工業(yè)母機是“生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)備”，為裝備制造業(yè)提供智能的生產(chǎn)設(shè)備和零部件，是工業(yè)生產(chǎn)中最重要的工具之一，在整個工業(yè)體系中處于基石的地位。

　　2020年全球機床產(chǎn)值不足5000億元，跌幅達(dá)到16.3%。多年來，我國占據(jù)全球第一生產(chǎn)和第一消費大國的席位。然而，我國機床產(chǎn)業(yè)仍面臨基礎(chǔ)能力薄弱、進(jìn)口依賴度高、人才難集聚等問題。

　　01中國機床行業(yè)面臨的困境

　　自20世紀(jì)90年代后期，我國原有機床產(chǎn)業(yè)研發(fā)體系瓦解，面向市場的新型研發(fā)體系一直沒有建立起來。

　　在上游設(shè)計、制造端，在材料、零部件以及經(jīng)驗等方面基礎(chǔ)薄弱，難以支撐我國在高端機床領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)全面自主；在下游應(yīng)用端，離開了進(jìn)口原料，高端機床在我國無用武之地。

　　僅以材料為例，我國基礎(chǔ)材料均質(zhì)性、切削性能等指標(biāo)相對國外有較大差距，不僅高端刀具依賴進(jìn)口，大量下游應(yīng)用端的高端材料也嚴(yán)重依賴進(jìn)口。

　　隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級，中高檔數(shù)控機床的應(yīng)用越發(fā)普及，產(chǎn)品需求越來越大，供給卻難以滿足需求。低端產(chǎn)品貿(mào)易增加值低，向高端轉(zhuǎn)型刻不容緩。數(shù)據(jù)顯示，2018年我國高檔數(shù)控機床，如五軸及以上加工中心自給率不到10%，其中龍門式加工中心及立式加工中心等的自給率不到1%。

　　在高端領(lǐng)域，我國機床企業(yè)對于一些高端行業(yè)的需求難以觸碰，甚至不敢觸碰。在中端領(lǐng)域，日本機床以其可靠耐用的性能以及較便宜的價格牢牢占據(jù)了中端市場。以臥式加工中心為例，日本森精機、山崎馬扎克、日本大隈等企業(yè)占據(jù)了我國超過80%的市場。在低端領(lǐng)域，大量中小民營機床企業(yè)聚集在山東滕州（中國中小機床之都）、浙江玉環(huán)（中國經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床之都）等地，陷入低端混戰(zhàn)。

　　機床行業(yè)是高技術(shù)門檻、高專業(yè)分工而且需要長期積累的典型。機床行業(yè)進(jìn)步僅靠資本驅(qū)動是難以成功的，需要的是市場化的機制。據(jù)估算，機床的市場容量僅相當(dāng)于其生產(chǎn)對象市場容量的2.5%，而真實數(shù)據(jù)恐怕連1%都還不到。機床與高鐵、核電設(shè)備之類的裝備制造有本質(zhì)的不同：機床行業(yè)是完全市場化運營的，國家意志最多能夠維持幾家重點企業(yè)的經(jīng)營，但發(fā)揮不了決定性作用。

　　02“脖子”卡在哪

　　目前我國機床行業(yè)核心“卡脖子”產(chǎn)品在于高檔數(shù)控機床。

　　1.加工精度

　　機床是一個復(fù)雜的機電信息系統(tǒng)，在加工過程中會受到靜力學(xué)、動力學(xué)、振動以及熱的影響。僅以內(nèi)部熱影響為例，它包括電機轉(zhuǎn)動切割磁感線生熱、絲杠導(dǎo)軌運動摩擦生熱、切削過程生熱等數(shù)十甚至數(shù)百項影響因素，而產(chǎn)生的熱量又會造成零件的受熱變形，造成刀具及材料性能的變化，最終疊加體現(xiàn)在加工誤差上。

　　歐洲在這方面已經(jīng)能夠建立對應(yīng)的物理模型，能夠通過高精度仿真的方式，模擬分析加工誤差來源，并加以補償，提高加工精度，但目前我國企業(yè)甚至對電機轉(zhuǎn)動切割磁感線生熱這一熱源項尚沒有扎實的基礎(chǔ)性研究。

　　2.可靠性

　　德國德瑪吉（DMG）公司對其生產(chǎn)的機床有嚴(yán)格的質(zhì)量控制體系，公司允許的返修率在數(shù)年前已經(jīng)低至1.8次/（千臺·年），比目前國內(nèi)的返修率低至少一個量級。

　　機床的可靠性主要分為三個方面，分別是靜態(tài)特性、動態(tài)特性和熱特性，而機床的切削性能則主要取決于動態(tài)特性。正是這個動態(tài)特性幾乎被國內(nèi)機床界所忽略。

　　這個看似“疏忽”的根本原因其實是我國缺乏對于基礎(chǔ)機理的研究，對機床特性的工程數(shù)據(jù)庫積累不足，從而無法對這些尺寸機型正確標(biāo)定。工程化經(jīng)驗不足，又沒有行業(yè)共性技術(shù)的支撐。

　　3.傳感器技術(shù)

　　有效、完備的控制系統(tǒng)是機床實現(xiàn)高加工精度和智能化的前提，而完善、合理的傳感器系統(tǒng)則是控制系統(tǒng)的核心硬件基礎(chǔ)。

　　以德瑪吉目前市場上的五軸削銑加工中心DMC80FDduoBLOCK為例，一臺機床在關(guān)鍵部位配備了包括溫度、力、振動、潤滑液流量、冷卻液溫度等在內(nèi)的超過60個傳感器。通過傳感器，所需的機床及加工信息可以被精準(zhǔn)、實時地收集，通過適當(dāng)?shù)目刂品椒ǎ皶r完成在線修正補償。

　　4.智能化

　　智能化是實現(xiàn)機床“自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自診斷”甚至是“自決策”的一個完整過程。目前，歐洲的機床智能化水平較高，以德瑪吉的CELOS為例。目前這款機器已經(jīng)能夠大幅優(yōu)化人機交互，將機床功能組塊化，開發(fā)成類似App的功能，用戶可以在面板上更加簡便、快捷地進(jìn)行加工編程操作。

　　此外，CELOS已實現(xiàn)加工過程的高精度仿真，加工中心在接收加工指令程序段后，可首先將加工過程通過建模仿真的方式直接可視化，呈現(xiàn)給工業(yè)機床的操作者。

　　機床智能化的核心是需要在完善的傳感器系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，疊加以大數(shù)據(jù)、人工智能等方法，實現(xiàn)加工過程、參數(shù)、路徑、速度曲線的自動優(yōu)化，對可能產(chǎn)生的沖突做出提前預(yù)警，對內(nèi)外部干擾因素做出修正補償，保證精度等功能。

　　03“卡脖子”突破路徑

　　（一）基礎(chǔ)研究

　　工業(yè)母機是戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，事關(guān)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)高級化和制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，因此，首先要關(guān)注基礎(chǔ)研究，建立自己的原創(chuàng)工業(yè)體系。

　　我國需要結(jié)合工作母機產(chǎn)業(yè)發(fā)展特征，完善對基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性、前沿性科學(xué)研究和共性技術(shù)的支持機制，實現(xiàn)國家各類科技計劃的有效銜接，發(fā)揮國家自然科學(xué)基金在基礎(chǔ)研究和原始創(chuàng)新研究方面的引導(dǎo)和支持作用，倡導(dǎo)先進(jìn)工藝多學(xué)科交叉研究、母機裝備原始創(chuàng)新研究。

　　相關(guān)原始創(chuàng)新研究的部署應(yīng)接續(xù)支持重點研發(fā)計劃、科技重大專項，基礎(chǔ)研究成果應(yīng)結(jié)合有關(guān)專項的攻關(guān)任務(wù)進(jìn)行貫徹、擴(kuò)散及融入。重點研發(fā)計劃的具體成果，如樣機、工藝等應(yīng)在有關(guān)專項中持續(xù)開展應(yīng)用驗證和推廣示范。

　　（二）應(yīng)用研究

　　我國高端制造裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展模式應(yīng)由“跟蹤引進(jìn)吸收”逐步向“并行自主創(chuàng)新”以及進(jìn)一步的“原始創(chuàng)新領(lǐng)跑”轉(zhuǎn)變。

　　我們要進(jìn)一步深化國家科技體制改革，針對航空、航天、軍工等國家重大需求，探索高端制造裝備全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新模式。要梳理核心技術(shù)、關(guān)鍵元器件、工藝和裝備的短板問題以及“缺鏈”“斷鏈”環(huán)節(jié)，以高端制造裝備協(xié)同創(chuàng)新中心為基礎(chǔ)組建“產(chǎn)學(xué)研用”聯(lián)合體。要組織全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新、技術(shù)攻關(guān)，建立上游、中游、下游分工合作、利益共享的產(chǎn)業(yè)鏈組織新模式。以正在建設(shè)的制造業(yè)創(chuàng)新中心為基礎(chǔ)，我國要對現(xiàn)有分散在高等院校和科研院所的國家重點實驗室、國家工程實驗室、工程研究中心等進(jìn)行優(yōu)化重組，建立“產(chǎn)學(xué)研用”長效合作機制，形成分布式、網(wǎng)絡(luò)化的新型科研機構(gòu)集群。

　　（三）產(chǎn)業(yè)化

　　我國要培養(yǎng)一批技術(shù)先進(jìn)、世界領(lǐng)先的企業(yè)，使其發(fā)揮“龍頭”作用。引導(dǎo)競爭力不強的機床企業(yè)實施轉(zhuǎn)型，使之成為民生領(lǐng)域或國防軍工領(lǐng)域?qū)Ｓ醚b備的提供商、制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級與智能化改造的領(lǐng)頭羊、制造業(yè)整體解決方案的一體化供應(yīng)商。引導(dǎo)中小企業(yè)向“專精特”方向發(fā)展和成長，通過稅收優(yōu)惠或金融支持鼓勵其深耕基礎(chǔ)零部件、材料、元器件、傳感器、各類工業(yè)軟件以及專用裝備等細(xì)分領(lǐng)域，實現(xiàn)差異化發(fā)展。

　　（四）應(yīng)用場景

　　在宇航及深空探測制造裝備方面，解決新一代中型、大型運載火箭量產(chǎn)對成套裝備的迫切需求，突破飛行器大型構(gòu)件和復(fù)雜構(gòu)件批量、高效、精密制造的技術(shù)瓶頸，滿足深空探測飛行器對復(fù)雜構(gòu)件輕量化、結(jié)構(gòu)功能一體化的重大需求。

　　在大型飛機制造裝備方面，突破大尺寸鈦合金、碳纖維復(fù)合材料以及異性材料疊層的航空結(jié)構(gòu)件高速切削、增減材復(fù)合以及大部件高精度互換性制造等技術(shù)問題，實現(xiàn)航空裝備的高性能、高精度、高效率、低成本制造。

　　在航空發(fā)動機制造裝備方面，產(chǎn)業(yè)化推廣發(fā)動機典型部件制造的國產(chǎn)化裝備，突破航空發(fā)動機關(guān)鍵零部件高溫合金、高強度合金、復(fù)合材料的集成設(shè)計制造、高效和高精制造技術(shù)瓶頸，解決進(jìn)口依賴問題。

　　繼續(xù)完善船舶及海工大型柴油機缸體、曲軸、齒輪和船用燃?xì)廨啓C葉片、渦輪軸、葉盤等先進(jìn)成套技術(shù)裝備。突破大型艦船關(guān)鍵部件制造技術(shù)、大型船用螺旋槳推進(jìn)器整機加工裝備、深海焊接/探測及深海工作站制造裝備等，推進(jìn)艦船增材制造現(xiàn)場維修成套裝備發(fā)展，實現(xiàn)關(guān)鍵裝備自主可控。

　　針對動車組車體、客車車體等大型復(fù)雜型面加工需求，研制智能磨拋系統(tǒng)和柔性打磨工具；針對轉(zhuǎn)向架、變速箱、輪對等關(guān)鍵零組件制造需求，開發(fā)專用高效加工成套裝備及生產(chǎn)線。重點開發(fā)新能源汽車變速箱高效加工、近凈成型裝備及成組工藝生產(chǎn)線，研制高效加工與成型、在線檢測與裝配成套裝備及生產(chǎn)線。

　　面向新一代慣性儀表制造、多目標(biāo)紅外探測及高精度智能導(dǎo)引等領(lǐng)域，亟須集中優(yōu)勢力量，快速突破超精密加工機床技術(shù)瓶頸，推動超精密制造領(lǐng)域相關(guān)基礎(chǔ)理論、測量技術(shù)、超精密機床制造技術(shù)、在線測量與智能控制技術(shù)的重大發(fā)展，探索形成超精密加工及高端機床自主研發(fā)的高效創(chuàng)新模式。

　　（五）鼓勵政策

　　優(yōu)化國家科技成果采購體系，將各類科技成果編制目錄、簡介進(jìn)行宣傳推廣。

　　改革調(diào)整企業(yè)稅費比例，降低公共服務(wù)價格，探索新的制造業(yè)融資方式，引導(dǎo)金融機構(gòu)降低制造業(yè)企業(yè)的融資成本。制定優(yōu)惠政策，改變制造業(yè)企業(yè)留人難、人才流失的困境。

　　針對制造專業(yè)人才培養(yǎng)，在打牢基礎(chǔ)、淡化專業(yè)的同時，應(yīng)加強智能制造傳感器、軟件及大數(shù)據(jù)等方面的知識積累與研究實踐。