智能化技术为机床产业带来的“喘息”

机床产业是工业的母机,是生产加工制造的关键设备,几乎所有的金属切削、成形过程都需要借助机床来实现,其重要性不言而喻。而机床的加工复杂度、精度、柔性和效率又可以直接决定一个国家的制造水平,因而具有非常重要的战略地位。

当下在快速发展的智能化技术的催化下,让机器思考的要求也越来越高。2003年米兰举办的EMO展览会上,瑞士米克朗公司首次推出智能机床的概念。2006年日本Mazak公司展示了具有智能化的机床之后,智能机床开始成为这个时代的主流。

Part.1

我国机床产业发展面临的三大痛点

近年来我国对机床产业高度重视,并将智能数控机床和基础制造装备行业列为中国制造业的战略必争领域之一,出台多项政策助力产业发展。但就近些年的发展来看,整个行业依然距离“振兴”有一段距离。追本溯源,到底是什么桎梏了机床产业向高端发展的动力?

>> 战略追随的悲哀

掌握核心技术和拥有关键设备制造能力是机床等制造业高质量发展的重要标志,当前我国机床产业自主研发能力不强,缺少拥有自主知识产权的核心技术严重制约着行业发展。

虽然通过消化吸收、合作生产等方式,当前已有一些数控机床能替代进口,这在表面上实现了赶超,但实际上只是一种静态的追随,还是模仿、逆向研发的产物。一旦某种中高端机床研制成功,国外的竞争对手会马上使出降价这一“杀手锏”,阻挡我们新产品商品化、产业化的进程。

>> 共性技术研发体系的缺位

而技术研发除了大量投入,还需要重组产业共性技术研究体系,以及建立产业共性技术研究开发平台。

过去中国的机床产业体系比较完整,但在院所转企业后,这一职能就慢慢弱化了。中国科学院院士柳百成指出,这就需要由国家来建立共性技术平台,支持并形成一支高水平、精干的研究队伍,重点承担产业的原创性技术、共性技术及战略性关键技术的研究开发,并建设若干个先进制造技术国家实验室和国家工程技术研究中心。

>> 中高端人才断代堪忧

业界专家提出,中国制造业需通过创新形成独特的智造技术和制造业升级路径,人才是创新体系中最核心的要素。

但是由于薪资待遇、社会地位以及新型服务业的冲击等因素影响,越来越多的年轻人不愿意选择机床等制造行业。而“十八”罗汉中的老专家们逐渐退休,同时现在很多资深人才很少能长期坚守岗位,很多人在积累了一定经验后被国外同行高薪挖走,直接造成了企业技术研发的断档。因此,国内的数控机床产业已陷入了发展得越快、人才短缺瓶颈就越凸显的尴尬境地。

Part.2

当机床遇上智能化……

中国机床产值近乎德国和日本的总和,多年来都稳居世界第一,拥有丰富的场景资源,这为我国机床产业在智能化时代的发展提供了两个核心资源——数据与场景。此外在数据建模能力方面我国也在逐渐积累优势,使得数据转变为知识再应用到具体场景中的速度不断提升。

结合这些优势,将智能化技术与机床结合,不仅可以解决人们的体力和脑力问题,在成本控制上,智能化设备也可以为企业降低成本输出,提高效率。这在《2018中国智能制造报告》中就可体现,德勤中国在对150余家生产型和技术服务型的大中型企业进行调研后发现,约三成企业表示智能制造的利润贡献率超过50%,这份数据可见智能化对制造业的积极作用。

当前在智能机床研究领域已经出现了一批开拓创新的企业,沈阳机床就是行业内较早尝试智能制造的企业之一。沈阳机床历时5年,成功研发出了“i5”系列智能机床,可以在高精度高效率加工的同时实施传输数据。

在商业模式上,沈阳机床也从传统的机床买卖、加价销售和赚取利润,转变为以“低首付”或“零首付”租赁给客户,按小时或者按加工量收费,以机床运转所传输回来的数据为结算依据,为我国机床产业的升级提供了新的思路和广阔的空间。

除沈阳机床外,现在还有不少机床企业也看到了智能制造的助推力,开始加入智能制造的队伍,以期让生产和管理实现智能化,进一步提升工作效率。

例如中国机床工具行业三大企业集团之一的秦川机床工具集团公司、首批国家级“创新型企业”武汉华中数控股份有限公司、被选为全国智能制造试点示范交流会的唯一示范现场的华中数控股份有限公司以及国内机床行业重点骨干企业济南二机床集团有限公司等等都在不断加紧对智能机床的研发创造。

国家繁荣发展离不开强大高效而且极具创新能力的制造业,制造业的崛起离不开我国机床产业的大发展。智能技术会成为我国机床产业向前发展的强力推手,机床智能化是未来发展的大趋势,只有这样我国才能够在制造强国的道路上越走越远。

Part.3

机床生产商智能化转型成功案例分享

下面分享一个天泽智云核心技术团队曾亲身参与的机床厂商智能化转型的成功案例,供参考,希望能给大家带来一点思考。

带锯机床通常用来做材料的粗切割,如将块状材料切割成不同的形状。用于切削的带锯是机床的核心部件。带锯机床的用户并不会要求其加工精度像工具机一样高,也不要求其加工的复杂性,但对其加工速度与切割平面的平整度有较高要求。

然而,带锯寿命的管理具有很大的不确定性,加工参数、工件材料、工件形状、润滑情况等一系列原因都会对带锯的磨耗速度产生影响,很难利用经验去预测带锯的使用寿命。而且由于不同的加工任务对质量的要求不同,且对质量的影响要素无法实现透明化,因此在使用过程中会保守地提前终止使用依然健康的带锯。

某带锯机床生产商通过与大量客户合作交流意识到,客户所需要的并不是机床,而是机床所带来的切削能力,其核心是使用最少的费用实现最优的切削质量,而传统带锯机床的痛点在于无法对锯带进行准时更换。

于是该厂商开始从机床的PLC控制器和外部传感器收集加工过程中的数据,开发带锯寿命衰退分析与预测算法模块,实现了带锯机床的智能化升级,为客户提供机床生产力管理服务。

在此过程中,该厂商对于产品的创新不再是单纯地以满足用户可见的需求为导向,而是以情境模拟的方式找到用户需求的空缺(GAP),思考该赋予产品哪些功能,并以突破性的创新技术研发了带锯机床锯带衰退智能监测平台,通过对数据的分析,能够对机床进行精准检测、精确诊断,比客户自己更了解客户的产品和需求。
带锯机床锯带衰退智能监测平台此案例在2014年芝加哥的国际制造技术展会(IMTS)上展出,并受到广泛关注。在2015年,带锯机床生产商推出了自己的智能化产品,同时在北美带锯机床行业的排名从第八名跃升至第一。
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天泽智云是工业智能实践者,以「让工业无忧」为愿景,提供以CPS信息物理系统为架构,以工业人工智能技术为核心的端到端解决方案,赋能企业提质降本增效减存。

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在数学和统计学裡,参数(英语:parameter)是使用通用变量来建立函数和变量之间关系(当这种关系很难用方程来阐述时)的一个数量。

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