楊大漢：數(shù)字化制造將開啟中國(guó)機(jī)床工業(yè)的黃金十年
2020-5-21 來源：西門子（中國(guó)） 運(yùn)動(dòng)控制事業(yè)部機(jī)床 作者：數(shù)控系統(tǒng)總經(jīng)理 楊大漢
經(jīng)歷了2001年到2017年的快速發(fā)展，過去幾年，中國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)進(jìn)入了一個(gè)需求量下滑，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈的艱難周期。我從市場(chǎng)上的一些公開數(shù)據(jù)看到，中國(guó)每年有大概600-700家數(shù)控機(jī)床廠在市場(chǎng)上消失，而每年又有500-600家機(jī)床企業(yè)涌入這個(gè)市場(chǎng)，且無論企業(yè)性質(zhì)，企業(yè)規(guī)模如何，亦或擁有多么輝煌的歷史，無一不在這個(gè)動(dòng)態(tài)市場(chǎng)中大浪淘沙。
但如果對(duì)看似下行的“基本盤“進(jìn)行分析，不難看出需求下降的主要是簡(jiǎn)易、低成本、低精度、功能簡(jiǎn)單的數(shù)控機(jī)床，而中高端機(jī)床的需求其實(shí)在逆勢(shì)增長(zhǎng)。
這也能很好得解釋了中國(guó)機(jī)床市場(chǎng)出現(xiàn)的兩種變化：一方面，越來越多中國(guó)本土機(jī)床制造商在尋求產(chǎn)業(yè)升級(jí)，轉(zhuǎn)型，并逐步向著由進(jìn)口機(jī)床制造商主導(dǎo)的中高端領(lǐng)域邁進(jìn)；另一方面，中國(guó)機(jī)床出口的主要市場(chǎng)已經(jīng)由發(fā)展中國(guó)家開始向歐洲市場(chǎng)轉(zhuǎn)移，并成為汽車等領(lǐng)域一些頂級(jí)制造企業(yè)的供應(yīng)商。這說明，只有那些快速創(chuàng)新，積極升級(jí)轉(zhuǎn)型的企業(yè)才可能贏得市場(chǎng)，已經(jīng)成為大家的共識(shí)。
虛擬調(diào)試為機(jī)床創(chuàng)新破題
在機(jī)床行業(yè)里面進(jìn)行創(chuàng)新具有很高的風(fēng)險(xiǎn)成本。很多情況下，機(jī)床企業(yè)開發(fā)一個(gè)新的機(jī)型，通過工藝性驗(yàn)證進(jìn)行完善，最終推向市場(chǎng)并形成規(guī)模化應(yīng)用的比例不足一半。缺乏實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證能力和條件是國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)機(jī)床企業(yè)的普遍難題。
其實(shí)借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行機(jī)床3D模型設(shè)計(jì)已經(jīng)是一項(xiàng)很成熟的技術(shù)，但是，目前機(jī)床特別是五軸機(jī)床在真實(shí)切削環(huán)境中的行為難以用計(jì)算機(jī)模擬。而虛擬調(diào)試可以解決工藝性驗(yàn)證這一問題。
借助西門子數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)字化雙胞胎技術(shù)為機(jī)床創(chuàng)建一個(gè)數(shù)字化映射，用戶可以在計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)床進(jìn)行很多結(jié)構(gòu)上的調(diào)整，機(jī)床完成設(shè)計(jì)后也可以作為一個(gè)虛擬機(jī)床對(duì)零件進(jìn)行真實(shí)的切削加工。虛擬調(diào)試并不是一個(gè)仿真工具，它重新定義了一臺(tái)機(jī)床的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和評(píng)估的全新方法和視角。
我相信未來十年，機(jī)床設(shè)計(jì)數(shù)字化和機(jī)床工藝驗(yàn)證數(shù)字化，最終機(jī)床應(yīng)用效能數(shù)字化這三個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域?qū)⒂芯薮蟮陌l(fā)展和變化，這也將是中國(guó)市場(chǎng)機(jī)床數(shù)字化制造的黃金十年。
忽略核心過程的數(shù)字化，價(jià)值都是有限的
機(jī)床工業(yè)的數(shù)字化通常分為兩個(gè)方向，一個(gè)方向是通過對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)全過程的數(shù)據(jù)采集，把物流信息、工藝信息等整合到一個(gè)平臺(tái)之上，再用算法對(duì)這個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化。例如機(jī)床的開機(jī)信息，機(jī)床的綜合使用效率等就屬于這個(gè)范疇。另一個(gè)方向是動(dòng)態(tài)響應(yīng)，即實(shí)時(shí)地對(duì)切削過程進(jìn)行分析優(yōu)化，解決的是刀具的轉(zhuǎn)速、扭矩，起刀、轉(zhuǎn)彎在一個(gè)曲面上，在一段時(shí)間內(nèi)還能不能再提高效率的問題。
如果用汽車類比，這兩個(gè)發(fā)展方向的意義更容易理解。前者相當(dāng)于人們從儀表盤看到的水溫、油箱存油量，行駛里程等，可以通過標(biāo)準(zhǔn)傳感器采集的長(zhǎng)周期數(shù)據(jù)；后者則是油門踩下去的一剎那，發(fā)動(dòng)機(jī)上的CPU以1/10毫秒的速度進(jìn)行反復(fù)迭代計(jì)算，從而獲得精準(zhǔn)扭矩和油量的短周期數(shù)據(jù)。對(duì)于一輛汽車，發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)化顯然比儀表盤的改造更為重要。
機(jī)床的核心過程是切削。如果不對(duì)機(jī)床核心過程進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，那么可以獲得的數(shù)據(jù)價(jià)值顯然非常有限。針對(duì)切削過程的數(shù)據(jù)挖掘，是直接提升效益、提高質(zhì)量、改善勞動(dòng)生產(chǎn)率的關(guān)鍵。
針對(duì)切削過程的數(shù)據(jù)，西門子開發(fā)了很多基于人工智能的優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)了刀庫中刀具的最佳排布，系統(tǒng)性能大幅提升，生產(chǎn)時(shí)間顯著縮短。例如為某個(gè)航空航天零部件制造廠商提供的“自適應(yīng)切削”算法，可以將機(jī)床的位移、刀具轉(zhuǎn)速、工具切削過程中受到的阻力等毫秒級(jí)數(shù)據(jù)在一個(gè)數(shù)據(jù)庫里累積起來，當(dāng)切削完一個(gè)工具以后，利用人工智能算法對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的分析，并給出進(jìn)一步優(yōu)化的建議，而每一次加工過程都是在上一次基礎(chǔ)上不斷尋優(yōu)。因?yàn)閷?duì)于一個(gè)企業(yè)來說，沒有任何東西更有價(jià)值，相比于“提高1%的生產(chǎn)效率”來得更直接。
數(shù)字化是一個(gè)漫長(zhǎng)的跨越過程
要利用數(shù)字化這個(gè)工具其實(shí)并不是毫無門檻，正如只有在擁有一部電話之后才可以討論打電話還是發(fā)微信，機(jī)床企業(yè)有比較完備的機(jī)械結(jié)構(gòu)的3D圖形是進(jìn)行數(shù)字化的基礎(chǔ)，而當(dāng)前國(guó)內(nèi)一大批機(jī)床廠的圖紙還是紙質(zhì)或是2D圖，并且沒有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的流程去實(shí)現(xiàn)3D設(shè)計(jì)，這可能是進(jìn)行數(shù)字化過程中一個(gè)較大的問題。
中國(guó)機(jī)床企業(yè)在進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過程中要面臨從“產(chǎn)品思維”向以“工程交付”為核心的經(jīng)營(yíng)思路轉(zhuǎn)變。過去幾十年，機(jī)床選型靠樣本，機(jī)床最終交付給用戶大多是以標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品方式進(jìn)行的，而當(dāng)下越來越多的客戶購買一臺(tái)機(jī)床相當(dāng)于交付一個(gè)工程，機(jī)床制造商需要根據(jù)用戶的需求去設(shè)計(jì)工藝路線，選擇刀具，設(shè)計(jì)物流等，需要完整的工程能力。
這也意味著，今后越來越多的機(jī)床企業(yè)售出的機(jī)床中可能90%是以定制形式交付的，只有10%是標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品交付，與當(dāng)前的很多情況正好相反。此外，“工程服務(wù)”在機(jī)床企業(yè)銷售中的比重不斷提高，現(xiàn)在很多被免費(fèi)贈(zèng)送的“售后服務(wù)”會(huì)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變，國(guó)內(nèi)機(jī)床企業(yè)在經(jīng)營(yíng)思路、知識(shí)儲(chǔ)備、生產(chǎn)組織等方面還有很長(zhǎng)的路要走。
機(jī)會(huì)再一次留給有準(zhǔn)備的人
中國(guó)是世界最大的數(shù)控機(jī)床應(yīng)用市場(chǎng)，僅大陸地區(qū)數(shù)控機(jī)床的購買需求就占據(jù)了全球數(shù)控機(jī)床半數(shù)以上，這一比例還可能進(jìn)一步增加。我認(rèn)為機(jī)床制造企業(yè)出生在這里是一種幸運(yùn)。
機(jī)床工業(yè)的根本屬性決定這個(gè)行業(yè)很難“彎道超車”。由于目前機(jī)床的數(shù)字化設(shè)計(jì)、工藝驗(yàn)證、工程交付、以及最終到用戶手里的現(xiàn)場(chǎng)管理、績(jī)效管理等整個(gè)行業(yè)還處起步階段，所以在這個(gè)進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代的關(guān)鍵時(shí)期，中國(guó)的機(jī)床工業(yè)和全球領(lǐng)先國(guó)家的機(jī)床工業(yè)面臨著均等的機(jī)會(huì)，大家可以站在同一條起跑線上。
西門子也通過多種渠道推動(dòng)國(guó)內(nèi)機(jī)床行業(yè)的思維轉(zhuǎn)變和能力建設(shè)。西門子和成都高新區(qū)政府合作成立了西門子智能制造成都創(chuàng)新中心，在基地搭建了一套完整的機(jī)床設(shè)計(jì)和機(jī)床驗(yàn)證的工作場(chǎng)景，邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)重點(diǎn)機(jī)床合作企業(yè)進(jìn)行體驗(yàn)，然后再基于客戶自身的數(shù)字化需求做更加深入的探討。西門子也正在嘗試與更多尋求轉(zhuǎn)型的企業(yè)合作，共同打造數(shù)字化的生態(tài)環(huán)境。
同時(shí)，西門子也在積極地和國(guó)內(nèi)數(shù)控領(lǐng)域的專業(yè)院校展開合作，推動(dòng)數(shù)控專業(yè)升級(jí)和新型數(shù)控人才培養(yǎng)（數(shù)字化方向）的落地。
以“數(shù)字化原生”數(shù)控系統(tǒng)Sinumerik ONE為代表的產(chǎn)品家族，承載了西門子60多年來在數(shù)控機(jī)床行業(yè)積累的經(jīng)驗(yàn)，不僅支持各種機(jī)床工藝，而且提供汽車、航空航天、醫(yī)療、模具等行業(yè)解決方案，為行業(yè)的數(shù)字化未來提供了無限可能。
多年以來，數(shù)字化為各行各業(yè)帶來了巨大的機(jī)遇和改變，相信它也可以消除機(jī)床工業(yè)的愁容。正如歌中寫的那樣“一杯敬明天，一杯敬過往 ”，期盼這位伴隨中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展走過70年的“工業(yè)之母”，迎來她的突圍和新生。
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