“中国制造2025”将数控机床及基础制造装备列为“加快突破的战略领域”,提出要强化前瞻性布局与关键技术攻关,积极谋划抢占未来技术和产业竞争制高点,提升国际分工地位与话语权。这一战略目标的提出,是由数控机床及基础制造装备产业的战略性特征和发展阶段特点所决定的,我们必须认真研究领会、深入贯彻落实。
1. 数控机床及基础制造装备具有战略性产业特征
1. 巩固中国装备制造业的全球竞争地位
数控机床及基础制造装备是装备制造业的“工作母机”。一个国家的机床工业技术水平与产品质量,是衡量其装备制造业发展水平的重要指标。“中国制造2025”将数控机床及基础制造装备产业列为我国制造业的战略重点领域之一,主要原因在于该领域对一国制造业、尤其是装备制造业在国际分工中的地位具有“锚定”作用:数控机床及基础制造装备是制造业价值创造的基础、产业跃升的支点,也是基础制造能力的核心。只有具备坚实的基础制造能力,才有可能研制出先进装备产品,进而实现高附加值产品的生产。
2. 支持国防与产业安全的战略需求
在国防安全方面,数控机床及基础制造装备对于研制先进国防装备具有超越经济价值的战略意义。现代国防装备中的许多关键零部件在材料、结构及加工工艺上都具有一定的特殊性和较高的加工难度,普通加工设备与传统加工技术难以满足其要求,而多轴联动、高速高精度的数控机床则能够充分满足这些加工需求。即便在当今全球一体化背景下,发达国家仍对我国实施技术封锁与限制。在产业安全方面,随着国内制造业升级步伐的加快,以装备制造业为代表的高新技术与高附加值产业同发达国家之间的竞争日益激烈,工程机械、电气机械及交通运输设备正逐步进军国际高端市场。然而,目前国内机床产品的加工精度、可靠性、生产效率、自动化水平、智能化程度以及环保性能等方面仍存在一定差距,从而导致整个行业的综合竞争力不强。
3. 以满足用户领域转型升级的重要支撑
目前,机床行业下游用户的市场需求结构正呈现高端化发展趋势。众多行业将开展大规模、深层次的结构调整与升级,对高品质、高技术含量的机床需求十分迫切。总体来看,中高档数控机床的市场需求正快速上升,用户亟需具备高速、高精度、复合化、柔性化、多轴联动、智能化、高刚性和大功率等特性的数控机床。例如,汽车行业呈现出大批量生产、多品种共存以及车型更新换代加速的发展态势,同时新能源汽车的研发进程也在加快,这要求加工设备持续向精密化、高效化和智能化方向发展。在航空航天领域,随着民用飞机需求的快速增长以及军用飞机的跨代发展,新一代航空器正朝着轻量化、高可靠性、长寿命、高隐身性、多构型、快速响应以及低成本制造等方向迈进。新一代航空技术亟需更为先进的加工装备予以支撑,而航空制造装备也正朝着自动化、柔性化、数字化和智能化的方向演进。以航空发动机制造为例,该领域致力于突破“两机专项”中的关键技术瓶颈,其中发动机叶片、整机匣及叶盘等典型零部件逐步向大型化、复杂型面、轻量化结构及精密制造方向发展,尤其是高强度高温耐热合金等新型轻质材料的大量应用,使得这些整体结构件的几何构型更加复杂、加工难度显著提升,从而对大扭矩、高精度的数控机床提出了更高要求。此外,针对大型结构件及大型装备在不同场所的维修保养需求,还亟需便携式或可移动的多轴联动数控设备;这种采用小型机床、无固定基座且可重构组合的方式对大型工件进行加工的工艺模式,对新型数控装备的结构设计、工艺规范以及节能高效加工技术都提出了更为严峻的挑战。
4. 是新科技革命的战略制高点
新一轮科技革命中所涵盖的智能制造、能源互联网以及新一代信息技术创新等要素,为我国装备制造业的技术突破提供了强劲动力,同时也为装备制造业、尤其是高端装备制造业开辟了广阔市场。机床行业是信息技术与工业技术的重要交汇点,自身对新技术具有高度敏感性,同时也是新兴技术扩散的主要源头。在新一轮科技革命浪潮的推动下,机床行业的融合创新趋势日益明显:全球领先企业正加速将新技术融入机床产业,网络技术和智能技术也在加快实现与机床产品的深度融合应用;越来越多的国际知名机床零部件企业和整机企业,也在加快推进新技术在数控机床中的集成应用。
5. 全球制造业格局调整的战略支点
在后危机时代,发达经济体纷纷重视本国实体经济的发展:或持续推动新兴技术的融合与创新,以促进产业技术向高端化迈进;或通过重构产业链,促使更多高附加值的生产制造环节及配套岗位回流本土。美国先后提出实施“先进制造业伙伴关系计划”和“先进制造业国家战略计划”,以加快发展先进制造与前沿技术;德国则制定了工业4.0发展规划,以CPS为核心、以智能工厂为载体,全力推进德国工业4.0建设,并将其定位为新一轮工业革命的技术平台;日本发布了产业结构蓝图,明确了十大前沿技术领域,并以此为抓手强化国内制造业实力;英国、韩国、印度、中国台湾等地区也纷纷出台积极举措与政策,推动数控机床等装备产业深度融合新兴技术。机床行业历来是各主要国家及领军企业的战略布局重点。未来制造业格局将发生深刻变革与调整,尤其在全球汽车、航空航天以及高端装备制造等战略性高度集中的产业领域,机床行业更是重要的战略支点,将在塑造未来竞争力方面发挥关键作用。我国应进一步加大对机床行业的重视力度,提前布局关键战略领域,力争在制造业全球竞争中占据有利地位。
2. 产业升级趋势明显
1. 突破关键核心技术,形成一批标志性产品
在航空领域,我们自主研发了800MN大型模锻压机、120MN铝合金厚板拉伸机等重型锻造装备,填补了国内航空领域大型重型零部件整体成形技术的空白,为军用飞机的跨代发展以及民用大飞机的研发提供了有力保障。其中,800MN大型模锻压机已实现航空领域30余种关键钛合金构件的整体成形;而120MN铝合金宽板拉伸机生产的高品质铝合金厚板,已应用于飞机机翼等主承力结构件,从而彻底摆脱了我国大飞机用铝合金厚板完全依赖进口的困境。
在汽车制造领域,大型、高速、高效的数控自动冲压生产线在国际竞标中击败世界一流企业,成功获得美国一家本土汽车厂的生产线成套订单,赢得了国际同行的认可与尊重。目前,该产品在国内汽车覆盖件冲压生产线市场的占有率已超过70%,在全球市场的占有率也突破30%,有力推动了我国汽车装备的自主化水平。
在发电装备领域,3.6万吨黑色立式金属挤压机实现了国产高端耐热钢大直径厚壁无缝钢管的自主生产,该产品广泛应用于1000兆瓦超超临界火电机组;大型开合式热处理设备已成功制造出亚洲最大的核电整体锻件转子锻件,形成了大型转子的批量化生产能力;为第三代核电核岛及常规岛设备研制的超重型数控立式车铣复合机床、数控重型桥式五轴车铣复合机床、超重型数控落地铣镗床、超重型数控卧式镗床、专用数控轴向轮槽铣床等,有效解决了核电压力容器与吊篮、换热器、汽轮机缸体、发电机转子等关键部件的加工难题。
2. 优化调整产品结构,稳步提升技术水平
首先,高端装备水平快速提升。目前,大型汽车覆盖件自动冲压生产线等十余种装备已达到国际领先水平,可全面实现进口替代;高速龙门五轴加工中心及二十余种产品基本达到国际先进水平,具备替代进口产品的能力;具有自主知识产权的精密卧式加工中心以及柔性制造系统核心技术已形成;高速、复合等高端数控加工中心已完成阶段性研发,但在功能性能与可靠性方面仍与国际先进水平存在一定差距。其次,数控系统国产化取得突破。我国在中高档数控系统的研发方面取得了重大进展。自2010年以来,在航空航天、能源、船舶、汽车等重点领域累计推广应用国产中高档数控系统超过3.5万台,实现了进口替代;多通道、多轴联动等高性能数控系统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端数控系统的水平,可满足各类高速、高精度数控机床的需求;高档数控系统已在重点军工企业实现小批量应用;标准型数控系统则实现规模化生产,国内市场占有率由10%提升至25%。目前已形成多个产业化生产基地,其中广州数控设备有限公司已形成年产各类数控系统10万台套的生产能力,位居世界第二。我国数控系统初步具备了与国外同类产品的竞争力,并实现了数控系统的批量出口。2010年至2014年间,累计出口各类数控系统9600余台套,其中包括近700台套五轴联动数控系统。最后,功能部件的产品质量水平稳步提升,品种系列不断丰富。国产功能部件已实现与机床主机的批量配套;刀具产品基本具备为汽车行业提供现代切削刀具的能力。通过数控系统、功能部件与刀具同数控机床主机的示范应用与批量配套,将有助于形成完整的产业链,推动机床行业的结构调整。
3. 自主创新能力显著提升,可持续发展得到保障。
近年来,机床制造的基础与共性技术研究持续加强,产品开发与技术攻关同步推进。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显著提升。数字化设计技术的研究成果已应用于高精度数控坐标镗床、立式加工中心等产品的设计中。多误差实时动态综合补偿及嵌入式数控系统的误差补偿等软硬件系统已在多家企业和多款产品上完成示范应用,从而大幅提升了数控机床的精度水平。
第三产业的高端化发展任重道远
中国机床工业在世界机床产业体系和全球机床市场中占据重要地位,但尚不能称得上是机床强国。与世界机床强国相比,我国机床工业仍存在一定差距,尤其是在高端机床领域的竞争力较为薄弱。此外,受国内外复杂经济形势的影响,我国机床工业的发展已回归新常态,加快推动产业向中高端转型升级的需求十分迫切。
1. 需要提升国际竞争力
据咨询机构Gardener统计,2014年在全球机床消费市场中,中国机床出口额为33亿美元,占全球机床总消费的比重不足5%,而日本和德国的占比均超过10%。与此同时,我国亟需的中高端数控机床中有相当一部分依赖进口,例如,在汽车领域,进口设备占比超过40%。
2. 需要加强机床行业关键零部件的研制
国内功能件在品种、数量和档次方面均难以满足主机配套需求,中端配套功能件的市场占有率仍有待提升。配套功能件行业的竞争力亟需快速提高。
3. 需要加强工艺验证与示范应用
从原型研制到实际生产应用,数控机床需要经过大量试验验证,并在制造工艺、可靠性与精度保持性、工程化等方面持续改进。与此同时,用户还需提供工艺验证。而工艺验证与应用示范的不足,正是我国数控机床产业发展中的一个短板。
4. 产业发展面临巨大压力
全球机床生产和消费持续呈现萎缩态势。据美国Gardner公司发布的数据,2014年全球机床消费额为753亿美元,较2013年仅增长0.3%。与此同时,全球机床产量已连续三年下滑,2014年全球机床产值为812亿美元,同比下降3.1%。我国数控机床行业同样承压运行,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%,其中金属切削机床产量下降1.7%,金属成形机床产量下降3.3%。与此同时,国内市场对进口机床的需求却不降反升。2014年,我国机床进口总额达177.8亿美元,同比增长10.8%;其中,金属加工机床进口额为108.3亿美元,同比增长7.6%。这表明,国内机床产业难以满足企业对高端产品的需求,正面临周期性压力与结构性压力的双重叠加。
4. 加快推动行业做强做优的战略思考。
1. 推动优势资源的集中发展
在提升国产数控机床及基础制造装备的自主创新能力与市场竞争力的基础上,我们将推动优势资源向航空航天和汽车两大重点领域集聚,聚焦核心装备与关键技术,着力破解性能可靠性、稳定性以及成套研发装备等关键技术领域的瓶颈问题。
2. 推动先进产品的示范应用
加大对具有代表性、能够聚焦验证关键技术与核心装备应用的机床及基础制造装备关键技术和核心装备的应用验证与应用示范基地建设的投入力度,并择优支持以市场化为导向的产品成套化、高柔性化与智能化项目,着力解决装备的高效化与智能化问题。
3. 满足国家战略的新需求
加快满足国家战略发展需求的数控机床及基础制造装备的研发与产业化,进一步聚焦国家重点工程的核心装备,研制重大产品并突破关键技术,着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局面。
4. 构建完善的机床配套产业链
鼓励并支持数控机床及基础制造装备主机企业、数控系统及功能部件企业以及其他产业链相关单位建立长期稳定的战略合作伙伴关系,构建数控系统、功能部件与机床企业之间的长期配套协作关系,打造完善的数控机床及基础制造装备配套产业链。
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