當(dāng)今世界,工業(yè)發(fā)達國家對機床工業(yè)高度重視,競相發(fā)展機電一體化、高精、高效、高自動化先進機床,以加速工業(yè)和國民經(jīng)濟的發(fā)展。長期以來,歐、美、亞在國際市場上相互展開激烈競爭,已形成一條無形戰(zhàn)線,特別是隨微電子、計算機技術(shù)的進步,數(shù)控機床在20世紀80年代以后加速發(fā)展,各方用戶提出更多需求,早已成為四大國際機床展上各國機床制造商競相展示先進技術(shù)、爭奪用戶、擴大市場的焦點。中國加入WTO后,正式參與世界市場激烈競爭,今后如何加強機床工業(yè)實力、加速數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展,實是緊迫而又艱巨的任務(wù)。
數(shù)控機床的技術(shù)特點及其發(fā)展條件
1948年美國空軍部門為制造飛機雜零件,提供設(shè)備研經(jīng)費,由G&L公司與MIT合作研究四年,於1952年試制出世界第一臺數(shù)控銑床,立即生產(chǎn)100臺交付軍工使用。在成果上顯示了它是社會需求、科技水平、人員素質(zhì)三者的結(jié)晶;在技術(shù)上則顯示出機電一體化機床在控制方面的巨大創(chuàng)新。
數(shù)控機床的技術(shù)特點
數(shù)控機床具有以下三大突出的特點:
利用二進制數(shù)學(xué)方式輸入,加工過程可任意編程,主軸及進給速度可按加工工藝需要變化,且能實現(xiàn)多座標聯(lián)動,易加工雜曲面。對於加工對象具有“易變、多變、善變”的特點,換批調(diào)整方便,可實現(xiàn)雜件多品種中小批柔性生產(chǎn),適應(yīng)社會對產(chǎn)品多樣化的需求。但價格較昂貴,需要正確分析其使用的經(jīng)濟合理性;
利用硬件和軟件相組合,能實現(xiàn)信息反饋、補償、自動加減速等功能,可進一步提高機床的加工精度、效率、自動化程度;
是以電子控制為主的機電一體化機床,充分發(fā)揮了微電子、計算機技術(shù)特有的優(yōu)點,易於實現(xiàn)信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化,可較易地組成各種先進制造系統(tǒng),如FMS、FTL、FA,甚至將來的CIMS,能最大限度地提高工業(yè)的生產(chǎn)率、勞動生產(chǎn)率。
數(shù)控機床發(fā)展的條件
任何事物都有其特點與發(fā)展條件,人們掌握后才能加速其發(fā)展。數(shù)控機床的發(fā)展條件主要包括:
它是機、電、液、氣、光多學(xué)科各種高科技的綜合性組合,特別是以電子、計算機等現(xiàn)代先進技術(shù)為基石,必須具有鞏固的技術(shù)基礎(chǔ),互相配套,缺一不可。如不齊備,則數(shù)控機床難以順利發(fā)展;
數(shù)控機床是由主機、各種元部件(功能部件)和數(shù)控系統(tǒng)三大部分組成,還需先進的自動化刀具配合,才能實現(xiàn)加工,各個環(huán)節(jié)在技術(shù)上、質(zhì)量上必須切實過關(guān),確保工作可靠、穩(wěn)定,才能保數(shù)控機床工作的精度、效率和自動化,否則,難以在生產(chǎn)實際中使用;
它是社會需求、科技水平和人員素質(zhì)三者的結(jié)合,缺一不成。如果人員素質(zhì)差、科技水平達不到,則難以滿足社會需求。人是一切活動的主體,需要各種精通業(yè)務(wù)的專家、人才和熟練技術(shù)工人,互相配合,共同完成。否則,數(shù)控機床難以順利發(fā)展。
工業(yè)發(fā)達國家發(fā)展數(shù)控機床的主要經(jīng)驗
數(shù)控機床出現(xiàn)至今的50年,隨科技、特別是微電子、計算機技術(shù)的進步而不斷發(fā)展。美、德、日三國是當(dāng)今世上在數(shù)控機床科研、設(shè)計、制造和使用上,技術(shù)最先進、經(jīng)驗最多的國家。因其社會條件不同,各有特點。
美國的特點是,政府重視機床工業(yè),美國國防部等部門不斷提出機床的發(fā)展方向、科研任務(wù)和提供充足的經(jīng)費,且網(wǎng)羅世界人才,特別講究“效率”和“創(chuàng)新”,注重基礎(chǔ)科研。因而在機床技術(shù)上不斷創(chuàng)新,如1952年研制出世界第一臺數(shù)控機床、1958年創(chuàng)制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首創(chuàng)開放式數(shù)控系統(tǒng)等。由於美國首先結(jié)合汽車、軸承生產(chǎn)需求,充分發(fā)展了大量大批生產(chǎn)自動化所需的自動線,而且電子、計算機技術(shù)在世界上領(lǐng)先,因此其數(shù)控機床的主機設(shè)計、制造及數(shù)控系統(tǒng)基礎(chǔ)扎實,且一貫重視科研和創(chuàng)新,故其高性能數(shù)控機床技術(shù)在世界也一直領(lǐng)先。當(dāng)今美國不僅生產(chǎn)宇航等使用的高性能數(shù)控機床,也為中小企業(yè)生產(chǎn)廉價實用的數(shù)控機床(如Haas、Fadal公司等)。其存在的教訓(xùn)是,偏重於基礎(chǔ)科研,忽視應(yīng)用技術(shù),且在上世紀80代政府一度放松了引導(dǎo),致使數(shù)控機床產(chǎn)量增加緩慢,於1982年被后進的日本超過,并大量進口。從90年代起,糾正過去偏向,數(shù)控機床技術(shù)上轉(zhuǎn)向?qū)嵱茫a(chǎn)量又逐漸上升。
德國政府一貫重視機床工業(yè)的重要戰(zhàn)略地位,在多方面大力扶植。特別講究“實際”與“實效”,堅持“以人為本”,師徒相傳,不斷提高人員素質(zhì)。在發(fā)展大量大批生產(chǎn)自動化的基礎(chǔ)上,於1956年研制出第一臺數(shù)控機床后,一直堅持實事求是,講求科學(xué)精神,不斷穩(wěn)步前進。德國特別注重科學(xué)試驗,理論與實際相結(jié)合,基礎(chǔ)科研與應(yīng)用技術(shù)科研并重。企業(yè)與大學(xué)科研部門緊密合作,對用戶產(chǎn)品、加工工藝、機床布局結(jié)構(gòu)、數(shù)控機床的共性和特性問題進行深入的研究,在質(zhì)量上精益求精。德國的數(shù)控機床質(zhì)量及性能良好、先進實用、貨真價實,出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密數(shù)控機床。德國特別重視數(shù)控機床主機及配套件之先進實用,其機、電、液、氣、光、刀具、測量、數(shù)控系統(tǒng)、各種功能部件,在質(zhì)量、性能上居世界前列。如西門子公司之?dāng)?shù)控系統(tǒng)和Heidenhain公司之精密光柵,均為世界聞名,競相采用。
日本政府對機床工業(yè)之發(fā)展異常重視,通過規(guī)劃、法規(guī)(如“機振法”、“機電法”、“機信法”等)引導(dǎo)發(fā)展。在重視人才及機床元部件配套上學(xué)習(xí)德國,在質(zhì)量管理及數(shù)控機床技術(shù)上學(xué)習(xí)美國,甚至青出於藍而勝於藍。日本也和美、德兩國相似,充分發(fā)展大量大批生產(chǎn)自動化,繼而全力發(fā)展中小批柔性生產(chǎn)自動化的數(shù)控機床。自1958年研制出第一臺數(shù)控機床后,1978年產(chǎn)量(7,342臺)超過美國(5,688臺),至今產(chǎn)量、出口量一直居世界首位(2001年產(chǎn)量46,604臺,出口27,409臺,占59%)。戰(zhàn)略上先仿后創(chuàng),先生產(chǎn)量大而廣的中檔數(shù)控機床,大量出口,占去世界廣大市場。在上世紀80年代開始進一步加強科研,向高性能數(shù)控機床發(fā)展。在策略上,首先通過學(xué)習(xí)美國全面質(zhì)量管理(TQC),變?yōu)槁毠ぷ杂X群體活動,保產(chǎn)品質(zhì)量。進而加速發(fā)展電子、計算機技術(shù),進入世界前列,為發(fā)展機電一體化的數(shù)控機床開道。日本在發(fā)展數(shù)控機床的過程中,狠抓關(guān)鍵,突出發(fā)展數(shù)控系統(tǒng)。日本FANUC公司戰(zhàn)略正確,仿創(chuàng)結(jié)合,針對性地發(fā)展市場所需各種低中高檔數(shù)控系統(tǒng),在技術(shù)上領(lǐng)先,在產(chǎn)量上居世界第一。該公司現(xiàn)有職工3,674人,科研人員超過600人,月產(chǎn)能力7,000套,銷售額在世界市場上占50%,在國內(nèi)約占70%,對加速日本和世界數(shù)控機床的發(fā)展起了重大促進作用。
中國數(shù)控機床現(xiàn)狀及發(fā)展中的主要問題
數(shù)控機床的現(xiàn)狀
目前,中國機床工業(yè)廠多人眾。2000年,金切機床制造廠約358家(20.6萬人),成形機床制造廠191家(約6.5萬人),共計549家(27.1萬人)。其中生產(chǎn)數(shù)控金切機床的約150家,生產(chǎn)數(shù)控成形機床的約30家,共計約180家,占廠家總數(shù)的1/3。2001年金切機床產(chǎn)量19.2萬臺,內(nèi)數(shù)控金切機床17,521臺,約占9%。
總的來說:數(shù)控機床產(chǎn)量不斷增長,2001年為1991年的3.6倍;進口量增長較快,達29倍,出口量有所增加,但數(shù)目較小,為4.8倍;數(shù)控機床消費量增加較快,達7.9倍。產(chǎn)量滿足不了社會發(fā)展的需求。
從金額上看,2001年數(shù)控機床進口17,679臺,計14.1億美元,出口2,509臺,計0.44億美元,進口額為出口額之32倍。進口大、出口小。
中國發(fā)展數(shù)控機床存在的主要問題
中國於1958年研制出第一臺數(shù)控機床,發(fā)展過程大致可分為兩大階段。在1958~1979年間為第一階段,從1979年至今為第二階段。第一階段中對數(shù)控機床特點、發(fā)展條件缺乏認識,在人員素質(zhì)差、基礎(chǔ)薄弱、配套件不過關(guān)的情況下,一哄而上又一哄而下,曾三起三落、終因表現(xiàn)欠佳,無法用於生產(chǎn)而停頓。主要存在的問題是盲目性大,缺乏實事求是的科學(xué)精神。在第二階段從日、德、美、西班牙先后引進數(shù)控系統(tǒng)技術(shù),從日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奧、韓國、臺灣省共11國(地區(qū))引進數(shù)控機床先進技術(shù)和合作、合資生產(chǎn),解決了可靠性、穩(wěn)定性問題,數(shù)控機床開始正式生產(chǎn)和使用,并逐步向前發(fā)展。
在20余年間,數(shù)控機床的設(shè)計和制造技術(shù)有較大提高,主要表現(xiàn)在三大方面:培訓(xùn)一批設(shè)計、制造、使用和維護的人才;通過合作生產(chǎn)先進數(shù)控機床,使設(shè)計、制造、使用水平大大提高,縮小了與世界先進技術(shù)的差距;通過利用國外先進元部件、數(shù)控系統(tǒng)配套,開始能自行設(shè)計及制造高速、高性能、五面或五軸聯(lián)動加工的數(shù)控機床,供應(yīng)國內(nèi)市場的需求,但對關(guān)鍵技術(shù)的試驗、消化、掌握及創(chuàng)新卻較差。至今許多重要功能部件、自動化刀具、數(shù)控系統(tǒng)依靠國外技術(shù)支撐,不能獨立發(fā)展,基本上處於從仿制走向自行開發(fā)階段,與日本數(shù)控機床的水平差距很大。存在的主要問題包括:缺乏象日本“機電法”、“機信法”那樣的指引;嚴重缺乏各方面專家人才和熟練技術(shù)工人;缺少深入系統(tǒng)的科研工作;元部件和數(shù)控系統(tǒng)不配套;企業(yè)和專業(yè)間缺乏合作,基本上孤軍作戰(zhàn),雖然廠多人眾,但形成不了合力。
中國加速數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展之路
中國今后要加速發(fā)展數(shù)控機床產(chǎn)業(yè),既要深入總結(jié)過往的經(jīng)驗教訓(xùn),切實改善存在的問題,又要認真學(xué)習(xí)國外的先進經(jīng)驗,沿正確的道路前進。建議切實做好以下幾點:
中國廠多人眾,極需正確的方針、政策對數(shù)控機床的發(fā)展進行有力的指引。應(yīng)學(xué)習(xí)美、德、日經(jīng)驗,政府高度重視、正確決策、大力扶植。在方針政策上,應(yīng)講究科學(xué)精神、經(jīng)濟實效,以切實提高生產(chǎn)率、勞動生產(chǎn)率為原則。在方法上,深入用戶,精通工藝,低中高檔并舉,學(xué)習(xí)日本,首先解決量大而廣的中檔數(shù)控機床,批量生產(chǎn),占領(lǐng)市場,減少進口,擴大出口。在步驟措施上,必須使國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)先進、可靠,狠抓產(chǎn)品質(zhì)量與配套件過關(guān),打好技術(shù)基礎(chǔ)。近期重在打基礎(chǔ),建立信譽,擴大國產(chǎn)數(shù)控機床的國內(nèi)市場份額,遠期謀求趕超世界先進水平,大步走向世界市場;
必須狠抓根本,堅持“以人為本”,加速提高人員素質(zhì)、培養(yǎng)各種專家人才,從根本上改變目前低效、落后的狀態(tài)。人是一切事業(yè)成敗的根本,層層都要重視“培才、選才、用才”,建立學(xué)習(xí)型企業(yè),樹立企業(yè)文化,加速培育新人,培訓(xùn)在職人員,建立師徒相傳制度,舉辦各種技術(shù)講座、訓(xùn)練班和專題討論會,甚至聘請外國專家、顧問等,盡力提高數(shù)控。300家機械廠技術(shù)改進數(shù)控機床需求高
根國家計委投資研究所預(yù)測:“十五”期間,我國固定資產(chǎn)總投資額達到22萬億元,年平均增長幅度為37%。按以往固定資產(chǎn)投資與機械市場消費之間的互動關(guān)系推斷,“十五”期間,我國機械市場所孕育的商機高達320~400億元。
據(jù)預(yù)測,至2010年:
汽車市場將達4400~8000萬輛規(guī)模,其中轎車產(chǎn)量每增加1%,機械市場可增長0.54%;
交通方面,“十五”期間僅西部鐵路開發(fā)就將投入1000億元,未來10年西部交通則將投資7000~8000億元,車輪車床、勾舌銑床、2m大型鋸床、螺旋焊管擴徑機械等專用設(shè)備大有用武之地;
水利工程未來5年將投資5300億元,環(huán)保一期投資1888億元,二期投資2600億元,相應(yīng)機械設(shè)備需求巨大;
300家機械廠商將進行技改,求購數(shù)控機床數(shù)量十分可觀;
目前,國內(nèi)有模具廠1.7萬家,年產(chǎn)值約220億元,預(yù)計到2005年產(chǎn)值將達到460億元,所需的機械偏向于高精度、高效率、高速化銑削設(shè)備、虛擬軸機床、復(fù)合加工機及慢走絲切割機等。國產(chǎn)數(shù)控機床市場占有率下滑即將有轉(zhuǎn)機。
隨著世界科技進步和機床工業(yè)的發(fā)展,數(shù)控機床作為機床工業(yè)的主流產(chǎn)品,已成為實現(xiàn)裝備制造業(yè)現(xiàn)代化的關(guān)鍵設(shè)備,是國防軍工裝備發(fā)展的戰(zhàn)略物資。數(shù)控機床的擁有量及其性能水平的高低,是衡量一個國家綜合實力的重要標志。加快發(fā)展數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)也是我國裝備制造業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實要求。
根據(jù)中國機床工具工業(yè)協(xié)會組織用戶調(diào)查表明,航天航空、國防軍工制造業(yè)需要大型、高速、精密、多軸、高效數(shù)控機床;汽車、摩托車、家電制造業(yè)需求高效、高可靠性、高自動化的數(shù)控機床和成套柔性生產(chǎn)線;電站設(shè)備、造船、冶金石化設(shè)備、軌道交通設(shè)備制造業(yè)需求高精度、重型為特征的數(shù)控機床;IT業(yè)、生物工程等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)需求納米級亞微米級超精密加工數(shù)控機床;工程機械、農(nóng)業(yè)機械等傳統(tǒng)制造行業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級,特別是民營企業(yè)的蓬勃發(fā)展,需要大量數(shù)控機床進行裝備。
目前我國數(shù)控機床的數(shù)量和品種,尚不能完全滿足國內(nèi)市場需求。據(jù)中國機床工具工業(yè)協(xié)會總干事長吳柏林(右圖)近日透露,《國家數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項規(guī)劃》草案已經(jīng)制訂完成,目前正由國家發(fā)改委修改,修改完成后,將報國務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)審閱批準,然后正式施行。據(jù)了解,《規(guī)劃》施行以后,困擾我國機床工具業(yè)發(fā)展的數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)化和自主開發(fā)能力偏低的問題將得到一定程度的解決,國產(chǎn)數(shù)控機床國內(nèi)市場占有率連年下滑的局面將被扭轉(zhuǎn)。
國家政策扶持數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)化基地建設(shè)
按照《規(guī)劃》,未來5年機床工具行業(yè)將營造20個數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)化基地和為之配套的10個基礎(chǔ)功能零部件產(chǎn)業(yè)基地,基地企業(yè)將享受國家政策和資金上的支持?!兑?guī)劃》中明確指出,數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)化基地企業(yè)所開發(fā)生產(chǎn)的新產(chǎn)品和高檔數(shù)控機床產(chǎn)品實行增值稅返還政策。當(dāng)問及在東北老工業(yè)基地改造中已經(jīng)實行了消費型增值稅的大連和沈陽的企業(yè)是否會因此享受雙重稅收優(yōu)惠時,吳柏林給予了肯定的回答。東北地區(qū)增值稅改革以后,全國其他地區(qū),尤其是中西部地區(qū)增值稅轉(zhuǎn)型的呼聲很高?!兑?guī)劃》實施后,東北以外地區(qū)的數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)化基地企業(yè)很可能率先實行消費型增值稅,從而也得到雙重稅收優(yōu)惠。
事實上,國家已經(jīng)對機床工具行業(yè)的部分企業(yè)給予了增值稅返還政策,只是力度太小,新政策有望加大力度。但是吳柏林認為,應(yīng)該按照企業(yè)生產(chǎn)新產(chǎn)品和高檔數(shù)控機床產(chǎn)品銷售額的比例進行返還,并且返還比例在3%~5%。
吳柏林還談到了進口關(guān)稅問題。“做功能部件,需要進口一些零件和散件,目前零件和散件的進口關(guān)稅還是很高,這就增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本。但是另一方面,整機進口關(guān)稅卻可以大幅度地往下降,甚至可以免稅。”他說,“在若干關(guān)稅政策方面還有待調(diào)整。”另據(jù)了解,《規(guī)劃》還將對進入產(chǎn)業(yè)化基地的企業(yè)給予國債項目資金的支持。對企業(yè)技術(shù)開發(fā)中心和技術(shù)工程研究中心的初期建設(shè),以及首臺、首套新產(chǎn)品,也將給予一定的風(fēng)險補貼。
調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)加強功能部件開發(fā)制造能力
中檔數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)化程度低是《規(guī)劃》要解決的問題之一。“中檔數(shù)控機床我們能做,但是我們做出來的東西,從質(zhì)量、交貨期,到售后服務(wù),都缺乏市場競爭力。”吳柏林說,“不要說跟歐美比,就連中國臺灣我們現(xiàn)在都比不過。他以中檔數(shù)控機床中典型的普通立式加工中心作例子:2004年內(nèi)地約消耗了1萬臺,但是大陸所有企業(yè)加起來共生產(chǎn)2000臺左右,而只有八九個生產(chǎn)加工中心工廠的臺灣竟向大陸銷售了3300臺。這說明我們的競爭能力差,產(chǎn)業(yè)化水平低。”
在發(fā)展專業(yè)化生產(chǎn)方面,吳柏林認為,提高產(chǎn)業(yè)化水平,從政府導(dǎo)向來說,還是要大力提倡專業(yè)化生產(chǎn)。“搞機床,尤其是普及型或經(jīng)濟型機床,大而全、小而全的生產(chǎn)方法是不行的。”他還特別提到我國機床產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中的一個問題,就是主機廠多,關(guān)鍵功能部件專業(yè)生產(chǎn)廠少且弱。以數(shù)控系統(tǒng)來說,我們的數(shù)控系統(tǒng)80%以上是進口的。不僅價格高,進口周期也不能滿足主機廠的要求。而且,使用進口的東西組裝起來的機床,可靠性和質(zhì)量也會受到影響。
吳柏林因此認為,提高產(chǎn)業(yè)化水平,首先要調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),加強功能部件的開發(fā)和制造能力。其次,企業(yè)的技術(shù)改造也要加強,而這方面過去企業(yè)欠賬太多。“制造高精度的機床,用低精度的普通機床去做,難度是很大的。”
提升高檔數(shù)控機床開發(fā)能力
如果說中檔數(shù)控機床我們還能做,只是產(chǎn)業(yè)化水平低的話,那么在高檔數(shù)控機床方面,開發(fā)能力不足的問題就顯得尤為突出。《規(guī)劃》明確了以企業(yè)為主體提高開發(fā)能力的方針。吳柏林提到有希望進入國家數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)化基地的企業(yè),像大連、沈陽、北京、上海、濟南、秦川、齊齊哈爾的幾家企業(yè),都具備一定的水平,而且這幾年發(fā)展勢頭很好。“如果國家再扶持一下,它們可能很快就能上來。”
但是,提高開發(fā)能力并不是一件容易的事情。就拿數(shù)控系統(tǒng)來說,現(xiàn)在西方大的公司對我們采取封鎖加傾銷的市場戰(zhàn)略。首先是封鎖,封鎖不成就傾銷。其數(shù)控系統(tǒng)在中國市場以十分昂貴的價格出售,獲取了高額利潤。一但中國企業(yè)開發(fā)出同樣產(chǎn)品,他們就立即大幅降價,甚至降到中國企業(yè)的成本價以下。在這種情況下,國家就更要給國內(nèi)企業(yè)以扶持,就像當(dāng)初美、德、日等扶持本國企業(yè)那樣。
另一方面,吳柏林提醒企業(yè)也要從主觀上重視開發(fā)的投入。“前幾年國內(nèi)機床企業(yè)多數(shù)處于虧損狀態(tài),無力進行科研和技術(shù)開發(fā),現(xiàn)在過上了紅紅火火的好日子。但是你不能只顧生產(chǎn)那些萬元一臺的小機床。那樣的話,幾百萬美元、幾百萬歐元一臺的機床你永遠都開發(fā)不出來。”
專家指出,機床企業(yè)如欲進入產(chǎn)業(yè)化基地,其技術(shù)開發(fā)投入不得低于產(chǎn)品銷售收入的5%。如果達到了這個指標,將可每年享受國家給予的一定程度的補貼。按照《規(guī)劃》的目標,到“十一五”末期,國產(chǎn)數(shù)控機床以銷售額計的國內(nèi)市場占有率將提高到50%以上,同時,國產(chǎn)全部機床產(chǎn)品的國內(nèi)市場占有率也將提高到60%以上。