國產機牀，高端有突破（產經觀察·中國製造，強鏈補鏈正攻堅②）
“2020年，機牀行業運行情況好於預期，呈現恢復性增長態勢。”日前， 中國機牀工具工業協會常務副理事長毛予鋒表示，經歷了近10年的低迷期，機牀行業正迎來發展新機遇。
機牀，生產機器的機器，被稱爲“工業母機”，是裝備製造業的核心生產基礎。在極不平凡的2020年，機牀業精耕細作，在高檔數控機牀領域取得了諸多新突破：超大型五軸機牀取得重大突破，世界首臺鑄鍛銑一體化3D打印數控機牀研發成功……
“十四五”時期，機牀行業如何補短板、鍛長板？記者進行了採訪。
2020年春天，機牀業喜報頻傳。
由通用技術集團瀋陽機牀研製的國內首臺超長行程高鐵專用高速五軸加工中心成功下線。這臺機牀用於高鐵大型結構件的複雜曲面加工，標誌着國產高端數控裝備首次用於高鐵行業核心零部件的生產。
在這一個月之前，由我國主持修訂的“S試件”五軸機牀檢測方法正式成爲國際標準，機牀人坦言，“這可是啃下了硬骨頭”。
“S試件”被視爲機牀加工領域“皇冠上的明珠”。一臺機牀只要能夠加工出合格的“S試件”，那麼再複雜的薄壁零件，都能勝任。“S試件”的加工，需要機牀變換多種角度加工，且保證極高的加工精度。
“我們機牀的核心部件經受住了‘S試件’的考驗。”國內某機牀龍頭企業負責人說，闖關“S試件”，吃的苦頭可不少，“試驗過程中，機牀加工的各個檢測點指標都是合格的，可組合起來的‘S試件’卻總是達不到標準。”
究其原因，還是加工精度有差距。每個檢測點不僅要達標，還要幾乎零誤差，才能保證“S試件”外形輪廓尺寸的誤差不超過0.05毫米。該企業的研發攻關團隊不斷向零誤差逼近，經過1200多次試驗，終於啃下了這塊“硬骨頭”，實現“S試件”加工100%合格。
毛予鋒稱，如今我國高端機牀的國產化程度不斷提高。截至目前，國產五軸聯動加工中心、高檔數控系統等代表性產品的國內市場佔有率已提升至30%左右。
更可喜的是，不僅大型機牀龍頭企業持續攻克關鍵技術，細分領域的“隱形冠軍”也在破局。2020年11月，機牀行業有近20家企業入選工信部第二批專精特新“小巨人”企業公示名單。
2021年1月4日，深圳市創世紀機械有限公司再傳捷報，產品T—V856S機牀單日出貨218臺，創近年來新高，贏得“開門紅”。憑藉可靠的加工質量，公司短短10多年就躍居細分領域的前列。
“近10年是我國機牀市場需求急劇變化的10年，從完全依賴投資向投資兼顧消費方向轉變。”毛予鋒說，過去，機牀企業的客戶主要集中在能源、鋼鐵、裝備製造業等重工業，如今，客戶已向電子產品、新能源汽車、醫療器械、半導體等領域拓展，“一些不適合市場需求的企業被淘汰，而一批反應快速、聚焦細分領域的企業迅速成長。”
高端有突破、中端有進展，機牀行業正逐步擺脫多年的下行態勢，呈現觸底回暖的跡象。中國機牀工具工業協會數據顯示，2020年金屬加工機牀全年訂單總量增長了16%。
加強協同創新，實現從1到100、由點及面的擴張
作爲“工業母機”，機牀的應用場景遍地皆是，小到手機、電視、洗衣機，大到汽車、高鐵、飛機、火箭，精細如醫學植入物和醫療器械等等，都離不開機牀。中國經濟邁向高質量發展，對產品質量的要求越來越高，對機牀的要求也越來越高。“可以說，國產高端機牀的供給能力與需求不匹配，不僅整機與進口機牀有差距，關鍵基礎配套件也有差距。”毛予鋒說。
差距在哪裡？在於以應用爲基礎的可持續創新。
廣州數控設備有限公司副總工程師朱孔鋒表示，以數控機牀的核心技術——數控系統爲例，我國已有能力生產高端機牀數控系統，實現了從0到1的突破。但與進口高端數控系統相比，在技術成熟度和品牌影響力上還存在差距。“正是這些差距，讓國產數控系統遲遲難以實現從1到100、由點及面的擴張。與此同時，缺乏了高端應用場景的錘鍊，國產高端數控系統與國外產品的差距就難以彌補，甚至會越來越大。”
“好產品是用出來的，無人使用就無從知道差距，沒有應用場景，如何升級迭代？”大連光洋科技集團董事長助理江世琳感慨，高端機牀市場規模小、單價高，價格因素影響較小，“僅依靠企業自身、依靠市場力量，國產高端數控機牀的開拓困難很大。”
毛予鋒坦言，長期以來，機牀行業重樣機研究、輕應用驗證，往往樣機通過驗收即意味着項目完成，很少有人關注產品的後續應用、市場拓展，對企業創新產品的推廣缺乏政策支撐。這種創新模式往往只能滿足解決“有沒有”的問題，不能適應高質量發展的需求。
面對這一困境，一些企業進行了有益探索。
“我們把找客戶的時間提前了。”江世琳說，以前是有了產品向客戶推銷，請他們試用。現在我們是先找上門，問客戶有什麼需求，雙方一起研發，“我們理解客戶青睞進口成熟機牀的心理，畢竟生產線的每一次故障、停機都會造成巨大的損失。所以，我們只能把功課做到前頭。”
回憶起第一次和某研究機構合作的場景，江世琳不會忘記那寫滿問題的200多頁A4紙，“第一次共同研發，客戶用考察進口先進設備的標準要求我們。對我們而言，那厚達3釐米的問題紙不是苛責，是寶貝。”江世琳回憶，改進設備後，公司直接把工程師派到了客戶的車間，隨時解決問題，提高設備的可靠性、工藝的適應性和生產的穩定性，以免影響操作工人的績效，提高他們操作國產設備的積極性。經歷了一次共同研發，大連光洋終於贏得了客戶的認可。客戶一次性購置了22臺高端五軸聯動機牀組建智能生產線，“在那之後，公司的產品在航空航天領域打開了局面。”
“機牀行業的供給方式正從批量化向定製化轉變，特別是中高端產品，更需要機牀行業加強與用戶的協同創新實踐，從被動跟隨式解決用戶需求問題，向聯合預研新需求和新工藝轉變。”毛予鋒說。
工欲善其事，必先利其器。對於製造業來說，這個“器”就是機牀。“十四五”時期，機牀行業要補短板、鍛長板，任重道遠。
“從產品看，一臺好的機牀需要全產業鏈‘齊步走’，基礎部件決定了功能部件，功能部件又決定了主機的性能，這是一個環環相扣的過程。”朱孔鋒說。
從行業看，機牀與半導體、原材料、刀具等一系列基礎工業是互爲表裡、互相依存的。例如，一臺高端機牀需要有高質量的軸承，而高品質的軸承除了取決於鋼材的質量，更重要的是加工軸承所用機牀的性能。
“這意味着，機牀行業要補短板，僅靠頭部企業不可行，而是需要用戶需求引領、產學研用一盤棋齊發力。”江世琳說。
毛予鋒強調，可以預見的是，“十四五”期間，對國產高端機牀的需求有望進一步爆發。在重大需求拉動和共性技術研發方面，我們需要探索新型舉國體制如何更好發揮作用。
朱孔鋒表示，正如“十四五”規劃《建議》提出的實行“揭榜掛帥”等制度，希望有關部門指導下游企業公開發布需求，聯合各基礎工業、機牀產業鏈上下游共同研發，形成相輔相成、協同攻關、互促互進的發展新格局，“政府部門可以採取購買服務的方式，由龍頭企業承包相關課題，自行組織課題參與方，以實現關鍵核心技術的攻克。”
“雖然機牀行業佔GDP比重不足1%，卻是製造業向中高端升級的基礎。行業實現高質量發展，需要更多資本的大力支持。” 毛予鋒建議，國家級大基金更多地投向機牀行業，同時也給予民營企業更多的機會，“機牀行業經過近10年的發展，民營企業已成爲不可忽視的重要力量。”
不過，埋頭趕路也要擡頭看路。近些年，機牀業的顛覆性創新陸續問世，不僅彌補了傳統數控機牀的短板，也影響着傳統機牀的研發思路。
據介紹，傳統數控機牀在加工時“做減法”，通過車、銑、刨、磨等方式對機械零件進行加工，勝在可靠性高。3D打印技術則是“做加法”，先將液體材料固化爲平面薄層，再將一層層薄層累積成所需要的三維物體，勝在可駕馭複雜造型。日前，在武漢，一種全新的機牀——鑄鍛銑一體化3D打印數控機牀，將二者優點相結合。
“現代工業所需的不少精密零部件，結構複雜，對精度、氣密性要求極高。用傳統數控機牀進行加工，控制精度難度極大，3D打印技術則在氣密性等方面有短板。”項目牽頭人、華中科技大學教授張海鷗說，鑄鍛銑一體化3D打印數控機牀將二者優勢“合二爲一”，邊鑄型邊鍛打，僅一次就成功試製出飛機複合材料成型模具，不僅參數符合要求，還克服了複雜大型模具加工難度大、成品率低等瓶頸問題，製造週期縮短至少1/3。
“爲滿足高效、柔性製造的需求，傳統機牀的變革勢在必行，這要求機牀行業在練好內功的同時，積極擁抱新技術，隨時準備應對新挑戰。”毛予鋒說。