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数控机床进化迭代的三大维度
百年以来,数控机床的进化迭代主要集中在物理层面,即精度、速度和寿命。可是,物理性能做到了极致,将会面临商业上的发展瓶颈,数控机床在另外的产业和商业维度上的进化意义突显出来。
近年来,工业领域传感器是人的视觉,执行部件(回转工作台或摆角铣头)是人的手脚,机床本体(床身/裸机)是人的骨架,而云计算、物联网、大数据则贯穿数控机床的整个神经网络,相当于“能力倍增器”。
状态精确控制
通过工业互联网和大量工业APP的支持,产品的设计问题、工艺问题、制造问题都可以在虚拟空间中完成,反复核查和检查,状态精确控制贯穿了产品的全寿命周期。毕竟,改进模型要比修补产品实物容易得多,诸多细节问题在虚拟空间中做了最优调整,进入实物制造,精度、成本和可靠性得到最佳平衡。
大规模定制化生产
数控机床的工作过程越来越柔性化,比如西门子的安贝格工厂,每天生产6万个PLC控制器,每个都不一样,结构、总线、接口标准、通信协议、软件和印刷板都是定制的,%的不合格品率,智能升级之后,不合格品率下降了几个数量级,现在大概是百万分之五。
第二维度:产业体系
2018年,中国工业产值已经超过美国+日本+德国的总和,可是中国仍算不上一流工业强国,数控机床就是其中一大短板。 1982年-2009年,世界第一的机床生产大国是日本,2010年中国机床工业实现赶超,可是中国制造的数控机床在核心数控系统和功能部件上,至今受制于人。因为核心设备能力不足,连带整个材料工业、多个细分工业领域长期处于劣勢。比如中国稀土储量是世界第一,但稀土在中国人手里就是土,因为中国缺少技术把它变成材料。这些材料技术都是用几十年的积累研究出来的,通过各种实验做出来的,这些材料能做到纳米级,搁在手机芯片里面。这些都需要专门的机床设备,这些东西就德国和日本有。谁控制着材料和机床,谁就处于强势地位,享受议价权和更多利润。一个国家数控技术的进化迭代,取决于产业体系,又将投射于产业体系。
取决于产业体系
工业强国的最大根基是基础工业(包括装备、材料、工艺)。基础工业受制于数控机床的工艺精度,但是高精度的数控机床也不能加工超过自身精度水平的零部件。那么,数控机床的工艺精度源于哪里?源于最精密的基础装备(包括数控机床、工业机器人等)加工基础材料,得到基础零部件和基础装备,即机器制造机器。这是一个“不断自我强化的内在循环”,这一循环的关键影响因素,除了***,更重要的是电子信息工业和材料工业。
美国制造业可以引进德国造的数控机床,但核心的数控系统、工业软件美国是有技术主导能力的。美国基础工业的深厚内力,主要源于电子信息工业的垄断地位,全球的芯片和实时控制软件几乎都源于美国。比如,美国波音公司独步全球的核心优势不是在机械部分,而是在软件部分,1991年波音777的诞生用了七八百种工业软件,2005年波音787的飞天用了8000种工业软件,波音现在已经有8500种工业软件,也只是渗入波音飞机的部分核心环节,如果算上外包的那些部分,这一数字更加惊人。
德国、日本的基础工业由大量掌握技术诀窍的中小企业支撑,由西门子、三菱重工等大型企业来牵引,机械、电子、材料、工艺等各个方面的技术能力非常均衡。比如,数控机床的最大限制就是材料,高速加工时,包括主轴和轴承摩擦产生热变形导致主轴抬升和倾斜、***磨损导致的误差等,加工精度极高的数控机床,背后是材料工业的支持。
投射于产业体系
如果数控机床、数控技术实现创新突破,可以有效投射于产业体系的各处毛细血管。比如航空母舰用的电磁弹射技术,技术原型就是数控产业的直线电机技术,因为中国的直线电机技术已经成熟了,才可以继美国、俄罗斯之后第三个接近实现舰载机的电磁弹射起飞。瑞士制造了世界上最精巧的钟表产品,就是因为瑞士达到了精密制造的极致,同样重量的数控机床,瑞士货的价值最高,是中国货的10倍,日本货的价值可比肩德国,。
中国制造业要实现转型升级,数控产业的长期弱势就是一个很大的掣肘。不仅机床设备的数控系统要依赖德国、日本这些传统工业强国的开放程度,更要考验中国工程技术人员的学****适应能力,那些****惯使用日本发那科(FANUC)系统的技工,几乎操作不了德国西门子(Siemens)产品(换一个品牌的数控系统就不会工作了)。
中国要发展机器人产业,风口一来,泡沫就来了,恶性低价竞争随处可见。因为基础的数控产业不强,控制器、减速器、伺服电机都受制于人,机器人用的RV减速器,日本一个帝人公司就占了70%的全球份额。中国机器人公司拼技术的空间就很有限了,只能拼成本价格,大量的低端竞争吹起了一个一个产业泡沫。
第三维