【重庆机床集团】构建机床研发及产业链生态系统
2021-2-10 来源：-- 作者：-
2021年是“十四五”开局之年，立足新发展阶段，贯彻新发展理念，构建新发展格局，探索行业企业与用户之间建立新型供需合作伙伴关系，其紧迫性愈发凸显。机床工具是与需求牵引相关性极强的一个产业，2021年1月5日，中国机床工具工业协会常务副理事长毛予锋在新春媒体座谈会上对新型供需关系提出了四点认识：一是市场需求从完全依赖投资向投资兼顾消费方向转变；二是行业的供给方式从批量化向定制化转变；三是产业链的角色从需求实现向需求创造转变；四是制造系统从离散型的自动化向全系统的智能化转变。
对此，行业企业应该如何制定未来发展规划，关注新市场、新需求，与用户建立更加紧密的新型供需关系，与用户共同开展联合创新研发，真正成为用户的“工艺师”，这些都是行业企业需要相互探讨和交流的话题，也是更多企业需要聚焦的课题。为此，中国机床工具工业协会传媒部面向行业企业约稿，共同交流学习，现分享给大家。
重庆机床（集团）有限责任公司党委书记、董事长——刘德永
“十三五”期间，随着世界经济格局的变化和整体经济形势下行的影响，特别是在中美贸易摩擦影响之下，中国机床消费市场与需求量也随之减弱，国产自主机床企业受到较大冲击，市场订单需求不足。2020年初至今，受新冠疫情影响，各国经济整体运行再次承受下行压力，使得国内外机床总需求减小，用户需求发生了明显变化，且需求结构呈升级态势，国内机床企业间的不良竞争加剧，低端机床市场仍处于混战状态，高端机床市场仍呈现为激烈竞争态势；然而，面对欧美日等先进企业的高端机床产品，国内同类机床在品质、稳定性、可靠性及精度保持性等方面跟国外机床相比还存在较大差距。
当前，面对世界经济格局和机床市场需求结构的升级转变态势，在“十四五”期间，除国家及地方政府需对中国机床工具产业企业加大创新产业政策支持力度和强度之外，国内机床主机企业自身还应加强基础技术创新研究、提升产品品质与性能及转型升级等工作，并在中国各级政府产业政策支持下，中国机床工具工业协会主导下构建上下游产业新型供需关系，将供给方式转变为用户个性化、定制化需求方向，从过去单一产品销售导向转变为向用户提供成套系统解决方案和专业服务为主的市场导向。
因此，面对目前中国机床消费市场的新变化，重庆机床（集团）有限责任公司（简称重庆机床集团，CHMTI）在“十四五”期间，将重点开展以下工作。
一、基于用户需求的机床产品研发
为了更好满足国内外用户企业个性化、定制化、专业化服务需求，在“十四五”期间，重庆机床集团将坚持“做精做强传统齿轮机床产业，面向新兴产业转型升级”。
企业将进一步做精做强齿轮机床（持续自主研制滚齿机、磨齿机、剃齿机、车齿机、倒棱铣棱机、珩齿机等产品）、车削中心、复杂刀具、精密铸件等传统产业产品板块，专业化服务于汽车、摩托车、工程机械、新能源、光伏、农业机械、轨道交通、工业机器人、航空航天及国防军工等领域齿轮加工需求，使数控滚齿机、数控剃齿机、数控磨齿机主导产品继续保持或重新回到国内市场较高占有率，车削中心、复杂刀具在国内市场占有率较高。
同时，针对3C、5G、智能家居、新能源汽车、工业机器人、轨道列车、环保装备、健康医疗、生态农业、航空航天等及国防军工等行业重大需求，协同发展智能制造、精密螺杆、农业装备、光伏、风电、搅拌摩擦焊、晶片切割及晶圆抛光等绿色智能装备新兴产业，实现企业转型升级和创造新的经济增长点，形成企业“十四五”期间的重要发展支撑。目前，重庆机床集团已有转型升级实施成功的典型案例，如，针对航空航天、轨道列车、新能源汽车及军工国防等行业需求，成功开发出搅拌摩擦焊机床，并已实现产品销售，获得了经济效益，成为企业新的经济增长点。
基于当今世界百年未有之大变局，围绕国家提出的以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局，重庆机床集团将进一步加大传统产业产品研究与开发力度，同时积极开展绿色智能装备产品转型升级发展，形成“重机”自主特色产品与技术，培育出一批拥有自主知识产权和国际竞争力的“重机”特色品牌产品，高效、高质量地满足用户个性化、定制化、特殊化需求，进入世界机床第一方阵；打破国外高端机床装备核心技术封锁与国际产品市场垄断格局，以解决国家重大项目、重大工程、重大军工国防等领域需求和卡脖子的问题。
二、加强机床企业自身能力建设
目前，国内外机床消费市场需求结构快速升级，特别是随着信息技术、移动互联网、大数据、人工智能和工业互联网等技术的交叉应用与加持，机床行业正由离散型制造技术向系统型智能制造技术转变。机床企业为了适应这一变化，需结合传统的数字化、自动化、信息化等模块化技术，通过迭代开发形成全新的“机、电、信、联”一体化的智能制造系统，并将基于该智能制造系统衍生出以解决“快速、多样、高品质”制造需求为主线的新型制造生态系统。
然而，作为中国机床行业“十八罗汉”之一的重庆机床（集团）有限责任公司，专业研究与制造圆柱齿轮加工机床，从1953年起先后试制成功滚齿机、插齿机、剃齿机、铣齿机、蜗轮母机、数控滚齿机、齿轮加工自动生产线等产品，是中国制齿装备诞生的摇篮。企业建有国家认定企业技术中心、国家级博士后科研工作站、院士专家工作站、欧洲联合研发中心、数控制齿机床重庆市重点实验室等国家、省部级科研创新平台，作为国家高新技术企业具有较好的创新人才团队基础和技术沉淀。因此，面对目前中国机床消费市场的新变化，重庆机床集团在“十四五”期间，将进一步加强企业自身能力建设。
1. 加强企业创新平台建设能力
为了推动企业高质量创新驱动发展，提升产品性能、突破核心关键技术及解决卡脖子问题，重庆机床集团将进一步建设好、利用好已经建成的国家、省部级创新研发平台，维护好、使用好现有的国家级企业技术中心、国家级博士后科研工作站、国家高新企业技术的3大国家级平台，充分发挥国家级平台引领与支撑作用，增强和夯实企业自身自主创新能力和平台建设水平。
同时，还计划通过国内外“产学研用”合作协同机制平台，联合国内外高校、科研院所、上下游产业链企业，积极申报国家企业重点实验室，针对产品研发、制造过程中的短板与不足，加强产品零部件加工制造、产品装配、检测检验及技能团队等方面软硬件设施补充与完善。
2. 加强信息化建设，提升能力和手段
为适应企业产品智能化转变需求，企业将大力开展信息化建设，根据企业生产管理要求、车间管理要求，对制造过程涉及的制造设备状态、工艺因素、复杂环境等信息自动提取，不仅要实现制造过程自动化，还需具备数据通讯接口，有效融入智能化车间运行。借助集成的各类传感器和数控系统，将以设备底层数据及系统采集数据为依据，构成一个能反映生产过程真实情况的反馈系统，不仅可实现机床本机柔性、强健性和故障处理能力，还能为用户企业提供可用于分析制造过程、质量控制、能力评估、能效利用的基础数据，帮助现代制造企业高效决策和响应快速变化。
（1）开发CHMTI特色的机床交互界面，将信息化系统与齿轮加工工艺、机床性能深度融合，具备生产计划与控制、支持生产转换工具及资料查询、日常维护及在线技术支持、能耗管理、机床及任务状态显示、实时工作状态显示、刀夹具管理、专家工艺决策、加工过程监及优化等功能。
（2）根据下游用户需求，开发满足用户自主配置、数字化车间需求的信息化数据通用软件，以能准确提取机床刀具坐标、加工状态、主轴转速、进给速度、故障报告、运行时间、运行参数等实时数据，对机床使用效率、加工能耗、加工工时进行统计分析，并能向车间任务管理系统提供机床生产过程的基础数据和维护提示，接受管理系统的任务指令，具备数字化车间快速接入能力。
3. 开展产品自动化研究，提升自动化水平
针对用户个性化、定制化需求，利用新一代数字控制技术、多通道协同控制技术、AI视觉技术，采用高速高精度自动化部件，在满足用户对机床产品高速高精度要求的同时，缩短整个过程高速运转、准确定位，减少工件在准备、加工、运转、收储等各个环节时间；利用复合加工技术和自动化集成技术，将工艺流程中两序或多序加工进行集成，以保持工序集中，减少工件重新安装定位。
同时，为了适应机床智能化发展要求，在机床自动化实施中，要求机床具备标准的自动化硬件接口和功能软件，能方便、快速实现与机器人、桁架、标准料仓、AGV小车的接入，具备与生产单元、生产线的连线、数据交换和控制权限配置能力。
4. 开展智能化技术研究，提升智能化水平
随着人工智能在计算机领域不断渗透和发展，数控系统已具备日常维护、数据提取、自我感知等基础功能。通过对机床基础部件的力、热、振动、噪声等数据在线监测与实时分析，对故障敏感关键传动部件预置智能传感器，开发机床智能维护提示、自动故障诊断、部件健康度预测、加工过程监控及优化、加工质量分析及补偿等功能，构建基于大数据的专家工艺决策库，为用户提供工艺决策和实时数据优化的交互软件，以及基于工业互联网和大数据的远程通讯、故障诊断、软件升级功能和服务能力。
（1）利用传感技术在数控机床上安装相应传感器，以检测机床传动轴、轴承、刀具夹具及其电气与液压部件的运行状态，及时采集机床各部件温度、振动、噪声等信息，由采集装置把检测到的各种状态数据传给LoRa/5G DTU/工业路由器等传输装置，再由传输装置通过有线或无线网络上传给云设备监控服务器，由服务器对数据进行存储、分析、统计，以组态的方式实时展示机床运行状态参数，并将告警信息及时传输给相关运维人员，运维人员通过对异常告警分析后及时掌握设备运行状态、排除隐患，避免因设备故障而给用户企业造成损失。
（2）通过机床设计、仿真优化、试验监测数据，构建机床主要结构件、传动件的受力、变形、温升、热误差、振动、噪声等参数评判标准和实验建模，收集机床不同切削工况下各轴负载、温度、功率、振动变化数据，建立该机床基础知识库，开发产品与用户需求的专家工艺决策库，为用户提供最优工艺参数。同时，利用数控系统和安装在关键部件上传感器，自动收集加工过程动态数据，实时优化工艺参数和控制参数，动态补偿机床误差，使其具有自监测、反馈补偿、自适应、自学习智能化功能。
因此，基于企业产品研发、自身能力提升，实现产品从单机离散型向全系统智能化转变，在用户企业制造效率不断提升和降本需求的推动下，对机床要求已由单机离散型自动化产品向全系统智能化产品需求方向转变。这一需求变化将极大地促使主机企业在产品功能上需要考虑适应信息化、自动化接入标准，并预留接口。统筹加强企业信息化、自动化制造系统和智能化产品的总体设计和互联互通的能力，避免出现能力短板与信息孤岛。
从目前国内外部环境和需求发展趋势看，“十四五”期间，企业将在人才培育、创新平台、信息化、自动化及智能化等方面自身能力需有极大地提升，在新型举国体制的支持下，企业应充分利用市场主体的主观能动性和内生动力，统筹规划、分步实施、循环改进，实现企业产品质量性能、核心竞争力提升。
三、加强基于基础、共性技术的“产学研用”合作
为适应国家提出的“以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局”战略，机床企业除加强产品研发、自身能力提升外，还需从中国国情和产业实际出发，按照目标导向和问题导向的思路，对标国际一流机床产业，找差距、补短板，加强基础、共性技术研究，累积和沉淀企业产品开发基础数据，提升产品品质与性能，共同推动机床产业基础高级化和产业链现代化的发展目标。
在企业产品研发、自身能力提升基础上，将联合国内外高校、科研院所、上下游产业链企业，通过广泛的“产学研用”合作机制，以项目或技术、股份或股权合作等方式，联合开展新需求、新工艺、CAE虚拟仿真、机床试验测试、在线检测等基础、共性技术研究与攻关，并将基础研究成果跟智能化、产业数字化、数字产业化的“数字经济”深度融入，实现成果、效益的全产业链共享。这样不仅可为合作的上下游产业链企业提供相互发展、进步的机会与空间，还能达到企业间相互促进与监督、互相提升产品品质与性能，以及相互间更好地服务与扶持，甚至还能更好地为上下游全产业链企业提供成套系统解决方案与服务。
重庆机床集团具有80年技术沉淀和历史底蕴，在“十四五”期间，将进一步加强产业基础、共性技术研究：
（1）依托国家中央、地方各级政府逐步加大在装备制造领域的科研创新投入与支持政策渠道，结合企业产业和产品发展方向，联合国内外高校、科研院所、上下游产业链企业，通过“产学研用”合作模式，积极争取国家科技重点研发计划、科技重大专项、技术改造及国产首台补贴等重大项目，以产品、项目为支撑大力开展企业基础、共性技术研究，构建企业CAE仿真中心、创新试验场、产品基础试验研究验证平台，补充完善企业基础、共性研究软硬件设施与人才团队，为企业深度与广泛的基础、共性技术研究提供软硬件设施。
（2）加强齿轮机床、非齿轮类机床、非机床类装备CAE虚拟仿真、测试试验、检测验证等基础、共性技术研究工作，开展产品设计结构校核验证、优化减重仿真技术研究，以及机床空载、重载、极限工况下的温度、振动、位移等测试，建立机床虚拟仿真、质量、故障诊断评判标准，降低产品故障率，提升质量与性能，为企业产品降本增效、正向开发、优化改进、基础数据积累、数据库构建及智能化提升等提供基础数据支撑。
（3）针对产品瓶颈问题和卡脖子问题，企业将进一步开展产品基础应用技术研究，使企业新产品开发、优化改进、功能件选型（电机、驱动、数控系统、轴承、丝杆、导轨及相关电器与液压元器件等功能件）、结构设计与装配公差数据选取、产品转型升级、产品智能化技术等提供科学的基础数据支持，增强对欧美日等国最前沿、最新、最先进技术消化、吸收、跟踪的能力与手段，使得机床整体质量性能与技术水平达到或超越欧美日等高端产品，打破国外对高端机床装备核心技术封锁和国际产品市场的垄断格局。
（4）重庆机床集团除加强产品研发、自身能力提升建设、基础共性技术研究外，还将通过“产学研用”、股份股权合作模式，联合供应商、用户企业积极共同构建“供应商—主机企业—用户企业”为一体的新型供需上下游产业链，促进“上—中—下”三方企业产业链共赢与深度融合发展，共同探索或滋生新型产业方向，推动三方企业创新与可持续性发展。
目前，该系列工作重庆机床集团已经或正在推进与实施中。例如，针对机床用户企业的个性化、定制化、特殊化需求与专业服务，重庆机床集团与上游供应商企业武汉华中数控股份有限公司、重庆大学等单位，通过“产学研”合作申报方式，成功获得国家科技重大专项《WG37125CNC 高精度数控蜗轮加工机床》项目（编号2015ZX04005003），基于机床用户及用户的客户企业需求和困惑的瓶颈问题，通过该项目、产品开展基础、共性技术研究，并对其新技术、新工艺、专业服务等进行联合研究与攻关，最后系列研究成果在下游用户企业实现了产业化应用与转化；经专家组鉴定评价后，认为该项目针对高精度蜗轮加工的重大需求，解决“卡脖子”问题，打破了国外的技术垄断；关键技术达到国内领先、国际先进水平，该项目高精度蜗轮母机，加工精度达到国标3级，加工的高精度蜗轮蜗杆副在多种型号的精密制齿机床得到批量应用，满足了精密机床等高端数控装备对高精度蜗轮加工技术及装备的迫切需求，获得了显著的经济效益和社会效益。
因此，通过与上游企业、高校等单位，经“产学研”合作而开展基础、共性技术研究取得的成果及其产业化，形成了“供应商—主机企业—用户企业”为一体的新型供需上下游产业链生态系统。
四、打造具有上下游产业链生态系统的智能制造产业园
为了能更好地满足用户企业个性化、定制化、专业化服务需求，重庆机床集团以现有园区为基地，将打造具有上下游产业链生态系统的机床智能制造产业园，将机床上游企业刀具生产商、铸件生产商及下游用户企业齿轮制造商汇聚到智能制造产业园，构建起“供应商—主机企业—用户企业”为一体的新型供需上下游产业链生态系统。使得主机企业将从以前被动跟随式转变为主动解决用户需求，与上游供应商企业、下游用户企业以项目或技术、股份或股权合作等方式，联合开展新需求、新技术、新工艺等方面研究与攻关，提升刀具质量性能与耐用度，改善机床铸件表面质量与力学性能，实现成果、效益共享。
这样不仅可为合作的上下游产业链企业提供相互发展、进步的机会与空间，还能达到企业间相互促进与监督、互相提升产品品质与性能，以及相互间更好地服务与扶持，甚至还能更好地为上下游全产业链企业提供成套系统解决方案与专业服务。同时，还能积极促进“上—中—下”三方企业产业链共赢与深度融合发展，共同探索或滋生新型产业方向，推动三方企业创新与可持续性发展。
通过构建的上下游产业链生态系统，产业链中“上-中-下”三方企业共同开展机床刀具系统、工装夹具、安装与检测方法、工艺参数与流程、工艺优化、齿轮加工件在线检测、机床测试试验及误差补偿等用户成套工艺系统技术研究，结合成熟加工技术和设备，基于精益生产思想，优化工艺流程，形成向用户提供成套装备、完整齿轮加工工艺及专业服务等为一体化的系统化解决方案，为用户加工设备工序与工艺参数优化、预警、维护保养、故障诊断、能效监测、过程数据记录与存储及远程运维等方面提供成套系统解决方案和快捷专业化服务。
成套制齿工艺系统解决方案主要从毛坯到成品包括粗、精加工，主要工序为车削、滚齿、倒棱、铣棱、剃齿或磨齿或珩齿等工序，其工序间零件转移采用物流传输单元和桁架机械手、工业机器人等共用方式，整线采用网络化现场管理与智能化监控系统，实现了齿轮自动化、高效化及智能化加工。
基于上下游产业链生态系统和用户成套工艺系统解决方案思想，重庆机床集团已有成功的典型案例。案例1：ZDX100、ZDX100/LD、ZDX100/AHXR1、ZDX100/SHCL、ZDX200、ZDX200/QJW等系列自主创新研制的齿轮加工自动生产线，具有自动化、高效化、智能化、人性化突出优点，为用户提供了成套装备与制齿工艺系统解决方案，降低了国内用户企业对国外齿轮加工自动生产线进口产品的依赖。案例2：重庆机床集团与上游供应商企业广州数控设备有限公司，基于下游用户企业的特殊需求，开展机床数字化改造、维修、升级维护、加工工艺系统优化及数控系统优化升级等技术研究，全面满足了下游用户企业的个性化、定制化、专业化服务需求。
五、结束语
综上所述，技术创新与变革永远是推动企业发展的原动力，中国机床企业将积极加强技术创新与新产品研发，提升企业自身数字化、信息化、自动化能力水平，充分利用云计算、大数据、工业互联网5G技术、传感技术、新材料、工人智能、区块链等新兴产业技术，开展基础技术、共性技术、智能化技术研究和智能化制造，构建机床研发及产业链生态系统，满足用户个性化、定制化、特殊化需求，为用户提供成套工艺系统解决方案与专业服务。
在政府政策支持和行业协会主导下，中国机床企业需快速适应由主机企业单打独斗方式转变为“供应商—主机企业—用户企业”深度融合为一体的产业链生态系统，实现上下游产业链共赢、共享、共担风险模式，并能适应由离散型制造向系统型智能制造转变的新一轮“产业革命”。
（供稿：重庆机床集团；责编：梅峰）
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