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卢秉恒院士:中国机床之我见

信息来源:互联网作者:机床世界发表时间:2019-7-10浏览量:587

卢秉恒院士系我国机械制造与自动化领域著名科学家,现为中国工程院院士,西安交通大学教授、博士生导师,任快速制造国家工程研究中心主任、国务院机械学科评议组召集人、中国机械工程学会副理事长、中国机械制造工艺协会副理事长、全国高校金属切削机床学会理事长,同时兼任宁波大红鹰学院院长。
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卢秉恒院士系我国机械制造与自动化领域著名科学家,现为中国工程院院士,西安交通大学教授、博士生导师,任快速制造国家工程研究中心主任、国务院机械学科评议组召集人、中国机械工程学会副理事长、中国机械制造工艺协会副理事长、全国高校金属切削机床学会理事长,同时兼任宁波大红鹰学院院长。国家04专项整体组组长。



杨青及沈部长的回顾,各位专家都提出了目前机床工具行业发何走出困境的命题及见解,问题值得大家深思。对企业和行业,我远不如企业家和前辈那么熟悉和体会深刻。但前前后后,与此行业打交道,从事科研,亦有30余年的历史了,在此谈谈浅见。


回顾与反思


上世纪80年代,行业在既没有雄厚财力,又缺乏高端技术和人才的前提下,被从计划经济推入了市场经济,经历了十几年寒冬。政府有形之手也很少作为。机床行业随工业尤其制造业的大环境而变化,几个过山车式的发展,对行业的发展形成很不利的外部环境。丰年,萝卜快了不洗泥,粗制滥造赶订单,无暇研发;歉年,吃饭尚成问题,无力研发。


从“六五”计划到“七五”、“八五”计划,政府科研计划推动过数控、FMS(柔性制造系统)、机器人、CIMS(计算机集成制造系统)等等,但未与机床精密、高速、复合的技术结合,机床设计制造技术本身的研究,从计划经济的组织模式,一下断了奶。计划经济向市场经济过渡期,正值数控技术在中国的起步期。混乱造成了利用进口审批权变现,将数控技术开发引向歧途,帮助了发那科公司的成长,而自主开发走上了困难之路。CIMS的实施,有些脱离企业实际的做法。但是,在机床企业有一句话:“不干CIMS,会死;干CIMS,会早死”。虽然这是一句戏言,但济南一机床就是在此后倒下的。


行业随之发生的是院所改制,一风吹。院所改制后,一般逐渐活的很好,行业多了一个有竞争力的企业,技术源成了企业的竞争对手,行业的共性技术研究严重缺位。而国家在机床方面的科研投入十多年几乎为零,因此高校在学科建设的竞争压力下,这方面的研究力量纷纷转向,80年代生气勃勃的研究局面没有了,有关的教学和人才培养均受到影响。在国外机床大发展阶段,我们拉大了差距。


企业进入市场环境,如何发展,仁者见仁、智者见智。即沈部长所说,与一把手的决策能力、事业心息息相关。分析杨青及沈部长提到的几家案例,秦川机床一直坚持其主导产品,坚持不断提升其技术、制造能力。宁江机床在其控股股东让其转向重型机床的情况下,经营班子一直坚持其中小型精密机床方向不变,济南二机床更是几十年坚持其主导产品不变,一直通过对引进技术的消化吸收再创新,吸收了小松等美、德、日企业的技术,博采众长,迎来了当前的发展局面。一方面,有04专项的科技支持,另一方面,确实与企业负责人的决心、眼光密切相关。


2012年考察过克林博格精密机床厂,询问他们的创新及在2008年金融危机下,有无裁员?他们的回答是:30年来,他们机床的基本结构、制造工艺、雇员基本未变,这3个稳定加上社会稳定性,保证了其产品的质量稳定性和企业的稳定发展。而我们一些企业,因为短期利益、领导变更等,产品方向、管理和技术骨干不断变更,势必给企业带来困境。


机床是制造业、装备工业的基础。其基础性决定了机床是国家战略,对于中国,尤其如此。我们不能与美国相比。因此国家应该多多支持,采用有形之手施加影响。尤其高端机床,是国家战略性产品,国家更应该有计划扶植,乃至应该主导其发展。高端产品只占市场的10%、甚至5%以下,但其研发需要高投入,我国机床企业在生计尚难维持时,如何期待其肯投资高端产品的研发,在高端产品上有所建树和发展?


国外机床行业也经历过困难和经济危机,他们普遍采用并购的方式,渡过难关,谋求更大发展,如德马吉就是在濒临破产时,3家并购而走向世界前列的。


我们机床企业普遍净利润低于5%,而银行贷款的利率是7%。机床企业很难通过贷款发展。而我国资本市场又普遍短视,很难期望他们投资于这种风险大、利润低的基础性产业。在企业利润低于银行利率情况下,股东也不愿意投资。机床企业缺乏平稳发展时的贷款,并购时所需要的大笔资金等等,面临困境,如再没有政府有形之手的救援,则只有破产、被民企并购和被外资并购几条路可走。


专项产业化进展及市场占有率提升的问题


加强04专项攻关成果的产业化,提升市场占有率,当然是专项的重要目标和任务。04专项的成果基本上开展了产业化工作。估计主机课题的产业化率在半数以上。如精密卧加,部分五轴联动机床。十大标志性装备中的大部分均已在用户成功应用。


但市场占有率的问题较为复杂。我国机床数控化率大幅度提升,中档数控机床有较大的市场占有率。但随着我国制造业向高端发展,尤其根据国家的战略需求,航空航天等高端装备制造对高端机床的需求大增,我们的高档数控机床尚未验证,不为这些领域认同,因此进口的高档机床反而增加在完成专项攻关任务后,产品走向市场,必须有一段路要走,需要经过验证和改进的过程,需要用户认同的过程。用户领域应该给与一定的机会。没有一定数量的市场,产品性能和可靠性就难以达到高水平。现在,航空航天及国防领域出于数控安全考虑,愿意配合专项开展应用验证,这是多年来行业遇到的难得机遇。我们应该抓住这个机会,开展航空航天等领域的应用验证,这等于在为机床行业开发市场。机床企业应该抓住机遇,与航空航天企业真诚合作,使专项成果大批进入航空航天等高端制造领域。在此,我建议,专项领导小组、工信部及国家领导,应该协调行业间的协作。各制造领域应该给机床企业进入的机遇。尤其航空航天、军工等国家采购或国有控股企业的技改项目,应该明确只能采购专项攻关成果产品及国产装备,这是不违背世贸原则的。


在汽车行业,国产装备走向市场的最大障碍是国产装备的可靠性。可靠性的问题,有技术因素,我们需要进一步研究和实践。但管理的问题往往更多。我国企业缺乏严格要求的工业文化,人工操作不严格遵守工艺,是产品品质不一致性的最重要因素。如热处理的工艺执行的随意性,严重影响产品质量及装备的精度稳定性,这些都是影响市场占有率的因素。一方面,应该加强质量工程,另一方面,应该尽量采用自动化技术,尽量排除人的干扰,提升制造的一致性,保证质量。


企业创新能力


我国机床企业创新能力较差,大部分企业的产品设计停留在仿制上,高端零部件依靠进口。导致我国机床形似神不似,性能总有一些差距。竞争依靠低价位,盈利能力差,无法提供研发资金,产品在低水平徘徊。日本NSK公司的实验室面积与生产面积11。美国GE公司的实验室环绕巨大的装配车间,数倍于生产面积,形成一个实验城。


我国机床企业在上世纪6070年代,不少企业还都有一个工艺实验室,现在只有为数甚少的企业还有实验室,有的是试制车间。极少数的企业有较完整的机床振动测试仪器。技术人员忙于应付设计任务和交合同,专门研究开发技术和开展工艺研究的更是寥寥无几。我1998年访美时,吉利刀片企业,有20~30位博士作研发人员,仅清华大学摩擦学国家重点实验室的博士就有6人为其研究,包括在刮脸液存在时,刀片与面部皮肤的摩擦问题。


我国机床企业的所谓技术资料就是几张图纸。日本马扎克公司的技术资料,从产品讨论研发立项时的每一次会议,均有记录,加上详细的实验记录,浩瀚的实验数据。成功与失误均可追溯。我们除了图纸,别的资料几乎为空白。出图靠测绘,设计靠类比或估计,整机实验在用户,质量和可靠性问题造成用户对产品缺乏认同。欲再改变既有印象,往往花数倍气力也难以奏效。


在产品选择上,往往选择量大面广的产品,现今红火的已经有人在大赚其钱的产品,造成一哄而上,低价位竞争,无利可图。市场一变脸,企业陷入窘境;往往追求的是产值,短期效益,甚至是政府的满意与个人的仕途。国外企业基本上做没有人做的产品,依靠研发投入,保证高品质,形成竞争高门坎,保持高价位、高利润。以“专精特”研发的产品占领世界市场形成批量和利润。这样,在产品开发选择的起点上,我们就输了一筹。


国外企业在开发产品的论证阶段,就与用户一起研究工艺,确定解决方案。在产品开发的始终,一直保持良好的关系。机床企业对工艺的研究了解,甚至超过用户自己。我国机床企业由于只对市场大(往往是当下、短暂的)的产品感兴趣,对用户的工艺不甚了解甚至不了解。使得专项开发主机,往往需要更多的验证。如沈阳机床为成飞开发的高速加工中心,第一台问题很多,在成飞的帮助下,找出几十处问题,再进行第二台开发,终获成功。


由于企业的创新能力弱,专项课题执行中,对技术指标差距大的产品攻关,不得不采取小步快跑的策略,安排更多的课题。造成专项显得课题多,分散的印象。


由于企业缺乏研发能力,缺少研发实验设备,企业设计人员对核心技术的掌握也甚为有限,尤其数控机床耦合和机床动力学方面。这也是我们对高速机床的高速主轴、高速进给、高加速度等设计基本不掌握。如五轴头的设计,不了解电机扭矩和功率的设计依据和计算,千篇一律地套用,使不是机床的切削性能不够,就是摆头过于笨大,加速度和进给速度达不到要求。


探索发展机制提升产业创新能力


企业缺乏创新能力,缺少技术力量,某些核心技术尚未很好掌握。目前,机床行业面临经济下行和结构调整的压力很大,订单往往只有正常水平的一半。在此情况下,企业技术人员的工作更繁忙了。因为订单中,专用设备比例增多,开发设计任务更重了。而专项开发的许多样机验证、完善及满足航空航天等高端制造需求的任务繁重。而专项所剩的时间有限,任务更加紧迫,需要产学研的协同创新,保证专项任务的完成和总体目标的实现。


企业缺乏有科研开发能力的人员,企业需要在掌握核心技术上与高校合作。但更重要和更根本的是,企业科技人员基本上来自高校。如高校师生得不到科研素质的培养和工程实践能力的锻炼,以后的企业缺乏有工程能力和创新能力强的人才来源,企业创新的源泉就会萎缩,甚至枯竭。


高校在参加04专项中,发挥了一定的作用,出现了一些创新。如重庆大学帮助宁江机床提升可靠性的研究,加强加工过程质量控制,使精密卧加可靠性显著提高,上海拓普公司,为上海交大教授成果办的公司,开发能力很强。采用国产数控系统和关键部件,自行设计制造的五轴联动机床,在曲面高速加工等方面有较为突出的性能,已经成功应用于航天8院。北京理工大学开发的加工件内部缺陷超声波检测仪,已经实现产业化,在航空航天件的检测中得到较多的应用。西安交大开发利用电机信息的机床智能控制,已经在应用于国产数控系统,提升了数控系统的性能。参加课题的博士生,开发故障诊断系统,发现了企业装备的主轴问题,使批量产品性能得到保证。该生一毕业,就被企业聘为企业研究室主任。现在需要产学研建立长期有效的协同创新机制,发挥高校的作用,同时,实现将创新要素向企业聚集。

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