智库视点 | 加快高端磨床装备产业数字化转型的对策建议

编者按

中国世界制造业中心地位的确立和国内汽车、航天航空、军工及机械制造等行业的快速发展对国内先进制造装备技术,特别是精密高效的数控磨床设备和技术,提出更高、更大的要求。国内高端磨床装备与国外相比尚有差距,后续应进一步加快推进我国高端磨床装备的智能化、绿色化、超精密化、高速高效化、复合化与高稳定性发展,自主创新开发性能优异的精密高档数控装备,努力改变磨床行业从“跟跑”到“领跑”的状态、实现高端磨床装备为代表的国内整体机械制造业的快速发展。

当今制造业已经进入多品种、小批量生产时代,具有制造周期短、生产成本降低等新的特点。磨床作为装备制造业的“工作母机”,高端磨床是发展高端装备制造业的“利器”,是高端装备制造业的关键。高档数控机床是先进的生产技术和军工现代化的战略装备,而磨床技术不仅是我国现代化工业发展的基础性技术,也是体现国家工业机械程度和精密程度的关键环节。然而,在上海机床行业中,仅有上海机床厂有限公司相关团队致力于高端磨床装备的研发与应用,面对社会各领域日益提高的制造需求,上海高端磨床装备的发展应得到充分的重视。

一、国内外高端磨床装备产业发展现状比较

目前,在高端磨床装备行业呈现跨国公司、外资企业、国有企业和民营企业相互竞争的格局。但相比国外先进产品在各方面的发展现状,我国高端磨床装备发展尚有进步空间。

(一)国外高端磨床装备产业发展现状

众所周知,跨国公司及外资企业有强大的技术、规模、品牌、人才、制造、管理、服务方面的优势,在高端市场占据一定的领先地位,比如HARDINGE、NAXOS、CAPCO、STUDER等国外品牌。以世界知名的磨床生产产业集团——斯莱福临集团为例,下辖8家专业磨床制造企业,在不同的磨床制造领域占据世界领先地位。

磨床制造领域范围非常广泛,高端磨床可以分为超精密磨床、复杂型面磨床、复合磨床、重型磨床等类别,可以加工内外圆柱面、内外圆锥面、平面、成形面和组合面等各种加工对象。其中,作为需求量最大的内外圆磨床,其生产厂家不乏佼佼者,成立于1912年的瑞士Fritz STUDER AG具有该领域的世界领先水平。

Studer公司是行业内硬精加工机械制造第一名,世界30大机床制造商之一。Studer磨床广泛应用于汽车、工具、精密工程、航空、交通及重工业、医疗卫生、机械制造、电力、模具等行业。该公司下的数控万能内外圆磨床S41是由人造花岗岩床身、线性驱动的导轨系统、转塔式砂轮头刀架、工件头尾架和砂轮修整器等组成,搭配良好的编程界面及功能全面的数控编程软件,可以高效地完成大部分日常的磨削加工。

基于对世界高端磨床的典型企业与代表性产品的分析,世界高端数控磨床装备主要向着智能化、绿色化、超精密化、高速高效化、复合化等方面重点发展。

(二)国内高端磨床装备产业发展现状

随着国民经济的高速发展,国家重点发展的航空航天、船舶、汽车、轨道交通、新能源等产业对高速高精多轴联动的高端数控机床、自动生产线、自动化辅助装配、自动化输送等高端装备要求日益增多,需求正不断向精密、高效、专用、大型等高端磨床装备倾斜是当今基本格局。

在近几年的市场快速变迁中,磨床装备在分化中加速调整转型的步伐。国内一些厂家,如上海机床厂有限公司(以下简称“上机”)、华辰精密装备(昆山)股份有限公司、北京第二机床厂有限公司、无锡机床股份有限公司等企业都在积极探索产品结构、产业结构的调整,提高高端磨床产品的技术含量、产品质量和可靠性,重点发展中高档、多功能数控磨床,走“专业、专精”的道路,以满足市场迅速发展和变化的需要,增强与国外进口数控磨床的竞争力。

然而,在上海机床行业中,仅有上机致力于高端磨床装备的研发与应用。上机研制的产品中,有H402-AZ超精密大尺寸光学玻璃平面磨床,用于大尺寸光学玻璃零件,代表了我国国产数控磨床在超精密磨削技术上的先进水平,但从精密到超精密磨削技术,上海厂家正不断钻研,在高精度与稳定性方面,尚有更多进步空间。

对于磨床技术来说,市场上德国、瑞士处于第一梯队,日本、意大利等处于第二梯队,韩国、台湾处于第三梯队,上机的部分产品处于第二梯队,国内大部分产品仍处于第三梯队。

从产品性能、企业经营、市场需求三大维度,将上机和国外公司进行了综合实力的对标,对标发现上海磨床装备与他们之间存在的差距有:一是高端磨床装备产品性能的全面差距,特别是在可靠性和关键技术的掌握和运用上;二是在企业的经营管理上还有不小的差距,如发展理念、机制、效率等;三是提供工艺解决方案与售后服务的差距,上海厂家普遍无法解决这方面的问题,造成满足不了用户需求的局面。

从创新发展及产品研发方面,上海磨床企业存在的突出问题有:在核心技术仍有缺失、技术基础较为薄弱、新型技术研发体系尚未形成、技术进步的路径依赖危险等。

二、上海高端磨床装备产业发展面临的问题

上海高端磨床装备产业企业现阶段面临的困难、制约高端磨床装备发展的主要瓶颈和短板主要有以下几点:

(一)装备的可靠性与精度稳定性差

高精度静压主轴系统/电主轴系统以及闭式静压导轨是高档数控机床的核心功能部件,国内自主研发核心功能部件的性能仍与国外有一定差距,造成国内公司产品开发速度慢,造成机床的适应性和满足度远达不到市场的需求。与此同时,磨床的可靠性和精度稳定性不高,引进智能化和信息化技术不足,尚未形成有效地生产加工自动化成套装备解决方案的能力。

(二)技术人才缺乏

我国是个人口大国,虽然各地包括上海从事机床整个产业链的人众多,但是缺少能够对数控系统、功能部件、刀具、测量仪器进行创新研究的人才。磨床装备不仅产品类型多,而且有不少产品为定制产品,需要投入的设计人员较多,当今人才吸引力不足,人才数量持续下降。

(三)科研乏力

机床业长期以来,重生产、不重科研;重主机、不重配件;更不重基础技术、应用技术的科研,也就不可能进行深入系统的科研工作。对加工工艺及用户数控加工软件、机床监控及性能分析等共性技术进行深入和系统的研究十分重要。

(四)科研合作不够深入

企业与企业、行业、设计制造厂、机床工业相关部门、高校研究院所,乃至用户缺乏紧密合作,阻碍了高端磨床装备产品的快速发展。

三、推进上海高端磨床装备发展的建议

上海有着良好的产业环境和丰富的智能化先进技术应用场景,具有高端磨床装备发展的优势,应进一步抓住机遇,以核心技术为基础,与政府引导相结合,促进快速发展。

(一)政府政策鼎力支持,重视成果应用转化

国家对机床行业的支持中,2009年启动的04专项是最令行业振奋的兴业之举。然而04专项实践有所成果,同时也存在不少问题。除了资金强度不足之外,最重要的就是资金使用效率较差,限制条款过多,实际上这类扶持工程化的项目最终目标应关注能否实地应用、能否规模化使用。

(二)核心技术持续升级,坚持创新

1.掌握高端磨床设计的核心技术,为用户提供全面解决方案。

研究开发高端数控磨床,必须掌握其核心技术。我们应具有自主知识产权,开发适应于高端磨床装备的开放式数控系统,开发适用于各种工艺需求的应用软件, 建立磨削工艺数据库。结合用户的工艺要求,才能够为用户提供全面的解决方案。     

2.重视数字化技术的开发与使用,提供有效提升效率手段。

在磨床加工与制造过程中借助如“数字化双胞胎”等来实现从产品研发、设计、生产、直到服务的全过程,从而提高生产力、可用性和过程可靠性,优化加工精度、设计、加工过程乃至维护和服务。

3.加强创新平台建设, 提高工艺创新手段和能力。

加强创新平台的建设,有利于突破行业发展中的关键技术装备制约,同时,对加强产学研合作、完善产业创新体系、增强行业科技创新及产业化物质支撑具有重要意义。

(三)培养高技能人才,建设高水平队伍

1.提升员工技能水平,营造人才培养环境。

机床行业是技术与劳动力高度密集的行业。尽管现代技术有利于智能制造的高速发展,但是怎样去发挥所掌握的技术优势,还须依靠高级技术人才去完成。而现实是机床企业普遍存在高技能人才匾乏现象,建议除了重视开发人才培养外,更要关注高技能人才的培养和使用,加快建设高端磨床装备与智能制造教育体系,营造高技能人才培养环境。

2.减少人才流失,做好队伍稳定性建设。

人才队伍的稳定性对于高端磨床装备的发展实现可持续性将起到至关重要的作用。上海各高校开设相关专业,体现了国内为培育后备力量的重视性,但毕业流向的关键性问题没有得到根本解决,进入行业内的员工无法达到预期的满意度,最终转行。解决这一现象的关键在于,应把具有合适能力的人员安排到合适的岗位上,真正做到“人岗适配”,才能使双方达到合适的满意度。

3.“引进来、走出去”,提升整体水平。

在制造业,工艺远比制造难度要大得多,我国缺的不只是技术工人,更缺的是工艺师,我国磨床行业严重缺少各方面的专家、人才。上海应紧紧围绕国家重大需求,以更大力度引进“高精尖缺”人才。可以通过借用外力的形式,聘请国内外专家进入研发设计团队,带动年轻骨干的快速成长;另外,通过国际合作平台,输送年轻技术人员去国外培训也能起到很好的效果。同时这些方式也可以很好地激励了其他科研人员自身能力的提高,在各方面继续寻求更广泛的合作。

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