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推动高档数控机床发展 抢占产业竞争制高点

2015年07月22日 09:24中国机床商务网点击:6174

  【中国机床商务网 市场分析】《中国制造“2025”》将数控机床和基础制造装备列为“加快突破的战略必争领域”,其中提出要加强前瞻部署和关键技术突破,积极谋划抢占未来科技和产业竞争制高点,提高国际分工层次和话语权。这一战略目标的提出,是由数控机床和基础制造装备产业的战略特征以及发展阶段特征所决定的。
  
  数控机床具有战略必争的产业特质
  
  数控机床和基础制造装备是装备制造业的“工作母机”,一个国家的机床行业技术水平和产品质量,是衡量其装备制造业发展水平的重要标志,“中国制造”2025将数控机床和基础制造装备行业列为中国制造业的战略必争领域之一,主要原因是其对于一国制造业尤其是装备制造业的国际分工中的位置具有“锚定”作用:数控机床和基础制造装备是制造业价值生成的基础和产业跃升的支点,是基础制造能力构成的核心,惟有拥有坚实的基础制造能力,才有可能生产出先进的装备产品,从而实现高价值产品的生产。
  
  在国防安全方面,数控机床和基础制造装备对制造先进的国防装备具有超越经济价值的战略地。现代国防装备中许多关键零部件的材料、结构、加工工艺都有一定的特殊性和加工难度,用普通加工设备和传统加工工艺无法达到要求,必须采用多轴联动、高速、高精度的数控机床才能满足加工要求。即使在全球一体化的今天,发达国家仍对我国采取技术封锁与限制。在产业安全方面,随着国内制造业升级速度加快,以装备制造业为代表的高技术含量高附加值产业与发达国家竞争加剧,工程机械、电气机械、交通运输装备正处于打入国际高端市场的攻坚期,而国内机床产品在加工精度、可靠性、效率、自动化、智能化和环保等方面还存在一定差距,进而导致产业整体竞争力不强。
  

 
  当前机床行业下游用户需求结构出现高端化发展态势,多个行业都将进行大范围、深层次的结构调整和升级改造,对于高质量、高技术水平机床产品需求迫切,总体上来说,中高档数控机床市场需求上升较快,用户需要更多高速、高精度、复合、柔性、多轴联动、智能、高刚度、大功率的数控机床。例如,汽车行业表现出生产大批量、多品种、车型更新快的发展趋势,新能源汽车发展加速,从而要求加工设备朝着精密、高效、智能化方向不断发展。在航空航天产业领域,随着民用飞机需求量的剧增以及军用飞机的跨代发展,新一代飞机朝着轻质化、高可靠性、长寿命、高隐身性、多构型、快速响应及低成本制造等方向发展,新一代技术急切需要更先进的加工装备来承载,航空制造装备朝着自动化、柔性化、数字化和智能化等方向发展。例如,在“两机专项”致力于突破的飞机发动机制造中,发动机叶片、整机机匣和叶盘等典型零件逐渐向尺寸大型化、型面复杂化、结构轻量化和制造精密化发展,尤其是高强度的高温耐热合金等新型轻质材料的大量应用,这些整体结构件的几何构型复杂且难加工,对大扭矩、高精度数控机床提出新的更高要求。燃气轮机的大型结构件和大型设备异地维修所需的便携性或可移动式多轴联动数控装备,这种用无固定基座、可重构拼组的小机床加工大型工件的加工方式对新型数控装备的结构设计、工艺规格和高能效加工技术提出更大挑战。
  
  新一轮科技革命所包含的智能制造、能源互联网以及新一代信息技术创新等要素为中国装备制造业技术突破提供牵引动力,也为装备制造业,特别高端装备制造业提供巨量市场,机床行业是信息技术和工业技术重要的交汇点,行业本身对于新技术具有较强的敏感度,也是新兴技术扩散的主要源泉。在新技术革命浪潮的推动下,机床行业集成创新趋势明显,世界领先企业加快推进新技术向机床产业融合,网络化技术和智能化技术加快向机床产品集成应用,越来越多的国际著名机床零部件企业和整机企业正加快推进新技术在数控机床的集成应用。
  
  进入后危机时代,发达经济体纷纷重视本国实体经济的发展:或不断推动新兴技术融合发展,促进工业技术的高端化;或通过重构产业链条,让更多的高附加值生产制造环节和匹配的岗位回归到本土。美国先后提出实施《先进制造伙伴关系计划》、《先进制造业国家战略计划》等发展先进制造业及技术;德国提出了工业4.0的发展蓝图,致力于以CPS为核心、智慧工厂为载体,发展德国工业4.0,并将其定位为新一轮工业革命的技术平台;日本公布了产业结构蓝图,确定10个尖端技术领域,并以此为依托强化国内制造业;英国、韩国、印度、中国台湾等地区亦提出积极的战略和政策,推动新兴技术在数控机床等装备产业领域加快融合。机床工业一直以来都是主要国家和领先企业重要的战略布局点,未来制造业格局变化调整,尤其对于全球汽车、航空航天、高端装备制造业等高战略度行业,机床行业是重要的战略支点,对于未来竞争力杠杆起到重要的影响作用,我国应加强对机床行业的重视程度,提前布局关键战略领域,为制造业全球竞争争取有利地位。
  
  数控机床产业升级趋势明显
  
  在数控机床的发展过程中,我国已突破关键核心技术,形成一批标志性产品。
  
  在航空领域,自主研制了800MN大型模锻压机、120MN铝合金板张力拉伸机等重型锻压设备,填补了国内航空领域大型关键件整体成形技术空白,为军机跨代发展和大飞机研制提供了强有力的保障。其中,800MN大型模锻压机已实现30余种航空领域钛合金关键件整体成形,120MN级铝合金宽厚板张力拉伸机生产出的高品质铝合金厚板已应用于飞机机翼等主承力结构零部件,摆脱了我国大飞机铝合金厚板完全依赖进口的困境。
  
  在汽车制造领域,大型快速高效数控全自动冲压生产线在与世界一流企业的国际竞标中,赢得美国汽车本土工厂生产线的批量订单,得到了国际同行的认可和尊重。目前,汽车覆盖件冲压线国内市场占有率超过70%,全球市场占有率已超过30%,有力地推动了国产汽车装备自主化。
  
  在发电设备领域,3.6万吨黑色垂直金属挤压机实现了1000MW超超临界火电机组所用的国产高端耐热钢大口径厚壁无缝钢管自主化生产;大型开合式热处理设备生产出亚洲最大的核电整锻转子锻件,形成了大型转子的批量化生产能力;为三代核电核岛和常规岛设备研制的超重型数控立式车铣复合加工机床、数控重型桥式龙门五轴联动车铣复合机床、超重型数控落地铣镗床、超重型数控卧式镗车床、专用数控轴向轮槽铣床等,解决了核电压力容器和吊篮、热交换器、汽轮机缸体、发电机转子等加工难题,已在多台核电装备上装机应用。
  
  数控机床产品结构优化调整,技术水平也有了稳步提高。
  
  首先,中高档装备水平迅速提升。目前,大型汽车覆盖件自动冲压线等10多类设备已达到国际领先水平,完全可实现进口替代。高速龙门五轴加工中心等20多类产品基本达到国际先进水平,具备替代进口产品的水平。精密卧式加工中心形成具有自主知识产权的和柔性制造系统核心技术。高速、复合等高档数控加工中心已完成阶段性研发,但在功能性能、可靠性方面与国际先进水平还存在一定差距。
  
  其次,数控系统梯次前移。我国在中高档数控系统研究开发方面取得了长足的进步,2010年以来,已累计在航空航天、能源、船舶、汽车等重点领域实现了3.5万余台国产中高档数控系统配套应用,实现了进口替代。多通道、多轴联动等高性能数控系统系列产品打破国外技术垄断,主要技术指标已基本达到国际主流高档数控系统的水平,实现了为多种高速、精密数控机床配套。高档数控系统在重点军工企业实现小批量应用。开发的标准型数控系统实现了批量生产,国内市场占有率从10%提高到25%。形成了数家产业化生产基地,其中广州数控设备有限公司已形成年产各类数控系统10万台的生产能力,产量位居世界第二。我国数控系统已初步具备与国外同类产品的竞争能力,并实现了数控系统批量出口,2010~2014年累计出口各类数控系统9600余套,其中五轴联动数控系统近700套。最后,功能部件产品质量水平稳步提高,品种系列不断完善。国产功能部件已实现与机床主机的批量配套;工具产品已经基本具备为汽车行业提供现代切削工具的能力。数控系统、功能部件和工具与数控机床主机的应用示范和批量配套,有助于形成完整的产业链,推动机床产业的结构调整。
  
  我国数控机床的自主创新显著提高,可持续发展获得保障。
  
  近年来,机床制造基础和共性技术研究不断加强,产品开发与技术研究同步推进。机床产品的可靠性设计与性能试验技术、多轴联动加工技术等多项关键技术的成熟度有了很大提升。数字化设计技术研究成果在高精度数控坐标镗床、立式加工中心等产品设计上进行实际应用;多误差实时动态综合补偿和嵌入式数控系统误差补偿等软硬件系统在多个企业、多个产品上进行了示范应用,使数控机床精度得到了明显提升。
  
  产业高端发展任重道远
  
  我国机床行业在世界机床工业体系和全球机床市场中占有重要地位,但目前仍然不能算做机床强国。与世界机床强国相比,我国机床行业仍具有一定差距,尤其表现在中高档机床竞争力不强。此外,受到国内外复杂经济形势的影响,我国机床行业发展回归新常态,产业向中高端转型升级的要求迫切。
  
  首先,国际竞争力有待提升。据咨询机构Gardener统计,在世界机床消费市场上,2014年我国机床出口额33亿美元,仅占世界机床消费总额不足5%;而日本和德国均占比10%以上。与此同时,国内急需的高中档数控机床有相当部分依赖进口,如汽车领域进口装备占比超过40%。
  
  其次,机床工业关键零部件发展亟待加强。国产功能部件无论从品种、数量、档次上都不能满足主机配套要求,国产中档配套功能部件市场占有率仍有待提升;高档产品较大程度上依靠进口。配套功能部件产业竞争力有待快速提升。
  
  再次,工艺验证和示范应用有待加强。数控机床从样机研制到实际生产应用,需要在制造工艺、可靠性和精度保持性、工程化等方面经过大量的试验验证,不断改进,同时还需用户提供工艺验证。而工艺验证和应用示范也是我国数控机床产业发展的一个短板。
  
  最后,产业发展压力居高不下。全球机床生产和消费持续呈现萎缩态势。根据美国Gardner公司公布的数据,2014年全球机床消费金额为753亿美元,较2013年仅增长0.3%,全球机床生产连续三年下滑,2014年全球机床产值为812亿美元,较2014年下滑3.1%,中国数控机床行业也持续承压运行,整体处于下行区间。2014年,国内金属加工机床产量同比下降2%,其中,金切机床产量同比下降1.7%,金属成形机床产量同比下降3.3%。与此同时,国内市场对于进口机床的需求不降反升,2014年,机床工具进口总额177.8亿美元,同比增加10.8%,其中,金属加工机床进口额108.3亿美元,同比增加7.6%,这说明国内机床行业难以满足企业高端需求,国内机床行业承受着周期性压力和结构性压力的双重叠加,亟待寻找新的发展突破口。
  
  加快推进行业由大变强的战略思路
  
  我国要推动优势资源聚焦发展,以提升国产数控机床和基础制造装备自主创新能力和市场竞争能力为基础,推动优势资源聚焦于航空航天和汽车两大领域,集中于核心装备、关键技术,重点解决研制装备的性能可靠性、稳定性、成套性等关键技术的瓶颈问题。
  
  推动先进产品示范应用,加大投入用户需求有代表性、能集中验证机床和基础制造装备关键技术和核心装备的应用验证和应用示范基地建设,有选择性地支持市场导向性强的产品成套性、高柔性和智能化项目,重点解决装备的高效性和智能化。
  
  满足国家战略新需求,加快发展国家战略发展需求数控机床和基础制造装备,进一步集中于国家重点工程的核心装备,研制重大产品、突破关键技术。努力提升数控装备的技术水平,打破国家战略装备依赖进口的制约。
  
  打造完整机床配套产业链。鼓励和支持数控机床和基础制造装备主机、数控系统和功能部件等产业链关联单位组建长期稳定的战略合作伙伴关系,建立数控系统、功能部件与机床企业长期的配套关系,打造完整数控机床和基础制造装备配套产业链。
(来源:工业和信息化部装备工业司)

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