劉強 | 數(shù)控機床發(fā)展歷程及未來趨勢2

從洋務(wù)運動到新中國建立前，中國機床工業(yè)處于萌芽階段。19 世紀洋務(wù)運動期間，曾國藩“訪募覃思之士、智巧之匠”，“覓制器之器與制器之人”。1863年容閎受曾國藩委派，歷時兩年從美國采購了第1 批機床設(shè)備，開始將西方現(xiàn)代機床工具引入中國。隨后，江南機器制造總局自制出一批機床。到20世紀上半葉陸續(xù)建立了重慶機床廠、長沙機床廠、中央機器廠等一批機床廠，20世紀40年代，東北、上海、江浙等地又建立了一批機床制造企業(yè)，后來成長為沈陽三機、上海機床、濟南一機、南京機床、無錫機床等國內(nèi)知名的機床廠。

從新中國成立到改革開放前(1949~1978 )的20年，大理石礦物鑄件中國機床工業(yè)發(fā)展可分為奠基階段和大規(guī)模建設(shè)階段。

1949年新中國成立后，中國機床工業(yè)開始進入快速發(fā)展時期?！耙晃濉睍r期(1953~1957 )，在蘇聯(lián)專家指導下，第一機械工業(yè)部(簡稱“一機部”)按專業(yè)分工規(guī)劃布局了被稱為“十八羅漢”的一批骨干機床企業(yè)，還建立了以北京金屬切削機床研究所(北京機床研究所的前身)為代表的被稱為“七所一院”的一批機床工具研究機構(gòu)。到1957年，一機部直屬企業(yè)在機床、工具、磨料磨具和機床附件方面的產(chǎn)品產(chǎn)量都占全國的 90％以上。相關(guān)產(chǎn)品產(chǎn)量的國內(nèi)自給率達 80％左右。機床工具工業(yè)成為一個獨立的工業(yè)部門，為后續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，這一時期是中國機床工業(yè)的奠基階段。

1958~1978年期間，中國機床工業(yè)進入大規(guī)模建設(shè)階段。60年代初期開展了高精度精密機床戰(zhàn)役，通過攻關(guān)累計掌握5類26種高精度精密機床技術(shù)，機床精度、質(zhì)量和工藝水平普遍提高。60年代中期開始的“三線建設(shè)”中，在川、黔、陜、甘、寧、青、豫西、鄂西等地區(qū)，由老廠老所遷建、包建了33個機床工具企業(yè)，改善了行業(yè)的地區(qū)布局，其中，為中國第二汽車制造廠(以下簡稱“二汽”)提供成套設(shè)備成為集機床工具行業(yè)技術(shù)能力和展示其發(fā)展水平的又一個全行業(yè)性大“戰(zhàn)役”，大大提升了行業(yè)技術(shù)水平和能力。與此同時，國家大力支持發(fā)展大型、重型和超重型機床，以滿足國民經(jīng)濟建設(shè)之所需。

我國數(shù)控機床發(fā)展歷程，起步很早。我國機床產(chǎn)業(yè)經(jīng)過了1949年前的萌芽階段后，在“一五”期間奠基并快速發(fā)展。1958 年第1臺國產(chǎn)數(shù)控機床研制成功，由此開始了數(shù)控機床的發(fā)展歷程，如圖8所示，這個歷程可以劃分為：初始發(fā)展階段、持續(xù)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段、高速發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級階段。

 圖8 我國數(shù)控機床發(fā)展歷程

在初始發(fā)展階段，這是相對封閉的技術(shù)研發(fā)期。在我國機床工業(yè)尚處在奠基發(fā)展的時期，大理石礦物鑄件美國于1952年研制出了世界上第1臺3軸聯(lián)動數(shù)字控制銑床，機床開始向數(shù)控化發(fā)展。1958年北京第一機床廠與清華大學合作研發(fā)出了中國第1臺數(shù)控銑床，僅比世界第1臺數(shù)控機床晚6年。到1972年我國能提供數(shù)控線切割機、非圓插齒機和劈錐銑等少數(shù)品種的數(shù)控機床產(chǎn)品。從第1臺國產(chǎn)數(shù)控機床研制成功到20世紀70年代中期，我國的數(shù)控機床處于初期技術(shù)研究探索階段，只進行了少量產(chǎn)品試制工作，尚未全面開展數(shù)控機床關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)研究和工業(yè)化開發(fā)生產(chǎn)。70年代中后期，全面啟動了數(shù)控機床研制生產(chǎn)工作，1975年齊齊哈爾第二機床廠完成了國產(chǎn)第1臺數(shù)控龍門式銑床的研制。由于受到當時國內(nèi)外形勢限制，缺乏與先進工業(yè)國家的技術(shù)交流，彼此數(shù)控機床技術(shù)的研究開發(fā)基本上處于封閉的狀態(tài)。

可以說，中國數(shù)控機床最早的研制工作幾乎是與世界同步的，雖然起步較早，但初期數(shù)控機床技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展基本上處于一種封閉狀態(tài)，從1958年到1978年改革開放前，數(shù)控機床關(guān)鍵技術(shù)研究開發(fā)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢。相對于美、日和歐洲先進工業(yè)國家在70年代末和80年代初就已實現(xiàn)了機床產(chǎn)品的數(shù)控化升級換代，我國的機床數(shù)控化進程到70年代末才剛剛開始，并且這一升級換代過程歷經(jīng)了多重曲折困難，直到30多年后，機床工業(yè)的產(chǎn)品數(shù)控化升級換代才得以全面實現(xiàn)。

1978年后，隨著國家的改革開放，我國數(shù)控機床進入一個新的發(fā)展時期，初步建立產(chǎn)業(yè)體系并推進產(chǎn)業(yè)化。80年代初期，通過引進數(shù)控系統(tǒng)、機床主機技術(shù)，并與國外公司聯(lián)合設(shè)計，我國開始研制和生產(chǎn)數(shù)控機床，例如：青海第一機床廠根據(jù)機械工業(yè)部安排與日本FANUC合作，研制成功國內(nèi)第1臺臥式數(shù)控加工中心XH754 (1980年)；北京機床研究所與北京第三機床廠合作研制成功國內(nèi)首個JCS-FMC-1/2臥/立式加工柔性單元，北京機床所與日本FANUC合作研發(fā)的我國第1條回轉(zhuǎn)體加工柔性制造系統(tǒng)投入生產(chǎn)；南京機床廠與德國TRAUB公司合作生產(chǎn)TND360數(shù)控車床，成批量應(yīng)用于生產(chǎn)；北京航空航天大學研制的國內(nèi)首臺微型計算機數(shù)控系統(tǒng) CNC-4D 成批量成功應(yīng)用于航空企業(yè)XK5040銑床的數(shù)控化改造(1983年)?！傲濉逼陂g(1981~ 1985)，對數(shù)控機床采用直接從國外“引進技術(shù)”的方式，通過許可證貿(mào)易、合作生產(chǎn)、購進樣機等方式，引進數(shù)控機床及相關(guān)技術(shù)183項，開發(fā)出數(shù)控機床新品種81種，累計可供品種達113種，這成為我國數(shù)控機床從展品、樣機走向商品的一個分水嶺。

“七五”期間(1986~1990)，國家安排了數(shù)控機床科技攻關(guān)專題和以引進技術(shù)“消化吸收”為主要內(nèi)容的“數(shù)控一條龍”項目，包括5種機床主機和3種數(shù)控系統(tǒng)的消化吸收國產(chǎn)化。

“八五”期間(1991~1995)，以“自主開發(fā)”為重點支持國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)品開發(fā)，成功開發(fā)出了具有當時國際先進技術(shù)水平的中華Ⅰ型(北京珠峰公司和北京航空航天大學聯(lián)合開發(fā))，華中Ⅰ型(武漢華中數(shù)控)和藍天Ⅰ型(沈陽高檔數(shù)控國家工程研究中心)等高檔數(shù)控系統(tǒng)。

“九五”期間(1996~2000)，以推進數(shù)控機床“產(chǎn)業(yè)化”為重點，大理石礦物鑄件在技術(shù)方面基于工業(yè) PC 平臺的普及型數(shù)控系統(tǒng)開始走向?qū)嵱茫⑶夜タ肆碎_放式網(wǎng)絡(luò)化多通道多軸聯(lián)動技術(shù)；在產(chǎn)品方面，重點發(fā)展數(shù)控車床、加工中心、數(shù)控磨床、數(shù)控電加工機床、數(shù)控鍛壓機床和數(shù)控重型機床等6大類產(chǎn)品，形成主機批量生產(chǎn)能力和關(guān)鍵配套能力，到2000年，我國數(shù)控機床品種達1500種，還研發(fā)出了5軸聯(lián)動數(shù)控加工中心并投入市場，但此期間機床工業(yè)的產(chǎn)值數(shù)控化率一直在20％左右徘徊，產(chǎn)量數(shù)控化率不足10％；在產(chǎn)業(yè)方面，國產(chǎn)數(shù)控機床面向市場競爭的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展步伐加快，開始進入市場競爭階段。

十五期間，中國機床進入了高速發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級階段，數(shù)控技術(shù)及產(chǎn)品得到了快速普及和升級。

“十五”期間(2001~2005 )，隨著 2002 年中國正式加入WTO，我國數(shù)控機床進入高速發(fā)展時期，國產(chǎn)數(shù)控機床產(chǎn)量以超過30％的幅度逐年增長，國產(chǎn)5軸聯(lián)動加工中心和5面體龍門式加工中心為能源、汽車、航空航天等國家重點建設(shè)工程提供了關(guān)鍵裝備。這期間，在國家“863計劃”中還實施了“高精尖數(shù)控機床”重點專項，支持了航空、汽車等部分重點領(lǐng)域急需的高精尖數(shù)控裝備研制。

“十一五”期間(2006~2010)，我國機床工業(yè)保持持續(xù)穩(wěn)定高速發(fā)展，2007年沈陽機床和大連機床分別進入全球機床行業(yè)前 10強。一方面，一批機床企業(yè)“走出去”，到發(fā)達國家進行技術(shù)并購，如沈陽機床在德國設(shè)立技術(shù)研發(fā)中心，大連機床、沈陽機床、北一機床分別并購 Ingersoll(美國)、Schiess(德國)和 Waldrich-Coburg(德國)等。另一方面，國內(nèi)市場對中高檔數(shù)控機床需求急增，機床企業(yè)加大產(chǎn)品研發(fā)力度，“十一五”期間金屬切削機床中的數(shù)控機床產(chǎn)量達72.8萬臺，與“十五”期間相比，增長 281％，產(chǎn)量數(shù)控化率從15％(2006年)提高到30％(2010年)；一批民營數(shù)控機床企業(yè)開始快速發(fā)展，其產(chǎn)品在一些細分領(lǐng)域(如3C、汽車零部件和家電等)占有重要地位。從2009年開始，中國在金屬加工機床的生產(chǎn)、消費和進口三個方面均列世界第一，并保持到 2018年。2009年，國家出臺?裝備制造業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃?，啟動實施“高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項(以下簡稱“04 專項”)，聚焦航空航天、汽車以及船舶、發(fā)電領(lǐng)域?qū)Ω邫n數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備的需求，進行重點支持。

“十二五”以來，總體來說國產(chǎn)數(shù)控機床市場競爭力不斷增強，在國內(nèi)中低端數(shù)控機床市場已占有明顯優(yōu)勢。04專項對高檔數(shù)控機床技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展發(fā)揮了重要推動作用，加快了高檔數(shù)控機床、數(shù)控系統(tǒng)和功能部件的技術(shù)研發(fā)步伐，促進了機床企業(yè)與航空航天、汽車、船舶和發(fā)電等領(lǐng)域的用戶企業(yè)的結(jié)合；一批高檔數(shù)控機床(如車銑復(fù)合加工中心、大型龍門式 5 軸聯(lián)動加工中心、多主軸鏡像銑削機床等)實現(xiàn)了從“無”到“有”，并成功應(yīng)用于重點領(lǐng)域和重點工程的實際生產(chǎn)；濟南二機床已有9條用于大型快速高效全自動沖壓生產(chǎn)線出口至福特汽車集團(美國)，并進一步拓展到日產(chǎn)汽車公司(日本)、標致雪鐵龍集團(法國)，進入國際市場；5軸聯(lián)動數(shù)控機床精度測試“S試件”標準列入ISO 標準，實現(xiàn)我國在國際高檔數(shù)控機床技術(shù)標準領(lǐng)域“零”的突破。2015年，國家全面推進實施制造強國戰(zhàn)略，“高檔數(shù)控機床和機器人”等10大領(lǐng)域被列為重點。2016年，我國機床工業(yè)的產(chǎn)出數(shù)控化率和機床市場的消費數(shù)控化率均接近 80％ 的水平，基本實現(xiàn)了機床產(chǎn)品的數(shù)控化升級。我國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)在高速發(fā)展的同時，企業(yè)創(chuàng)新能力不足、核心技術(shù)缺失、專業(yè)人才不足、技術(shù)基礎(chǔ)薄弱和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)失衡等深層次問題也逐漸顯現(xiàn)，2019年國內(nèi)機床行業(yè)兩大巨頭——大連機床和沈陽機床分別走向破產(chǎn)和重整，并被中國通用技術(shù)集團重組。與此同時，一批數(shù)控機床后起之秀異軍突起，以東部沿海地區(qū)為主形成了面向市場的數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)聚集地區(qū)等。

“十八羅漢”變遷

中國機床的發(fā)展，經(jīng)歷了“十八羅漢”變遷和民營機床企業(yè)快速發(fā)展。

“一五”時期，我國由蘇聯(lián)及東歐國家援建了156項重點工程項目，其中涉及機床工業(yè)的項目有：新建沈陽第一機床廠和武漢重型機床廠、改建沈陽第二機床廠(即中捷友誼廠)，此外在蘇聯(lián)專家指導下，一機部按專業(yè)分工規(guī)劃布局了被稱為“十八羅漢”的一批骨干機床企業(yè)，這些企業(yè)及其專業(yè)產(chǎn)品分工見表1。

在計劃經(jīng)濟環(huán)境下，“十八羅漢”和“七所一院”快速建立了我國較完整的機床工具產(chǎn)業(yè)和科研體系，支撐了建國后直至1978年改革開放前我國的工業(yè)化發(fā)展，并為改革開放后制造業(yè)的快速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。近年來，“十八羅漢”經(jīng)過多次改革，經(jīng)營機制、管理體制、所有制結(jié)構(gòu)都發(fā)生了很大變化。經(jīng)過40多年發(fā)展變遷，曾經(jīng)作為我國機床行業(yè)主力軍的“十八羅漢”企業(yè)中，一部分改革創(chuàng)新穩(wěn)定發(fā)展，如濟南二機床已發(fā)展為世界三大數(shù)控沖壓裝備制造商之一，大理石礦物鑄件同時還生產(chǎn)大重型金屬切削機床，成為“中國名牌”；一部分企業(yè)仍在改革調(diào)整之中，例如，沈陽機床、大連機床、齊二機床等已進入中國通用技術(shù)集團，并與集團下屬的北京機床研究所、哈爾濱量具刃具公司、天津一機床等共同組成了先進制造與技術(shù)服務(wù)主業(yè)中的機床板塊；少數(shù)企業(yè)已經(jīng)破產(chǎn)不再經(jīng)營，如長沙機床廠。