如何建立完整的工業母機創新體系？
怎樣彌補前瞻性、顛覆性技術研究不足的問題？
要從哪些方面提升國產機床裝備對重點用戶的高端配套能力？
機床技術創新鏈與產業鏈脫節、結合不緊密的情況該怎么解決？
國產大飛機發展對工業母機提出了什么新需求？
……
一場來自產學研用各方，關于工業母機高質量發展話題的討論，日前在浙江溫嶺展開。
作為工業制造產業鏈最核心的環節，工業母機的技術水平已不僅僅決定著一個國家或地區的工業制造能力，更是國家之間綜合競爭力所在。
“工業母機是新型工業化的核心裝備，代表國家制造業的核心競爭力。”中國工程院院士、國家制造強國建設戰略咨詢委員會主任周濟用兩個“核心”道出了發展的關鍵。
而從中國機床工具工業協會發布的2024年上半年行業經濟運行情況來看，全行業完成營業收入5019億元，實現利潤總額149億元，平均利潤率為3.0%，機床工具行業的盈利姿態，字面上反映出來的似乎并不好看。不僅如此，在行業整體需求減弱、陷入內卷困境的當下，同質化技術殷勤對陣，上升通道面臨封堵，向下螺旋通道便被無限打開。
“鞏固經濟型數控機床優勢，占領主戰型數控機床市場，走在高檔型數控機床前列。”對于發展工業母機產業的戰略任務，周濟給出了三條實施路徑。
具體來看，可概括為以下三點：
依靠技術進步、以高打低，進一步提高經濟型數控機床的質量和競爭力；
充分發揮我國的市場優勢和制造優勢，以創新為根本動力，以智能制造為主要技術路徑，堅決占領主戰型數控機床和產線的國內市場，進軍國際市場；
集中優勢力量，依托以智能制造為主攻方向的科技創新，在高檔數控機床和智能產線方面實現重點突破，自主可控。
堅持以用戶為中心，系統提升行業基礎能力
隨著航空航天、能源動力、國防軍工等領域對機床裝備性能的要求越來越高，單純以幾何精度為目標，已無法滿足如今工業母機高性能制造要求。
何為高性能制造？
“需要從機床性能建模、性能仿真與數字孿生、計算反求、定域定量定式制造、性能測試分析、材料結構功能一體化、智能監測與調控等技術入手。”中國工程院院士、大連理工大學原校長郭東明認為，高性能制造就是以性能精準保證為目標，尋求幾何和性能一體化制造。
其中包括，以需求為導向，推動高端機床裝備從“能用”到“好用”的真正轉變。在需求側，以“三航一車”等重點領域用戶需求為牽引，強化零件加工工藝驅動的高端機床裝備研發理念。在供給側，以高端機床裝備的高性能化、智能化、復合化和綠色化發展為導向，以整機帶動高檔數控系統、關鍵功能部件的研發。
“第四次工業革命催生了制造業產業模式和產業形態的根本性變革，完成了深刻的供給側結構性改革。”周濟強調，工業母機產業必須實現從“以產品為中心”向“以用戶為中心”的革命性轉變，堅定地轉變到“以服務求合作，以貢獻求發展”的經營理念上來。
在重慶大學教授張根保看來，國產機床高端化首先要提升可靠性，要在國內外用戶中著力打造可靠性口碑。“在產品質量的13個評價指標中，可靠性是機床產品最重要的賣點，不能僅滿足于加工精度夠用就好，而是要從產品設計、工藝設計、生產制造、使用維護的壽命周期過程鏈提升可靠性，綜合考量機床的性能穩定性、精度保持性、使用成本、信息化智能化水平、外觀、安全性、服務性等。”
針對數控機床正向設計技術，浙江大學教授劉曉健也坦言，當前，高端數控技術設計資源不足、基礎薄弱，缺乏工藝針對性；不同參數對機床性能的影響規律還難以找到，缺乏面向細分領域用戶工藝的高端機床整體解決方案；設計類比仿制與經驗依賴，難以實現數控機床精準與創新設計。
那么，正向研發的質量和可靠性主要靠什么來保障？張根保表示，要做系統、全面、深入的設計分析，這是國產機床研發的痛點；要做大量的實驗，通過實驗定量化確定技術參數和工藝參數；要形成全套、量化的作業指導書，并應用“元動作”的概念，元動作是機床產品最小的運動單元和最小的結構單元，故障一般都發生在元動作上。“最重要的，是要高度重視中試階段工作。中試的主要目的是考察工藝是否優化，是否能夠保障產品的可靠性。”
完善產業創新體系，推動創新產品推廣應用
“工業母機產業要以創新為靈魂，創新是發展的根本動力。”周濟指出，工業母機產業重大創新方向包括高速高精、多軸復合、集成化、智能化這四個方面，主攻方向是數字化轉型、智能化升級。
新一代人工智能技術與先進制造技術的深度融合，形成了新一代智能制造技術，成為了新一輪工業革命的核心技術。“新一代智能機床，是在工業互聯網、大數據、云計算的基礎上，應用新一代人工智能技術和先進制造技術深度融合的機床。”周濟進一步解釋道，新一代智能機床能夠實現自主感知、自主學習、自主優化與決策、自主控制與執行，極大提高機床加工質量、使用效率，降低成本，是第四次工業革命的典型產品。
基于對機械制造及自動化領域的多年研究和思考，郭東明認為，完善產業創新體系，要突破工業母機“四性”（工藝適應性、可靠性、精度保持性和精度穩定性）等共性技術難題，突破先進加工工藝、機床制造工藝、智能運動控制等關鍵核心技術難題，研究面向新材料和新工藝的新原理加工技術與裝備，根據產業鏈布局創新鏈，串珠成鏈，構建“產學研用”協同的技術創新體系。
而對于“用”，中國商用飛機有限責任公司頗具發言權。“與航天領域飛機有所不同，民用飛機具有機身尺寸大，復材用量占比增大，服役周期長、要求高可靠性制造，對經濟性、環保性要求高等特點。”公司制造總工程師姜麗萍表示，一方面，制造環節的不確定因素是主要風險來源，要高度重視設備穩定性評價。另一方面，國產大飛機是在市場上與波音、空客飛機同臺競爭，要通過3D打印、柔性裝配、集成化測試、自動化檢測等一系列新技術、新裝備等，提產能、降成本，保持市場競爭力。
“大飛機制造需要一流產線提升產能和質量，中國商飛針對多個型號已經開展一流產線布局。”姜麗萍介紹，目前，裝備國產化率達到80%以上，自動化制孔/鉆鉚實現重大突破，對接效率提升50%以上。與此同時，加快攻關補齊民機制造的裝備譜系。根據民機制造特點，面向典型加工場景和工藝過程，中國商飛梳理出一批重點裝備需求，包括金屬零件自動化加工線、復材零件自動化加工線、自動化裝配生產線、總裝測試生產線設備等。
伴著大飛機研制、創新一線的隆隆炮火，中國商飛的裝備朋友圈也越來越大。“我們圍繞整線的建設需求，對標世界一流，凝聚國內的頂尖高校、科研院所、企業單位協同攻關，錘煉大系統集成、大團隊作戰、多兵種聯合能力，實現全國產化技術設備示范運行，形成交鑰匙能力，突破國產設備應用困局。”姜麗萍說道，在這個過程中，給研究以土壤，給設備以舞臺，給企業以利潤，共同助力大飛機事業的成長。
支持優質企業發展，加快建設先進制造業集群
“完善工業母機技術體系布局，組建國家戰略科技‘旗艦’力量。”郭東明表示，要加快布局工業母機領域的國家重點實驗室、國家技術創新中心等重大科研平臺；組織國內科研機構的優勢力量，建立若干工業母機領域的技術創新平臺；鼓勵地方建立專業化研究機構與平臺，打造國家工業母機領域的重要科技力量。
組建“旗艦”力量的一項重要措施，就是加快建設先進制造業集群。浙江省高檔數控機床技術創新中心正是其中的關鍵一環。
2023年7月，作為浙江省十大技術創新中心之一，依托溫嶺市政府、浙江大學，浙江省高檔數控機床技術創新中心在溫嶺正式揭牌成立，由國企、高校技術團隊以及11家民營企業多方聯合共建。
技術創新中心的目標非常明確：主攻“數控機床”，細化選擇“數控機床數字化設計與優化、數控機床高檔智能數控系統、數控機床高性能關鍵零部件”三個方向，突破一批數控機床產業“卡脖子”技術，破解工業母機產業鏈的創新瓶頸，加快數控技術成果落地轉化進程，推動機床產業高端化智能化方向發展，培育孵化未來產業和未來產品創新發展。
目前，由創新中心牽頭，聯合集群內骨干企業梳理了69項卡脖子問題清單。聚焦材料、基礎件、功能部件、機床整機四大產業環節，正向設計、精度保持性、誤差補償、機床智能化、輕量化成形、超精密加工等六大共性技術，機床母機、航空航天、船舶、電力新能源、3C電子、汽車、軌道交通七大應用場景。
“接下來，我們將在技術創新中心的基礎上，推進高端機床卡脖子技術研發平臺、數控機床成果轉化平臺、高檔數控機床中試驗證平臺、精密制造產業化平臺建設。”浙江省高檔數控機床技術創新中心主任傅建中說道，“尤其是中試驗證基地將面向低空經濟、高端儀器、醫療器械等領域，投資5億元，推動機床產業高端化、智能化發展。”
在周濟看來，工業母機產業發展的主體力量來自于企業，特別是工業母機行業的領軍和骨干企業。“以企業為主體，推進工業母機企業培育壯大行動，強化政策引導和精準服務，實施創新引領，培育世界一流工業母機龍頭企業，發展工業母機專精特新中小企業。”
“回看五軸數控機床的創新設計實踐，堅持自主可控高質量發展，努力把企業打造成強大的創新主體，每一步都走得踏實堅定。”科德數控股份有限公司總經理陳虎表示，工業化時代創新的體系支撐包括技術創新、管理創新、商業模式創新，新原理、新現象、新方法是基礎，漸進式創新和集成創新更為普遍，比如系列化五軸立式加工中心KMC系列，支持銑、車、磨、刮齒、短電弧、超聲、激光等，全面實現量產，迄今已完成三次迭代升級。
怎樣彌補前瞻性、顛覆性技術研究不足的問題？
要從哪些方面提升國產機床裝備對重點用戶的高端配套能力？
機床技術創新鏈與產業鏈脫節、結合不緊密的情況該怎么解決？
國產大飛機發展對工業母機提出了什么新需求？
……
一場來自產學研用各方，關于工業母機高質量發展話題的討論，日前在浙江溫嶺展開。
作為工業制造產業鏈最核心的環節，工業母機的技術水平已不僅僅決定著一個國家或地區的工業制造能力，更是國家之間綜合競爭力所在。
“工業母機是新型工業化的核心裝備，代表國家制造業的核心競爭力。”中國工程院院士、國家制造強國建設戰略咨詢委員會主任周濟用兩個“核心”道出了發展的關鍵。
而從中國機床工具工業協會發布的2024年上半年行業經濟運行情況來看，全行業完成營業收入5019億元，實現利潤總額149億元，平均利潤率為3.0%，機床工具行業的盈利姿態，字面上反映出來的似乎并不好看。不僅如此，在行業整體需求減弱、陷入內卷困境的當下，同質化技術殷勤對陣，上升通道面臨封堵，向下螺旋通道便被無限打開。
“鞏固經濟型數控機床優勢，占領主戰型數控機床市場，走在高檔型數控機床前列。”對于發展工業母機產業的戰略任務，周濟給出了三條實施路徑。
具體來看，可概括為以下三點：
依靠技術進步、以高打低，進一步提高經濟型數控機床的質量和競爭力；
充分發揮我國的市場優勢和制造優勢，以創新為根本動力，以智能制造為主要技術路徑，堅決占領主戰型數控機床和產線的國內市場，進軍國際市場；
集中優勢力量，依托以智能制造為主攻方向的科技創新，在高檔數控機床和智能產線方面實現重點突破，自主可控。
堅持以用戶為中心，系統提升行業基礎能力
隨著航空航天、能源動力、國防軍工等領域對機床裝備性能的要求越來越高，單純以幾何精度為目標，已無法滿足如今工業母機高性能制造要求。
何為高性能制造？
“需要從機床性能建模、性能仿真與數字孿生、計算反求、定域定量定式制造、性能測試分析、材料結構功能一體化、智能監測與調控等技術入手。”中國工程院院士、大連理工大學原校長郭東明認為，高性能制造就是以性能精準保證為目標，尋求幾何和性能一體化制造。
其中包括，以需求為導向，推動高端機床裝備從“能用”到“好用”的真正轉變。在需求側，以“三航一車”等重點領域用戶需求為牽引，強化零件加工工藝驅動的高端機床裝備研發理念。在供給側，以高端機床裝備的高性能化、智能化、復合化和綠色化發展為導向，以整機帶動高檔數控系統、關鍵功能部件的研發。
“第四次工業革命催生了制造業產業模式和產業形態的根本性變革，完成了深刻的供給側結構性改革。”周濟強調，工業母機產業必須實現從“以產品為中心”向“以用戶為中心”的革命性轉變，堅定地轉變到“以服務求合作，以貢獻求發展”的經營理念上來。
在重慶大學教授張根保看來，國產機床高端化首先要提升可靠性，要在國內外用戶中著力打造可靠性口碑。“在產品質量的13個評價指標中，可靠性是機床產品最重要的賣點，不能僅滿足于加工精度夠用就好，而是要從產品設計、工藝設計、生產制造、使用維護的壽命周期過程鏈提升可靠性，綜合考量機床的性能穩定性、精度保持性、使用成本、信息化智能化水平、外觀、安全性、服務性等。”
針對數控機床正向設計技術，浙江大學教授劉曉健也坦言，當前，高端數控技術設計資源不足、基礎薄弱，缺乏工藝針對性；不同參數對機床性能的影響規律還難以找到，缺乏面向細分領域用戶工藝的高端機床整體解決方案；設計類比仿制與經驗依賴，難以實現數控機床精準與創新設計。
那么，正向研發的質量和可靠性主要靠什么來保障？張根保表示，要做系統、全面、深入的設計分析，這是國產機床研發的痛點；要做大量的實驗，通過實驗定量化確定技術參數和工藝參數；要形成全套、量化的作業指導書，并應用“元動作”的概念，元動作是機床產品最小的運動單元和最小的結構單元，故障一般都發生在元動作上。“最重要的，是要高度重視中試階段工作。中試的主要目的是考察工藝是否優化，是否能夠保障產品的可靠性。”
完善產業創新體系，推動創新產品推廣應用
“工業母機產業要以創新為靈魂，創新是發展的根本動力。”周濟指出，工業母機產業重大創新方向包括高速高精、多軸復合、集成化、智能化這四個方面，主攻方向是數字化轉型、智能化升級。
新一代人工智能技術與先進制造技術的深度融合，形成了新一代智能制造技術，成為了新一輪工業革命的核心技術。“新一代智能機床，是在工業互聯網、大數據、云計算的基礎上，應用新一代人工智能技術和先進制造技術深度融合的機床。”周濟進一步解釋道，新一代智能機床能夠實現自主感知、自主學習、自主優化與決策、自主控制與執行，極大提高機床加工質量、使用效率，降低成本，是第四次工業革命的典型產品。
基于對機械制造及自動化領域的多年研究和思考，郭東明認為，完善產業創新體系，要突破工業母機“四性”（工藝適應性、可靠性、精度保持性和精度穩定性）等共性技術難題，突破先進加工工藝、機床制造工藝、智能運動控制等關鍵核心技術難題，研究面向新材料和新工藝的新原理加工技術與裝備，根據產業鏈布局創新鏈，串珠成鏈，構建“產學研用”協同的技術創新體系。
而對于“用”，中國商用飛機有限責任公司頗具發言權。“與航天領域飛機有所不同，民用飛機具有機身尺寸大，復材用量占比增大，服役周期長、要求高可靠性制造，對經濟性、環保性要求高等特點。”公司制造總工程師姜麗萍表示，一方面，制造環節的不確定因素是主要風險來源，要高度重視設備穩定性評價。另一方面，國產大飛機是在市場上與波音、空客飛機同臺競爭，要通過3D打印、柔性裝配、集成化測試、自動化檢測等一系列新技術、新裝備等，提產能、降成本，保持市場競爭力。
“大飛機制造需要一流產線提升產能和質量，中國商飛針對多個型號已經開展一流產線布局。”姜麗萍介紹，目前，裝備國產化率達到80%以上，自動化制孔/鉆鉚實現重大突破，對接效率提升50%以上。與此同時，加快攻關補齊民機制造的裝備譜系。根據民機制造特點，面向典型加工場景和工藝過程，中國商飛梳理出一批重點裝備需求，包括金屬零件自動化加工線、復材零件自動化加工線、自動化裝配生產線、總裝測試生產線設備等。
伴著大飛機研制、創新一線的隆隆炮火，中國商飛的裝備朋友圈也越來越大。“我們圍繞整線的建設需求，對標世界一流，凝聚國內的頂尖高校、科研院所、企業單位協同攻關，錘煉大系統集成、大團隊作戰、多兵種聯合能力，實現全國產化技術設備示范運行，形成交鑰匙能力，突破國產設備應用困局。”姜麗萍說道，在這個過程中，給研究以土壤，給設備以舞臺，給企業以利潤，共同助力大飛機事業的成長。
支持優質企業發展，加快建設先進制造業集群
“完善工業母機技術體系布局，組建國家戰略科技‘旗艦’力量。”郭東明表示，要加快布局工業母機領域的國家重點實驗室、國家技術創新中心等重大科研平臺；組織國內科研機構的優勢力量，建立若干工業母機領域的技術創新平臺；鼓勵地方建立專業化研究機構與平臺，打造國家工業母機領域的重要科技力量。
組建“旗艦”力量的一項重要措施，就是加快建設先進制造業集群。浙江省高檔數控機床技術創新中心正是其中的關鍵一環。
2023年7月，作為浙江省十大技術創新中心之一，依托溫嶺市政府、浙江大學，浙江省高檔數控機床技術創新中心在溫嶺正式揭牌成立，由國企、高校技術團隊以及11家民營企業多方聯合共建。
技術創新中心的目標非常明確：主攻“數控機床”，細化選擇“數控機床數字化設計與優化、數控機床高檔智能數控系統、數控機床高性能關鍵零部件”三個方向，突破一批數控機床產業“卡脖子”技術，破解工業母機產業鏈的創新瓶頸，加快數控技術成果落地轉化進程，推動機床產業高端化智能化方向發展，培育孵化未來產業和未來產品創新發展。
目前，由創新中心牽頭，聯合集群內骨干企業梳理了69項卡脖子問題清單。聚焦材料、基礎件、功能部件、機床整機四大產業環節，正向設計、精度保持性、誤差補償、機床智能化、輕量化成形、超精密加工等六大共性技術，機床母機、航空航天、船舶、電力新能源、3C電子、汽車、軌道交通七大應用場景。
“接下來，我們將在技術創新中心的基礎上，推進高端機床卡脖子技術研發平臺、數控機床成果轉化平臺、高檔數控機床中試驗證平臺、精密制造產業化平臺建設。”浙江省高檔數控機床技術創新中心主任傅建中說道，“尤其是中試驗證基地將面向低空經濟、高端儀器、醫療器械等領域，投資5億元，推動機床產業高端化、智能化發展。”
在周濟看來，工業母機產業發展的主體力量來自于企業，特別是工業母機行業的領軍和骨干企業。“以企業為主體，推進工業母機企業培育壯大行動，強化政策引導和精準服務，實施創新引領，培育世界一流工業母機龍頭企業，發展工業母機專精特新中小企業。”
“回看五軸數控機床的創新設計實踐，堅持自主可控高質量發展，努力把企業打造成強大的創新主體，每一步都走得踏實堅定。”科德數控股份有限公司總經理陳虎表示，工業化時代創新的體系支撐包括技術創新、管理創新、商業模式創新，新原理、新現象、新方法是基礎，漸進式創新和集成創新更為普遍，比如系列化五軸立式加工中心KMC系列，支持銑、車、磨、刮齒、短電弧、超聲、激光等，全面實現量產，迄今已完成三次迭代升級。
“中國工業母機產業的創新發展方向，在產品和制造能力兩個方面。”談及未來，周濟指出，一方面，是工業母機產品的創新發展、智能升級，工業母機產品邁向世界工業母機產業前列；另一方面，是工業母機制造能力的創新發展、智能升級，工業母機制造能力邁向世界工業母機產業前列。
——信息來自：中國工業報
