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“高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項(以下簡稱“04專項”)是和制造業(yè)最為密切的專項，也是其他重大專項發(fā)展的基礎(chǔ)，具有基礎(chǔ)性、通用性和戰(zhàn)略性的特征，是國家創(chuàng)新資源布局中發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的切入點和制高點，涵蓋了高速、精密、智能和復(fù)合等功能的高檔數(shù)控機床，以及利用熱加工、表面處理工藝對材料和零件進行成形、改性處理的基礎(chǔ)制造裝備。實施9年多以來，在黨中央、國務(wù)院的堅強領(lǐng)導(dǎo)下，取得了一系列重大突破和標(biāo)志性成果，形成了重點領(lǐng)域十大標(biāo)志性成果，基本代表了我國高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備研發(fā)與應(yīng)用的最高水平，逐步增強了我國高檔數(shù)控機床和基礎(chǔ)制造裝備創(chuàng)新發(fā)展能力。面向航空航天、汽車、發(fā)電設(shè)備和船舶等四大領(lǐng)域的裝備保障能力顯著增強，有效支撐了國家重大戰(zhàn)略任務(wù)的順利實施，促進了我國制造能力和工業(yè)水平的持續(xù)提升。
04專項總體進展情況
“十一五”期間，04專項通過支持八大類、57種主機產(chǎn)品部署課題任務(wù)，重點解決“有無”問題?！笆濉逼陂g，專項任務(wù)聚焦高檔數(shù)控系統(tǒng)、功能部件及成套裝備和生產(chǎn)線的研發(fā)?！笆濉逼陂g，專項重點聚焦航空航天、汽車兩大領(lǐng)域，著力攻克數(shù)控系統(tǒng)與功能部件、可靠性和精度保持性技術(shù)、加工效率與工藝水平的提升等3方面的問題。建立了由產(chǎn)業(yè)部門牽頭、多部門參與的部際聯(lián)動機制，聚焦國家戰(zhàn)略目標(biāo)，集中全行業(yè)、全社會力量，突破一批急需的高端機床裝備，重點服務(wù)于航空航天、汽車、發(fā)電設(shè)備和船舶四大領(lǐng)域?？傮w上，專項課題部署覆蓋了實施方案確定的重點任務(wù)，涵蓋了重點領(lǐng)域急需的關(guān)鍵制造裝備，部分先進企業(yè)在專項實施過程中充分了解了用戶需求，由此催生出一批關(guān)鍵制造裝備，具備了一定的國際競爭實力。
截至2017年底，專項共安排596項課題，批復(fù)立項總經(jīng)費289.95億元，其中中央財政資金110.58億元；研發(fā)各類新產(chǎn)品、新技術(shù)和新工藝2996項，申請發(fā)明專利4267項，形成國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)459項，直接新增產(chǎn)值近千億元，迫使國際同類產(chǎn)品大幅降價；涌現(xiàn)出濟南二機床、四川普什寧江、秦川機床和大連光洋等一批具有一定國際競爭力的“專、精、特”企業(yè)。
濟南二機床的大型立式五軸聯(lián)動加工機床
秦川機床的錐齒輪磨齒機
為航空航天領(lǐng)域提供重大裝備，實施示范應(yīng)用
圍繞航空航天裝備研制需求，04專項部署了一系列基礎(chǔ)制造裝備和共性技術(shù)課題。通過專項支持，為航空裝備增加復(fù)合材料的用量提供了保障，研制了復(fù)合材料鋪帶機、鋪絲機等自動化復(fù)合材料結(jié)構(gòu)制造裝備，形成了航空航天復(fù)合材料結(jié)構(gòu)制造工藝及裝備整體解決方案，實現(xiàn)了國內(nèi)航空大型翼面類復(fù)合材料結(jié)構(gòu)鋪帶裝備、大型復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)自動化鋪絲裝備零的突破。
另外，04專項促進了國產(chǎn)數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)在航空航天制造領(lǐng)域的示范應(yīng)用。在航空航天制造領(lǐng)域，先后建成了國產(chǎn)數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)示范應(yīng)用生產(chǎn)線，實現(xiàn)了以五軸聯(lián)動立式加工中心為代表的154臺國產(chǎn)數(shù)控機床(95臺三軸加工機床、52臺五軸加工機床、7臺特種加工機床)，以“華中8型數(shù)控系統(tǒng)”為代表的149套數(shù)控系統(tǒng)維修的示范應(yīng)用。
04專項課題在航空航天領(lǐng)域取得的進步可以歸納為以下幾點：
1. 技術(shù)水平有效提升，創(chuàng)新能力顯著增強
在04專項支持下，先后為大飛機、核電等國家科技重大專項和新型戰(zhàn)機、運載火箭等一批國家重點工程提供了關(guān)鍵制造裝備，多項關(guān)鍵技術(shù)和裝備打破了國外壟斷。圍繞航空航天等重點領(lǐng)域所需的57種181型高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備，部署完成了159型，品種滿足度達到87.8%。57種主機中，45種達到或接近國際先進水平，部分產(chǎn)品達到國際領(lǐng)先水平。“五軸聯(lián)動機床用S形試件”標(biāo)準(zhǔn)通過ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化組織審定，實現(xiàn)了我國高檔數(shù)控機床國際標(biāo)準(zhǔn)“零”的突破。
2. 系統(tǒng)功能部件打破壟斷，配套體系逐步完善
高檔數(shù)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)已有階段性突破，實現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)跨越式發(fā)展。高檔、中高檔數(shù)控系統(tǒng)國內(nèi)市場占有率分別由專項啟動前的不足1%、10%提高到約7%、45%。高端數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)在航天、汽車、機床工具和3C領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，打破了進口機床數(shù)控系統(tǒng)對我國的鉗制，有力保障了航空航天關(guān)鍵零部件的生產(chǎn)。滾珠絲杠副、導(dǎo)軌副和動力刀架等關(guān)鍵功能部件在中高端數(shù)控機床市場中的占有率由大約5%提高到20%，迫使進口產(chǎn)品降價20%～50%；航空航天和汽車領(lǐng)域使用的刀具國產(chǎn)化率達40%以上，迫使進口產(chǎn)品降價30%。
3. 重點領(lǐng)城應(yīng)用快速推進，支撐能力穩(wěn)步提高
重點領(lǐng)域制造裝備基本做到了立足國內(nèi)，有力支撐了國家的重大戰(zhàn)略部署和重要型號的研制需求。在航空領(lǐng)域，圍繞航空典型零部件的制造需求進行了布局，研制了龍門及臥式五軸加工中心等重點設(shè)備，并在重點型號飛行器的整體壁板、“眼鏡框”等大型結(jié)構(gòu)件加工中得到應(yīng)用驗證；8萬噸模鍛壓力機為大飛機、大運工程和航空發(fā)動機等重點項目建設(shè)提供了有力支撐。在航天領(lǐng)域，針對載人航天、高分、高超和重大武器裝備等航天重大專項的迫切需求，研制了焊接、高溫鑄造和自動化裝配等裝備，其中攪拌摩擦焊裝備解決了高分運載火箭儲箱、大型相控陣?yán)走_面板的焊接難題；臥式加工中心和高檔數(shù)控系統(tǒng)等成果已成功應(yīng)用于載人航天、運載火箭等復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的批量加工中。
多種能力全面提升
1. 整體研發(fā)能力方面(包括軟硬件)
04專項采取“主機牽引、用戶導(dǎo)向、工藝先導(dǎo)”的創(chuàng)新研發(fā)組織模式，通過組建創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟、建立長期的合作關(guān)系以及組織生產(chǎn)單位工藝培訓(xùn)等，加強產(chǎn)、學(xué)、研、用的合作，研發(fā)各類新產(chǎn)品、新技術(shù)2300余項，實現(xiàn)了部分關(guān)鍵制造裝備在重點用戶企業(yè)的示范應(yīng)用，提升了機床行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新能力。
通過與極大規(guī)模集成電路、大飛機和核電等重大專項進行對接，實現(xiàn)了軍民融合發(fā)展，提供的五軸龍門加工中心等一批數(shù)控裝備，在一定程度上滿足了航空航天領(lǐng)域國家重大工程的需求。編制的專項成果數(shù)據(jù)庫與成果目錄，在航空、汽車等重點領(lǐng)域用戶中得到推廣。
大連光洋的高速橋式龍門加工中心
2. 人才隊伍建設(shè)和儲備方面
在行業(yè)研究機構(gòu)、重點企業(yè)設(shè)立了19類23項創(chuàng)新能力平臺，在重點用戶處部署了48個示范基地，重點針對裝備開發(fā)、應(yīng)用工藝以及重大裝備應(yīng)用驗證等需求，開展關(guān)鍵共性技術(shù)研究和行業(yè)技術(shù)服務(wù)，技術(shù)創(chuàng)新體系逐步形成和完善，初步形成多層面梯次互補的創(chuàng)新型團隊。截至目前，形成42個由技術(shù)領(lǐng)軍人才、研發(fā)骨干和高水平技工組成的多層次研發(fā)團隊；培養(yǎng)人才5652人，其中博士2291人。
3. 整體管理方面
根據(jù)科技部、財政部和發(fā)改委出臺的8項科研項目、資金、稅收和知識產(chǎn)權(quán)管理制度，工信部牽頭制定和修訂了10項工作制度和工作細則，形成了較為完善的科技管理制度，為04專項的規(guī)范管理和系統(tǒng)推進提供了制度保障。
4.市場競爭力方面
自04專項實施以來，我國的數(shù)控機床在產(chǎn)品種類、技術(shù)水平、質(zhì)量和產(chǎn)量上都取得明顯進步，一些關(guān)鍵技術(shù)取得重大突破，行業(yè)創(chuàng)新研發(fā)能力不斷增強，滿足了重點領(lǐng)域?qū)Ω叨藱C床裝備的需求，促進了我國制造能力的持續(xù)增強和工業(yè)水平的持續(xù)提升。中國機床產(chǎn)值自2009年一躍成為世界首位以來，一直保持著世界第一機床生產(chǎn)大國的地位。
5. 新業(yè)務(wù)開拓方面
數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)鏈長、技術(shù)覆蓋面廣，關(guān)鍵技術(shù)既涉及基礎(chǔ)性的核心零部件、先進工藝、關(guān)鍵材料及產(chǎn)業(yè)技術(shù)等共性基礎(chǔ)技術(shù)，也涉及先進產(chǎn)品的設(shè)計制造、自動控制、數(shù)字控制、傳感感知和信息處理等先進工業(yè)技術(shù)，產(chǎn)業(yè)鏈上游涉及原材料、各種功能部件，下游涉及航空航天、汽車、船舶、發(fā)電、電子和工程機械等重點領(lǐng)域。我國數(shù)控機床裝備工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，必須堅持國家需求牽引和技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動的發(fā)展戰(zhàn)略，建立“產(chǎn)、學(xué)、研、用”深度融合的新體系和“研發(fā)-工程化-產(chǎn)業(yè)化”的創(chuàng)新平臺，構(gòu)建高端機床裝備產(chǎn)業(yè)生態(tài)的新模式，持之以恒地推進機床裝備行業(yè)長遠發(fā)展。
6. 對航空航天行業(yè)未來發(fā)展帶來的意義重大
在航空領(lǐng)域，機床主機及部件廠家圍繞航空典型零部件制造需求，對裝備結(jié)構(gòu)作了布局優(yōu)化，研制了龍門及臥式五軸加工中心等關(guān)鍵裝備，并在航空領(lǐng)域重點型號的整體壁板、“眼鏡框”等大型結(jié)構(gòu)件加工中進行了應(yīng)用驗證；8萬噸模鍛壓力機和萬噸級鋁板拉伸機的成功研制，標(biāo)志著我國航空構(gòu)件制造步入世界先進行列。涌現(xiàn)出了基于“S形試件”的五軸聯(lián)動機床加工復(fù)雜型面關(guān)鍵精度檢測方法、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的基于特征的快速數(shù)控編程技術(shù)及系統(tǒng)軟件等亮點。
在航天領(lǐng)域，針對載人航天、高分、高超和重大裝備等重大專項的迫切需求，研制了焊接、高溫鑄造和自動化裝配等裝備。攪拌摩擦焊接裝備已全面應(yīng)用于運載火箭主體結(jié)構(gòu)制造，并完全替代進口。國內(nèi)首臺、世界最大的150MN充液拉深裝備，完成了四角拼焊板的充液拉深成形，并制備出合格的3800mm直徑火箭整體箱底。涌現(xiàn)出了“火箭等航天結(jié)構(gòu)件制造裝備”、“航天結(jié)構(gòu)件高檔數(shù)控加工示范應(yīng)用”等亮點。
濟南二機床的大型翻板臥式加工中心
存在的差距
自2009年專項實施以來，高檔數(shù)控機床和基礎(chǔ)制造裝備的創(chuàng)新發(fā)展能力不斷增強，中國機床產(chǎn)值已穩(wěn)居世界第一。但與國外先進產(chǎn)品相比，國產(chǎn)產(chǎn)品在動態(tài)性能、一致性、可靠性和精度保持性方面仍存在差距。在高端應(yīng)用領(lǐng)域，始終是歐洲、日本和美國企業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位，中端市場則面臨中國臺灣、韓國機床的激烈競爭。
1. 與國外先進水平相比存在的差距
一是技術(shù)成熟度有一定差距。在04專項支持下，多項關(guān)鍵技術(shù)和裝備打破了國外壟斷，但是相關(guān)技術(shù)成熟度與國外先進水平相比還有一定差距，此外，國產(chǎn)量儀技術(shù)進步緩慢，與國外差距進一步擴大。
二是產(chǎn)品數(shù)量種類不及國外企業(yè)。一方面，我國中高檔機床在部分領(lǐng)域還存在空白，關(guān)鍵功能部件品種滿足度仍徘徊在80%左右；另一方面，零部件個性化產(chǎn)品種類整體缺乏競爭力。
三是綜合性能存在較大差距。由于缺乏測試、應(yīng)用和驗證的機會，產(chǎn)品可靠性、精度保持性等仍與國外存在較大差距，綜合性能、穩(wěn)定性和產(chǎn)品一致性均有很大的提升空間。
四是市場認同度對比懸殊。雖然相比04專項實施前，國產(chǎn)機床及零部件的市場在逐步打開，但在市場認同度方面，仍與國外產(chǎn)品存在巨大差距。以功能部件為例，高檔關(guān)鍵功能部件的市場占有率只有5%左右，中端關(guān)鍵功能部件的市場占有率也僅約20%。
2. 高檔型數(shù)控系統(tǒng)配套能力不足
自04專項實施以來，盡管數(shù)控系統(tǒng)取得了明顯進步，高檔數(shù)控系統(tǒng)國內(nèi)市場占有率由1%提升至7%，但是距離配套率20%的專項目標(biāo)仍然差距較大。
一是高檔數(shù)控系統(tǒng)核心算法、機電耦合動力學(xué)設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)成熟度有待提高，用戶對國產(chǎn)高檔數(shù)控系統(tǒng)的性能還存有疑慮，需要較長時間培育市場。
二是伺服驅(qū)動及電機、關(guān)鍵功能部件的性能和穩(wěn)定性有差距，部分核心技術(shù)尚未掌握，機床主機企業(yè)在采購時基本還是選擇進口產(chǎn)品，難以打破國外產(chǎn)品的市場生態(tài)圈。
3. 基礎(chǔ)共性技術(shù)研究深度不足，未形成成果共享機制
一是在機床設(shè)計過程中，多數(shù)企業(yè)并未掌握先進設(shè)計理論方法，仍在沿用傳統(tǒng)的設(shè)計方法與手段。
二是目前機床的靜態(tài)精度指標(biāo)基本達到世界先進水平，但在可靠性和精度保持性方面顯示出與進口機床的差距，這主要是因為機床制造企業(yè)尚未建立動態(tài)性能設(shè)計和機床動態(tài)測試條件，以及沒有掌握測試方法。
三是在對機床進行設(shè)計、制造、裝配、動態(tài)測試及整機評價的過程中，全鏈條研究不深入，有所缺失。
四是共性技術(shù)的研究出現(xiàn)分散、不深入和共享程度低的問題。
未來展望及幾點建議
綜上所述，國產(chǎn)高檔數(shù)控機床維修與基礎(chǔ)制造裝備行業(yè)正處于爬坡過坎的關(guān)鍵時期，隨著國家后續(xù)專項的持續(xù)大力扶持，完全有理由相信，未來10年左右，國家機床裝備行業(yè)將形成“研發(fā)-工程化-產(chǎn)業(yè)化”的良好的可自我造血的工業(yè)生態(tài)，最終實現(xiàn)機床從“能用”到“好用”的蛻變。
在對未來充滿信心的同時，我認為，后續(xù)高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備的發(fā)展需重視以下幾點：
1. 重視核心技術(shù)：保障共性技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)的研究和產(chǎn)品開發(fā)，建立及完善創(chuàng)新平臺，提供高端試驗研究條件。
2. 重視工藝驗證：在組織實施過程中，注重制造企業(yè)與用戶企業(yè)的緊密結(jié)合、工藝與裝備的緊密結(jié)合，不斷提升裝備的精度保持性與可靠性。
3. 重視系統(tǒng)設(shè)計：高度重視系統(tǒng)集成，使主機與刀具、量具和模具，主機與檢測和物流設(shè)備，多臺主機的集成聯(lián)線等，均能實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化，確保功能部件與檢測系統(tǒng)的有效匹配。
4. 重視系統(tǒng)部件：數(shù)控系統(tǒng)、關(guān)鍵部件是數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸，必須加快發(fā)展，放在與主機同等的研發(fā)地位，提高專業(yè)化、批量化生產(chǎn)技術(shù)水平和能力。
5. 重視兩化融合：制造技術(shù)與信息技術(shù)深度融合，實現(xiàn)產(chǎn)品的信息化和數(shù)字化，提高其性能、質(zhì)量和自動化水平，使之具有“智能”和柔性，從而滿足用戶個性化和多樣化的需求。
6. 重視應(yīng)用示范：加強用戶牽頭和主導(dǎo)的應(yīng)用示范，通過示范工程提高裝備-工藝的一體化水平，提升國產(chǎn)制造裝備的可靠性和精度保持性，展現(xiàn)國產(chǎn)制造裝備的水平和能力，提升用戶使用國產(chǎn)制造裝備的信心。
