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數控機床被稱為“工業之母”,是現代制造業的基石。當前,中國高檔數控機床在高效高速化與精密性上,與全球幾大先進國家相比,仍有著不小的差距。

來自前瞻產業研究院的數據顯示,2018~2023年我國數控機床在技術發展以及下游市場的逐漸復蘇等原因推動下,仍將保持10%~12%之間的增長速度,到2023年我國數控機床行業的市場規模將突破5000億元。

中國工程院院士、“高檔數控機床與基礎制造裝備”國家科技重大專項總師盧秉恒在首屆中國高科技產業化高峰會議上表示,重大專項推動了中國高端數控機床研發,我國航空航天領域、汽車制造領域已逐漸用上國產的數控機床。但應當正視的是,我國與國外先進水平相比仍然還有差距。

 

國產數控機床在航天汽車領域占比提升

為了在一定時限內完成重大戰略產品、關鍵共性技術和重大工程,《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006~2020)》確定了大型飛機、高檔數控機床與基礎制造裝備、核高基等16個重大專項,力圖通過核心技術突破和資源集成實現國家目標。

盧秉恒表示:“高端數控系統‘三打祝家莊’都沒有打下來,但目前通過重大專項已經基本上攻下來。如今我國的數控系統已經達到國際主流數控系統功能的99%以上,用高端數控系統做出的高端數控機床已基本進入航空航天的制造領域,并建設了一系列的生產線。”

毫無疑問,重大專項有力地推動了我國十大標志性裝備研發及相關行業的技術發展,并在國家重大工程、重大計劃中發揮了重要的作用。

盧秉恒說:“我國航空航天領域、汽車制造領域已逐漸用上國產的數控機床。如我國自主研發的8萬噸的模鍛壓力機,這是世界上壓力最大的壓力機,可以為航空裝備批量化制造提供裝備機組;研發的萬噸級的鋁板拉伸機則解決了飛機原材料保障問題。此外,還建造了大型黑色金屬垂直擠壓機、大型數控龍門銑車復合加工中心等。”

同時,我國汽車領域則有了達到國際領先水平的高效數控全自動沖壓生產線,已有九條生產線出口到美國本土,法國、日本也都選用了中國的生產線。

盧秉恒指出,目前在航空航天和汽車領域,國產數控系統與國產數控機床已經配備了數十條生產線,高端數控系統占有率從原來不到1%,提高到7%,“希望在重大專項結束之前能達到15%~20%”。

他表示,我國數控機床經過攻關,已經完成了自主開發數字化設計的工具集。“原本數控機床都是仿制的,現在走向正向設計并已經完成了11項標準和規范(截至2018年11月),建立了設計資源的云平臺,在六大類、十個系列的重點型號機床開展了設計研究,并在十多家企業中推廣”。

但應當正視的是,我國與國外先進水平仍然還有差距。“中美貿易戰開始后,對我國航空發動機制造裝備開展了嚴格的封鎖控制,甚至包括之前采購的進口機床返修工作——返修后的機床在回國的海上又被攔截住了,可能要將新換的零部件再換回去。”盧秉恒說。

 

智能制造與智能工廠是發展方向

有了數字化制造的基礎,盧秉恒認為,下一步應當走向智能制造。“機器人、智能機床和3D打印技術是硬件的基礎,智能制造能將傳統的數控加工效率和品質提高2~3倍。”

盧秉恒還認為,在制造領域可以通過全社會的制造資源聯網形成一個“務聯網”。“務聯網”是德國工業4.0出現的新名詞,即將制造任務按照網絡化進行分配,利用社會最優的資源,組建企業生產最核心的技術。

“智能裝備、機器人和生產線聯系起來,可以通過實施數據監測,發現設備的安全情況,用大數據來為服務業服務。我認為,這也是網絡的深度學習。”盧秉恒說。

而對于今后的智能工廠或智能企業發展,他認為模式為“數字化工廠+工業互聯網+人工智能”。智能工廠可以解決中國制造業的短板,如可應對市場響應慢、產業能力過剩、開發能力嚴重不足、制造柔性差、制造產品質量差、人力成本迅速上升等問題。缺乏工程經驗的年輕大學生,也可以利用大數據、智能工廠解決自身的問題與短板。

不過,數字工廠和智能工廠之間并不完全等同。“863”啟動后我國開始推動數字化工作,很多企業也因此而受益。盧秉恒指出:“但完全的數字化車間也有待過渡到智能工廠,以進一步來提高效率。”

 

“中國制造2025”有望提前實現

增材制造即3D打印則全部采用數字化的技術,可以精確地復制制造零件上的每個點。

盧秉恒指出,鑄鍛焊發展至今已有三千年歷史,精細加工也有300年的歷史,“我們進行了20多年增材制造領域的研究,已經形成快速開發系統,大大降低了產品開發周期和費用,可用于飛機和各種零件的開發,并用于工業的各方面”。

他認為,增材制造是一眾顛覆性的創新技術,對傳統產業進行改造可以做成精密制造的鑄型,

近年來,金屬制造發展非常快,激光、電子束、離子束的效率提高了10倍;非金屬打印,用全面曝光或者連續拉拔技術使得效率提高了50倍以上。

“該領域前景非常誘人,為很多產品的設計、創新帶來很大潛力,不僅可以重新再設計,還可以將幾萬個零件變成幾十個零件,從而大大減輕運載工具的重量。”盧秉恒說。

同時,3D打印在建筑領域也獲得迅速突破,低層建筑可以實現3D打印實驗,高層在鋼結構方面則還有一些障礙。盧秉恒提出,在太空經濟領域,以后是否能將制造工廠搬到外太空?

“外太空的優勢在于能源是無限的,環境沒有污染,可以用很小的設備打印無限大的東西,甚至建立太空站。我相信,

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