文|陳吉紅
現(xiàn)在，中國機床行業(yè)企業(yè)的壓力非常大。首先是工業(yè)4.0浪潮興起以后，數(shù)控巨頭西門子、發(fā)那科都積極布局，我們得緊跟，不跟的話，企業(yè)就會面臨巨大困難；再看國內(nèi)機床行業(yè)，領(lǐng)頭的一些國企都發(fā)生困難。大家都在問，04專項國家砸了這么多錢，是不是沒有產(chǎn)生什么效果？與此同時，國內(nèi)正在大力推進智能制造，市場需求發(fā)生重大轉(zhuǎn)變，機床產(chǎn)業(yè)也面臨升級轉(zhuǎn)型的壓力。
我們到底能不能做好機床，怎么有效縮小和國外機床廠商的差距？我想答案是肯定的。雖然近兩年接二連三的壞消息傳來，但也有大批國內(nèi)機床廠商發(fā)展得不錯，包括華中數(shù)控也取得了許多進步。
記得中國機床工具工業(yè)協(xié)會的領(lǐng)導曾經(jīng)問德國機床制造商協(xié)會（以下簡稱VDW）：“德國等國際機床壟斷了汽車缸體缸蓋加工，你們是怎么做到的？”VDW的領(lǐng)導回答：“這都是幾十年的積累，再說中國機床也并非一無是處，長三角和珠三角地區(qū)，在3C領(lǐng)域，中國機床做得很好，擠得日本廠商夠嗆?！?/p>
與用戶工藝緊密結(jié)合
有客戶跟我反饋過：“許多國內(nèi)機床廠就會做機床，怎么用，不清楚，而購買國外的機床，對方會提供一整套技術(shù)解決方案，包括適合加工的零件、工藝和刀具等。”這點對我觸動很大。再看04專項，做得好的項目都是跟機床廠、跟用戶工藝緊密結(jié)合。這也是我們近年來的切身體會。
而實際的情況是，長期以來，我國數(shù)控系統(tǒng)與數(shù)控機床的發(fā)展呈現(xiàn)“兩張皮”的現(xiàn)象。兩者沒有形成互相支持、互相促進和共同進步的局面，也沒有形成開發(fā)與應用產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和利益共同體的戰(zhàn)略合作關(guān)系，這不僅制約我國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和市場競爭力，更制約了我國數(shù)控系統(tǒng)行業(yè)的發(fā)展。
現(xiàn)在，華中數(shù)控提出了“深度融合、聯(lián)合攻關(guān)、協(xié)同創(chuàng)新”的發(fā)展理念，向企業(yè)開放“華中8型”軟硬件開發(fā)平臺，支持寶雞機床、蘇州富強、深圳鼎泰等客戶開發(fā)融合自身工藝的數(shù)控系統(tǒng)，實現(xiàn)機床與系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展。目前，我們已經(jīng)與300多家機床廠建立了緊密合作關(guān)系。
其實，這也是我們在仔細比較國際上三種數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式的基礎(chǔ)上做出的選擇：
第一種是西門子模式。系統(tǒng)廠專業(yè)生產(chǎn)各種規(guī)格的數(shù)控系統(tǒng)，提供各種標準型的功能模塊，為全世界的主機廠提供批量配套。這種模式的優(yōu)點是：主機廠和系統(tǒng)廠發(fā)揮各自的優(yōu)勢，有利于形成專業(yè)化、規(guī)?；a(chǎn)。缺點是：系統(tǒng)廠和主機廠主要是買賣關(guān)系，雙方結(jié)合不夠緊密;主機廠為了保護自己的知識產(chǎn)權(quán)，不愿意將這些特色技術(shù)提供給系統(tǒng)廠。
第二種是哈斯模式。主機廠獨立開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)，并與其自產(chǎn)的數(shù)控機床配套銷售。這種模式的優(yōu)點是：主機銷售帶動系統(tǒng)推廣；其缺點是：主機廠獨有品牌的數(shù)控系統(tǒng)很難被其他主機廠選用。
第三種是馬扎克模式。主機廠在系統(tǒng)廠提供的開發(fā)平臺上，研發(fā)自主品牌的數(shù)控系統(tǒng)，并與所自產(chǎn)的數(shù)控機床配套銷售。這一模式既避免了“西門子模式”和“哈斯模式”可能出現(xiàn)的缺點，又發(fā)揚了其自身的優(yōu)點。這使得主機廠所需要的特殊控制要求、加工工藝和使用特色要求可方便地融入到數(shù)控系統(tǒng)中；主機廠用較少的投入，形成了自己的特色技術(shù)、知識產(chǎn)權(quán)和數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品；主機廠自主品牌的數(shù)控系統(tǒng)的推廣，還可以進一步強化主機廠的機床品牌，增加用戶對主機廠的忠誠度；降低主機廠采購數(shù)控系統(tǒng)的成本；同時帶動數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
根據(jù)以上分析，結(jié)合中國國情和我們的經(jīng)驗，馬扎克模式是主機廠發(fā)展數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)最適合的模式。因此，建議國家支持數(shù)控系統(tǒng)廠和機床廠以資產(chǎn)為紐帶，建立戰(zhàn)略合作關(guān)系，實現(xiàn)主機廠、系統(tǒng)廠、用戶多方共贏。
智能機床時代的機遇
如今，全球范圍，大家都在談智能機床，產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)智能化的發(fā)展趨勢，我觀察到的有三點：一是傳感新技術(shù)和機床緊密結(jié)合，DMG和舍弗勒搞了“機床4.0”創(chuàng)新項目，在機床的關(guān)鍵部位加裝了60多個傳感器采集機床信息；二是網(wǎng)絡化技術(shù)與數(shù)控機床不斷融合，包括發(fā)那科推出的Field System都是利用物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)，對機器人及周邊設(shè)備進行監(jiān)控和分析。我感覺國外智能化的趨勢，首先是要建機床的物理信息融合系統(tǒng)，要互聯(lián)互通，實現(xiàn)虛擬世界和現(xiàn)實世界的融合；三是有些智能化的功能已經(jīng)初步呈現(xiàn)，例如DMG MORI CELOS數(shù)控系統(tǒng)包含了機床計劃安排、刀具管理、托盤管理、能耗管理等16個應用APP。
實際上，目前的智能機床絕大部分是“數(shù)控機床+互聯(lián)網(wǎng)”，遠沒有達到替代人類智能的水平。這是因為在自主感知、自主學習等方面，沒有取得革命性的技術(shù)突破，現(xiàn)有的智能機床過于依賴人類專家，進行理論建模和數(shù)據(jù)分析，導致知識積累艱難而緩慢，最終導致智能機床的適應性和有效性不足。更重要的是沒有形成一個共用共享的生態(tài)圈。
因此，現(xiàn)在有關(guān)智能機床的研究還是傳統(tǒng)的研究方法，存在一些困境，主要包括：一是對智能機床尚未形成一個學術(shù)界、工業(yè)界認可的定義；二是基于機床理論建模仿真研究的成果準確度不高，達不到最優(yōu)加工效果；三是基于新增大量外部傳感器的信號特征閾值比較分析法，有效性和敏感性不夠，還大幅增加了機床的復雜度和成本，不被用戶和市場接受；四是數(shù)控系統(tǒng)的開放性不足，制約了智能化技術(shù)的開發(fā)和應用；五是對人在智能機床技術(shù)框架中的作用定位不準確。
這樣來看，在智能機床的探索上，我們與德國、日本差距不大。我們也做了一些智能化的探索，做了刀具壽命管理、主軸振動主動避讓等模塊。主軸振動主動避讓的智能化模塊已經(jīng)應用在智能制造的示范工廠——東莞勁勝精密3C智能工廠，配置華中數(shù)控系統(tǒng)的180多臺高速加工中心、78臺華數(shù)機器人以及40臺AGV小車上。
智能機床走過機床+數(shù)字化的初級階段、數(shù)控機床+互聯(lián)網(wǎng)的中級階段，正因為新一代人工智能技術(shù)的突破和迅速發(fā)展，邁進數(shù)控機床+互聯(lián)網(wǎng)+新一代人工智能的第三個階段。我認為，加快新一代人工智能技術(shù)與數(shù)控機床融合應用將為數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)帶來新的變革。
在中國工程院、工信部的指導和支持下，華中數(shù)控、寶雞機床、華中科技大學提出了新一代智能機床（iMT）的新理念，開展了智能數(shù)控系統(tǒng)（iNC，intelligent NC）和智能機床（iNC-MT，intelligent NC Machine Tools）的探索。我們認為，新一代智能機床是在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算的基礎(chǔ)上，應用新一代人工智能技術(shù)和先進制造技術(shù)深度融合的機床，具有自主感知機床、工況、環(huán)境有關(guān)的信息；通過自主學習獲取知識，并能應用這些知識進行自主決策；進而實現(xiàn)自主執(zhí)行；從而實現(xiàn)加工制造過程的優(yōu)質(zhì)、高效、低能耗的運行。大數(shù)據(jù)智能是發(fā)展智能機床的核心技術(shù)，但目前的應用存在一些難點，一是用于深度學習的負向樣本信息太少；二是樣本的標識仍需要人工介入。
而如何做好智能機床？首先要打好數(shù)字化的基礎(chǔ)，構(gòu)建機床雙胞胎。這個雙胞胎能夠把機床的行為和狀態(tài)變成一個可追溯的精確描述。數(shù)據(jù)完備有效，能夠反映機床加工過程中的力、熱這些物理變量；二是機床的健康保障，保持設(shè)備完好和安全；三要提高生產(chǎn)使用效率。
當然，我們提出新一代智能數(shù)控系統(tǒng)后，大家難免質(zhì)疑——2.0都沒搞明白，要不要搞4.0，我覺得這可以并行實施。比如我們把國外數(shù)控系統(tǒng)的心電圖拿過來，跟我們系統(tǒng)的心電圖對比，可以及時快速發(fā)現(xiàn)問題和差距。
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