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楊大漢：數字化製造將開啟中（zhōng）國機床工業的黃金十年

2020-5-21 來源：西門（mén）子（中（zhōng）國）運動控製事業部機床作者：數控係統總經理楊大漢

經曆了（le）2001年到2017年的快速發展，過去幾年（nián），中國數控機（jī）床行業（yè）進入了一個需求量（liàng）下滑，行業競爭激烈的艱（jiān）難周期（qī）。我從市場上的一（yī）些公（gōng）開數據（jù）看到，中國每年有大概（gài）600-700家數（shù）控機床廠在（zài）市場上消失，而每年（nián）又（yòu）有500-600家機（jī）床企業湧入這個市場，且無論企業性質，企業規模如何，亦（yì）或擁有多麽輝煌的曆史，無一不在這個動態市（shì）場中大浪淘沙。

但如果對看似（sì）下行的“基本盤“進行分析，不難看出需求（qiú）下降的主要是簡易、低成本、低（dī）精度、功能簡單的數控機床，而中高端機床的需求其實在逆勢增（zēng）長。

這也能很好得（dé）解（jiě）釋了中國機床市場（chǎng）出現的兩種變化：一方麵，越來越多中國本土機床製造商（shāng）在尋求產業升級，轉型，並（bìng）逐步向著由進口機床（chuáng）製造商主導的中高端領域邁進；另（lìng）一方麵，中國機床出口的主要市場已經由（yóu）發（fā）展中國家開（kāi）始向（xiàng）歐洲市場轉移，並成為汽車（chē）等領域一些頂級製造企（qǐ）業的供應商。這說明，隻有那（nà）些快速創新，積極升（shēng）級轉型的企業才可能贏得市場，已經成為大（dà）家的共識。

虛擬（nǐ）調試為機床創新破題

在機床行業裏麵進行創新具有很高的風險成本。很多情況下，機床企業開發一個新的（de）機型，通過工藝性（xìng）驗證（zhèng）進行完善，最終推向（xiàng）市場並形成規模化應用（yòng）的比例不足一半。缺乏實驗驗證能力和條件是國內傳統（tǒng）機床企業的（de）普遍難（nán）題。

其實借助計算機進行機床3D模型設計已（yǐ）經是一項很成熟的技術，但（dàn）是，目前機床特別是五軸（zhóu）機床在真實切削環境中的（de）行為難（nán）以用計算機模擬。而（ér）虛擬調試可以解決工藝性驗證這一問題。

借助西門子數控（kòng）係統的數字化雙胞胎技術為機床創建一（yī）個數（shù）字化映射，用戶可以在計算機對機床進行很多結構上的調整，機床完成設計後也可以作為一個虛擬機床對零件（jiàn）進行真（zhēn）實（shí）的切削加工。虛擬調試並不是一個仿真工具，它重新定義了一台機床的（de）設計（jì）、驗證和評估的全新方法和視角。

我相信未（wèi）來十年，機（jī）床設（shè）計數字化和機床工藝驗證數字化，最終機床應用效能數字化這三（sān）個重點領域將有巨大的發展和變化（huà），這也將（jiāng）是（shì）中國市場（chǎng）機床數字化製造（zào）的黃金十年。

忽略（luè）核心（xīn）過程的數字化，價值都是（shì）有限的

機床工業的數字化通常分為兩個方向，一（yī）個方向是（shì）通過對生產現場全過程的數據采集，把物（wù）流信息、工藝信息等整合到一個平台之上，再用算法對這個生產過程（chéng）進行優化。例如（rú）機床的開機信息，機（jī）床的綜（zōng）合使用效率等就屬於這個範疇。另一個方向是動態響應，即實時地對切削過程進行（háng）分析優化，解決的是刀具的轉速、扭矩，起刀、轉（zhuǎn）彎在一個曲麵上，在一段時間內還能不能再提（tí）高效率的問題。

如果用汽車類比，這兩個發展方向的意義更（gèng）容易理解。前者相當於人們從（cóng）儀表盤看到的水溫（wēn）、油（yóu）箱存油量，行駛裏程等（děng），可以通過標準傳感器采集的長周（zhōu）期數據；後者則是油門踩下去的一刹那，發動機上的（de）CPU以1/10毫秒的速度進行（háng）反複迭代計算，從而獲得精準扭（niǔ）矩（jǔ）和油量的短周期數據。對於一輛汽車（chē），發動機的優化顯然（rán）比儀表盤的改造（zào）更為重要。

機床的核心（xīn）過程是切削。如果不對機床核心過程進行數據分析（xī），那麽可以獲（huò）得（dé）的數據（jù）價值顯然非常有限。針對切削過程的數據挖掘，是直接提升（shēng）效益、提高質（zhì）量、改善勞動生產率的關鍵。

針對（duì）切削過程的數據，西門子開發了很多基於人工（gōng）智能的優化算（suàn）法，實現了刀庫中刀具的最佳排布，係統性能大幅（fú）提升，生產時間顯著縮短。例如為某個航空航天零部件製造廠商提供的“自適應切削”算法，可以將機（jī）床的位移（yí）、刀具轉速、工具切削過程中受到的阻力等（děng）毫秒級數據（jù）在一個數據庫裏（lǐ）累（lèi）積（jī）起來，當（dāng）切削完一個工具以後，利用人工智能（néng）算法對這些數據進行全（quán）麵的分析，並給（gěi）出進一步優化的建議，而每一次加工過程都是在上一次（cì）基礎上不斷尋優。因為對於一個（gè）企業來說，沒有任何東西更有價值，相比於（yú）“提高1%的生產效率”來（lái）得更直接（jiē）。

數字化是一個漫長的跨越過程

要利用數字化這個工具其實並不是毫無門檻，正如隻有在擁有一部電話之後才可以討論打電話還（hái）是發微信，機床企業有比較完（wán）備的機械結構的（de）3D圖形是進行數字化的基礎，而（ér）當前國內一大批機床廠（chǎng）的圖紙還是（shì）紙質或是2D圖，並且沒有一個標（biāo）準化的流程去實現3D設計，這可能是（shì）進行數字化過程中一（yī）個較大的（de）問（wèn）題。

中（zhōng）國機床企（qǐ）業在進行數字化轉（zhuǎn）型（xíng）的過程中要麵臨從（cóng）“產品思維”向以“工程交付”為核心的經營思路轉變。過去幾十年，機床選型靠樣本，機床最終交付給用戶大多是以標準產品（pǐn）方式進（jìn）行的，而當（dāng）下越來越多的客戶購買一台機床相當於（yú）交付一個工程，機床製造商（shāng）需（xū）要根據用戶的需求去設計工藝路線，選擇刀具，設計物（wù）流等，需要完（wán）整的工程能力（lì）。

這也意味著，今後越來越多的機（jī）床（chuáng）企業售（shòu）出（chū）的機床中（zhōng）可能90%是以（yǐ）定製形式（shì）交付的，隻有（yǒu）10%是標準產品（pǐn）交付，與當（dāng）前的很多（duō）情況正好相反。此外，“工程服務”在機床企業銷售中的比重不斷提高，現在很多被（bèi）免費贈送的“售後（hòu）服務”會帶來更大的經濟效益。實現這種轉變，國內機（jī）床企業在經營思路、知識儲備、生（shēng）產組織等方麵還有很長的路要走。

機會再一次留給有準備的人

中國是世界最大的數控（kòng）機床應用市場，僅大陸地區數控機床的購買需求就占據了全（quán）球（qiú）數控機床（chuáng）半數以上，這（zhè）一比例還可能進一步增加。我認為機床製造企業出生在這裏是一種幸運。

機床工業的根本屬性（xìng）決定（dìng）這個行業很難“彎道（dào）超車”。由於（yú）目前機床的數字化設（shè）計（jì）、工藝驗證、工程交付、以及最終到用戶手裏的現場（chǎng）管理、績效管理等（děng）整個行業還處起步階段，所以在這個（gè）進入數字化時代的關鍵時（shí）期，中國的（de）機床工業和全球領先國家的（de）機床工業麵臨著均等的機會，大家可以站在同一條起跑（pǎo）線（xiàn）上（shàng）。

西門子也通過多（duō）種渠道推（tuī）動國內機床行業的思維轉變（biàn）和能力建設。西門子和成都高新區政府（fǔ）合作成立了西門子智能製造成都創新中心，在基地搭建（jiàn）了一套完整的機床設計和機床驗證的工作場景，邀請國內重點機床合作企業進行體驗（yàn），然後再基於（yú）客戶自（zì）身的數字化需求做更加深入的（de）探討。西門子也正在嚐（cháng）試與更（gèng）多尋求轉型的企業合作，共同打（dǎ）造數字化的生態環境。

同時，西門子也在積（jī）極地和（hé）國內數控領域（yù）的專業院校展開合作，推動數控（kòng）專業升（shēng）級和新型數控人才培養（數字化方向）的落地。

以“數字化原生”數控係統Sinumerik ONE為代（dài）表的產品家族，承載了西（xī）門子60多年來在數控機床（chuáng）行業積累的經驗，不僅支持各種機床工藝，而且提供汽車（chē）、航空（kōng）航天（tiān）、醫療、模具等行業解決方案，為行（háng）業的數字化未來提供了無限可能（néng）。

多年以（yǐ）來，數（shù）字化為各行各業帶來了巨大的機遇和改變（biàn），相信它也可以（yǐ）消除機床工業的愁容。正如歌中寫的那樣“一杯敬明天，一（yī）杯敬過（guò）往 ”，期盼這位伴隨中國經濟發展走過70年的“工業之母”，迎來她的突圍和新生。

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