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近年來，我國數(shù)控機床產(chǎn)量的增速遠超過GDP的增速，這當中市場容量、固定資產(chǎn)投資規(guī)模以及出口市場拓展等多方面因素起到了有力的推動作用。2008年上半年初開始，出現(xiàn)了國產(chǎn)數(shù)控機床銷售率下降、庫存量增大、訂單量減少的徵兆，至下半年這一勢態(tài)更漸趨擴大。進一步分析還可看到，產(chǎn)量增長率的下滑遠大於產(chǎn)值的下滑，且進口額反而有同比增加的趨勢，這個現(xiàn)象進一步說明市場對大型和高性能的數(shù)控機床有較大需求，同時也反映出國際金融危機下加強國產(chǎn)數(shù)控機床競爭力已刻不容緩。
有沒有穩(wěn)妥的策略方法能夠切實推進數(shù)控機床的產(chǎn)值和經(jīng)濟效益的持續(xù)成長？筆者以為，當務(wù)之急是要通過提高技術(shù)含量來增加產(chǎn)品附加值。日本就是一個很好的樣板，該國數(shù)控機床數(shù)量雖少於我國，但產(chǎn)值仍穩(wěn)居世界首位，平均單臺數(shù)控機床的產(chǎn)值約為我國的3倍。可以看到，不斷地提升產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和可靠性，深化產(chǎn)品技術(shù)服務(wù)內(nèi)涵，是增強國產(chǎn)數(shù)控機床市場競爭力的重要途徑。
國產(chǎn)數(shù)控機床及其構(gòu)成柔性生產(chǎn)線的能力有待提高
上世紀70年代起形成的以數(shù)控技術(shù)為中心的柔性制造技術(shù)，在本世紀仍將持續(xù)發(fā)展并成為加工技術(shù)發(fā)展的主流。在發(fā)展多樣化的適用產(chǎn)品、實施中大批量生產(chǎn)時，柔性生產(chǎn)線的優(yōu)勢尤為明顯，它們在可重構(gòu)制造(Reconfigurable Manufacturing)技術(shù)支持下構(gòu)建的制造系統(tǒng)具有高效柔性化的特點。通過發(fā)展可重構(gòu)的多刃、多面復合加工的制造裝備，并針對加工對象的特徵，對制造系統(tǒng)實現(xiàn)快速重組，能夠更敏捷而經(jīng)濟地適應(yīng)不確定市場對產(chǎn)品多變的需求，從而保證市場所需產(chǎn)品能迅速投放上市。
通過中型加工中心的性能對比，顯示出國內(nèi)高速數(shù)控機床及其構(gòu)成柔性生產(chǎn)線，與國外同類產(chǎn)品的主要差距。顯而易見，國產(chǎn)數(shù)控機床的可靠性與精度壽命急需提高。而根據(jù)2005年對國產(chǎn)品9種普及型加工中心和數(shù)控車床檢測統(tǒng)計結(jié)果，在可靠性方面，國產(chǎn)機床的MTBF（平均無故障運行時間，Mean Time Between Failures）大部分僅為600-700h。同時，也對9種國產(chǎn)加工中心和數(shù)控車床的精度壽命（Tmk）進行測試與預估，發(fā)現(xiàn)兩個問題：首先，9種機床的Tmk的差異接近1倍；而且大部分Tmk在高負載的兩班制條件下，精度保持也只能達到2年。
汽車制造業(yè)作為數(shù)控機床的主要用戶，約占其消費額的40%左右，國產(chǎn)機床在構(gòu)建先進柔性生產(chǎn)線方面的能力亟待增強。
且讓我們關(guān)注一下在汽車行業(yè)大顯身手的柔性生產(chǎn)線（AFTL）——它按照敏捷制造單元（AMC）構(gòu)建而成，主要特徵有以下三點：(1) 以多臺功能相同且具有工序集中的數(shù)控機床如高效精密加工中心組成單元。(2) 應(yīng)用二維物料輸送裝置使各工位加工的單元構(gòu)建成生產(chǎn)線。(3) 其優(yōu)點在於高柔性、高可靠性和利用率。比如德國Hueller Hilte制造的缸蓋生產(chǎn)線，MAKINO美國公司制造的ABS生產(chǎn)線等。
在海外，RMS（可重構(gòu)生產(chǎn)線）方面的研究應(yīng)用已走在了前面，表2顯示了RMS的基本結(jié)構(gòu)及目標市場定位。美國國家科學基金會早在1996年便在密歇根大學成立了RMS工程研究中心，現(xiàn)已邁入工程應(yīng)用階段。我國還需結(jié)合國情迎頭趕上，通過更好地發(fā)展新一代生產(chǎn)線，適應(yīng)多變且具有不確定性的市場需求。
在拓展柔性生產(chǎn)線應(yīng)用的實踐中不斷使其完善，可采取如下一些切實可行的舉措和手段。
1. 開展可靠性設(shè)計、研發(fā)可靠性測評技術(shù)
推進數(shù)控機床的可靠性與精度設(shè)計，確定合理的精度裕度，加強全面質(zhì)量管理，切實保障數(shù)控機床可靠性和精度壽命的增長。實際上在我國，普及型加工中心和數(shù)控車床的MTFB在20年中平均增加了3到4倍，但是由於汽車制造業(yè)的高效生產(chǎn)條件，還會不斷對其提出更高要求。
一般而言，數(shù)控系統(tǒng)（包括數(shù)控裝置、伺服單元和主軸電機及控制單元等）的故障率通常占數(shù)控機床全部的25-40%。它的無故障運行時間的增長對數(shù)控機床的可靠性起重要作用。日本FANUC公司的數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過10年努力，其返修率從1985年的11.5%(相當於MTBF為8.5個月)變成1994年的 0.8%（MTBF為125個月），可靠性足足增加了13.5倍。
而數(shù)控系統(tǒng)主要的故障模式為元器件損壞、主軸控制失調(diào)和伺服進給系統(tǒng)失調(diào)等。導致數(shù)控機床故障概率增大的原因分為如下三方面：（1）數(shù)控系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的電子元器件和編碼器，檢測裝置等失效。（2）自動化功能部件如自動換刀裝置、回轉(zhuǎn)刀塔和監(jiān)控裝置等失效。（3）動力源控制裝置復雜，其電、氣、液等控制閥和開關(guān)增多，使失效機率增大。
可見，數(shù)控機床可靠性涉及的因素廣，需應(yīng)用系統(tǒng)工程的方法從設(shè)計、制造、裝調(diào)、調(diào)試、測評和交驗等整體流程予以控制改進，才可能獲得可靠性的明顯增長。
2. 生產(chǎn)線可靠性設(shè)計方法及評價指標
生產(chǎn)線中1臺設(shè)備出現(xiàn)的故障，將會導致線中其他設(shè)備出現(xiàn)次生停機（Secondary Downtimes），特別是當生產(chǎn)線按“串聯(lián)”形式組成時，這種現(xiàn)象尤為明顯。為保障生產(chǎn)線較高的利用率，對生產(chǎn)線的可靠性設(shè)計需要建立如下四項平臺技術(shù)。
(1) 研究制定生產(chǎn)線潛在停機模式及危害性分析（DMEA）指導資料（手冊）。
(2) 根據(jù)生產(chǎn)線的各工位布局和對利用率（Availability）的要求，應(yīng)用仿真技術(shù)得出各工位設(shè)備MTBF和技術(shù)利用率ATS的合理指標。
(3) 發(fā)展數(shù)控機床的FMEA（潛在故障模式及後果分析）技術(shù)，并針對故障特徵、構(gòu)建各類數(shù)字化工程分析技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)對設(shè)備結(jié)構(gòu)、制造與裝配質(zhì)量的優(yōu)化設(shè)計。
(4) 發(fā)展數(shù)控機床的RCM（基於可靠性的可維修性）設(shè)計技術(shù)，以減少MTTM（平均故障修復停機時間）。
3. 數(shù)控機床精度壽命設(shè)計技術(shù)
機床作為加工機器的機器，其精度及精度保持性是一個核心指標。精度的變化主要取決於四個方面：(1)摩擦磨損；(2)間隙和預緊條件變化使動態(tài)特性下降；(3)熱力作用引起熱變形；(4)構(gòu)件內(nèi)應(yīng)力釋放使制造精度降低。為此，從這四方面手，就能控制有損精度壽命的源頭。
除了以上列述的幾項有益於拓展柔性生產(chǎn)線應(yīng)用的舉措，其他需要研究的技術(shù)以及需制定的規(guī)范還包括：數(shù)控機床可靠性和精度壽命的測試技術(shù)，促進數(shù)控制造裝備技術(shù)性能提升和可靠性增長的試驗規(guī)范；有關(guān)敏捷化可重構(gòu)柔性自動生產(chǎn)線的集成技術(shù)，全面優(yōu)化生產(chǎn)線的規(guī)劃設(shè)計；設(shè)定可靠性及精度壽命指標的預期目標，等等。
例如，預期目標方面，我認為我國業(yè)界應(yīng)能在3至5年內(nèi)達到以下目標：
(1)對於設(shè)備而言，MTBF2000h；MTTM10h；Cmk2.0；Tmk4年(兩班制)；
(2) 如果是生產(chǎn)線，利用率ATS85%，。
對話盛伯浩先生：共性技術(shù)與專業(yè)技術(shù)雙管齊下 盡快縮小與發(fā)達國家的差距
記者：目前普遍認為我國的自主研發(fā)水平尚落後於發(fā)達國家，您認為，這個差距究竟有多大？
盛伯浩：以汽車行業(yè)為例，汽車制造用柔性生產(chǎn)線尤其是汽車發(fā)動機制造方面，我國的自主研發(fā)能力與國際先進水平約有20年差距。這也是為什麼我強調(diào)要加快攻關(guān)柔性生產(chǎn)線關(guān)鍵技術(shù)，而只有全面推進了高效精密數(shù)控機床的發(fā)展，才能確保為汽車制造業(yè)提供優(yōu)質(zhì)的國產(chǎn)成套制造設(shè)備。
記者：我注意到您也提議了一些具體方案，力求讓國產(chǎn)數(shù)控制造裝備及其組成的生產(chǎn)線能夠較好滿足制造業(yè)需求。比如建立數(shù)控制造裝備性能測評和可靠性測試的測試中心等等。
盛伯浩：對的，通過設(shè)定切合國情的參考標準，并以之為門檻進行衡量，可以達到控制和保證機床的基本水平的目的，推動更多企業(yè)達到較高技術(shù)水平。比如說設(shè)定一個目標，MTBF從1000h發(fā)展為2000h，一般要3到5年時間，當然這還僅是部分有實力的企業(yè)優(yōu)先達標。而且這個標桿也是水漲船高的，隨我們技術(shù)和工藝手段的增長而逐步提高。
以上文提到的柔性生產(chǎn)線的研發(fā)為例，應(yīng)該有實現(xiàn)跨越式發(fā)展的決心和勇氣。為此，我們有必要建立研發(fā)的專業(yè)隊伍，設(shè)定階段性目標，在前期先發(fā)展敏捷柔性生產(chǎn)線，同時對可重構(gòu)生產(chǎn)線進行工程研究。而在這個過程中，集結(jié)產(chǎn)、學、研、用的優(yōu)勢力量將是一條很好的途徑。
記者：確實，業(yè)界對產(chǎn)學研的期待和呼聲都比較高，比如對相關(guān)數(shù)控機床的一些基礎(chǔ)共性技術(shù)，如能集中力量予以突破，對於縮小我國與發(fā)達工業(yè)國家的差距而言，應(yīng)該是相當有益。
盛伯浩：不可否認，我國在基礎(chǔ)研究方面還是比較薄弱的。“共性技術(shù)”指各類數(shù)控機床普遍存在的問題，如可靠性、精度、壽命等技術(shù)。正由於其具有普遍性，且在不同產(chǎn)品中又會呈現(xiàn)不同形態(tài)，最好是組織聯(lián)合攻關(guān)，以取得事半功倍的效果。
這如果讓單個企業(yè)獨立運作就顯得很困難，從現(xiàn)實角度考慮，企業(yè)必須要應(yīng)付市場競爭，如果一個企業(yè)耗時耗力研究了對大家都有益的共性的技術(shù)難關(guān)，相對而言，他自己的投入和產(chǎn)出效益比例并不一定很高。這是一個很尷尬的現(xiàn)實問題。
記者：一般而言，核心技術(shù)可分為兩大類，除了基礎(chǔ)共性技術(shù)，還有專用性技術(shù)，比如五軸聯(lián)動機床的刀具位置補償技術(shù)，各類機床的工藝應(yīng)用技術(shù)等都歸屬此類。這方面的提高該怎樣實現(xiàn)？
盛伯浩：這其實并沒有捷徑，得常年積累。當然，現(xiàn)在我國的加工能力、工藝條件和資金環(huán)境都在逐步改善，但要真正達到國際水平還有很長的路要走，因為本國的制造商還沒能達到較高水平。國外這方面的發(fā)展其實也是建立在相當長的工業(yè)發(fā)展歷史之上的，不斷改進細節(jié)以趨完善。
有人說可以借鑒仿制，可是簡單地照搬別人的設(shè)計是不可行的，因為你不可能知道人家在裝配中注意了哪些環(huán)節(jié)，達到了怎樣的精確度，甚至哪些項目要檢查等等，這些機密的“Know how”，你也是不能完全掌握的。但我們確實能借鑒國外經(jīng)驗，比如他們早在產(chǎn)品設(shè)計階段已考慮如何讓成品達到較高可靠性，并以此為標準來衡量設(shè)計的可行性和優(yōu)劣，而不是說走到哪算哪。而我們在借鑒的同時，一定要注意通過測評、分析來完成消化、吸收和提高。
記者：有這樣一種說法，我國的機床制造水平目前是“貌似而非神似”，應(yīng)該就是您所強調(diào)的，光靠仿制是學不到人家的“精神氣”的，這可能也正是為什麼買家更愿意購入進口機床，主要是擔心國產(chǎn)品的質(zhì)量不是很可靠，靈活性不太強等等。
盛伯浩：專業(yè)技術(shù)的提升確實需要在整個制造業(yè)的發(fā)展長河中不斷孕育。比如說機床結(jié)構(gòu)的設(shè)計就是很專業(yè)的領(lǐng)域，特別是具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計往往相當困難。說直白一點，光是靠聰明的大腦去想，有時也是沒用的，心 沒底，就一定得做實驗驗證。
那麼，這些工作讓誰做呢？單個企業(yè)技術(shù)攻關(guān)有一定困難，如果交給學校做，在短短的教育培養(yǎng)間隙做此研究也并非易事。在德國，則分為學校、研究機構(gòu)和企業(yè)三個層次。一是企業(yè)本身很有實力，有自己的科研所和實驗室；學校則負責把握新的思想和潮流；如果實在有的企業(yè)難以進行成果轉(zhuǎn)化呢？還會有專業(yè)的研究機構(gòu)來幫你完成成果轉(zhuǎn)換。
記者：確實，現(xiàn)在大家都強調(diào)科研一定要以企業(yè)為中心，徹底將科研成果推向?qū)嵱谩？扇绻愕难芯?0年、20年後才能見效，就沒有資金愿意支持。最好是說2、3年開發(fā)周期的產(chǎn)品，頂多也就5、6年，那麼有企業(yè)愿意接受。何況在過去幾年內(nèi)，大家都在爭擴產(chǎn)能。
盛伯浩：這是個矛盾。何況當前金融危機之下，機床行業(yè)更應(yīng)該一步步地發(fā)展，不可能很多東西同時起步。企業(yè)如果看不到確定回報，就很難爽快地去投資，資金是個問題。也即，啟動攻關(guān)項目必須遵循一定步驟，如果大家都涌入同一領(lǐng)域，每家的投入力度都不強，很多科研課題就會重復做，而實際上只有那些做到應(yīng)用階段的，才能看到一些成果。
從日本的經(jīng)驗看，他們幾十年來在導軌研究方面做了大量基礎(chǔ)工作，這帶來的好處見效雖慢，但影響深遠。在中國往往是產(chǎn)能遮住了我們的視線，現(xiàn)在有能力擴產(chǎn)了，就靠產(chǎn)量去競爭，而不是倚重質(zhì)量。當然，我們也有學校做研究，但市場要求你研究的時間又不能太長，那麼短期內(nèi)能完成什麼呢？大多是一些模擬性的東西，取得的是階段性的試驗性成果。從這個角度看，企業(yè)、學校各有所長各有所短。
記者：國外的核心技術(shù)一般都不會透露給我們，那是否可以在用他們的產(chǎn)品或是合作的過程中偷師學藝，不斷地積累？
盛伯浩：當然，這樣可以積累到一些實際使用的比如裝配上的秘訣，加工工藝流程中的精度管理等。但是，就像我們感嘆的那樣，往往是單獨的零部件精度是沒問題，但湊在一起就不滿足精度要求了—這歸根結(jié)底還是設(shè)計方法的問題。所以，要不斷地更新設(shè)計方法，現(xiàn)如今的設(shè)計也都嚴格要求考慮動態(tài)設(shè)計、熱能設(shè)計、可靠性設(shè)計。其實有關(guān)專業(yè)技術(shù)，在國外也不是所有資料都公開—雖然基本原理是公開的，但實際予以評判的參數(shù)會有各種變化和訣竅在里面。
同時，我們還可以聘請有經(jīng)驗的海外技術(shù)工程師來傳遞技能，在此基礎(chǔ)上，自己再不斷地在實踐中摸索、驗證。國內(nèi)有一種現(xiàn)狀就是只要圖紙出來就行，以偏概全，這存在一些問題，但我們并不排斥這種方式，因為這是發(fā)展過程中的正常現(xiàn)象，也是縮短我們與國外機床水平之間距離的一個方法。
不容置疑的是，在產(chǎn)品制造的整個階段中，我們都必須考慮周全，將設(shè)計和制作規(guī)范化，把影響控制因素逐步變成規(guī)范和標準的約束對象。為什麼要強調(diào)工藝研究的重要性？因為只有把薄弱環(huán)節(jié)找出來，并按照一定的規(guī)范將工藝固定化、凝結(jié)在設(shè)備 ，才能切實提高制造水平。這會是一個漫長的過程。
記者：也就是說，我們可以借助外力，但自己也一定要認認真真地研究、考察，做好長時間積累的思想準備。
盛伯浩：是的。比如我們研究別人的機床時，要考慮它的各種負荷情況如何，比國內(nèi)的到底好在哪？需要改進的地方又是什麼？國外也無非是這樣，一年一年地積累提高，不可能一蹴而就。值得借鑒的是，國外一直很重視設(shè)計，哪怕是一個元件的設(shè)計，也會用幾種新工藝去嘗試、推敲。
怎麼積累，怎樣不斷地發(fā)展，可以舉個小例子。比如說加工中心、數(shù)控機床有很多功能部件，過去傳統(tǒng)機床的部件之間大多通過機械連動，很少說把一個結(jié)構(gòu)孤立出來做，因而只能做一些特別標準的東西。然後到了機電一體化以後，每個部件都有獨立功能，相互間的聯(lián)系是通過電的聯(lián)系——當然，以後能有無線的聯(lián)系會更好。這些新的變化在早期都會出現(xiàn)一些不穩(wěn)定的問題，但隨水平的不斷提高，每個都能自成其獨立的單元。這樣的漸變過程，對於提升機床的質(zhì)量來說無疑是相當有益的。
