過去10多年里，中國機(jī)床已經(jīng)在整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模和很多細(xì)分領(lǐng)域取得突破。數(shù)據(jù)顯示，2022年中國制造業(yè)增加值已經(jīng)突破了33.5萬億元，而機(jī)床行業(yè)直接撐起了超過10萬億元的產(chǎn)出。尤其在新能源汽車、消費(fèi)電子、軌道交通、光伏、風(fēng)能、造船等領(lǐng)域，大約有1/3的最終產(chǎn)出是由機(jī)床加工完成。

　　中國機(jī)床已經(jīng)創(chuàng)造了很多“世界第一”——2009年實(shí)現(xiàn)機(jī)床產(chǎn)值世界第一(產(chǎn)值接近德國、日本的總和，且多年穩(wěn)居世界第一)，2016年成為世界數(shù)控機(jī)床市場份額第一(占據(jù)全球數(shù)控機(jī)床1/4以上份額)，包括世界最大模鍛液壓機(jī)、世界最大超重型數(shù)控臥式機(jī)床、世界最大數(shù)控龍門鏜銑床、世界最大高精度數(shù)控軋輥磨床、世界最大加工直徑螺旋槳加工機(jī)床、世界最大油壓機(jī)、世界最大立式車銑床、世界最大齒輪數(shù)控加工設(shè)備等都產(chǎn)生在我們國家。

　　值得一提的是，2010年，由上海機(jī)床廠有限公司(以下簡稱“上海機(jī)床”)研制的世界最大的數(shù)控軋輥磨床，最大磨削直徑為2500mm，有效磨削工件長度為15m，最大磨削工件重量250噸，并配以具有自主知識產(chǎn)權(quán)的軟件系統(tǒng)，標(biāo)志著我國重載高精度數(shù)控機(jī)床躋身世界頂尖水平。

　　磨床：加工精度之王

　　機(jī)床要做的事情主要是“車鉗銑刨磨”，就是將原材料中不需要的部分一點(diǎn)點(diǎn)減掉，通過鉆孔、切削、彎折、打磨，得到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中的物理零部件，代表了傳統(tǒng)工業(yè)社會(huì)“減材制造”思維。長期以來，衡量機(jī)床好壞的主要標(biāo)準(zhǔn)還是經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)——速度、精度和壽命。比如，我國機(jī)床產(chǎn)品的評定標(biāo)準(zhǔn)里有一個(gè)“平均無故障時(shí)間MTBF”概念，這是引進(jìn)自日本的經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)，在歐洲的機(jī)床行業(yè)沒有這一概念。

　　如果要追求機(jī)床工具的加工精度，不僅取決于其機(jī)械結(jié)構(gòu)形式和精度，還要通過最基礎(chǔ)的電子元器件來實(shí)現(xiàn)。如，要實(shí)現(xiàn)高精度測繪，就繞不過“光柵”測量元件。時(shí)至今日，幾家德國和英國公司幾乎可以壟斷光柵技術(shù)的全球市場，真正高精度的光柵，有錢也買不到，外國公司一般只會(huì)出口基本測量水平的光柵器件。

　　如果想在一臺(tái)機(jī)床上同時(shí)兼顧速度、精度兩個(gè)指標(biāo)，也不容易實(shí)現(xiàn)。比如， 銑床屬于效率型機(jī)床，要求速度快;磨床屬于精度型機(jī)床，要求極端精確。對于追求效率的銑床來說，電主軸溫升通常能達(dá)到60~70攝氏度(高速運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備都有摩擦生熱問題)，這就很難兼顧精度了(因?yàn)椴牧蠒?huì)熱脹冷縮)，所以對精度要求也不高，誤差在1%毫米左右就行。

　　但對于追求精度的磨床來說，其要求的精度是0.1%毫米級別，要特別考慮熱剛性問題，主軸溫度絕不能超過20攝氏度，否則會(huì)出現(xiàn)熱傳導(dǎo)效應(yīng)，微小的熱脹冷縮就會(huì)對精度產(chǎn)生很大影響。為此，磨床主軸電機(jī)的載荷一般只能使用一半功率，避免出現(xiàn)發(fā)熱問題。所以，我國對于精密型的磨床和效率型的銑床，都是層層技術(shù)分解，由不同企業(yè)分頭去攻關(guān)，因?yàn)槎叩牟町愋员榷叩南嗤c(diǎn)顯著得多。

　　上海電氣下屬的機(jī)床業(yè)務(wù)主攻“加工精度之王”——磨床。我國絕大多數(shù)類型的磨床首臺(tái)產(chǎn)品都是由上海機(jī)床打造的。20世紀(jì)80年代，我國第一臺(tái)可磨2m直徑的Y70200大型齒輪磨床，第一臺(tái)可磨8m長、回轉(zhuǎn)直徑1250毫米的M82125大型曲軸磨床，填補(bǔ)國內(nèi)空白的可磨直徑800mm、圓度0.001mm的高精度萬能外圓磨床MG1480/H，國內(nèi)最小的納米精度微型數(shù)控磨床Elite，國內(nèi)最大的頂磨加工250噸工件的數(shù)控軋輥磨床MK84250，以及國內(nèi)首臺(tái)進(jìn)入汽車主機(jī)廠發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線的雙砂輪架隨動(dòng)曲軸磨床MK8220/SD，都出自上海機(jī)床。

　　以上這些僅僅是上海機(jī)床產(chǎn)品體系的冰山一角，如今上機(jī)公司已擁有10余種大類、400余種系列的產(chǎn)品，覆蓋外圓、平面、軋輥、曲軸、雙端面、花鍵軸、齒輪、螺紋、凸輪軸等各類通用、大型、精密、專用、數(shù)控等磨床品種。

　　上海機(jī)床發(fā)展的前期已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品面的寬度，近些年來則更強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，突出重點(diǎn)以提升整體實(shí)力。針對上海特殊的產(chǎn)業(yè)布局，優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)包括航天技術(shù)、飛機(jī)制造、汽車制造、船舶制造、港口機(jī)械和電子元件等，上海機(jī)床不再側(cè)重發(fā)展規(guī)模化產(chǎn)業(yè)，而是對產(chǎn)品進(jìn)行整體的梳理，以用戶為導(dǎo)向，重點(diǎn)關(guān)注汽車及配套加工、能源、鐵路裝備領(lǐng)域，做專、做精，突出大型高精、外圓磨床。

　　上海電氣對未來的機(jī)床制造業(yè)有過一個(gè)基本判斷——產(chǎn)品做精+技術(shù)領(lǐng)先，即繼續(xù)穩(wěn)固市場占有率，進(jìn)一步調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，做專、做精、做高質(zhì)量產(chǎn)品，擴(kuò)大在中高端市場的份額，選定細(xì)分市場進(jìn)行深入挖掘;這里“技術(shù)領(lǐng)先”的含義更加廣泛，要兼顧產(chǎn)品可靠性、環(huán)境適應(yīng)性、安全性、維修性、操控性、經(jīng)濟(jì)性，以及良好的用戶體驗(yàn)等多個(gè)維度。

　　人機(jī)融合實(shí)現(xiàn)諸多創(chuàng)新突破

　　機(jī)床作為“工業(yè)母機(jī)”，是一切機(jī)器的來源。如果進(jìn)行細(xì)分，還能進(jìn)一步區(qū)分為“工業(yè)母機(jī)”和“工作母機(jī)”。各種加工中心、車床、銑床都可以歸于“工業(yè)母機(jī)”，這類機(jī)器并不都是我們的技術(shù)軟肋。“生產(chǎn)機(jī)床的機(jī)床”即“工作母機(jī)”，是更高精度的機(jī)床，需要實(shí)現(xiàn)匠人技藝與機(jī)器設(shè)備的有機(jī)融合(人機(jī)融合)，往往更考驗(yàn)高精度。如加工精度需要在微米級(千分之一毫米)，而“工業(yè)母機(jī)”的加工精度只需達(dá)到百分之一毫米的精度。高精度機(jī)床自身的零部件往往就需要“工作母機(jī)”來制作。

　　要提高加工精度，也不完全只靠設(shè)備，畢竟設(shè)備是死的，現(xiàn)在高端裝備制造業(yè)有很多高精度的加工還是靠人工來主導(dǎo)，往往是人工把精密的東西做出來以后，再把這個(gè)過程固化，變成設(shè)備的精度。國內(nèi)外都是如此，先技能，后設(shè)備，再技能，再設(shè)備，兩者形成一個(gè)螺旋上升的過程。而上海機(jī)床最大的財(cái)富其實(shí)就是一些技術(shù)精湛的老師傅，可以將人的技藝非常好地融入機(jī)器之中。

　　比如，MK8220/SD機(jī)床是專門為上海通用汽車配備的設(shè)備，尾架頂尖使用的圓弧頂尖過去從瑞士進(jìn)口，每個(gè)需要一萬多元。但上海機(jī)床的師傅通過自制圓弧測量工裝，在一定程度上改進(jìn)了修正圓弧砂輪的方法，完工后的零件各項(xiàng)技術(shù)均達(dá)標(biāo)，成功替代進(jìn)口。

　　還有，國家重點(diǎn)項(xiàng)目H402-AZ數(shù)控專用平面磨床砂輪架主軸的磨削加工，是上海機(jī)床有史以來加工技術(shù)要求最高的零件，其對精度要求極高。小到砂輪的選用、磨削參數(shù)的選擇，大到輔助工裝的自制，那里的師傅們都一絲不茍，保證了零件外圓及外錐體一次加工完成，其磨削操作法達(dá)到了非常高的水平。

　　在技術(shù)、工藝沒有出現(xiàn)革命性突破的情況下，制造業(yè)的提升主要靠匠人的經(jīng)驗(yàn)積累和長時(shí)間的專注。機(jī)床跟其他制造領(lǐng)域不同，其有很多傳統(tǒng)工藝一直在發(fā)揮作用。比如，手工刮研這道工序，哪怕在不少工業(yè)發(fā)達(dá)國家也會(huì)保留下來作為最后一道工序。機(jī)床行業(yè)的很多規(guī)律都是以10年作為周期閃現(xiàn)一次，外行人短時(shí)間很難悟透。尤其是機(jī)床行業(yè)，基本上都是面向?qū)I(yè)市場，而越是往高端發(fā)展，客戶的專業(yè)化程度越高，市場細(xì)分也就越明顯。

　　例如，2008年，上海機(jī)床參與某核心零件的制造，需要實(shí)現(xiàn)極高的精度，尤其是關(guān)鍵部位的外圓及錐度誤差、跳動(dòng)要求、表面粗糙度3個(gè)數(shù)據(jù)中，不能有任何一個(gè)超出范圍，否則就前功盡棄。這個(gè)級別的加工精度，就相當(dāng)于在一根頭發(fā)絲里造一幢摩天大樓，難度非常高。接下任務(wù)以后，上海機(jī)床的師傅們每天跑圖書館查資料，埋頭苦干，用心設(shè)計(jì)加工方案和工具，經(jīng)過近千次的試驗(yàn)，才找到解決辦法。

　　“工業(yè)母機(jī)”用于成形或切削金屬，以及其他剛性材料，為裝備制造業(yè)提供生產(chǎn)設(shè)備。而“工作母機(jī)”則助力機(jī)床工業(yè)實(shí)現(xiàn)“根技術(shù)”的突破，是匠人技藝與機(jī)器設(shè)備進(jìn)行有機(jī)融合的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。加上下游工業(yè)應(yīng)用場景、商業(yè)回報(bào)的持續(xù)反哺，即工業(yè)母機(jī)+工作母機(jī)+下游應(yīng)用，構(gòu)成了機(jī)床工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的三大引擎。

　　下游應(yīng)用支撐產(chǎn)業(yè)高端化發(fā)展

　　大概20多年前，中國制造業(yè)的處境是，生產(chǎn)出口8億件襯衫換回來的利潤才夠買到一架波音飛機(jī)。時(shí)至今日，中國國產(chǎn)的C919大型客機(jī)已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)運(yùn)營階段。這已經(jīng)是中國制造業(yè)從低端向高端轉(zhuǎn)型的經(jīng)典范例。可是，為何中國的機(jī)床產(chǎn)業(yè)從低端向高端的轉(zhuǎn)型沒有其他行業(yè)那么順利?

　　國內(nèi)普遍認(rèn)為，中國的各種優(yōu)勢在機(jī)床這個(gè)品類上難以累積，是因?yàn)闄C(jī)床是客戶需求多樣且市場規(guī)模很有限的產(chǎn)品類別，這個(gè)觀點(diǎn)非常符合實(shí)際情況。2022年，在中國33.5萬億元的制造業(yè)增加值中，機(jī)床行業(yè)直接撐起了超過10萬億元的產(chǎn)出。但機(jī)床是制造業(yè)成功的結(jié)果，而不是原因，不可能指望做強(qiáng)機(jī)床產(chǎn)業(yè)，來撐起強(qiáng)大的制造業(yè)。相反，要靠下游(制造業(yè))的諸多應(yīng)用領(lǐng)域來反哺機(jī)床行業(yè)。

　　舉個(gè)例子，20世紀(jì)80年代，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)CNC開始在機(jī)床領(lǐng)域逐漸滲透，最早發(fā)明計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的，是美國麻省理工學(xué)院，而第一代計(jì)算機(jī)控制機(jī)床系統(tǒng)也誕生于美國機(jī)床廠Bendix。為什么最后日本企業(yè)反而領(lǐng)先了?看看目前數(shù)控機(jī)床的下游應(yīng)用領(lǐng)域，汽車行業(yè)占到40%，是機(jī)床行業(yè)的第一大應(yīng)用，也是對機(jī)床要求最高的行業(yè)，代表了機(jī)床行業(yè)的最高技術(shù)水準(zhǔn)。另外，工程機(jī)械、航空航天、模具分別占到10%~20%不等的應(yīng)用市場，也可以不同程度反哺機(jī)床行業(yè)。

　　當(dāng)年，日本汽車行業(yè)迅速崛起，追平甚至反超了美國、歐洲的汽車行業(yè)，因?yàn)槠囆袠I(yè)的應(yīng)用場景極其豐富且商業(yè)回報(bào)豐厚，對日本機(jī)床行業(yè)也是一次極大的反哺。哪怕是前幾年崛起的韓國機(jī)床，也明顯受益于汽車產(chǎn)業(yè)的驅(qū)動(dòng)。起初韓國機(jī)床是沒有什么名氣的，但韓國的汽車、船舶零部件制造商將生產(chǎn)基地轉(zhuǎn)到中國以后，所有的工藝和設(shè)備都照搬原廠，企業(yè)主也會(huì)選擇從韓國進(jìn)口設(shè)備，所以韓國的機(jī)床產(chǎn)業(yè)也開始在中國有了很多布局機(jī)會(huì)。

　　無疑，上海機(jī)床的發(fā)展紅利也明顯受益于下游應(yīng)用領(lǐng)域的反哺作用。2016年，作為國家重大專項(xiàng)成果的“MK8220/SD雙砂輪架數(shù)控切點(diǎn)跟蹤曲軸磨床”已經(jīng)成功應(yīng)用于上海通用汽車有限公司，進(jìn)行汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零部件——曲軸的加工。這款機(jī)床設(shè)備也是國內(nèi)首臺(tái)能夠進(jìn)入汽車主機(jī)廠發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線的數(shù)控磨床。

　　據(jù)悉，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)加工生產(chǎn)線對機(jī)床的要求是高效、高精和高可靠性，而磨床又承擔(dān)著所有工業(yè)零部件加工的最后一個(gè)關(guān)鍵工序——磨削，承擔(dān)著保證加工的尺寸和形位精度的重大責(zé)任。因此，之前通用公司，乃至整個(gè)國內(nèi)汽車行業(yè)一直進(jìn)口德國或英國造的磨床來承擔(dān)這一任務(wù)。

　　“MK8220/SD雙砂輪架數(shù)控切點(diǎn)跟蹤曲軸磨床”研發(fā)期間，上海電氣與上汽通用汽車緊密聯(lián)系，在下游應(yīng)用廠商的協(xié)同配合下，上海電氣深入研究汽車企業(yè)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、加工工藝等信息，交付后快速并線生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了與汽車生產(chǎn)線各環(huán)節(jié)的無縫銜接。設(shè)備上線不久，恰巧德國機(jī)床出現(xiàn)故障，上海電氣的磨床設(shè)備及時(shí)頂上，順利并線生產(chǎn)，承擔(dān)并保質(zhì)保量完成大量任務(wù)，避免了交期滯后帶來的損失。從2016年4月交付用戶使用開始，這臺(tái)機(jī)床已經(jīng)在通用的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸LGE生產(chǎn)線上使用了多年時(shí)間，各項(xiàng)性能都達(dá)到了他們的預(yù)期。

　　除了在汽車制造這個(gè)最大應(yīng)用領(lǐng)域不斷開拓，上海機(jī)床的產(chǎn)品線已經(jīng)覆蓋到國內(nèi)高端制造業(yè)的多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是航空航天、核電、軌道交通等極端制造領(lǐng)域，這是上海機(jī)床實(shí)現(xiàn)技術(shù)迭代和商業(yè)正反饋的基石。

　　高端制造業(yè)的用戶有很大黏性，生產(chǎn)廠家?guī)缀醪豢赡芤驗(yàn)閮r(jià)格更換設(shè)備。對他們來說，投資設(shè)備的錢都會(huì)作為固定成本攤銷到每一個(gè)產(chǎn)品上，只要訂單穩(wěn)定，設(shè)備投資攤銷占總成本比例是不大的。而設(shè)備不穩(wěn)定、不可靠，則會(huì)嚴(yán)重拖累生產(chǎn)線效率，制造商的損失就難以估計(jì)了。

　　機(jī)床產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展

　　上海機(jī)床可以依靠豐富的產(chǎn)品線，滿足多細(xì)分領(lǐng)域客戶的多樣化需求，但是這也特別考驗(yàn)企業(yè)的研發(fā)實(shí)力。很長時(shí)間內(nèi)，國產(chǎn)機(jī)床的競爭是膠著的，但激烈的競爭也是一種市場的選擇和調(diào)整，在研發(fā)創(chuàng)新、品質(zhì)服務(wù)方面扎根特別深的企業(yè)，會(huì)更具競爭力。

　　中國機(jī)床從傳統(tǒng)的機(jī)械控制時(shí)代向現(xiàn)代的數(shù)控系統(tǒng)時(shí)代發(fā)生轉(zhuǎn)變，還是近20年的事，要比歐美國家和日本晚一些。但國內(nèi)機(jī)床企業(yè)的研發(fā)邏輯和設(shè)計(jì)思維，不可避免地受到這些歷史因素的影響。機(jī)械控制時(shí)代的做法是以單軸為主，幾個(gè)單軸做線性疊加，很適合簡單運(yùn)動(dòng)的場景，而且精度、速度都很有限，對機(jī)床的動(dòng)態(tài)特性要求也不高。數(shù)控系統(tǒng)時(shí)代則是一個(gè)“多軸同步插補(bǔ)”的時(shí)代，對刀具的行程要做出更加細(xì)致的運(yùn)動(dòng)分解，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性要求很高，否則就很難保證多軸的同步。

　　以前，我們因?yàn)殚L期停留在機(jī)械控制時(shí)代，對動(dòng)態(tài)特性理解不深。研發(fā)工程師們往往將機(jī)械部分、數(shù)控系統(tǒng)相互隔離，習(xí)慣先設(shè)計(jì)好機(jī)械部分，然后配上數(shù)控系統(tǒng)，而數(shù)控系統(tǒng)對機(jī)床設(shè)計(jì)的影響未得到足夠重視，導(dǎo)致一臺(tái)機(jī)床作為一個(gè)系統(tǒng)的完整性受到很大損害。

　　上海機(jī)床是國內(nèi)最早進(jìn)入數(shù)控系統(tǒng)時(shí)代的機(jī)床企業(yè)之一，不僅在硬件上的自主研發(fā)已有很多突破，比如，多年來對靜壓主軸、靜壓電主軸、閉式靜壓導(dǎo)軌、高精度轉(zhuǎn)臺(tái)等高檔數(shù)控機(jī)床的核心功能部件進(jìn)行深入研究，積累了一批精密加工、裝配、檢測等工藝技術(shù)，精密靜壓/動(dòng)靜壓主軸系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)精度、閉式靜壓導(dǎo)軌重復(fù)定位精度均已達(dá)到百納米級，而且在系統(tǒng)和軟件層面也同步取得不少成就，比如，開發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的“磨削之星”機(jī)床軟件，運(yùn)用優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)磨削工藝封裝、參數(shù)化編程、磨削過程可視化等功能，人機(jī)交互界面友好。

　　上海機(jī)床深耕研發(fā)，尤其聚焦磨削工藝。決定機(jī)床磨削性能的主要是動(dòng)態(tài)特性，而提高動(dòng)態(tài)特性需要積累豐富的工程數(shù)據(jù)，每臺(tái)機(jī)床要有兩百多個(gè)測量點(diǎn)。上海機(jī)床很早就意識到建立起機(jī)床參數(shù)數(shù)據(jù)庫的重要性，并持續(xù)推動(dòng)對剛性、頻率等關(guān)鍵參數(shù)按照嚴(yán)格的工程化標(biāo)準(zhǔn)來優(yōu)化。

　　歸根到底，上海電氣及其下屬機(jī)床業(yè)務(wù)，在很大程度上是以精度和可靠性取勝，幫助客戶在各類細(xì)小、精密的零件生產(chǎn)加工中，最大限度提升空間利用率，確保生產(chǎn)流程穩(wěn)定。而機(jī)床行業(yè)所有的創(chuàng)新突破最終都會(huì)達(dá)到一個(gè)效果——把簡單帶給制造業(yè)客戶，把復(fù)雜留給機(jī)床設(shè)計(jì)者自己。