天津市高端數(shù)控機(jī)床應(yīng)用現(xiàn)狀及對(duì)策建議

趙鳳嬌，張彥云，周學(xué)均

(1. 天津市高技術(shù)研究發(fā)展中心 天津300051；2. 天津市天發(fā)重型水電設(shè)備制造有限公司 天津300400)

天津市高端數(shù)控機(jī)床應(yīng)用現(xiàn)狀及對(duì)策建議

趙鳳嬌1，張彥云1，周學(xué)均2

(1. 天津市高技術(shù)研究發(fā)展中心 天津300051；2. 天津市天發(fā)重型水電設(shè)備制造有限公司 天津300400)

高端數(shù)控機(jī)床的有效利用是制造企業(yè)面向高端化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要標(biāo)志，也是天津市建設(shè)全國(guó)先進(jìn)制造研發(fā)基地的重要需求。通過實(shí)地調(diào)研，分析了天津市五軸及以上高端數(shù)控機(jī)床的市場(chǎng)分布情況、機(jī)床利用率及目前存在的主要問題。同時(shí)，針對(duì)天津市科技型中小企業(yè)購(gòu)置高端數(shù)控機(jī)床的迫切需要和面臨的困難，提出了有效盤活資源的具體措施，以提升我市高端制造業(yè)加工服務(wù)水平；同時(shí)，提出開展云制造服務(wù)、平臺(tái)架構(gòu)與規(guī)范研究等重要攻關(guān)課題，旨在破解技術(shù)難題，為政府和決策部門提供參考。

高端數(shù)控機(jī)床 現(xiàn)狀 問題 措施

0 引 言

五軸及以上數(shù)控機(jī)床的有效利用是制造企業(yè)面向高端化、智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要標(biāo)志之一，也是企業(yè)高端制造能力與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力的重要體現(xiàn)。隨著制造業(yè)規(guī)模和產(chǎn)品品質(zhì)的不斷升級(jí)，企業(yè)對(duì)高端數(shù)控機(jī)床高效高精加工能力的需求將越來越大。與一般的三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工相比，五軸數(shù)控機(jī)床不僅可加工一般三軸數(shù)控機(jī)床所不能加工或很難一次裝夾完成加工的連續(xù)、平滑自由曲面，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)和汽輪機(jī)葉片，艦艇用的螺旋推進(jìn)器，以及許多具有特殊曲面和復(fù)雜型腔、孔位的殼體和模具等，還可提高空間自由曲面的加工精度、質(zhì)量和效率，符合工件一次裝夾便可完成全部或大部分加工的機(jī)床發(fā)展方向。

當(dāng)前天津市正在建設(shè)全國(guó)先進(jìn)制造研發(fā)基地，在航空航天、先進(jìn)裝備制造、醫(yī)學(xué)和通訊設(shè)備等領(lǐng)域?qū)?fù)雜產(chǎn)品及零部件進(jìn)行高效高精加工的需求非常迫切，提升和共享企業(yè)高端化制造能力勢(shì)在必行。

1 天津市五軸及以上高端數(shù)控機(jī)床應(yīng)用現(xiàn)狀

針對(duì)五軸及以上高端數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用狀況，課題組對(duì)天津市的企業(yè)、科研院所、高校等二十多家主要應(yīng)用單位進(jìn)行了調(diào)研。

1.1 應(yīng)用分布情況

目前，天津市擁有近400臺(tái)五軸及以上高端數(shù)控機(jī)床，主要分布在大中型企業(yè)、科研院所、高校(含天津職業(yè)技能公共實(shí)訓(xùn)中心)等單位。其中，德國(guó)生產(chǎn)的五軸機(jī)床居多，如德瑪吉五軸及以上數(shù)控機(jī)床，機(jī)床精度達(dá)微米級(jí)的數(shù)控機(jī)床在天津的保有量近200臺(tái)，單臺(tái)套價(jià)格在200～800萬人民幣。進(jìn)口機(jī)床不僅價(jià)格昂貴，機(jī)床及配套軟件、配件等采購(gòu)也便利。國(guó)產(chǎn)五軸高端數(shù)控機(jī)床加工精度較低，其精度在0.01～0.09,mm之間，優(yōu)勢(shì)在于價(jià)格合適，維護(hù)服務(wù)便捷。表1統(tǒng)計(jì)了天津市擁有五軸及以上高端數(shù)控機(jī)床的主要單位。

表1 天津市部分單位擁有的五軸及以上高端數(shù)控機(jī)床統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics of high-grade CNC machine tools with five axles and above in some organizations in Tianjin

上表中，具有超聲功能的五軸數(shù)控機(jī)床可實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜形狀的硬脆材料產(chǎn)品或零部件進(jìn)行加工。值得一提的是天津微納制造技術(shù)有限公司已具備獨(dú)立研制超聲功能附件的能力，自主研發(fā)的帶有超聲功能的五軸數(shù)控機(jī)床已形成產(chǎn)品。

1.2 市場(chǎng)占有率

與普通機(jī)床以及三軸加工中心相比，目前，我市高端數(shù)控機(jī)床的市場(chǎng)占有率和利用率偏低。進(jìn)口機(jī)床方面，德瑪吉數(shù)控機(jī)床在天津市售出約700余臺(tái)，五軸及以上機(jī)床約200臺(tái)，對(duì)其自身市場(chǎng)的占有率不足29%,；國(guó)產(chǎn)機(jī)床方面，以北京精雕科技有限公司為例，目前在天津市售出機(jī)床約800余臺(tái)，而五軸及以上機(jī)床約15臺(tái)，對(duì)其自身市場(chǎng)的占有率不足2%,。由此可見，五軸及以上高端數(shù)控機(jī)床的市場(chǎng)占有率偏低。

1.3 應(yīng)用中存在的問題

從調(diào)研情況看，目前天津市以生產(chǎn)為主的企業(yè)對(duì)五軸及以上高端數(shù)控機(jī)床的年利用率約為80%,，高校和科研院所對(duì)高端數(shù)控機(jī)床的年利用率僅約20%，甚至有時(shí)連續(xù)閑置達(dá)一兩月。總體上五軸及以上高端數(shù)控機(jī)床利用率不足，造成大量的制造資源浪費(fèi)。主要原因在于：

1.3.1 工藝能力偏低

制造加工輔助時(shí)間長(zhǎng)，致使五軸及以上機(jī)床實(shí)際加工時(shí)間比例難以提升。五軸及以上機(jī)床閑置的原因中由于加工程序編制耗時(shí)導(dǎo)致的占到20%,～30%,，尤其遇到復(fù)雜形狀以及難加工材料零部件的高效高精加工時(shí)編程難度更為突出。

1.3.2 宣傳，管理不到位

該原因?qū)е聶C(jī)床所有者不了解市場(chǎng)需求，致使機(jī)床閑置時(shí)間過多。如擁有五軸及以上數(shù)控機(jī)床的單位不積極尋找需求，而且自身宣傳力度不夠、也無意了解外部加工需求，或者拒絕提供外協(xié)加工服務(wù)。

1.3.3 操作或維護(hù)維修不當(dāng)

該原因?qū)е峦C(jī)檢修，造成開工率低下。由于購(gòu)買五軸及以上數(shù)控機(jī)床的單位缺少技術(shù)過硬的專業(yè)維修人員，機(jī)床一旦出現(xiàn)故障，不得不等待機(jī)床廠商的專業(yè)維修人員，從而造成機(jī)床的長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)。

2 中小企業(yè)制造能力高端化需求分析

據(jù)調(diào)研，天津市中小企業(yè)達(dá)14.5萬家，占全市GDP的70%,，就業(yè)率的80%,左右，在天津市經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有舉足輕重的地位。中小企業(yè)為了自身的發(fā)展，需要快速、動(dòng)態(tài)地響應(yīng)市場(chǎng)需求，開展靈活的個(gè)性化設(shè)計(jì)并應(yīng)用與之配套的高端制造技術(shù)。但五軸及以上數(shù)控機(jī)床的價(jià)格昂貴，導(dǎo)致中小企業(yè)難以承受；同時(shí)缺乏高端數(shù)控機(jī)床操作及維修維護(hù)能力，也嚴(yán)重制約了中小企業(yè)制造能力的高端化進(jìn)程，從而失去抓住市場(chǎng)和發(fā)展的良機(jī)。因此，改變制造增長(zhǎng)方式要求中小企業(yè)集中調(diào)劑和有效利用外部制造資源，將資金和精力專門用于打造和提升核心制造能力，實(shí)現(xiàn)制造資源的可持續(xù)均衡利用。

筆者認(rèn)為借助云制造模式，構(gòu)建聚集高端制造資源的云服務(wù)平臺(tái)，以“輕資源化”方式滿足企業(yè)規(guī)模快速擴(kuò)張時(shí)期對(duì)高端制造資源的倍增式需求，最終實(shí)現(xiàn)面向創(chuàng)新型制造企業(yè)集群的制造資源能力服務(wù)共享。

3 對(duì)策與建議

基于上述調(diào)研與分析，可得出如下結(jié)論：

天津市擁有大量閑置的高端制造資源，同時(shí)中小企業(yè)對(duì)高端制造能力的需求日益增長(zhǎng)，因此有必要組織成立覆蓋大型企業(yè)、科研院所、高校的天津市中小企業(yè)高端制造能力服務(wù)聯(lián)盟，通過搭建高端數(shù)控裝備云制造服務(wù)平臺(tái)，聚集區(qū)域內(nèi)閑置的五軸及以上數(shù)控裝備，面向中小企業(yè)提供工藝設(shè)計(jì)、加工制造以及遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷服務(wù)，從而幫助中小企業(yè)克服資金不足導(dǎo)致的加工能力短板，盤活區(qū)域內(nèi)的高端制造資源，提升天津市中小企業(yè)高端制造能力；實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)高端制造資源的優(yōu)化配置，降低高端制造成本；有助于形成高端制造服務(wù)生態(tài)體系，促進(jìn)傳統(tǒng)企業(yè)向制造服務(wù)方向轉(zhuǎn)型升級(jí)，促進(jìn)面向高端制造工藝服務(wù)的中小企業(yè)發(fā)展。

圍繞以上目標(biāo)，建議開展產(chǎn)學(xué)研緊密聯(lián)合的技術(shù)攻關(guān)，主要進(jìn)行以下幾方面的研究。

3.1 開展云制造服務(wù)模式、平臺(tái)架構(gòu)與規(guī)范研究

3.1.1 云制造服務(wù)平臺(tái)通用架構(gòu)

研究云制造服務(wù)平臺(tái)層次結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)化、多層次、可拓展、開放式的云制造服務(wù)平臺(tái)通用架構(gòu)，為不同產(chǎn)業(yè)、行業(yè)和領(lǐng)域云制造服務(wù)平臺(tái)的構(gòu)建提供參考。

3.1.2 云制造服務(wù)平臺(tái)技術(shù)、管理和服務(wù)規(guī)范

為平臺(tái)的開發(fā)、運(yùn)行與管理提供統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，研究制定資源類、服務(wù)類、業(yè)務(wù)類和基礎(chǔ)類4類規(guī)范。

3.1.3 云制造服務(wù)盈利模式

面向創(chuàng)新型產(chǎn)業(yè)集群的云制造服務(wù)平臺(tái)可以提供研制協(xié)作服務(wù)、生產(chǎn)協(xié)作服務(wù)、大型設(shè)備/能源遠(yuǎn)程監(jiān)控/診斷服務(wù)以及公共信息服務(wù)等，與第三方網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行商合作，通過向服務(wù)需求方收取服務(wù)租用費(fèi)，向廣告商收取廣告費(fèi)，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)盈利。

3.2 開展云制造服務(wù)平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究

3.2.1 高端制造資源虛擬化接入監(jiān)控與調(diào)度技術(shù)

突破面向五軸及以上高端數(shù)控機(jī)床等制造資源感知的虛擬化技術(shù)以及自主式云端適配接入技術(shù)，建立智能化資源調(diào)度與管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)加工裝備的實(shí)時(shí)感知、信息交互、狀態(tài)監(jiān)控以及遠(yuǎn)程故障診斷等。開展云制造模式下制造資源服務(wù)化組織與執(zhí)行過程監(jiān)控方法的研究，實(shí)現(xiàn)面向區(qū)域內(nèi)高端制造裝備及工藝的優(yōu)化配置與敏捷化重構(gòu)組合，破解企業(yè)高效高精加工裝備分布不均衡導(dǎo)致的發(fā)展瓶頸，盤活區(qū)域內(nèi)高端制造能力。

3.2.2 開發(fā)基于云服務(wù)模式的工藝制造知識(shí)服務(wù)系統(tǒng)

研究面向復(fù)雜產(chǎn)品的DFM設(shè)計(jì)技術(shù)與工藝知識(shí)建模獲取與組織融合技術(shù)，支持知識(shí)檢索和重構(gòu)；研究加工特征識(shí)別及建模、工藝匹配推理算法，實(shí)現(xiàn)工藝與加工特征的精準(zhǔn)匹配；開展知識(shí)服務(wù)技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)工藝知識(shí)的重用與推送、工藝知識(shí)的生態(tài)化管理；開發(fā)復(fù)雜產(chǎn)品高效高精加工工藝知識(shí)服務(wù)系統(tǒng)，促進(jìn)傳統(tǒng)制造企業(yè)服務(wù)化轉(zhuǎn)型，推進(jìn)天津市中小企業(yè)的高端化制造水平。■

［1］ 周延佑，陳長(zhǎng)年. 新理念催生新結(jié)構(gòu)[J]. 制造技術(shù)與機(jī)床，2015(6)：55-59.

［2］ 側(cè)衛(wèi)，曉立. 高端數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用調(diào)查報(bào)告[J]. 航空制造技術(shù)，2009(16)：54-55.

［3］ 熊永超，陶勇. 國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 煤礦機(jī)械，2006(3)：34-35.

［4］ 宗合. 機(jī)床突破需劍指高端[N]. 中國(guó)船舶報(bào)，2009-07-24(007).

［5］ 周延佑. 數(shù)控機(jī)床發(fā)展新趨勢(shì)與我國(guó)相應(yīng)的對(duì)策[J].機(jī)械工藝師，2011(2)：5-6.

High Grade CNC Machine Tools in Tianjin: Developing Status and Suggestions

ZHAO Fengjiao1，ZHANG Yanyun1，ZHOU Xuejun2
(1. High Technology R&D Center of Tianjin，Tianjin 300051，China；2．Tianjin Tianfa Heavy Machinery—Hydropower Equipment Manufacture Co.，Ltd.，Tianjin 300400，China)

The effective use of high-grade CNC machine tool is not only an important sign of manufacturing enterprises’transformation and upgrading towards high-end and digitalization，but also a significant demand of the national advanced manufacturing and R&D base construction in Tianjin．Based on field research，the paper analyzes market distribution，utilization，and main problems of the high-grade CNC machine tools with five axles and above in Tianjin．According to the requirements of high-grade CNC machine tools for small and medium sized enterprises，it proposes specific measures to solve the problems by making an inventory of resources，improving the manufacturing level of service and actively carrying out the cloud manufacturing service，platform architectures and normative research，which provides a reference for the government and its decision-making departments.

high grade CNC machine tool；developing status；problem；measures

TG434

A

1006-8945(2016)06-0004-03

天津市重點(diǎn)高新技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展跟蹤研究及數(shù)據(jù)庫建設(shè)(天津市科技計(jì)劃項(xiàng)目12ZCZDTC00200)。

2016-05-12