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中國機床之我見

發布:2019-08-12 點擊:1450

中國機床之我見

 

 

盧秉恒院士系我國機械制造與自動化領域著名科學家,現為中國工程院院士,西安交通大學教授、博士生導師,任快速制造國家工程研究中心主任、國務院機械學科評議組召集人、中國機械工程學會副理事長、中國機械制造工藝協會副理事長、全國高校金屬切削機床學會理事長,同時兼任寧波大紅鷹學院院長。國家04專項整體組組長。

 

楊青及沈部長的回顧,各位專家都提出了目前機床工具行業發何走出困境的命題及見解,問題值得大家深思。對企業和行業,我遠不如企業家和前輩那么熟悉和體會深刻。但前前后后,與此行業打交道,從事科研,亦有30余年的歷史了,在此談談淺見。

 

回顧與反思

 

上世紀80年代,行業在既沒有雄厚財力,又缺乏高端技術和人才的前提下,被從計劃經濟推入了市場經濟,經歷了十幾年寒冬。政府有形之手也很少作為。機床行業隨工業尤其制造業的大環境而變化,幾個過山車式的發展,對行業的發展形成很不利的外部環境。豐年,蘿卜快了不洗泥,粗制濫造趕訂單,無暇研發;歉年,吃飯尚成問題,無力研發。

 

  從“六五”計劃到“七五”、“八五”計劃,政府科研計劃推動過數控、FMS(柔性制造系統)、機器人、CIMS(計算機集成制造系統)等等,但未與機床精密、高速、復合的技術結合,機床設計制造技術本身的研究,從計劃經濟的組織模式,一下斷了奶。計劃經濟向市場經濟過渡期,正值數控技術在中國的起步期。混亂造成了利用進口審批權變現,將數控技術開發引向歧途,幫助了發那科公司的成長,而自主開發走上了困難之路。CIMS的實施,有些脫離企業實際的做法。但是,在機床企業有一句話:“不干CIMS,會死;干CIMS,會早死”。雖然這是一句戲言,但濟南一機床就是在此后倒下的。

 

行業隨之發生的是院所改制,一風吹。院所改制后,一般逐漸活的很好,行業多了一個有競爭力的企業,技術源成了企業的競爭對手,行業的共性技術研究嚴重缺位。而國家在機床方面的科研投入十多年幾乎為零,因此高校在學科建設的競爭壓力下,這方面的研究力量紛紛轉向,80年代生氣勃勃的研究局面沒有了,有關的教學和人才培養均受到影響。在國外機床大發展階段,我們拉大了差距。

 

企業進入市場環境,如何發展,仁者見仁、智者見智。即沈部長所說,與一把手的決策能力、事業心息息相關。分析楊青及沈部長提到的幾家案例,秦川機床一直堅持其主導產品,堅持不斷提升其技術、制造能力。寧江機床在其控股股東讓其轉向重型機床的情況下,經營班子一直堅持其中小型精密機床方向不變,濟南二機床更是幾十年堅持其主導產品不變,一直通過對引進技術的消化吸收再創新,吸收了小松等美、德、日企業的技術,博采眾長,迎來了當前的發展局面。一方面,有04專項的科技支持,另一方面,確實與企業負責人的決心、眼光密切相關。

 

2012年考察過克林博格精密機床廠,詢問他們的創新及在2008年金融危機下,有無裁員?他們的回答是:30 來,他們機床的基本結構、制造工藝、雇員基本未變,這3個穩定加上社會穩定性,保證了其產品的質量穩定性和企業的穩定發展。而我們一些企業,因為短期利益、領導變更等,產品方向、管理和技術骨干不斷變更,勢必給企業帶來困境。

 

機床是制造業、裝備工業的基礎。其基礎性決定了機床是國家戰略,對于中國,尤其如此。我們不能與美國相比。因此國家應該多多支持,采用有形之手施加影響。尤其高端機床,是國家戰略性產品,國家更應該有計劃扶植,乃至應該主導其發展。高端產品只占市場的10%、甚至5%以下,但其研發需要高投入,我國機床企業在生計尚難維持時,如何期待其肯投資高端產品的研發,在高端產品上有所建樹和發展?

 

國外機床行業也經歷過困難和經濟危機,他們普遍采用并購的方式,渡過難關,謀求更大發展,如德馬吉就是在瀕臨破產時,3家并購而走向世界前列的。

 

我們機床企業普遍凈利潤低于5%,而銀行貸款的利率是7%。機床企業很難通過貸款發展。而我國資本市場又普遍短視,很難期望他們投資于這種風險大、利潤低的基礎性產業。在企業利潤低于銀行利率情況下,股東也不愿意投資。機床企業缺乏平穩發展時的貸款,并購時所需要的大筆資金等等,面臨困境,如再沒有政府有形之手的救援,則只有破產、被民企并購和被外資并購幾條路可走。

 

專項產業化進展及市場占有率提升的問題

 

加強04專項攻關成果的產業化,提升市場占有率,當然是專項的重要目標和任務。04專項的成果基本上開展了產業化工作。估計主機課題的產業化率在半數以上。如精密臥加,部分五軸聯動機床。十大標志性裝備中的大部分均已在用戶成功應用。

 

但市場占有率的問題較為復雜。我國機床數控化率大幅度提升,中檔數控機床有較大的市場占有率。但隨著我國制造業向高端發展,尤其根據國家的戰略需求,航空航天等高端裝備制造對高端機床的需求大增,我們的高檔數控機床尚未驗證,不為這些領域認同,因此進口的高檔機床反而增加

 

  在完成專項攻關任務后,產品走向市場,必須有一段路要走,需要經過驗證和改進的過程,需要用戶認同的過程。用戶領域應該給與一定的機會。沒有一定數量的市場,產品性能和可靠性就難以達到高水平。現在,航空航天及國防領域出于數控安全考慮,愿意配合專項開展應用驗證,這是多年來行業遇到的難得機遇。我們應該抓住這個機會,開展航空航天等領域的應用驗證,這等于在為機床行業開發市場。機床企業應該抓住機遇,與航空航天企業真誠合作,使專項成果大批進入航空航天等高端制造領域。在此,我建議,專項領導小組、工信部及國家領導,應該協調行業間的協作。各制造領域應該給機床企業進入的機遇。尤其航空航天、軍工等國家采購或國有控股企業的技改項目,應該明確只能采購專項攻關成果產品及國產裝備,這是不違背世貿原則的。

 

在汽車行業,國產裝備走向市場的最大障礙是國產裝備的可靠性。可靠性的問題,有技術因素,我們需要進一步研究和實踐。但管理的問題往往更多。我國企業缺乏嚴格要求的工業文化,人工操作不嚴格遵守工藝,是產品品質不一致性的最重要因素。如熱處理的工藝執行的隨意性,嚴重影響產品質量及裝備的精度穩定性,這些都是影響市場占有率的因素。一方面,應該加強質量工程,另一方面,應該盡量采用自動化技術,盡量排除人的干擾,提升制造的一致性,保證質量。

 

企業創新能力

 

我國機床企業 創新能力較差,大部分企業的產品設計停留在仿制上,高端零部件依靠進口。導致我國機床形似神不似,性能總有一些差距。競爭依靠低價位,盈利能力差,無法提供研發資金,產品在低水平徘徊。日本NSK公司的實驗室面積與生產面積11。美國GE公司的實驗室環繞巨大的裝配車間,數倍于生產面積,形成一個實驗城。

 

  我國機床企業在上世紀6070年代,不少企業還都有一個工藝實驗室,現在只有為數甚少的企業還有實驗室,有的是試制車間。極少數的企業有較完整的機床振動測試儀器。技術人員忙于應付設計任務和交合同,專門研究開發技術和開展工藝研究的更是寥寥無幾。我1998年訪美時,吉利刀片企業,有20~30位博士作研發人員,僅清華大學摩擦學國家重點實驗室的博士就有6人為其研究,包括在刮臉液存在時,刀片與面部皮膚的摩擦問題。

  

我國機床企業的所謂技術資料就是幾張圖紙。日本馬扎克公司的技術資料,從產品討論研發立項時的每一次會議,均有記錄,加上詳細的實驗記錄,浩瀚的實驗數據。成功與失誤均可追溯。我們除了圖紙,別的資料幾乎為空白。出圖靠測繪,設計靠類比或估計,整機實驗在用戶,質量和可靠性問題造成用戶對產品缺乏認同。欲再改變既有印象,往往花數倍氣力也難以奏效。

 

在產品選擇上,往往選擇量大面廣的產品,現今紅火的已經有人在大賺其錢的產品,造成一哄而上,低價位競爭,無利可圖。市場一變臉,企業陷入窘境;往往追求的是產值,短期效益,甚至是政府的滿意與個人的仕途。國外企業基本上做沒有人做的產品,依靠研發投入,保證高品質,形成競爭高門坎,保持高價位、高利潤。以“專精特”研發的產品占領世界市場形成批量和利潤。這樣,在產品開發選擇的起點上,我們就輸了一籌。

 

國外企業在開發產品的論證階段,就與用戶一起研究工藝,確定解決方案。在產品開發的始終,一直保持良好的關系。機床企業對工藝的研究了解,甚至超過用戶自己。我國機床企業由于只對市場大(往往是當下、短暫的)的產品感興趣,對用戶的工藝不甚了解甚至不了解。使得專項開發主機,往往需要更多的驗證。如沈陽機床為成飛開發的高速加工中心,第一臺問題很多,在成飛的幫助下,找出幾十處問題,再進行第二臺開發,終獲成功。

 

由于企業的創新能力弱,專項課題執行中,對技術指標差距大的產品攻關,不得不采取小步快跑的策略,安排更多的課題。造成專項顯得課題多,分散的印象。

 

由于企業缺乏研發能力,缺少研發實驗設備,企業設計人員對核心技術的掌握也甚為有限,尤其數控機床耦合和機床動力學方面。這也是我們對高速機床的高速主軸、高速進給、高加速度等設計基本不掌握。如五軸頭的設計,不了解電機扭矩和功率的設計依據和計算,千篇一律地套用,使不是機床的切削性能不夠,就是擺頭過于笨大,加速度和進給速度達不到要求。

 

建設創新平臺補充共性技術研究

 

  在計劃經濟時代,行業建立了一些專業化的研究院所,為行業無償提供和解決關鍵共性技術。現在行業的研究院所經過改制,大多數已經走向企業化,失去了提供共性技術的功能,有些院所甚至與行業內的企業成為競爭關系。不少老專家感到共性技術研究嚴重缺位。但改制院所也不可能走回頭路。面對此形勢,04專項實施方案提出建設創新能力平臺的措施。

 

專項在實施中,注意了按技術方向設立創新平臺,選擇有研發實力的單位執行,希望能補充共性技術研究的缺位。創新平臺依托單位中,有高校院所,也有企業。出發點是,建立在高校院所的平臺,希望實現成果共享,以為企業提供共性技術。建設在企業的創新平臺,一般難以要求成果的共享,基本選擇了骨干企業,他們做好了,對行業就有較大貢獻,對成果共享可以放松要求。但創新平臺一期建設,主要是形成一定的實驗和開發能力。現在基本已經完成,需要抓緊驗收,以進入二期建設,發揮創新平臺在某個技術方向上發揮技術領軍作用。

 

專項中期評估關于加強創新平臺建設、發揮平臺作用的建議,包括建議的幾種建設運行方法,是可以考慮的。可以由多家企業共同建設一個平臺,也可以依托高校建設,多家企業參加。德國弗朗和夫研究所的模式值得借鑒。可以成為后04專項創新平臺建設運行的參考。

 

探索發展機制提升產業創新能力

 

企業缺乏創新能力,缺少技術力量,某些核心技術尚未很好掌握。目前,機床行業面臨經濟下行和結構調整的壓力很大,訂單往往只有正常水平的一半。在此情況下,企業技術人員的工作更繁忙了。因為訂單中,專用設備比例增多,開發設計任務更重了。而專項開發的許多樣機驗證、完善及滿足航空航天等高端制造需求的任務繁重。而專項所剩的時間有限,任務更加緊迫,需要產學研的協同創新,保證專項任務的完成和總體目標的實現。

 

企業缺乏有科研開發能力的人員,企業需要在掌握核心技術上與高校合作。但更重要和更根本的是,企業科技人員基本上來自高校。如高校師生得不到科研素質的培養和工程實踐能力的鍛煉,以后的企業缺乏有工程能力和創新能力強的人才來源,企業創新的源泉就會萎縮,甚至枯竭。

 

  高校在參加04專項中,發揮了一定的作用,出現了一些創新。如重慶大學幫助寧江機床提升可靠性的研究,加強加工過程質量控制,使精密臥加可靠性顯著提高,上海拓普公司,為上海交大教授成果辦的公司,開發能力很強。采用國產數控系統和關鍵部件,自行設計制造的五軸聯動機床,在曲面高速加工等方面有較為突出的性能,已經成功應用于航天8院。北京理工大學開發的加工件內部缺陷超聲波檢測儀,已經實現產業化,在航空航天件的檢測中得到較多的應用。西安交大開發利用電機信息的機床智能控制,已經在應用于國產數控系統,提升了數控系統的性能。參加課題的博士生,開發故障診斷系統,發現了企業裝備的主軸問題,使批量產品性能得到保證。該生一畢業,就被企業聘為企業研究室主任。現在需要產學研建立長期有效的協同創新機制,發揮高校的作用,同時,實現將創新要素向企業聚集。

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