面向2035年遠期發(fā)展目標，突出“十四五”階段性亟需，針對性提出以重大設施制造工藝裝備、超精密加工裝備為代表的工作母機產(chǎn)業(yè)重點發(fā)展方向。研究建議：加強國家各類科技計劃有效銜接，注重國家政策配套及評價體系協(xié)同，組建以工業(yè)母機為代表的高端制造裝備共性技術協(xié)同創(chuàng)新體系。
一、引言
發(fā)展智能制造是我國制造強國建設的主攻方向，工作母機是發(fā)展智能制造的基礎。工作母機以高檔數(shù)控機床為代表，具有基礎性、通用性和戰(zhàn)略性;在航空、航天、船舶、高精密儀器、車輛、醫(yī)療器械等產(chǎn)業(yè)領域得到廣泛應用，處于制造業(yè)價值鏈和產(chǎn)業(yè)鏈的核心環(huán)節(jié)。
本文所指的工作母機不僅包括傳統(tǒng)定義的各類機床，如車床、銑床、刨床、鉆床、鏜床、磨床、制齒機以及各類加工中心，還包括增材制造(3D打印)裝備、增減材復合制造裝備。信息技術與制造技術的高度融合，推動了工作母機新的發(fā)展和創(chuàng)新。以工作母機為標桿的智能制造裝備，融合了新一代人工智能(AI)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)大數(shù)據(jù)等新興技術，被視為工業(yè)強國重塑制造業(yè)優(yōu)勢、搶占競爭制高點的重要方向。
受智能制造技術應用、貿(mào)易爭端變化、制造業(yè)綜合成本變化等因素的驅動，全球制造業(yè)出現(xiàn)了大遷移和局部調(diào)整的態(tài)勢，進而推動了產(chǎn)業(yè)鏈、供應鏈和價值鏈發(fā)生變化。在美國、日本、歐盟等工業(yè)發(fā)達國家或地區(qū)，受技術創(chuàng)新衍生的價值紅利的影響，跨國公司將制造業(yè)生產(chǎn)加速回流，在注重控制產(chǎn)業(yè)鏈高端環(huán)節(jié)的同時，推動將低端制造業(yè)向東南亞、南亞、非洲等綜合成本更為低廉的地區(qū)轉移。
俄羅斯、巴西、印度和南非等新興經(jīng)濟體正在快速布局新技術開發(fā)和新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，積極參與全球產(chǎn)業(yè)再分工，承接產(chǎn)業(yè)及資本轉移，拓展國際市場空間。中國制造業(yè)處于“前有截堵，后有追兵”的不利競爭局面，制造供應鏈面臨發(fā)展困境，在謀求由高速增長模式轉向高質(zhì)量發(fā)展、通過技術創(chuàng)新帶動產(chǎn)業(yè)升級方面存在迫切需求。
我國工作母機產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況一直是國內(nèi)相關產(chǎn)業(yè)研究的重點內(nèi)容?！吨袊鴻C床產(chǎn)業(yè)發(fā)展藍皮書(2018)》分析了機床產(chǎn)業(yè)的國內(nèi)外發(fā)展狀況、技術和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢、重點應用領域的用戶需求、主要國家產(chǎn)業(yè)政策環(huán)境等。沈烈初針對“新一代智能制造發(fā)展戰(zhàn)略研究”主題，重點探討了我國數(shù)控機床與數(shù)控系統(tǒng)方面的問題與建議。陳惠仁對中國機床工業(yè)40年來的發(fā)展歷史、當前問題和存在差距進行了客觀全面的評估分析。
當前，世界經(jīng)濟增長乏力、我國汽車產(chǎn)業(yè)首次出現(xiàn)年度負增長，這不僅給以數(shù)控機床為代表的我國工作母機市場帶來了發(fā)展不確定性，還對制造裝備企業(yè)的投資和經(jīng)營帶來直接沖擊。工作母機裝備產(chǎn)業(yè)作為智能制造的主戰(zhàn)場，技術密集、資金密集、人才密集的特征凸顯，需要開展深刻變革。為此，本文主要進行以工作母機為代表的高檔數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)宏觀發(fā)展研究，分析產(chǎn)業(yè)國際國內(nèi)發(fā)展形勢，研判產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在問題，分階段提出我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向和建議。
二、全球工作母機產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
(一)全球產(chǎn)業(yè)鏈競爭態(tài)勢
國際關系的發(fā)展和重構，影響著全球制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)布局，使得產(chǎn)業(yè)鏈競爭呈現(xiàn)出新態(tài)勢。世界工業(yè)大國紛紛制定并實施積極的產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略。2019年11月，德國發(fā)布《國家工業(yè)戰(zhàn)略2030》，目標是保持德國工業(yè)在歐洲和全球市場競爭中的領先地位。2019年初，美國發(fā)布《美國主導未來產(chǎn)業(yè)》，明確建議將AI、先進制造業(yè)、量子信息科學和第五代移動通信(5G)技術作為高端產(chǎn)業(yè)的四大領域。美國產(chǎn)業(yè)鏈價值判斷標準強調(diào)，必須確保美國控制和引領全球產(chǎn)業(yè)鏈，尤其是在技術密集的高端裝備制造業(yè)保持絕對優(yōu)勢。
全球工作母機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展大國和地區(qū)主要有美國、中國、日本和以德國為代表的歐洲。根據(jù)賽迪顧問統(tǒng)計，中國、日本和德國是機床的主要生產(chǎn)國家。2019年日本數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)規(guī)模占全球比重約為32.1%，是全球第一大數(shù)控機床生產(chǎn)國。
中國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)規(guī)模略低于日本，占全球比重約為31.5%。德國整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模占全球比重約為17.2%。然而，全球高檔數(shù)控機床龍頭企業(yè)主要集中在德國、日本和美國(見表1)，日本山崎馬扎克株式會社、德國通快集團以及德日合資的德馬吉森精機公司(DMGMORI)穩(wěn)居行業(yè)龍頭地位。
表1 2019年全球十大數(shù)控機床制造企業(yè)
注：數(shù)據(jù)來源于賽迪顧問統(tǒng)計
日本注重發(fā)展數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，精密軸承、導軌等關鍵功能部件產(chǎn)業(yè)，高檔數(shù)控機床核心機電、液壓、氣動和光學元器件和整機產(chǎn)品，先進刀具、測量工具等，形成了具有全球競爭力的完整產(chǎn)業(yè)鏈。歐洲機床制造商在專用機床、高技術以及定制解決方案領域占據(jù)優(yōu)勢，其中德國和瑞士重視發(fā)展數(shù)控機床整機、關鍵功能部件以及高端配套部件的先進性和實用性，其整機產(chǎn)品和各種功能部件在質(zhì)量、性能上位居世界前列。
美國在航空、航天、軍工等下游高端應用方面保持了持續(xù)創(chuàng)新能力，仍處于世界領先地位。中國則是世界最大的工作母機產(chǎn)銷國和進口國。受各國政策導向影響，全球高端裝備制造業(yè)競爭格局正在發(fā)生重大調(diào)整，主要跨國裝備企業(yè)紛紛通過兼并收購、服務增值等方式，提升企業(yè)核心競爭力。
全球增材制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展大國主要以美國、德國、中國、日本和英國為代表，其中，中國、日本和德國是增材制造設備的主要生產(chǎn)國家。根據(jù)賽迪顧問統(tǒng)計，2019年全球增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模達119.56億美元，增長率為29.9%。其中，美國產(chǎn)業(yè)規(guī)模占全球比重為40.4%，是全球第一大增材制造設備供應商;德國是第二大增材制造設備供應商，產(chǎn)業(yè)規(guī)模占全球比重為22.5%;中國整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模略低于德國，占全球比重為18.6%;日本和英國分別占全球產(chǎn)業(yè)規(guī)模的8.2%和6.3%。
瞄準國際競爭獲取先發(fā)優(yōu)勢的目標，世界工業(yè)大國或地區(qū)積極制定發(fā)展戰(zhàn)略以推動先進制造業(yè)升級，對于高端裝備產(chǎn)業(yè)采取了扶持和優(yōu)先的策略。歐洲機床工業(yè)合作委員會(CECIMO)提出，保持未來歐洲機床產(chǎn)業(yè)競爭力的基礎在于先進生產(chǎn)技術、持續(xù)研發(fā)投資、縮短創(chuàng)新周期、高技能勞動力等。
美國國防部將“先進機床與數(shù)控系統(tǒng)”定為潛在的技術發(fā)展領域，推動開展了下一代高檔機床的研究。美國國家科學技術委員會更新了《美國先進制造領導戰(zhàn)略》，提出了3個方向的戰(zhàn)略目標：發(fā)展和轉化新的制造技術，教育、培訓制造業(yè)勞動力，提升國內(nèi)制造業(yè)供應鏈，細化了3個方面的技術性內(nèi)容，即研發(fā)世界領先的材料和加工技術，完善制造業(yè)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)，加強國防制造業(yè)基礎。
(二)全球高檔數(shù)控機床裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢
當前，高檔數(shù)控機床技術朝著高速、高精度、高可靠、功能復合、極端制造、綠色制造、網(wǎng)絡化和智能化的方向發(fā)展。發(fā)展智能數(shù)控機床、提高數(shù)控機床裝備產(chǎn)業(yè)的智能化水平，成為機床產(chǎn)業(yè)強國的一致選擇。美國、德國、日本等國在持續(xù)積累形成技術優(yōu)勢的基礎上，集中力量提升裝備智能化水平，進而增強未來競爭能力。瑞典、瑞士、意大利、西班牙和法國等國，因機床制造產(chǎn)業(yè)競爭力減弱，中小機床行業(yè)(歐洲機床產(chǎn)業(yè)中的80%由中小企業(yè)組成)正在開展數(shù)字化轉型，探索智能化解決方案。
工業(yè)技術領域創(chuàng)新發(fā)展的主線體現(xiàn)為：數(shù)控機床與新一代AI結合形成的智能機床，以智能機床為核心的智能制造單元，結合機器人與控制等軟硬件形成的智能生產(chǎn)線、智能制造車間、智能制造工廠、智能制造生態(tài)系統(tǒng)。此外，融合減材制造、增材制造和激光加工等多功能為一體的復合加工機床，對工作母機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來深刻變化，已成為全球機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向。
汽車產(chǎn)業(yè)是機床產(chǎn)業(yè)重要的下游產(chǎn)業(yè)，也是中高檔金屬切削機床的主要消費市場之一。世界各國紛紛加速新能源汽車的普及和產(chǎn)能布局，而依賴數(shù)控系統(tǒng)制造的動力總成有可能是顛覆性的，這將直接影響機床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。全球航空制造產(chǎn)業(yè)對金屬切削機床的需求量較大，但諸多企業(yè)都在面向全球采取轉包生產(chǎn)以解決產(chǎn)能問題，也將間接影響機床產(chǎn)業(yè)的分布格局。
(三)全球增材制造裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢
隨著航空、航天、海洋、新能源及新能源汽車、智能產(chǎn)品、高端醫(yī)療器械等領域對增材制造技術與裝備的需求趨于旺盛，增材制造已經(jīng)成為工業(yè)領域的主流制造手段，進入了批量化應用階段。這標志著全球增材制造裝備產(chǎn)業(yè)進入快速發(fā)展階段。全球增材制造產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值2020年有望達到158億美元，2022年可升至239億美元，2024年則有可能達到356億美元。麥肯錫公司預測，到2025年，世界增材制造產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益可達2000~5000億美元。
工業(yè)強國紛紛加快增材制造產(chǎn)業(yè)布局。美國率先將增材制造產(chǎn)業(yè)視為戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，2019年市場規(guī)模約為48.3億美元。德國《國家工業(yè)戰(zhàn)略2030》將增材制造列入未來重點發(fā)展的九大關鍵工業(yè)領域。根據(jù)全球增材制造文獻、專利以及裝機量統(tǒng)計數(shù)據(jù)，全球增材制造產(chǎn)業(yè)已基本形成了以美國、歐洲等發(fā)達國家和地區(qū)主導，亞洲國家和地區(qū)后起追趕的發(fā)展態(tài)勢。
中國增材制造裝備產(chǎn)業(yè)的技術應用發(fā)展速度較快，產(chǎn)業(yè)鏈已初具規(guī)模，增材制造與傳統(tǒng)制造在諸多行業(yè)進行著深度結合。根據(jù)賽迪顧問統(tǒng)計，2019年中國增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模達157.47億元，裝備產(chǎn)業(yè)規(guī)模為70.86億元，占比達到45%。中國在增材制造領域的專利、論文數(shù)量已經(jīng)領先，但在原始創(chuàng)新和重大技術創(chuàng)新方面仍顯薄弱。
三、我國工作母機產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況
(一)高檔數(shù)控機床裝備產(chǎn)業(yè)鏈
“高檔數(shù)控機床與基礎制造裝備”國家科技重大專項(簡稱04專項)實施以來，我國機床行業(yè)取得了顯著進展。機床行業(yè)實現(xiàn)了由普通機床為主向數(shù)控機床為主、高檔機床從無到有的重大轉變，初步建立了高檔數(shù)控機床裝備的完整產(chǎn)業(yè)鏈，基本實現(xiàn)了航空、航天、汽車等產(chǎn)業(yè)領域戰(zhàn)略性需求的自主可控。
我國企業(yè)主持修訂的“S試件”國際標準已獲國際標準化組織(ISO)批準并正式發(fā)布，實現(xiàn)了我國在高檔數(shù)控機床檢測領域國際標準“零”的突破。但由于市場需求變化和行業(yè)自身基礎不牢，我國機床行業(yè)的結構失衡問題尚未完全消除。對照04專項實施完畢后的狀態(tài)來判斷，我國機床行業(yè)與國際先進水平仍有15年左右的差距。
(1)自2012年起，04專項支持研發(fā)的高檔型數(shù)控系統(tǒng)已累計銷售超過2000臺(套)，標準型數(shù)控系統(tǒng)已累計銷售超過10萬臺(套);但國內(nèi)市場亟需的高檔數(shù)控與伺服驅動系統(tǒng)仍有90%依靠進口，而高端基礎部件(如精密軸承、高精密光柵等)仍是“卡脖子”問題。機床行業(yè)整機正向設計能力仍有所缺乏，針對用戶需求定制的工藝研究以及相應的整機、生產(chǎn)線設計能力更顯不足。機床可靠性和精度保持性技術還處于推廣應用階段，數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、精密光柵等核心元器件仍未形成連通配套，領域用戶認可度不高。
(2)主要功能部件和關鍵零部件的發(fā)展水平有了較大提升，如高性能主軸單元、精密擺頭、精密回轉工作臺、光柵等測量反饋元件、自動換刀機構、精密滾動導軌、精密絲杠單元、高精度軸承、液氣潤滑裝置等。但從產(chǎn)業(yè)鏈角度來看，高端部件仍然滯后于高檔數(shù)控機床主機的發(fā)展需求，如主要功能單元和關鍵零部件90%以上仍然依賴進口，尤其是電主軸、直線電機、主軸軸承和高精密光柵。
(3)在整機方面，我國精密臥式加工中心等30多類重點產(chǎn)品達到了國際先進水平，保障了國家裝備制造業(yè)的持續(xù)發(fā)展能力。在04專項支持下，國產(chǎn)高檔數(shù)控系統(tǒng)大規(guī)模進入航空、航天、兵器、船舶等領域并開展示范應用。25m立柱移動立式銑車床的技術參數(shù)、技術等級達到世界領先水平，體現(xiàn)了我國高檔數(shù)控重型機床的最高水平。但國產(chǎn)機床的性能可靠性、精度保持性與國際先進水平相比尚有不小差距。
(4)在下游高檔數(shù)控機床應用方面，得益于汽車、航空、航天、船舶、電力設備、工程機械等行業(yè)的快速發(fā)展，國產(chǎn)數(shù)控機床的生產(chǎn)量較大。通過04專項的引領和帶動，國產(chǎn)高檔數(shù)控機床為核電、大飛機等國家重大專項和重點工程提供了關鍵制造裝備，解決了相關領域所需關鍵裝備的“有無問題”，實現(xiàn)了多項關鍵技術和裝備的突破。例如，航天領域建立了多條采用國產(chǎn)數(shù)控裝備的示范生產(chǎn)線，實現(xiàn)“備胎轉正”性的規(guī)?；瘧?汽車大型覆蓋件高效自動沖壓生產(chǎn)線達到國際領先水平，全球市場占有率超過40%。
然而，國內(nèi)的汽車動力總成制造裝備的產(chǎn)業(yè)化配套能力與國際領先水平仍然有較大差距，80%以上依賴設備進口;航空發(fā)動機等高端裝備領域所需的高速精密及復合材料制造等的工作母機仍然不能滿足需求;尚未形成應對新能源汽車等熱門行業(yè)的多樣高效解決方案。
(5)國內(nèi)數(shù)控機床市場出現(xiàn)了以外資企業(yè)本土化為代表的新形勢。隨著國內(nèi)數(shù)控機床產(chǎn)品替代進口能力的不斷提升，同時受政策、市場、成本、競爭四大因素影響，純進口設備的比例正在減小。面對中國巨大的市場需求，本土化成為外資企業(yè)參與中國市場競爭的主要方式。大批跨國機床企業(yè)進入中國，加快實施制造和營銷的本土化，甚至建設世界最大工廠、反向供應全球市場。例如，德國埃馬克集團金壇工廠2018年生產(chǎn)機床超過600臺，供應范圍覆蓋中國、歐洲、美國、日本等市場。
(二)高檔數(shù)控機床裝備產(chǎn)業(yè)集群
我國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)憑借全球最大的市場、研發(fā)、制造和供應體系，形成了從材料、功能部件、整機、現(xiàn)代服務體系到諸多領域應用覆蓋的完整產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈。目前，珠江三角洲地區(qū)、環(huán)渤海地區(qū)、長江三角洲地區(qū)、西北地區(qū)等四大產(chǎn)業(yè)集群趨于形成，重點省市包括：遼寧、山東、北京、上海、江蘇、廣東、浙江、陜西。應對國家經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展要求，數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)正在改變過去簡單追求規(guī)模、數(shù)量和增長速度的發(fā)展模式，朝向高質(zhì)量發(fā)展模式轉變。
客觀來看，國內(nèi)數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)集群的發(fā)展水平和發(fā)展質(zhì)量不平衡問題較為突出，亟待未來產(chǎn)業(yè)調(diào)整和優(yōu)化。受國際貿(mào)易爭端、汽車產(chǎn)銷量下滑等因素的影響，數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)延續(xù)了低增長態(tài)勢。一方面，國內(nèi)機床企業(yè)發(fā)展出現(xiàn)分化，部分企業(yè)因經(jīng)營模式盲目擴張等原因導致債務危機，出現(xiàn)經(jīng)營困局、甚至破產(chǎn)重組;而部分企業(yè)注重技術創(chuàng)新、市場深耕，抓住細分市場發(fā)展機會得以快速成長壯大。另一方面，部分外資企業(yè)擴大在華投資，對產(chǎn)業(yè)集群分布構成重大影響。
在我國四大機床產(chǎn)業(yè)集群內(nèi)，機床企業(yè)競爭態(tài)勢為：以技術實力雄厚的跨國企業(yè)組成的第一陣營，以大型國有企業(yè)或國有控股企業(yè)和少數(shù)技術實力較強的民營企業(yè)組成的第二陣營，以及以大量技術含量較低、規(guī)模較小的民營企業(yè)組成的第三陣營。在當前經(jīng)濟增長速度放緩的形勢下，第二和第三陣營面臨行業(yè)洗牌的風險，預計未來我國機床產(chǎn)業(yè)的集中度將進一步提高。
(三)增材制造裝備
得益于《增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃(2017—2020年)》的推動，我國增材制造裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，在產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力、工藝技術和裝備、關鍵零部件配套、產(chǎn)業(yè)應用等環(huán)節(jié)的關鍵核心技術方面取得了系列突破，已成為飛機、運載火箭、艦船、核能等戰(zhàn)略領域的先進制造手段。我國初步建立了涵蓋增材制造金屬材料、元器件、制造工藝、裝備技術、重大工程應用的全鏈條的技術創(chuàng)新體系，整體技術水平接近國際先進，在部分領域達到國際先進。
整體來看，我國增材制造領域相關專利和論文數(shù)量已全球領先，但在核心元器件、關鍵技術方面存在短板，原創(chuàng)技術缺乏，特別是高光束質(zhì)量激光器、長壽命電子槍、高性能掃描振鏡、陣列式高精度微納增材制造頭等核心器件嚴重依賴進口。另外，我國增材制造標準建設相對滯后，在國際上話語權不高。近年來的國際貿(mào)易摩擦更是凸顯了我國增材制造產(chǎn)業(yè)在原始創(chuàng)新、關鍵元器件等方面的薄弱環(huán)節(jié)。后續(xù)應瞄準關鍵共性技術實施突破，破解產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的“卡脖子”問題，盡快實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)關鍵核心技術的自主可控，從而把握產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新和發(fā)展的主動權。
我國已初步形成了以環(huán)渤海地區(qū)、長江三角洲地區(qū)、珠江三角洲地區(qū)為核心，中西部地區(qū)為紐帶的增材制造產(chǎn)業(yè)空間發(fā)展格局，涌現(xiàn)出具有市場競爭力的骨干企業(yè)，形成了若干產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)。長江三角洲地區(qū)具備良好經(jīng)濟發(fā)展優(yōu)勢、區(qū)位條件和較強的工業(yè)基礎，已初步形成了包括增材制造材料制備、裝備生產(chǎn)、軟件開發(fā)、應用服務及相關配套服務的增材制造產(chǎn)業(yè)鏈。在珠江三角洲地區(qū)，隨著粵港澳大灣區(qū)建設的推進，增材制造產(chǎn)業(yè)將得到進一步集聚。中西部地區(qū)，如陜西、湖北、湖南等省份成為我國增材制造技術和產(chǎn)業(yè)化的重要發(fā)展區(qū)域。
四、我國工作母機產(chǎn)業(yè)面臨的問題
我國工作母機產(chǎn)業(yè)盡管在戰(zhàn)略需求領域已經(jīng)初步形成了自主保障能力，但是在高端數(shù)控機床方面整體競爭能力不強、產(chǎn)業(yè)規(guī)?；潭鹊?、技術創(chuàng)新能力薄弱，高端產(chǎn)品對外依存度仍然較高。我國中檔數(shù)控機床國產(chǎn)化率為60%，國產(chǎn)高檔數(shù)控系統(tǒng)的市場占有率不到15%。在下游行業(yè)應用領域，大部分精加工數(shù)控機床仍依賴于進口。機床產(chǎn)業(yè)整體上與先進國家的差距大為縮小，但國產(chǎn)機床的加工效率、可靠性、精度和使用壽命等與世界先進水平還有差距。我國機床產(chǎn)業(yè)整體上仍然處于全球產(chǎn)業(yè)價值鏈的中低端，缺乏有國際競爭力的企業(yè)及產(chǎn)品。
我國工作母機產(chǎn)業(yè)的自身基礎不牢，面臨激烈的市場競爭，特別是高檔數(shù)控機床面臨市場化機制失靈的競爭形態(tài)。我國數(shù)控機床在正向設計、基礎共性技術、產(chǎn)業(yè)前沿技術研究方面，與世界先進水平的差距呈現(xiàn)進一步擴大的趨勢。為滿足高質(zhì)量、高可靠性、低成本的制造目標，我國機床產(chǎn)業(yè)對于數(shù)控系統(tǒng)及核心數(shù)控裝備的依賴程度趨于提升;而目前相關核心元器件、關鍵工業(yè)軟件、高檔數(shù)控系統(tǒng)、高端功能部件及其制造裝備依賴進口，嚴重制約了國產(chǎn)高性能裝備的設計和制造水平。
整體上，我國高端數(shù)控加工裝備距離世界先進水平大概存在10~15年的差距。在增材制造裝備的技術方面，我國整體上處于跟跑狀態(tài)，增材制造裝備產(chǎn)業(yè)化發(fā)展勢頭良好，但受限于核心器件及專用軟件的薄弱，我國高檔增材制造裝備，特別是高性能金屬增材制造整機裝備相比世界先進水平具有一定的差距，裝備的質(zhì)量、性能和穩(wěn)定性仍待提升。
我國工作母機產(chǎn)業(yè)面臨的發(fā)展問題主要表現(xiàn)在以下幾個方面。
（1）超精密機床基礎研究和關鍵技術水平存在差距。著眼國際先進，超精密機床分辨率可達0.1nm，定位精度可達1nm;超精密鏡頭加工機床生產(chǎn)的光學鏡面型誤差在納米級，高頻粗糙度約為0.1nm;部分國家對超精密機床實行嚴格禁運和技術封鎖。相比之下，我國超精密加工領域采用的機床普遍于20多年前引進，加工精度僅能達到亞微米，精度相差1~2個數(shù)量級。由于無法滿足產(chǎn)品研制的需求，我國高精度慣性器件等核心產(chǎn)品的性能相對先進技術存在代差，這成為我國高端裝備發(fā)展面臨的重大瓶頸。
（2）大型機床的加工精度和加工效率存在差距。國外先進的龍門銑床長達20m，精度可達4μm，加工效率達到傳統(tǒng)機床的3倍。國內(nèi)普通機床的加工利用率僅為15%~30%，加速度一般小于0.8g;而國外普遍達到60%~90%，加速度基本達到1~1.5g。這使得國產(chǎn)多軸聯(lián)動機床的軌跡精度和加工效率始終未能取得明顯改善。
（3）國產(chǎn)機床整機可靠性和精度保持性存在差距。機床無故障運行時間短，生產(chǎn)節(jié)奏不宜保持;在機床全生命周期內(nèi)的幾何精度、主軸回轉精度、運動控制精度難以保證，且無數(shù)據(jù)支撐。這是制約國產(chǎn)機床進入汽車動力總成生產(chǎn)線的主要瓶頸，也是制約國產(chǎn)機床行業(yè)市場競爭力提升的主要問題。
（4）先進增材制造工藝與復合制造工藝裝備的共性技術研發(fā)滯后。我國在增材制造方面缺少原始技術創(chuàng)新，裝備發(fā)展基本是跟隨狀態(tài)，產(chǎn)業(yè)規(guī)模小且分散的情況較為突出，高端大型裝備進口受到限制。在復合工藝制造方面，車銑/鏜銑等工序復合、增減材工藝復合、冷熱加工工藝復合、多能源驅動等工藝裝備是國際技術創(chuàng)新的主要方面，但我國基本上還處于單工序設備階段，相比世界先進水平具有明顯的差距。
（5）高端工作母機智能化水平存在差距。國外企業(yè)在新產(chǎn)品開發(fā)過程中已經(jīng)引入或初步實現(xiàn)了機床的智能功能，如智能制定加工工藝參數(shù)、加工過程自主感知環(huán)境和工況變化進行自適應控制、通過手機控制加工過程的安全性、熱處理設備基于機器學習功能智能地控制淬火和退火的時間以保證所需性能等。國內(nèi)智能數(shù)控系統(tǒng)尚處于起步開發(fā)階段，距離投產(chǎn)應用尚有不小的距離。
（6）工作母機裝備創(chuàng)新能力和產(chǎn)業(yè)生態(tài)亟待提升。在產(chǎn)業(yè)集群內(nèi)，高檔數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)價值鏈高端缺位，產(chǎn)業(yè)共性技術投入缺位;產(chǎn)業(yè)發(fā)展陷入中低端，缺少專精特配套企業(yè)。國內(nèi)工作母機產(chǎn)業(yè)上下游企業(yè)之間未能形成良好的合作關系，不利于產(chǎn)業(yè)整體升級，軍民裝備共享機制也有待完善。國內(nèi)尚未建立智能制造裝備標準體系，亟待健全高質(zhì)量研發(fā)人才培養(yǎng)體系、高技能技工人才培養(yǎng)和穩(wěn)定就業(yè)體系。
五、工作母機產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點方向
智能制造正在快速發(fā)展，以智能制造為引領的全球制造業(yè)競爭加劇。圍繞我國經(jīng)濟社會發(fā)展和國家安全的重大戰(zhàn)略需求，抓住新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的機遇，著力解決關鍵領域的“卡脖子”問題。我國工作母機裝備產(chǎn)業(yè)通過整體競爭力的大幅提高，在高端機床裝備領域躋身國際發(fā)展前沿，構建產(chǎn)業(yè)競爭比較優(yōu)勢，支撐制造強國戰(zhàn)略目標。
(一)發(fā)展目標
1.“十四五”發(fā)展目標
以高檔數(shù)控機床為代表的工作母機裝備系列產(chǎn)品國際競爭力明顯提高，解決一批高檔數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)、關鍵功能部件制造的“卡脖子”問題，研發(fā)一批重點領域亟需的工作母機裝備。高度重視各工業(yè)領域的工作母機、生產(chǎn)線的智能化改造，實施規(guī)?；炞C，提升工作母機的智能化水平，促進行業(yè)的市場開拓及高速發(fā)展。
到2025年，核心元器件和材料基本實現(xiàn)國內(nèi)供應，形成國產(chǎn)高檔數(shù)控機床完整的產(chǎn)業(yè)發(fā)展鏈;基本滿足航空、航天、海工、國防以及新能源汽車領域的重點需求，啟動國產(chǎn)新一代信息電子制造裝備的攻關研制。增材制造在國產(chǎn)重大裝備中實現(xiàn)工程化應用，成為大型復雜關鍵構件的重要制造手段。
2.2035年發(fā)展目標
我國步入工作母機裝備先進國家行列。以國產(chǎn)高檔數(shù)控機床為主體的成套成組裝備，支撐智能工廠建設，形成行業(yè)級解決方案，助力諸多重大裝備領域的創(chuàng)新發(fā)展，支持制造業(yè)裝備的換代升級，保障制造強國目標的實現(xiàn)。
(二)發(fā)展方向
1.航空、航天和航空發(fā)動機制造工藝裝備
在宇航及深空探測制造裝備方面，解決新一代中型、大型運載火箭量產(chǎn)對成套裝備的亟需，突破飛行器大型構件和復雜構件批量高效精密制造的技術瓶頸，滿足深空探測飛行器對復雜構件輕量化、結構功能一體化的重大需求。
在大型飛機制造裝備方面，突破大尺寸鈦合金、碳纖維復合材料以及異性材料疊層的航空結構件高速切削、增減材復合以及大部件高精度互換性制造等技術問題，實現(xiàn)航空裝備的高性能、高精度、高效率、低成本制造。
在航空發(fā)動機制造裝備方面，產(chǎn)業(yè)化推廣發(fā)動機典型部件制造的國產(chǎn)化裝備，突破航空發(fā)動機關鍵零部件高溫合金、高強度合金、復合材料的集成設計制造、高效和高精制造技術瓶頸，解決進口依賴問題。
2.新型艦船及深海探測制造工藝裝備
繼續(xù)完善船舶及海工大型柴油機缸體、曲軸、齒輪和船用燃氣輪機葉片、渦輪軸、葉盤等先進成套技術裝備。突破大型艦船關鍵部件制造技術、大型船用螺旋槳推進器整機加工裝備、深海焊接/探測及深海工作站制造裝備等，推進艦船增材制造現(xiàn)場維修成套裝備發(fā)展，實現(xiàn)關鍵裝備自主可控。
3.軌道交通車輛和新能源汽車關鍵零部件加工成套裝備及生產(chǎn)線
針對動車組車體、客車車體等大型復雜型面加工需求，研制智能磨拋系統(tǒng)和柔性打磨工具;針對轉向架、變速箱、輪對等關鍵零組件制造需求，開發(fā)專用高效加工成套裝備及生產(chǎn)線。重點開發(fā)新能源汽車變速箱高效加工、近凈成形裝備及成組工藝生產(chǎn)線，研制高效加工與成形、在線檢測與裝配成套裝備及生產(chǎn)線。
4.國家重點領域亟需的超精密加工裝備
超精密加工技術是軍民領域高端裝備制造的核心技術，超精密機床是實現(xiàn)超精密加工的基礎。面向新一代慣性儀表制造、多目標紅外探測及高精度智能導引等領域亟需，集中優(yōu)勢力量快速突破超精密加工機床技術瓶頸，推動超精密制造領域相關基礎理論、測量技術、超精密機床制造技術、在線測量與智能控制技術的重大發(fā)展。探索形成超精密加工及高端機床自主研發(fā)的高效創(chuàng)新模式。
六、對策建議
瞄準2035年建成科技強國的戰(zhàn)略目標，圍繞戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展對工作母機裝備的亟需，發(fā)揮社會主義市場經(jīng)濟條件下關鍵核心技術攻關新型舉國體制的優(yōu)勢，壯大以工作母機為代表的高端裝備產(chǎn)業(yè)，為制造強國戰(zhàn)略實施提供基礎和保障。產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，有效打破行業(yè)壁壘，充分引入市場競爭，打牢國家大工業(yè)基礎，以產(chǎn)品配套能力、價值鏈和創(chuàng)新鏈為中心，重構軍民裝備融合發(fā)展的產(chǎn)業(yè)體系，實現(xiàn)社會化配套。
(一)國家各類科技計劃有效銜接
結合工作母機產(chǎn)業(yè)發(fā)展特征，完善對基礎性、戰(zhàn)略性、前沿性科學研究和共性技術的支持機制，實現(xiàn)國家各類科技計劃的有效銜接。發(fā)揮國家自然科學基金在基礎研究和原始創(chuàng)新研究方面的引導和支持作用，倡導先進工藝多學科交叉研究、母機裝備原始創(chuàng)新研究。相關原始創(chuàng)新研究的部署應接續(xù)支持重點研發(fā)計劃、科技重大專項，基礎研究成果應結合有關專項的攻關任務進行貫徹、擴散及融入。重點研發(fā)計劃的具體成果，如樣機、工藝等應在有關專項中持續(xù)開展應用驗證和推廣示范。
建議啟動04專項的接續(xù)計劃，延續(xù)我國高端制造裝備的創(chuàng)新發(fā)展節(jié)奏，總體任務目標應從“跟跑”轉向“并跑”。專項接續(xù)計劃由探索領域重要用戶(即業(yè)主)牽頭，實行“產(chǎn)學研用”聯(lián)合體大平臺協(xié)同攻關的新舉國體制，重點解決我國航空、航天、軍工、核能動力、信息產(chǎn)品、新能源汽車等行業(yè)高端制造裝備的自主可控和與時俱進的持續(xù)發(fā)展能力。
將數(shù)控機床和基礎制造裝備(“鑄鍛焊”)研究內(nèi)容聚焦在高效、精密、可靠性和精度保持性方面，進而拓展到超精密機床、大型復合材料制造裝備、大尺寸高效金屬增材制造裝備、冷熱加工、宏微納結構制造、高能束工藝復合裝備及制造裝備智能化。注重專項研究成果的產(chǎn)業(yè)和企業(yè)應用，在配套政策支持下，進一步鞏固創(chuàng)新成果、提升經(jīng)濟效益。
(二)國家政策配套及評價體系協(xié)同
優(yōu)化國家科技成果采購體系，將各類科技成果編制目錄簡介進行宣傳推廣。國資企業(yè)技改采購應優(yōu)先使用國家科技成果、優(yōu)先采購國產(chǎn)高端裝備，或者確定一定比例對成果產(chǎn)品實現(xiàn)稅費補貼，切實減輕制造業(yè)企業(yè)的負擔和經(jīng)營成本。改革調(diào)整企業(yè)涉費比例，降低公共服務價格，探索新的制造業(yè)融資方式，引導金融機構降低制造業(yè)企業(yè)的融資成本。制定優(yōu)惠政策，改變制造業(yè)企業(yè)留人難、人才流失的困境。
改革高等院校和職業(yè)院校的學科評估指標體系，在學科評估、人才選拔、人才培養(yǎng)的各項指標方面，倡導注重實效、解決亟需。通過科研實踐培養(yǎng)勇于創(chuàng)新、善于創(chuàng)新、獻身實業(yè)的工程技術人才，加強論文、專利等研究成果的工程化導向。針對制造專業(yè)人才培養(yǎng)，在打牢基礎、淡化專業(yè)的同時，應加強智能制造傳感器、軟件及大數(shù)據(jù)等方面的知識內(nèi)容與研究實踐。
(三)構建以工作母機為代表的高端制造裝備共性技術協(xié)同創(chuàng)新體系
我國高端制造裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展模式應由“跟蹤引進吸收”逐步向“并行自主創(chuàng)新”以及進一步的“原始創(chuàng)新領跑”轉變。進一步深化國家科技體制改革，針對航天、航空、軍工等國家重大需求，探索高端制造裝備全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新模式。梳理核心技術、關鍵元器件、工藝和裝備的短板問題以及“缺鏈”“斷鏈”環(huán)節(jié)，以高端制造裝備協(xié)同創(chuàng)新中心為基礎組建“產(chǎn)學研用”聯(lián)合體。組織全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新、技術攻關，建立上游/中游/下游分工合作、利益共享的產(chǎn)業(yè)鏈組織新模式。
以正在建設的制造業(yè)創(chuàng)新中心為基礎，對現(xiàn)有分散在高等院校和科研院所的國家重點實驗室、國家工程實驗室、工程研究中心等進行優(yōu)化重組，建立“產(chǎn)學研用”長效合作機制，形成分布式、網(wǎng)絡化的新型科研機構集群：作為非盈利研究機構，為全國制造業(yè)企業(yè)特別是中小企業(yè)提供技術支持，填補以高等院校和科研院所為主體的基礎研究與以企業(yè)為主體的產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新之間的鴻溝。
建議國家設立“工作母機國家實驗室”，致力于正向設計、關鍵元器件、大數(shù)據(jù)及智能技術使能軟件的研發(fā)，形成基礎研究、競爭前沿高技術研究和社會公益研究的高端智力聚集地，支撐工作母機產(chǎn)業(yè)的長遠發(fā)展及行業(yè)應用。
培養(yǎng)一批世界領先企業(yè)，發(fā)揮“龍頭”效應，形成產(chǎn)業(yè)上下游協(xié)作配套能力，帶動產(chǎn)業(yè)競爭力的整體躍升，進而形成具有世界領先技術和持續(xù)創(chuàng)新能力的產(chǎn)業(yè)集群。
引導競爭力不強的機床企業(yè)實施轉型，成為民生領域或國防軍工領域專用裝備的提供商，制造業(yè)轉型升級與智能化改造的領頭羊，制造業(yè)整體解決方案的一體化供應商。
引導中小企業(yè)向“專精特”方向發(fā)展和成長，通過稅收優(yōu)惠或金融支持鼓勵其深耕基礎零部件、材料、元器件、傳感器、各類工業(yè)軟件、以及專用裝備等細分領域，實現(xiàn)差異化發(fā)展。
文章來源：中國傳動網(wǎng)
郵箱：sales@huayuan-elec.com service@huayuan-elec.com 
傳真：0755-23505661 
深圳市寶安區(qū)松崗街道沙浦社區(qū)松江路6號科創(chuàng)工坊2棟 
