突破瓶頸，沖刺高端，做精做強——中高檔滾動功能部件提高國內市場占有率的思考

黃祖堯

1 瓶頸、焦點與機遇

中國機床工具“十二·五”規劃中提出：“突破數控系統和功能部件發展的瓶頸，實現主機的應用示范和批量配套，不斷推進數控系統和功能部件產業化”。加速提升中高檔數控系統和功能部件的國產配套能力是“十二·五”期間面臨的緊迫任務。

可以看出：在規劃中已把加速發展中高檔數控系統和功能部件提升到前所未有的高度，成為業內關注的焦點。

在我國，與數控機床配套的數控系統和關鍵功能部件的產業化進程發展很不平衡，有先有后，有大有小，有快有慢，與主機發展的不同步程度差異也很大。就滾動功能部件產業而言，歷經風風雨雨，滾滾向前50年，早已打破當年洋貨一統天下的局面，在低端市場不但與洋貨平分秋色，而且出現產能過剩。而所謂的“瓶頸”，主要是指中、高端滾珠絲杠副和滾動直線導軌副。

據2011年最新的市場調查顯示：國產中高檔滾珠絲杠副和滾動直線導軌副在我國中高檔數控機床和成套高檔工業裝備中的采用率約為25%～26%，而進口同類中高檔產品的采用率卻高達74%～75%，對進口產品的依賴度之高，成為制約我國中高檔數控機床自主化、純國產化的瓶頸。

那么，瓶頸是怎樣造成的呢？

首先，從產業發展的成長環境分析；從政策環境上看；筆者最近參加《滾動功能部件產業研究報告》的撰寫，在與機械信息院戰略所共同研究、編寫中進一步了解到：西方工業發達資本主義國家（例如：德國、美國、日本等），甚至還包括我國的臺灣，都把高檔功能部件作為戰略物資來對待，他們出臺一系列政策保護本國、本地區關鍵零組件產業發展，包括：稅收、資金、限制進口等等。與高端工藝裝備一樣，高端數控系統、功能部件都是技術含量很高的核心配套產品，它在工業現代化中扮演十分重要的角色，不但是數控機床不可缺少的核心功能部件，也是航空航天、軍工裝備、戰略性新興產業的重要基礎支撐。

而我國，從“七·五”到“十二·五”，雖然也對核心功能部件特別是數控系統給予重視和支持，但支持力度不大，政策不到位。關鍵零部件從“配套”升格為“功能部件”，地位雖然提高了，但觀念決定行動，在關鍵時候常常受到“重主機輕配套”傳統思維的干擾以及低關稅鼓勵進口洋貨的擠壓，雖然身價提升，卻口惠而不實。

其次，從市場環境分析，長期以來“重洋輕土”的外向思維和采購心態是低關稅鼓勵進口的思想根源。從而導致“made in china”產品在本土市場遭到不公平待遇，嚴重淡化了“自力更生、為國爭光、為民族爭氣”的愛國精神，使我們高檔功能部件的研發與規模化生產失去本土市場的拉動力。

在經濟全球化的今天，優化資源配置，主張“全球大配套”，是無可非議的，但必須建立在不傷害民族工業發展的大前提下，才是正確的決策。當我們還不能制造高檔數控系統和功能部件的時候，引進技術、進口高檔產品是必要的，一旦我們自己研發成功并投入量產，再繼續花高價購買沒有核心技術的洋貨（核心技術是買不來的）就是毫無遠見的、不明智的做法。

從產業和企業自身來看，產生瓶頸的內因包括：資金欠缺，尤其是投入到研發方面的資金更少；企業缺少有真才實學的高端研發人才和經驗豐富的高級技師（工匠）；長期習慣克隆產品，工藝雷同，在創新方面少有作為；基礎理論和基礎性能實驗研究十分薄弱，成為制約向高端進軍的軟肋。

從以上分析不難看出；所謂“瓶頸”，就是在上述內因外因相互影響、交叉發酵中慢慢形成的，冰凍三尺非一日之寒。

其實，業內人士早就指出：我國中高檔數控系統和核心功能部件的國內市場占有率很低，基本被外商壟斷，這是長期以來行業發展中最突出的結構性矛盾。要解決這個矛盾，首先就要突破瓶頸，掃除思想障礙，搬掉絆腳石，在“十二·五”規劃的指引下和國家科技重大專項的推動下，抓住發展的黃金機遇，在高檔數控機床、高檔數控系統、高檔核心功能部件的國產化、產業化方面實現跨越式發展，做精做強，為國爭光。

2 可靠性工程——高端滾動功能部件提高國內市場占有率的當務之急

當今全球科技迅猛進步，日新月異，各類機電產品呈現出向高精度、高性能、智能化、復合化發展的趨勢，越是高端產品對可靠性的要求也越高。高端數控系統和功能部件產品的可靠性已成為用戶關注的最大焦點。據有關資料統計：配套件、功能部件的故障率占主機故障率的30%左右，如果說國產高檔數控系統和功能部件是制約高檔數控機床的瓶頸，那么可靠性是瓶頸中的瓶頸，是規模化制造技術的重中之重。

長期以來，在我國滾動功能部件產業中的不少企業中，存在以下傾向；重視產品的加工制造，輕視研發與創新；重視產品的價值，忽視智慧和第一生產力的價值；重視“今天的”出廠初始質量，忽視隱形的“明天的”質量；在企業質量管理上，看重ISO9000的認證，忽視可靠性工程的實施等等，暴露了整個行業在貫標和質量管理方面的短缺。

我們應當清醒地看到，我國為數不多的中高檔滾動功能部件產品在市場競爭中既輸在“原材料及基礎理論和基礎性能試驗”的起跑線上，也輸在讓用戶最不放心的“產品可靠性”這個薄弱環節。在2011年6月第二次全國范圍的滾動功能部件用戶調查中顯示；在用戶對“中高檔滾動功能部件國產化需要重點解決的問題”的項目中，產品性能的穩定性、精度保持性、壽命及可靠性3個關鍵項目列居首位，成為提高國內市場占有率首先必須解決的問題。

眾所周知，所謂可靠性是指“產品在規定條件下和規定時間內完成規定功能的能力”。它綜合表現了產品功能的持久性、精度的穩定性、運行的無故障性，以及維修性、可用性和經濟性，用平均故障間隔時間MTBF來量化。可靠性是涵蓋時間因素的產品質量，把產品的使用時間t＝0作為一般意義的質量管理，而可靠性則是使用時間t＞0的質量管理，是以時間尺度去衡量產品的特性。可靠性工程是產品在整個生命周期內，從設計、研制、試驗、量產、使用、維修、再制造直至報廢的全過程可靠性管理，它強調的是現場運行過程的實效，它是跨越ISO9000質量管理的系統工程。

在滾動功能部件產業中，有一個值得關注的問題，我們的企業在產品樣本中，大都列出了Ca——軸向額定動載荷（N）、Coa——軸向額定靜載荷（N）、Kc——軸向接觸剛度（N/μm）的數據,但是它幾乎都是按理論公式計算出來的，多數企業并未通過性能試驗去核實驗證。如果用戶按這些數據去設計選用，需要考慮安全系數，特別是用于重載的場合，否則可靠性從“設計”的第一環節就很難保證。

時至今日，滾動功能部件產業中絕大多數企業都缺少壽命和可靠性的試驗裝置。近年行業中的重點骨干企業在國家科技重大專項的支持下，正著手按《機床功能部件可靠性》（GB/T23568）的國家標準，研制壽命和可靠性的試驗臺，著手進行可靠性試驗，邁出了高端滾動功能部件實施可靠性工程的第一步。

在國家“高檔數控與基礎制造裝備”科技重大專項中，關于共性技術的研究的第一項就是“可靠性設計與性能試驗技術”，要求提供能夠用于規模化生產的可靠性設計方法、試驗分析方法和精度保持措施，在高速、精密數控機床、重型裝備、數控系統和關鍵功能部件中推廣應用。這項十分重要的共性技術成果將對我國功能部件產業實施可靠性工程，產生引導和推動作用。

可靠性工程是企業從制造技術到生產質量管理到售后服務的系統工程，從技術層面講，基礎理論和性能試驗是產品可靠性設計和創新的源泉，是可靠性工程的首要環節。但是，如果沒有有效的管理手段來支承，沒有企業“一把手”的重視，也很難收到立竿見影的效果。我們要清醒地意識到：可靠性是高端產品市場競爭的焦點，是能否取得用戶信賴、認可并扎根落戶國產高端數控機床和大型裝備的關鍵，是高端滾動功能部件提高國內市場占有率的重中之重。

談到可靠性，舉一個剛剛發生的生動事例：2011年11月我國的神州8號首次在太空中成功實現了與天宮一號的對接和自動分離。這是我國邁進太空的重要里程碑，其中我國航天史上最復雜的空間機電一體化對接機構，是空間交會對接的關鍵，是中國人自己設計制造的，得到國際航天專家的高度評價。這其中既有成千上萬航天人的卓越功勞，也有大批關鍵零組件配套企業的貢獻。例如：在神州8號的“對接環”上安裝的6套用于精密同步、快速驅動的高可靠性滾珠絲杠副就是由我國早期（1960）從事滾珠絲杠副研究和小批量生產的北京機床研究所—北京工研精機股份有限公司所提供的。在對接全過程中，這6套滾珠絲杠副同步快速驅動安裝在“對接環”上的3對“捕獲鎖”，執行“捕獲”時的快速外推伸出、“校正”時的快速延伸、“拉近”時的緩緩返轉收縮。在對接過程中兩個航天器承受重8 t的“神8”和重8.6 t的“天宮一號”以0.2 m/s左右的速度進行撞擊，在超高低溫、超失重狀態下工作，對滾珠絲杠的剛度、精度、抗沖擊能力、動力特性、可靠性都有很高的要求。

我國自主研制的快速同步驅動滾珠絲杠副，在“神8—天宮”對接機構中的成功應用，敲開了國產高檔滾動功能部件產品邁入航天領域的大門，它既為北京機床研究所—北京工研精機爭光，也為中國滾動功能部件民族產業爭了口氣。這證明；只要我們踏踏實實地打好基礎，做好“可靠性”這門功課，沖刺高端，攀登高峰就無往而不勝！

3 延伸產業鏈，協同發展

當前，國產中高檔功能部件不能滿足國產中高檔機床的配套需要，缺口很大，而功能部件制造企業又屬于“弱勢”企業群體，基礎薄弱，人才和資金都短缺，面對如此現狀， 在中國機床工具行業“十二·五”規劃及工作要點中，提出：“在積極支持專業化企業加快發展的同時，也鼓勵和支持有條件的機床主機企業根據自身的需求延伸產業鏈，積極介入數控系統和功能部件產業的發展，從而加速中高檔數控系統和功能部件產業的發展進程。”

這種產業鏈的延伸有各種方案供選擇，可以是主機廠與功能部件專業廠針對高檔數控機床對高檔功能部件的配套需要，聯合組建開發應用產業聯盟，也可以根據自身發展的需要通過投資參股等方式，扶持功能部件企業，形成主輔對接，技術、經濟利益共同體，共同推進并加快高檔功能部件的規模化生產步伐。

筆者認為，提高產業鏈的延伸不應當理解為鼓勵主機廠搞“大而全”。回顧我國機床行業發展幾十年的歷史，曾有不少有恒溫車間、有螺紋磨床的大國企，“十八羅漢廠”都曾經做過想自己上馬生產滾珠絲杠的嘗試，其結果終因背離功能部件專業化成批生產的規律，雖然做出來了，但做不好，供貨期和價格比拼不過專業廠，出現了生產出來的產品連自己都不愛用的尷尬局面，浪費了人力、物力、財力，最終因“大而全”走入死胡同。

究其原因，是決策者存在認識上的誤區。我國臺灣線性傳動產業龍頭企業HIWIN的卓永財董事長對這個問題有深刻的見解，他說：關鍵零組件是同時具有“技術密集型”、“資本密集型”和“管理密集型”的特征。在CIMT2011展會期間他還對我說：“我現在開始介入機床工業，經過對比，我感到搞關鍵零部件產業的難度是很大的，做出一個樣品并不難，要做好做大，搞專業化大批量生產有很多學問。”

下面我借此機會談一談產業鏈延伸的兩類有特色的模式：

其一：母雞下蛋模式

在我國機床產業發展的歷史中，具有專業特色的漢江機床有限公司（國家布點的精密螺紋磨床專業生產企業）憑借多年在精密螺紋制造和檢測技術方面的豐富經驗，在市場需求的驅動下，厚積薄發，成功實現母雞下蛋的模式，利用自己生產的裝備，先后在總部漢中、江蘇昆山、上海浦東組建了滾動功能部件專業分廠，“精雞下精蛋”、“大雞下大蛋”。在順利完成高檔滾動功能部件國家科技重大專項的同時，已形成年產滾珠絲杠15萬套以上，滾動直線導軌6萬m以上的規模。近年在產業結構調整中，該公司又把產業鏈延伸到壓縮機行業和光伏產業，新雞（SK7032×750數控螺桿轉子磨床等等）下新蛋（精密螺桿轉子等），成為漢機公司新的支柱產品和經濟增長點。

這種具有“專、特、精”特色的“母雞下蛋模式”與“大而全”的最大區別在于是直接面向市場的專業化生產，而不是封閉式自我配套。漢江公司的實踐證明：這種具有專業特色的主副直接對接是又好又快發展功能部件的一種模式。

其二：具有共同“基因”的跨行業延伸合作

眾所周知，在機械制造領域軸承行業是規模龐大的、十分重要的基礎零部件產業，而滾動功能部件其實就是在“軸承”搖籃中派生出來的新產品，他們都具有滾動摩擦副的共同物理特性和共同的“基因”，其基礎理論、設計計算都是建立在Hertz彈性接觸變形理論、滾動摩擦與潤滑理論的基礎上的。而軸承工業更是系列化、大批量專業生產的典范，其在自動化生產線上對工藝和裝備、產品精度性能的穩定性、尺寸一致性、可靠性都有非常嚴格的要求，在規模化生產中有許多成熟的制造技術可以借鑒。正因為如此，國外許多生產滾動功能部件的頂尖企業（例如：NSK、SKF、FAG、INA等）都是從軸承工業中誕生的。這種基于“出身“和成長環境的差異是值得我們深思的。在我國已有軸承行業向滾動功能部件延伸的事例，如在東北有哈軸與日本THK合資生產滾珠絲杠的企業；在南方有上海萊必泰（RABBIT）數控機床有限公司，該公司是我國制造軸承專機和自動線的知名企業，2006年萊必泰與日本NTN公司合資組建“上海萊恩（LAIEN）精密機床附件公司”（中方控股），引進NTN技術，主產精密滾珠絲杠副和滾動直線導軌副，產品以外銷為主。LAIEN的最大特點是在生產線上移植了軸承的設計理念和制造技術，例如：十分重視滾道齒形的設計、精密制造和檢測，在自制的RGSW系列CNC精密螺紋磨床精磨達到C1～C0級，而且自行研制螺紋滾道拋光機，用特制的油石對滾道進行振蕩式仿形超精拋光，達到Ra＜0.2～0.4 μm，從而大大提高了滾珠絲杠副的高速特性，并降低了高速傳動的噪聲。該公司在控制產品“清潔度”和“可靠性”方面也傳承了軸承的技術。這說明我國高檔滾動功能部件產品若能充分借鑒軸承產業的設計、制造技術，可以少走許多彎路。筆者一直極力主張滾動功能部件的企業應主動與軸承行業的科研機構、院校、有技術實力的企業進行跨行業的“產、學、研、用”聯合，利用軸承行業的科研平臺和有利條件開展共性技術和高效高精制造技術的研究，這將有助于加快向高端進軍的步伐，推動我國滾動功能部件產業做精做強。

現在，突破瓶頸，向高端沖刺，已成為業內的共識。在國家重大科技專項的支持下，滾動功能部件的幾家重點骨干企業近年已取得可喜成就。例如：滾協理事長單位、數控機床產業技術創新聯盟（沈陽機床集團牽頭）的成員單位——山東博特精工在行業的企業中最早建立滾動功能部件工程實驗室，先后研制成功GQ32×16、GQ40×20、GQ63×20精密高速滾珠絲杠副，精度達到P1、P2級，線速度可達60 m/min，并已成功應用在北京一機床、昆明機床等廠家生產的高檔數控機床上。南京工藝裝備制造公司在重大專項攻關過程中，直接與從事高檔數控機床攻關的主機廠掛鉤，先后為沈陽機床股份有限公司的GMC2550U五軸高速龍門加工中心、中捷機床公司的GMC1230U五聯動加工中心、四川長征機床集團的GMC2500H型五軸龍門高速加工中心等提供了高速高性能滾動功能部件，受到用戶好評，認為“精度和性能完全能滿足機床的使用要求”、“能夠替代進口”。在滾動功能部件行業中最早走“產、學、研“道路并取得成效的廣東高新凱特精機公司，堅持研發與基礎理論研究并舉，自主研發出一批滾動直線導軌副的精度與性能測試儀器，通過扎實的試驗研究，使HTPM品牌的高檔滾珠和滾柱直線導軌副在高檔加工中心、數控龍門銑床等主機上成功應用，并被許多用戶“指定采購”。北京機床研究所（精密天工）、大連高金數控集團在攻克高端滾動功能部件中也獲得豐碩成果。

成績雖然是初步的，但已開始得到國內生產高檔數控機床主機廠的認可，這是“十一·五”十分重要的成果。樂觀預測，到“十二·五”末，我國高檔滾動功能部件在產品性能和可靠性提高后將邁入規模化生產階段，使高檔滾動功能部件自給率將會大大超過20%的規劃目標，做精做強指日可待。

（注：此文源自作者在“2011機床制造產業發展論壇”上的發言）

[1]機械信息院戰略與規劃所，滾動功能部件專業分會.滾動功能部件產業研究報告[J].金屬加工,2011(20);2011(21);2011(22).

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[3]孫志禮，張義民.數控機床性能分析及可靠性設計技術[M].北京：機械工業出版社，2011.

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[5]賈亞洲.可靠性實用技術；提升國產數控機床核心競爭力的關鍵[J].WMEM,2011(6).

[6]黃祖堯.ECFA：風從寶島來——海峽彼岸滾動功能部件產業快速發展的思考[J].金屬加工，2011(3)：12-16.

[7]黃祖堯.夯實基礎，不斷創新，我國滾動功能部件產業急需跨越式發展[J].機床制造產業，2011(5)：36-39.

[8]GB/T23568國家標準.機械功能部件可靠性 第一部分 總則[S].全國機械標準化技術委員會功能部件分會.