng)前機(jī)械加工的主流設(shè)備，其水平能夠反應(yīng)出一個(gè)國(guó)家工業(yè)化和現(xiàn)代化的水平。上世紀(jì)70年代末到80年代初，西方國(guó)家基本實(shí)現(xiàn)了機(jī)床數(shù)控技術(shù)的普及。反觀國(guó)內(nèi)，在經(jīng)歷上世紀(jì)50/60年代國(guó)產(chǎn)機(jī)床“十八羅漢”（在此不做科普，大家可以自行查詢）之后，后續(xù)發(fā)展主要呈現(xiàn)散而小的特點(diǎn)，到了改革開(kāi)發(fā)初期，也就是西方國(guó)家普及數(shù)控機(jī)床的時(shí)候，我們還停留在手動(dòng)控制階段。

國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)落后十年

 

經(jīng)歷了數(shù)十年的發(fā)展，我國(guó)在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域已經(jīng)取得了很多可觀的成績(jī)，尤其是國(guó)產(chǎn)五軸(坐標(biāo))聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床方面的突破，代表著國(guó)產(chǎn)機(jī)床已經(jīng)突破了行業(yè)的制高點(diǎn)之一，目前我國(guó)在五軸聯(lián)動(dòng)加工中心、五軸數(shù)控銑床、五軸龍門銑床等方面均已研究成功。

但機(jī)床具有大周期特性，同時(shí)也是一個(gè)多產(chǎn)業(yè)融合的領(lǐng)域。尤其是數(shù)控機(jī)床進(jìn)化后的智能機(jī)床，是先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)和智能技術(shù)的集成與深度融合的產(chǎn)物，代表著數(shù)控機(jī)床發(fā)展的高級(jí)形態(tài)，在國(guó)產(chǎn)機(jī)床企業(yè)小而散的情況下，很難有一家企業(yè)能夠?qū)⑦@些環(huán)節(jié)都打通。

對(duì)比國(guó)產(chǎn)機(jī)床和國(guó)際品牌的機(jī)床，三項(xiàng)差距最為明顯。首先是機(jī)床的穩(wěn)定性，在高精密加工領(lǐng)域，部分國(guó)產(chǎn)機(jī)床能夠在部分應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高精密的性能，然而這樣的性能表現(xiàn)卻不能夠長(zhǎng)期維持，國(guó)產(chǎn)機(jī)床的精度一般只能維持兩年，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)際品牌機(jī)床的十年；第二點(diǎn)，在一些特別要求精密的應(yīng)用中，國(guó)產(chǎn)機(jī)床還處于攻關(guān)階段，比如生產(chǎn)哈勃望遠(yuǎn)鏡的鏡片這類加工工藝；此外，數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控芯片層面，國(guó)產(chǎn)機(jī)床至少落后10年。

在數(shù)控系統(tǒng)方面，德國(guó)的西門子、利勃海爾和日本的發(fā)那科、山崎馬扎克等廠商代表著世界領(lǐng)先水平。我們通過(guò)簡(jiǎn)單對(duì)比就能夠看到目前國(guó)內(nèi)在數(shù)控系統(tǒng)方面的落后。對(duì)比的樣本我們選擇華中數(shù)控的HNC-808Di/T車床數(shù)控系統(tǒng)以及西門子的SINUMERIK 840。

在HNC-808Di/T車床數(shù)控系統(tǒng)上面，我們看到該數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)床的編程和控制，支持多工位顯示，多主軸負(fù)載顯示和多工位圖形顯示等功能。同時(shí)，結(jié)合科德數(shù)控的產(chǎn)品來(lái)看，國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了高速、“高精”和 多通道控制等基本功能的覆蓋。之所以在高精上面加引號(hào)，是因?yàn)榫缺憩F(xiàn)和國(guó)際品牌還有差距。

HNC-808Di/T車床數(shù)控系統(tǒng)（圖源：華中數(shù)據(jù)官網(wǎng)）

然而，在看到SINUMERIK 840之后，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)“高性能”三個(gè)字出現(xiàn)的頻率非常高，凸顯其控制和編程性能的優(yōu)越。比如，在SINUMERIK 840介紹中提到的，其可以控制30個(gè)機(jī)床通道中的最多93個(gè)軸，而國(guó)內(nèi)的方案我們還只能看到單機(jī)控制性能。除了具有極高數(shù)控性能外，SINUMERIK 840具有高靈活性和開(kāi)放性，適用于幾乎所有機(jī)床方案。這其實(shí)很好理解，在性能存在冗余的情況下，模塊化拆分之后會(huì)讓系統(tǒng)存在極大的適應(yīng)性，這是目前國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)不能夠?qū)崿F(xiàn)的。因?yàn)�，在高端機(jī)床控制方面我們還是缺失的，且軟件包的豐富程度還是不能比的。


SINUMERIK 840（圖源：西門子官網(wǎng)）

當(dāng)然，國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從無(wú)到有，華中數(shù)控、廣州數(shù)控、大連光洋、沈陽(yáng)高精和航天數(shù)控這幾家公司的數(shù)控系統(tǒng)研發(fā)都得到了國(guó)家項(xiàng)目的支持，后續(xù)除了性能的攻堅(jiān)，功能部件、軟件生態(tài)和平臺(tái)搭建是主要的工作。

在工業(yè)母機(jī)大熱之后，近兩天有從業(yè)人員公開(kāi)表示，在數(shù)控軟件方面，我國(guó)企業(yè)和國(guó)際先進(jìn)水平還有很大的代差，至少需要10年的時(shí)間追趕。

當(dāng)然，我們還要注意到一個(gè)明顯的差距，那就是芯片層面，如果要實(shí)現(xiàn)純國(guó)產(chǎn)，機(jī)床內(nèi)部進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制與邏輯控制的芯片基本就是CPU，能夠選擇的就是龍芯、兆芯和飛騰等公司的芯片，和英特爾和AMD差距還是巨大的。而在專用芯片方面，國(guó)內(nèi)此前有過(guò)嘗試但因?yàn)殡y度大放棄了，現(xiàn)在基本處于空白。當(dāng)然，機(jī)床的控制還需要用到MCU和DSP這些芯片，國(guó)產(chǎn)芯片對(duì)比ST和TI等企業(yè)，性能和穩(wěn)定性方面都需要提升，尤其是今天的主題——工控領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)芯片份額很小。

 

木桶效應(yīng)是一個(gè)管理學(xué)的概念，是講一只水桶能裝多少水取決于它最短的那塊木板。這在機(jī)床領(lǐng)域也是適用的，目前國(guó)內(nèi)機(jī)床企業(yè)已經(jīng)在低端市場(chǎng)沒(méi)有敵手，在中端市場(chǎng)和國(guó)際品牌處于同等水準(zhǔn)，但高端機(jī)床無(wú)疑是國(guó)產(chǎn)機(jī)床的短板。有從業(yè)者認(rèn)為，在硬件上國(guó)產(chǎn)品牌已經(jīng)能夠達(dá)到95%高端的水平，但穩(wěn)定性方面還存在差距。

然而，在軟件層面，我們看著西門子的SINUMERIK 840D和山崎馬扎克的SMOOTH PROCESS SUPPORT系統(tǒng)只能送上羨慕的目光。更值得我們深思的是，這樣的系統(tǒng)不僅僅意味著極限的性能，也代表著更高的系統(tǒng)靈活性和可擴(kuò)展性，在我們的數(shù)控系統(tǒng)還只能一門心思提升性能的時(shí)候，國(guó)際品牌已經(jīng)在豐富生態(tài)了，此中的差距也許并不是10年就可以輕易抹平的。

好在這樣的差距不再只是行業(yè)人士間的“耳語(yǔ)”。工業(yè)母機(jī)概念能夠火起來(lái)，要?dú)w因于國(guó)資委的表態(tài)，“推動(dòng)中央企業(yè)主動(dòng)融入國(guó)家基礎(chǔ)研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究創(chuàng)新體系，針對(duì)工業(yè)母機(jī)、高端芯片、新材料、新能源汽車等加強(qiáng)關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)。”當(dāng)政策重點(diǎn)點(diǎn)名工業(yè)機(jī)床之后，相信隨著資本追逐和人才培養(yǎng)，國(guó)產(chǎn)機(jī)床必將成為中國(guó)制造業(yè)穩(wěn)固的基石。
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