天津市高端数控机床应用现状及对策建议

赵凤娇，张彦云，周学均

(1. 天津市高技术研究发展中心 天津300051；2. 天津市天发重型水电设备制造有限公司 天津300400)

天津市高端数控机床应用现状及对策建议

赵凤娇1，张彦云1，周学均2

(1. 天津市高技术研究发展中心 天津300051；2. 天津市天发重型水电设备制造有限公司 天津300400)

高端数控机床的有效利用是制造企业面向高端化、数字化转型升级的重要标志，也是天津市建设全国先进制造研发基地的重要需求。通过实地调研，分析了天津市五轴及以上高端数控机床的市场分布情况、机床利用率及目前存在的主要问题。同时，针对天津市科技型中小企业购置高端数控机床的迫切需要和面临的困难，提出了有效盘活资源的具体措施，以提升我市高端制造业加工服务水平；同时，提出开展云制造服务、平台架构与规范研究等重要攻关课题，旨在破解技术难题，为政府和决策部门提供参考。

高端数控机床 现状 问题 措施

0 引 言

五轴及以上数控机床的有效利用是制造企业面向高端化、智能化转型升级的重要标志之一，也是企业高端制造能力与市场竞争能力的重要体现。随着制造业规模和产品品质的不断升级，企业对高端数控机床高效高精加工能力的需求将越来越大。与一般的三轴联动数控加工相比，五轴数控机床不仅可加工一般三轴数控机床所不能加工或很难一次装夹完成加工的连续、平滑自由曲面，如航空发动机和汽轮机叶片，舰艇用的螺旋推进器，以及许多具有特殊曲面和复杂型腔、孔位的壳体和模具等，还可提高空间自由曲面的加工精度、质量和效率，符合工件一次装夹便可完成全部或大部分加工的机床发展方向。

当前天津市正在建设全国先进制造研发基地，在航空航天、先进装备制造、医学和通讯设备等领域对复杂产品及零部件进行高效高精加工的需求非常迫切，提升和共享企业高端化制造能力势在必行。

1 天津市五轴及以上高端数控机床应用现状

针对五轴及以上高端数控机床的应用状况，课题组对天津市的企业、科研院所、高校等二十多家主要应用单位进行了调研。

1.1 应用分布情况

目前，天津市拥有近400台五轴及以上高端数控机床，主要分布在大中型企业、科研院所、高校(含天津职业技能公共实训中心)等单位。其中，德国生产的五轴机床居多，如德玛吉五轴及以上数控机床，机床精度达微米级的数控机床在天津的保有量近200台，单台套价格在200～800万人民币。进口机床不仅价格昂贵，机床及配套软件、配件等采购也便利。国产五轴高端数控机床加工精度较低，其精度在0.01～0.09,mm之间，优势在于价格合适，维护服务便捷。表1统计了天津市拥有五轴及以上高端数控机床的主要单位。

表1 天津市部分单位拥有的五轴及以上高端数控机床统计Tab.1 Statistics of high-grade CNC machine tools with five axles and above in some organizations in Tianjin

上表中，具有超声功能的五轴数控机床可实现对复杂形状的硬脆材料产品或零部件进行加工。值得一提的是天津微纳制造技术有限公司已具备独立研制超声功能附件的能力，自主研发的带有超声功能的五轴数控机床已形成产品。

1.2 市场占有率

与普通机床以及三轴加工中心相比，目前，我市高端数控机床的市场占有率和利用率偏低。进口机床方面，德玛吉数控机床在天津市售出约700余台，五轴及以上机床约200台，对其自身市场的占有率不足29%,；国产机床方面，以北京精雕科技有限公司为例，目前在天津市售出机床约800余台，而五轴及以上机床约15台，对其自身市场的占有率不足2%,。由此可见，五轴及以上高端数控机床的市场占有率偏低。

1.3 应用中存在的问题

从调研情况看，目前天津市以生产为主的企业对五轴及以上高端数控机床的年利用率约为80%,，高校和科研院所对高端数控机床的年利用率仅约20%，甚至有时连续闲置达一两月。总体上五轴及以上高端数控机床利用率不足，造成大量的制造资源浪费。主要原因在于：

1.3.1 工艺能力偏低

制造加工辅助时间长，致使五轴及以上机床实际加工时间比例难以提升。五轴及以上机床闲置的原因中由于加工程序编制耗时导致的占到20%,～30%,，尤其遇到复杂形状以及难加工材料零部件的高效高精加工时编程难度更为突出。

1.3.2 宣传，管理不到位

该原因导致机床所有者不了解市场需求，致使机床闲置时间过多。如拥有五轴及以上数控机床的单位不积极寻找需求，而且自身宣传力度不够、也无意了解外部加工需求，或者拒绝提供外协加工服务。

1.3.3 操作或维护维修不当

该原因导致停机检修，造成开工率低下。由于购买五轴及以上数控机床的单位缺少技术过硬的专业维修人员，机床一旦出现故障，不得不等待机床厂商的专业维修人员，从而造成机床的长时间停机。

2 中小企业制造能力高端化需求分析

据调研，天津市中小企业达14.5万家，占全市GDP的70%,，就业率的80%,左右，在天津市经济发展中占有举足轻重的地位。中小企业为了自身的发展，需要快速、动态地响应市场需求，开展灵活的个性化设计并应用与之配套的高端制造技术。但五轴及以上数控机床的价格昂贵，导致中小企业难以承受；同时缺乏高端数控机床操作及维修维护能力，也严重制约了中小企业制造能力的高端化进程，从而失去抓住市场和发展的良机。因此，改变制造增长方式要求中小企业集中调剂和有效利用外部制造资源，将资金和精力专门用于打造和提升核心制造能力，实现制造资源的可持续均衡利用。

笔者认为借助云制造模式，构建聚集高端制造资源的云服务平台，以“轻资源化”方式满足企业规模快速扩张时期对高端制造资源的倍增式需求，最终实现面向创新型制造企业集群的制造资源能力服务共享。

3 对策与建议

基于上述调研与分析，可得出如下结论：

天津市拥有大量闲置的高端制造资源，同时中小企业对高端制造能力的需求日益增长，因此有必要组织成立覆盖大型企业、科研院所、高校的天津市中小企业高端制造能力服务联盟，通过搭建高端数控装备云制造服务平台，聚集区域内闲置的五轴及以上数控装备，面向中小企业提供工艺设计、加工制造以及远程监控诊断服务，从而帮助中小企业克服资金不足导致的加工能力短板，盘活区域内的高端制造资源，提升天津市中小企业高端制造能力；实现区域内高端制造资源的优化配置，降低高端制造成本；有助于形成高端制造服务生态体系，促进传统企业向制造服务方向转型升级，促进面向高端制造工艺服务的中小企业发展。

围绕以上目标，建议开展产学研紧密联合的技术攻关，主要进行以下几方面的研究。

3.1 开展云制造服务模式、平台架构与规范研究

3.1.1 云制造服务平台通用架构

研究云制造服务平台层次结构以及结构化、多层次、可拓展、开放式的云制造服务平台通用架构，为不同产业、行业和领域云制造服务平台的构建提供参考。

3.1.2 云制造服务平台技术、管理和服务规范

为平台的开发、运行与管理提供统一的标准和技术规范，研究制定资源类、服务类、业务类和基础类4类规范。

3.1.3 云制造服务盈利模式

面向创新型产业集群的云制造服务平台可以提供研制协作服务、生产协作服务、大型设备/能源远程监控/诊断服务以及公共信息服务等，与第三方网络运行商合作，通过向服务需求方收取服务租用费，向广告商收取广告费，实现平台盈利。

3.2 开展云制造服务平台关键技术研究

3.2.1 高端制造资源虚拟化接入监控与调度技术

突破面向五轴及以上高端数控机床等制造资源感知的虚拟化技术以及自主式云端适配接入技术，建立智能化资源调度与管理系统，实现加工装备的实时感知、信息交互、状态监控以及远程故障诊断等。开展云制造模式下制造资源服务化组织与执行过程监控方法的研究，实现面向区域内高端制造装备及工艺的优化配置与敏捷化重构组合，破解企业高效高精加工装备分布不均衡导致的发展瓶颈，盘活区域内高端制造能力。

3.2.2 开发基于云服务模式的工艺制造知识服务系统

研究面向复杂产品的DFM设计技术与工艺知识建模获取与组织融合技术，支持知识检索和重构；研究加工特征识别及建模、工艺匹配推理算法，实现工艺与加工特征的精准匹配；开展知识服务技术研究，实现工艺知识的重用与推送、工艺知识的生态化管理；开发复杂产品高效高精加工工艺知识服务系统，促进传统制造企业服务化转型，推进天津市中小企业的高端化制造水平。■

［1］ 周延佑，陈长年. 新理念催生新结构[J]. 制造技术与机床，2015(6)：55-59.

［2］ 侧卫，晓立. 高端数控系统应用调查报告[J]. 航空制造技术，2009(16)：54-55.

［3］ 熊永超，陶勇. 国产数控机床现状及发展趋势[J]. 煤矿机械，2006(3)：34-35.

［4］ 宗合. 机床突破需剑指高端[N]. 中国船舶报，2009-07-24(007).

［5］ 周延佑. 数控机床发展新趋势与我国相应的对策[J].机械工艺师，2011(2)：5-6.

High Grade CNC Machine Tools in Tianjin: Developing Status and Suggestions

ZHAO Fengjiao1，ZHANG Yanyun1，ZHOU Xuejun2
(1. High Technology R&D Center of Tianjin，Tianjin 300051，China；2．Tianjin Tianfa Heavy Machinery—Hydropower Equipment Manufacture Co.，Ltd.，Tianjin 300400，China)

The effective use of high-grade CNC machine tool is not only an important sign of manufacturing enterprises’transformation and upgrading towards high-end and digitalization，but also a significant demand of the national advanced manufacturing and R&D base construction in Tianjin．Based on field research，the paper analyzes market distribution，utilization，and main problems of the high-grade CNC machine tools with five axles and above in Tianjin．According to the requirements of high-grade CNC machine tools for small and medium sized enterprises，it proposes specific measures to solve the problems by making an inventory of resources，improving the manufacturing level of service and actively carrying out the cloud manufacturing service，platform architectures and normative research，which provides a reference for the government and its decision-making departments.

high grade CNC machine tool；developing status；problem；measures

TG434

A

1006-8945(2016)06-0004-03

天津市重点高新技术领域发展跟踪研究及数据库建设(天津市科技计划项目12ZCZDTC00200)。

2016-05-12