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“工业母机”大热背后的冷思考：核心环节还落后至少十年
发布日期：2021-08-25 来源： 电子发烧友网
作者：网络
政策和股市挂钩这已经不是什么秘密，当然也不是什么不能谈的忌讳。近端时间，稀土、碳中和、有色金属等都是在被政策点名之后成为股市大热门，且热度居高不下。当然，也有一些产业被政策上了紧箍咒，比如在线教育。这两天，“工业母机”一下子完成全国普及，也拉动了相关企业的股市表现。
工业母机，又称工作母机，实际上就是人们常提到的机床。自十五世纪机床雏形推出至今，机床已经演变出车床、铣床、刨床、钻床、镗床、磨床、制齿机等多个形态，除切削加工外，也承担着铸造、锻造、焊接、冲压、挤压等加工任务。
机床有很多种分类方式，有以普通机床、精密机床、高精密机床和数控机床这样从系统精密程度和复杂度来区分的；也有以仪表机床、中小型机床、大型机床、重型机床和超重型机床这样按照工件大小和机床重量来区分的；还能以手动操作机床、半自动机床和自动机床这般自动化程度来归类。数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床，主要由主机、数控装置、驱动装置、辅助装置、编程及其他附属设备组成，是柔性制造系统的核心，在制造业升级改造进程中有着重要的应用和价值。数控机床是机床和数字工业有机融合的成功案例，为智能机床的发展提供了技术基础。数控机床是当前机械加工的主流设备，其水平能够反应出一个国家工业化和现代化的水平。上世纪70年代末到80年代初，西方国家基本实现了机床数控技术的普及。反观国内，在经历上世纪50/60年代国产机床“十八罗汉”（在此不做科普，大家可以自行查询）之后，后续发展主要呈现散而小的特点，到了改革开发初期，也就是西方国家普及数控机床的时候，我们还停留在手动控制阶段。
经历了数十年的发展，我国在数控机床领域已经取得了很多可观的成绩，尤其是国产五轴(坐标)联动数控机床方面的突破，代表着国产机床已经突破了行业的制高点之一，目前我国在五轴联动加工中心、五轴数控铣床、五轴龙门铣床等方面均已研究成功。
但机床具有大周期特性，同时也是一个多产业融合的领域。尤其是数控机床进化后的智能机床，是先进制造技术、信息技术和智能技术的集成与深度融合的产物，代表着数控机床发展的高级形态，在国产机床企业小而散的情况下，很难有一家企业能够将这些环节都打通。对比国产机床和国际品牌的机床，三项差距最为明显。首先是机床的稳定性，在高精密加工领域，部分国产机床能够在部分应用领域实现高精密的性能，然而这样的性能表现却不能够长期维持，国产机床的精度一般只能维持两年，远远低于国际品牌机床的十年；第二点，在一些特别要求精密的应用中，国产机床还处于攻关阶段，比如生产哈勃望远镜的镜片这类加工工艺；此外，数控系统和数控芯片层面，国产机床至少落后10年。在数控系统方面，德国的西门子、利勃海尔和日本的发那科、山崎马扎克等厂商代表着世界领先水平。我们通过简单对比就能够看到目前国内在数控系统方面的落后。对比的样本我们选择华中数控的HNC-808Di/T车床数控系统以及西门子的SINUMERIK 840。在HNC-808Di/T车床数控系统上面，我们看到该数控系统已经能够实现机床的编程和控制，支持多工位显示，多主轴负载显示和多工位图形显示等功能。同时，结合科德数控的产品来看，国产数控系统基本实现了高速、“高精”和 多通道控制等基本功能的覆盖。之所以在高精上面加引号，是因为精度表现和国际品牌还有差距。HNC-808Di/T车床数控系统（图源：华中数据官网）然而，在看到SINUMERIK 840之后，我们会发现“高性能”三个字出现的频率非常高，凸显其控制和编程性能的优越。比如，在SINUMERIK 840介绍中提到的，其可以控制30个机床通道中的最多93个轴，而国内的方案我们还只能看到单机控制性能。除了具有极高数控性能外，SINUMERIK 840具有高灵活性和开放性，适用于几乎所有机床方案。这其实很好理解，在性能存在冗余的情况下，模块化拆分之后会让系统存在极大的适应性，这是目前国产数控系统不能够实现的。因为，在高端机床控制方面我们还是缺失的，且软件包的丰富程度还是不能比的。当然，国产数控系统已经实现了从无到有，华中数控、广州数控、大连光洋、沈阳高精和航天数控这几家公司的数控系统研发都得到了国家项目的支持，后续除了性能的攻坚，功能部件、软件生态和平台搭建是主要的工作。在工业母机大热之后，近两天有从业人员公开表示，在数控软件方面，我国企业和国际先进水平还有很大的代差，至少需要10年的时间追赶。当然，我们还要注意到一个明显的差距，那就是芯片层面，如果要实现纯国产，机床内部进行运动控制与逻辑控制的芯片基本就是CPU，能够选择的就是龙芯、兆芯和飞腾等公司的芯片，和英特尔和AMD差距还是巨大的。而在专用芯片方面，国内此前有过尝试但因为难度大放弃了，现在基本处于空白。当然，机床的控制还需要用到MCU和DSP这些芯片，国产芯片对比ST和TI等企业，性能和稳定性方面都需要提升，尤其是今天的主题——工控领域，国产芯片份额很小。
木桶效应是一个管理学的概念，是讲一只水桶能装多少水取决于它最短的那块木板。这在机床领域也是适用的，目前国内机床企业已经在低端市场没有敌手，在中端市场和国际品牌处于同等水准，但高端机床无疑是国产机床的短板。有从业者认为，在硬件上国产品牌已经能够达到95%高端的水平，但稳定性方面还存在差距。
然而，在软件层面，我们看着西门子的SINUMERIK 840D和山崎马扎克的SMOOTH PROCESS SUPPORT系统只能送上羡慕的目光。更值得我们深思的是，这样的系统不仅仅意味着极限的性能，也代表着更高的系统灵活性和可扩展性，在我们的数控系统还只能一门心思提升性能的时候，国际品牌已经在丰富生态了，此中的差距也许并不是10年就可以轻易抹平的。好在这样的差距不再只是行业人士间的“耳语”。工业母机概念能够火起来，要归因于国资委的表态，“推动中央企业主动融入国家基础研究、应用基础研究创新体系，针对工业母机、高端芯片、新材料、新能源汽车等加强关键核心技术攻关。”当政策重点点名工业机床之后，相信随着资本追逐和人才培养，国产机床必将成为中国制造业稳固的基石。
