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中国机床产业发展分析

中国制造产值世界第四,仅约占5%,但单位产值的能耗和物耗第一,比发达国家高4-10倍。高档产品(如汽车):外国品牌,中国制造。GDP算你的,利润分往一半。中档产品(如计算机):中国品牌,外国核心技术,你赚小头,他赚大头,走进微利时代。低档产品:自相杀价,争相出口。面对国际贸易壁垒重重:环保、使用安全,反倾销等限制。业绩骄人,题目不少。

1.面临的机遇与挑战Chances Challenges

进进WTO后,在"中国制造"已经成为跨国公司的重要战略,使我国制造业面临巨大的机遇。中国将成为制造大国,19世纪以来制造大国必然成为经济强国的历史不一定会重演,我们面临严重的挑战。中国制造业面临两种前途:

1)跨国公司的加工车间(依靠外资和技术)。

2)世界制造基地、全球制造的伙伴(利用外资和把握技术)。毫无疑问,后者将给我国劳动力就业和国民经济的高速增长带来更大的机遇,同时还有助于迅速进步我国制造业的技术水平和企业治理水平,从打工伙计变成为合作伙伴,保持可持续发展。

2.我国机床产业的处境Spots of Chinese Machine Tool Industry

2003年,我国机床消费金额世界第一。机床进口金额世界第一,机床生产金额世界第四,机床出口金额世界第十二。进出口逆差高达11倍以上,大陆出口额仅为台湾省的22%。总体来说,高端失守、低端混战,缺乏创新产品,缺乏中华品牌,缺乏核心竞争力,不能满足中国成为世界制造强国的需要。

3.数控机床近年市场走势Market Trend of CNC Machine in China

从1999年到2003年,数控机床消费额从13.3亿美元增加到37.5亿美元,机床消费额数控化率43.8%上升到57%。数控机床进口额从 8.78美元增加到27.1亿美元。数控机床生产金额从4.52美元增加到10.4亿美元。国产数控机床市场占有率从33.9%下降到27.7%,出现产业危机。

4.谁是数控机床的买家?Who Are the Buyers of CNC Machines?

汽车及零部件产业是机床产业的最大用户,占40%以上,机床产业随汽车产业兴旺而发展、萧条而下降,目前发动机和关键零部件生产设备基本依靠进口。航空航天以及国防产业需要各种高速、精密、大型5轴数控机床,目前精加工大多采用进口机床,国产机床仅用于粗加工。造船和电站设备是我国的制造业的强项,需要大型3-5轴数控机床,目前进口量也相当大。信息、电子和家用电器产业主要需要模具和中小零件制造用的高速加工中心、电火花和线切割数控机床。

机床产业与其他产业的关联特征是市场波动的起伏放大。

5.机床产业的使命与愿景The Mission & Vision of Chinese Machine Tool Industry

机床是工作母机,制造机器的机器。机床产业是装备产业的核心,产业虽小,系关国家经济命根子和安全。我们正在从制造大国迈向强国,谁来装备中国?美、德、日在关键时刻,都是靠本国机床产业装备自己。中国机床产业的使命是:擎起"装备中国"的半边天。我们的愿景是:把握核心技术,遇上世界发展潮流。开创世界装备中国、中国装备世界的新局面。实现使命和愿景的关键在于周密的战略思考和中长期战略规划。

温家宝总理2004年4月12日批示: "在深进研究的基础上提出发展国产机床特别是数控机床的规划和政策,以进步我国制造业的水平"。2004年6月18日,国家发改委与国防科工委联合召开了"支持国产数控机床座谈会"。2004年7月13日,发改委产业司召开了"发展数控机床专项规划座谈会",广泛听取企业和专家对专项规划的意见,共谋我国数控机床发展之策、振兴之路。

6.走出误区、迎接挑战Overcome Barriers, Receive Challenges

1)切勿妄自菲薄,自主才能成大器。《一五》中国机床产业从无到有,满足当时需求80%。50年来积累了很多好经验,我们有可能在今后10年遇上发达国家。

2)摒弃急功近利,居安思危。机床是反映新材料、新工艺和高新技术的机电一体化产品,没有长远的战略规划和足够的研发投进是无法长期保持市场占有率的。

3)体制、观念、人才。宁夏小巨人、北京阿奇夏米尔、浙江日发精密机械的成功,从不同角度说明体制、观念和人才在企业腾飞的征途中比技术更加重要。

7.在国际竞争中成长Shape in the World Competition

2003年德国的DMG、日本的丰田工机和牧野铣床、韩国的大宇等著名机床公司都在我国开办独资企业,北一大隈机床公司的投产可能掀起新一轮合资潮,外资和合资企业已占我国机床企业2238家的14%。中国机床市场已经国际化。

秦川发展收购美国UAI公司60%的股权,大连团体收购Ingersoll属下的2个分公司,上海明精收购德国Wohlemberg公司53%的股权,中国机床产业开始走向世界,但目前在技术、治理不如他人、国际市场经验欠缺的情况下,应该谨慎从事。

但是另一方面,我国2003年出口机床600万台,均匀单价60美元,进口机床均匀单价33000美元,相差550倍。我们装备别人一个传统加工车间,换来一台高档数控机床,可悲乎!

8.加速机床产业群优化Speed-up Chinese Machine Tool Industry Optimization

我国数控机床还没有真正产业化,年产千台以上数控机床的企业为数未几。现代数控机床的组成60%以上是功能部件,我国数控机床配套件的高效供给链远没有形成。外资看好长三角汽车产业的强大需求,积极部署机床制造产业链:如德国DMG、INA、Siemens,台湾省的杨铁、银泰科技等。代表 330多家企业的美国机械制造技术协会的上海技术服务中心即将举行开业庆典。目前我国机床产业逐步形成五大产业群:东北、渤海湾、长三角、西北和西南。

9.科学的产业发展观Scientific Development Strategy of Chinese Machine Tool Industry

机床制造业的规模和技术水平是受到市场需求、资源、环境、产业布局和国家安全约束的。我们决不能单纯以市场、技术或产量来制定机床产业发展战略,而应该是从资源、人口、环境的高度来平衡机床产业和其他产业的和谐发展。走出一条科技含量高、经济效益好、资源消耗少、环境污染小、人力资源得到充分发挥的新型产业化的道路。

二、机床的技术发展趋势

Technologic Trends of Machine Tool

1.机床的高速化High Speed Machining

随着汽车、航空航天等产业轻合金材料的广泛应用,高速加工已成为制造技术的重要发展趋势。高速加工具有缩短加工时间、进步加工精度和表面质量等优点,在模具制造等领域的应用也日益广泛。机床的高速化需要新的数控系统、高速电主轴和高速伺服进给驱动,以及机床结构的优化和轻量化。高速加工不仅是设备本身,而是机床、刀具、刀柄、夹具和数控编程技术,以及职员素质的集成。高速化的终极目的是高效化,机床仅是实现高效的关键之一,尽非全部,生产效率和效益在" 刀尖"上。

2.机床的精密化High Precision Machining

按照加工精度,机床可分为普通机床、精密机床和超精机床,加工精度大约每8年进步一倍。数控机床的定位精度即将离别微米时代而进进亚微米时代,超精密数控机床正在向纳米进军。在未来10年,精密化与高速化、智能化和微型化汇合而成新一代机床。机床的精密化不仅是汽车、电子、医疗器械等产业的迫切需求,还直接关系到航空航天、导弹卫星、新型武器等国防产业的现代化。

3.从工序复合到完整加工Multi-operation Complete Machining

70年代出现的加工中心开多工序集成之先河,现已发展到"完整加工",即在一台机床上完成复杂零件的全部加工工序。完整加工通过工艺过程集成,一次装卡就把一个零件加工过程全部完成。由于减少装卡次数,进步了加工精度,易于保证过程的高可靠性和实现零缺陷生产。此外,完整加工缩短了加工过程链和辅助时间,减少了机床台数,简化了物料流,进步了生产设备的柔性,生产总占地面积小,使投资更加有效。

4.机床的信息化e-Tower fAutonomous Management

机床信息化的典型案例是Mazak 410H,该机床配备有信息塔,实现了工作地的自主治理。信息塔具有语音、文本和视像等通讯功能。与生产计划调度系统联网,下载工作指令和加工程序。工件试切时,可在屏幕上观察加工过程。信息塔实时反映机床工作状态和加工进度,并可以通过手机查询。信息塔同时进行工作地数据统计分析和刀具寿命治理,以及故障报警显示、在线帮助排除。机床操纵权限需经指纹确认。

5.机床的智能化-丈量、监控和补偿Online Measurement, Monitoring Compensation

机床智能化包括在线丈量、监控和补偿。数控机床的位置检测及其闭环控制就是简单的应用案例。为了进一步进步加工精度,机床的圆周运动精度和刀头点的空间位置,可以通过球杆仪和激光丈量后,输进数控系统加以补偿。未来的数控机床将会配备各种微型传感器,以监控切削力、振动、热变形等所产生的误差,并自动加以补偿或调整机床工作状态,以进步机床的工作精度和稳定性

6.机床的微型化Micro- machine Micro-factory

随着纳米技术和微机电系统的迅速进展,开发加工微型零件的机床已经提到日程上来了。微型机床同时具有高速和精密的特点,最小的微型机床可以放在掌心之中,一个微型工厂可以放在手提箱中。操纵者通过手柄和监视屏幕控制整个工厂的运作。

7.新的并联机构原理Parallel Kinematics Machine

传统机床是按笛卡尔坐标将沿3个坐标轴线的移动X、Y、Z和绕3个坐标轴线转动A、B、C依次串联叠加,形成所需的刀具运动轨迹。并联运动机床是采用各种类型的杆机构在空间移转主轴部件,形成所需的刀具运动轨迹。并联运动机床具有结构简单紧凑、刚度高、动态性能好等一系列优点,应用远景广阔。

8.新的工艺过程New Fabrication Processes

除了金属切削和锻压成形外,新的加工工艺方法和过程层出不穷,机床的概念正在变化。激光加工领域日益扩大,除激光切割、激光焊接外,激光孔加工、激光三维加工、激光热处理、激光直接金属制造等应用日益广泛。电加工、超声波加工、叠层铣削、快速成型技术、三维打印技术各显神通。

9.新结构和新材料New Contractions Materials

机床高速化和精密化要求机床的结构简化和轻量化,以减少机床部件运动惯量对加工精度的负面影响,大幅度进步机床的动态性能。例如,借助有限元分析对机床构件进行拓扑优化,设计"箱中箱"结构,以及采用空心焊接结构或铅合金材料已经开始从实验室走向实用。

10.新的设计方法和手段New Design Methodology

我国机床设计和开发手段要尽快从"甩图板"的二维CAD向三维CAD过渡。三维建模和仿真是现代设计的基础,是企业技术上风的源泉。在此三维设计基础上进行CAD/CAM/CAE/PDM的集成,加快新产品的开发速度,保证新产品的顺利投产,并逐步实现产品生命周期治理。

11.直接驱动技术Direct Drive Technology

在传统机床中,电动机和机床部件是借助耦合元件,如皮带、齿轮和联轴节等加以连接,实现部件所需的移动或旋转,"机"和"电"是分家的。直接驱动技术是将电动机与机械部件集成为一体,成为机电一体化的功能部件,如直线电动机、电主轴、电滚珠丝杆和力矩电动机等。直接驱动技术简化了机床结构,进步了机床的刚度和动态性能,运动速度和加工精度。

12.开放式数控系统Open CNC Controller

数控系统的开放是大势所趋。目前开放式数控系统有三种形式:1)全开放系统,即基于微机的数控系统,以微机作为平台,采用实时操纵系统,开发数控系统的各种功能,通过伺服卡传送数据,控制坐标轴电动机的运动。2)嵌进系统,即CNC+PC,CNC控制坐标轴电动机的运动,PC作为人机界面和网络通讯。3)融合系统,在CNC的基础上增加PC主板,提供键盘操纵,进步人机界面功能,如Siemens 840Di和Fanuc 210i。

13.可重组制造系统Reconfigurable Manufacturing System

随着产品更新换代速度的加快,专用机床的可重构性和制造系统的可重组性日益重要。通过数控加工单元和功能部件的模块化,可以对制造系统进行快速重组和配置,以适应变型产品的生产需要。机械、电气和电子、液和气、以及控制软件的接口规范化和标准化是实现可重组性的关键。

14.虚拟机床和虚拟制造Virtual Machine Tool Virtual Manufacturing

为了加快新机床的开发速度和质量,在设计阶段借助虚拟现实技术,可以在机床还没有制造出来以前,就能够评价机床设计的正确性和使用性能,在早期发现设计过程的各种失误,减少损失,进步新机床开发的质量。

三、市场的运筹帷幄

Market Strategy Operation

1.企业增值环节在变迁The Changes of Value-adding Process

传统的制造观念是:产品=原材料+制造过程,制造业的增值环节在加工装配过程。现代制造的观念是:创新产品=知识+原材料+制造过程+服务,增值环节在产品设计和软件开发、市场开拓以及回收再造,保持可持续发展。

2.企业运作战略在转变The Changes of Business Strategies

企业运作战略正在从国内向全球化、企业内部向因特网价值链、权力和金钱向理念认同、价格大战向核心竞争力转变。通过精益、灵敏、信息化和网络化能够以较少的资源和生产能力满足市场需求

3.从卖机床到卖解决方案From Machine Sale to Solution Service

数十台数控机床闲置不用或利用率很低,价值数百万的高速数控机床当一般机床用,并非个别企业。我国大多数企业在技术改造时往往重视设备的采购,忽视刀具、夹具和附件,更不重视软件和操纵职员培训。机床制造商应该考虑从买机床转向卖解决方案。为用户提供全方位的服务,帮助用户经济、公道和高效地使用机床,保持机床的可用性,进步利用率,为用户创造更多价值。

4.让供给商和客户加盟Alliance with Supplies Customers

数控机床是复杂的机电一体化产品,由技术性很强的供给链提供各种功能部件。机床制造商与供给商建立稳定的长期伙伴合作关系非常重要,可以保证配套件的公道价格、质量和供货时间,并且参与机床的生产过程。客户在定购特殊需求或专用机床后,能够参与机床的设计和生产过程,及时交换意见,进一步满足需要,了解所定购机床的制造质量和交货期。

5.电子销售和客户服务网络Internet Sale Customer Services

因特网为市场运作提供了广阔的空间。我国机床制造商应该重视电子销售方式和因特网服务的新方法,大力开拓国内外市场。通过因特网,可以借助视频展示产品的各种功能,答应用户下载产品样本和说明书、有关照片、技术文件或各种多媒体资料,减少营销本钱。通过宽带网可以进行远程技术培训、提供各种技术咨询服务、进行机床远程故障诊断等,为客户提供内容丰富的服务。

6.新产业:机床再制造Machine Tool Rebuild-New Business

机床再制造不同于基层维修,机床再制造是将有再制造价值的废旧机床作为毛坯,利用高新技术对其进行修复和性能升级。机床再制造可以充分利用原有资源,使废旧机床恢复和进步原有性能,减少浪费,适应环境保护的需要。很多世界著名的机床企业,如Fadel、Moore和DMG都开展机床再造得业务。

四、结束语

Conclusions

机床产业是装备产业的核心,产业虽小,系关国家经济命根子和安全。中国机床产业正在走向世界,面临巨大的机遇和严重的挑战。在深进研究市场和技术发展趋势的基础上,走出误区,已经挑战,制定中长期的发展战略,优化产业群和供给链。充分利用因特网的平台,创造新的经营理念和市场运作模式,为客户提供全方位的服务、创造更多。


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