國產工業母機是怎樣煉成的
廚房裏的鍋鏟、手機的金屬外殼、汽車的輪轂、飛機的葉片……從日常用品到精密儀器，從基礎製造到尖端設備，都離不開工業母機。作為製造機器的機器，各種類型的工業母機身懷切削、衝壓、焊接等獨門絕技。
近年來，從技術創新到產業鏈協同，國產工業母機行業向高端市場進軍。工業母機自研創新難在何處？現下國產工業母機技術夠不夠用？衝刺高端製造賽道又會有哪些機遇？記者採訪了相關企業。
“機”關難過 瓶頸何在
初次聽到“岡田智能”，不少人會誤認為是日產企業，但這是家地地道道的中國本土企業。時光倒回2011年，30多個人組成的初始團隊決定成立公司。“彼時國產工業母機自研還在爬坡階段，市場被德國、日本等老牌工業國佔據。”岡田智能（江蘇）股份有限公司副總經理夏康俊説。岡田智能起步時的環境，也是國產工業母機篳路藍縷的縮影。
造出屬於我們自己的工業母機，難在哪裏？
“工業母機技術創新需要長週期積累，其中一個小技術迭代短則兩三年，遇到瓶頸三五年也出不來成果。”科德數控股份有限公司研究院院長李文慶介紹。兩次工業革命讓歐洲成為工業母機的生產中心，20世紀50年代日本已經開始數控機牀研發，而中國直到21世紀初加入世界貿易組織後，高端機牀裝備的研發才初具規模。
起步晚、研發週期長是國產機牀研發的先天難點，而隨之產生的技術壁壘又成為自研的後天障礙。
“工業母機涉及材料、機械、電氣控制、數控等多個專業領域，技術門檻極高，很多核心技術受制於人，甚至想進口人家都不賣給我們。”李文慶説。一台好機牀，小到螺絲、機械零件，大到整機組裝工藝要求極高，如果任何一個環節掉隊，就造不出好的產品。
“2008年之前，國內機牀加工領域所用的數控刀具一直被進口品牌所佔據，國內數控刀具生產研發一直被壓制。我們公司剛開始就7個人，開會一張桌子都坐不滿，什麼都缺。”力鋒精密工具（浙江）有限公司技術總經理劉孟輝説。
先天不足、後天壁壘，創新資源分散和巨大的投入成本讓國產工業母機研發困難重重。
為了扭轉被動局面，2010年前後，一批國產工業母機企業分別在各自的產業鏈環節，走上自研創新道路。力鋒精密在浙江温嶺青嶼工業區建起9畝新廠房，決心做出適用於機牀的國產數控刀具；岡田智能在江蘇丹陽組建團隊，專門進行主軸、轉枱、刀庫的自研探索……同時期，國家發改委等11部門將工程機械、機牀等列為推進再製造產業發展的重點領域，國務院將“高端裝備製造業”列為七大戰略性新興產業之一。
坐冷板凳 下苦功夫
面對工業母機產業鏈被“卡脖子”的嚴峻挑戰，乘着政策東風，國產企業潛心自研，下苦功夫。
數控系統是機牀裝備的“大腦”，尤其是高檔數控系統更是被視為戰略物資，受到西方國家嚴格的出口限制。2008年，脱胎於母公司大連光洋科技集團的科德數控正式成立，專門攻堅高端數控技術。
“數控技術難度高、出成果慢，初期人才也比較稀缺，可以説是一張研發‘冷板凳’。”李文慶説。
為了提升研發效率，研發團隊把辦公室搬到車牀邊。住在車間搞研發，在機牀旁邊跑代碼做測試；技術人員編碼完成後，立馬到機牀上執行，只為快速驗證功能的正確性，遇到疑難問題通宵達旦成了常態；初期機牀水冷系統不成熟，團隊就用醫用的點滴管，給工件一點點輸送冷卻液……
“在工廠裏待了兩年，我們終於研發出科德數控GNC系列數控系統雛形。車間冬冷夏熱，大夥兒冒着嚴寒酷暑搞研發。但是我們知道從0到1沒有任何捷徑，一分耕耘，一分收穫。”李文慶説。
雛形研發成功只是第一步，時至今日科德數控GNC系列數控系統仍然在不斷優化更新。在工業母機研發創新上，像科德數控一樣“十數年磨一劍”是常態。
“我們在15年前就開始研發圓柱全極耳電池焊接設備了，在業內率先突破了這類電池的焊接工藝技術。”逸飛激光股份有限公司工程部項目經理韓冷在車間興奮地展示着生產設備。圓柱全極耳電池近年來被新能源電池龍頭企業、主機廠廣泛關注，憑藉其更高的安全性、更低的製造成本，成為下一代電池技術重要發展方向之一。
但這類電池對承接電池焊接、切割等工序的母機設備提出了更高要求，從傳統單個或兩個極耳的點焊到全極耳面焊，技術上既要避免虛焊，又要避免焊接穿孔，同時還要精確控制焊接温度。
精度要求高，技術難度大，也沒有可供參考的先例，逸飛激光團隊一頭扎進針對圓柱全極耳激光焊接智能生產線的自研探索中。“我們可以説是十數年如一日，靠的是一步一步自主創新和工程經驗積累。”韓冷説。目前，逸飛激光可為直徑18-60mm圓柱電池提供從產品開發、工藝驗證到規模化生產的全過程解決方案，打通了圓柱全極耳電池規模化製造的路徑。
只要功夫深，“冷板凳”也能被坐熱。中國機牀工具工業協會數據顯示，截至2024年，中國工業母機產業規模已連續10餘年位居全球第一，培育出了從功能部件到主機制造的全產業體系。在國產大飛機鍛壓機、船舶超大型螺旋槳、核電汽輪機等重大戰略行業攻關中，國產工業母機功不可沒，這背後是一批本土企業的苦功夫、真本事。
自研多了 信任多了
“高端機牀我們只選進口品牌。”這是2013年科德數控成功研製出第一台自主可控的高端五軸聯動數控機牀後得到的市場反饋。“我們本來很興奮，但是市場先入為主的反應給了我們當頭一擊，當時被挖苦、吃閉門羹都是常有的。”李文慶説。
岡田智能擴大刀庫產能時也面臨類似問題。刀庫上所需要的ATC自動換刀裝置，是實現零件工序之間自動換刀的關鍵部件。“當時國內市場ATC自動換刀裝置基本採用進口，本土產品很難進入市場，但進口產品每年採購量有限且價格不可控，導致刀庫僅有的利潤都流失到了國外廠家。”夏康俊説。
技術有了，如何讓自研的技術和設備替代進口，又成了國產機牀裝備面臨的新問題。對市場來説，質量是唯一的敲門磚。
為了打響關鍵一槍，2013年科德數控研發負責人陳虎帶領團隊整月守在客户車間現場。“最終我們發現並突破了300餘項技術問題，累計完成了100多種核心零件的工藝驗證，為國家某科研院所組建了國內第一條完成進口替代的關鍵零部件生產線。”李文慶説。自此開始，科德數控的自研產品愈加齊全。機牀的“眼睛”——傳感系統裏小小一把激光尺，進口單價需要70萬元人民幣，科德數控一口氣將激光尺、激光干涉儀、磁感式編碼器等傳感部件都造了出來，再也不用高價進口；機牀的“大腦”——GNC系列數控系統已能實現每秒數千次的精確控制任務調度，細分處理過程1/5000000秒內瞬間完成……截至2024年,科德數控研製完成的40餘種高端五軸機牀已在航天科工、中國航發、中航工業等國內重點領域骨幹單位實現了千餘台批量應用,自主化率超過90%。
為攻克國產ATC換刀裝置，岡田智能聯合南京理工大學馮虎田教授團隊，發明超大型鏈式刀庫全閉環支撐結構，刀倉容刀數量突破180把，助力岡田智能刀庫產品市場佔有率一躍成為全國第一，實現了ATC換刀裝置的國產化替代，並出口韓國、日本等地。
實現進口替代，離不開國產工業母機技術的不斷迭代升級，更離不開全產業鏈協同和上下游企業的相互信任、彼此協作。
就在距離逸飛激光6公里處，江蘇遠信儲能技術有限公司的生產車間一片繁忙，從逸飛激光“走出來”的電池生產製造專機在這裏大顯身手，完成電芯上線、測厚、焊接等工序；力鋒精密自主研發的鐵工冷鋸片在市場上廣受歡迎，有客户為了搶到產品，提前把全年的款項一次性匯了過來……
中國機牀工具工業協會數據顯示，2024年上半年，中國工業母機出口額達103.8億美元，同比增長1.4%。國內外市場都更加信任國產工業母機，國產工業母機用實打實的成果敲開了國產化替代的大門。
遇“新機” 造“新機”
下了功夫，有了市場，新興產業發展也帶來機遇。那麼，現有的國產工業母機夠用了嗎？又能否把握住新機會，造出面向未來的新母機？
“目前國產工業母機在中低端市場已基本實現自主生產，但客觀來講，高端市場仍然不是我們的強項，畢竟比起發達國家，我們的積累還不夠。”夏康俊説。
高端工業母機價格昂貴，因此使用壽命和精度保持尤為重要。德國、日本等國高端機牀設備使用10年後精度保持率仍然可達95%，雖然目前國產高檔數控機牀平均無故障時間間隔（MTBF）已由600小時優化至2000小時，但使用10年期精度保持率距離進口高端產品還有一定差距。
“機牀要一邊用一邊發現問題，在應用中才能進行問題優化。以前國外企業相當於在中國市場‘練兵’，現在國產設備也進入市場‘訓練’了，中國製造門類齊全規模龐大，是國產機牀的獨特優勢。”李文慶説。
除了在應用中優化，工業母機企業也在製造源頭提升產品精度。隨着中國新一代信息通信、數字基礎設施的發展，工業母機產業鏈的高端化、智能化發展迎來了新的發展機遇。
“我們建設智能化刀具生產線，用技術手段減弱温度、濕度等不穩定因素影響，最大程度保證刀具的一致性。”劉孟輝説，優化生產流程，確保產線上第一道工序到最後一道工序可靠，讓產出來的第一把刀和最後一把刀毫釐不差，才能在機牀上保證刀具精確性。
2022年開始，岡田智能也開始“數字岡田”計劃，將生產管理系統、倉儲管理系統、銷售管理系統進行一體化智改數信息化建設。“2024年我們被評為國家級5G工廠，目前我們的客户遍佈3C、5G、新能源、汽車、船舶重工、軌道交通等行業。正是因為流程規範，產品品質才能得到用户信任。”夏康俊説。
2023年，科德數控推出針對航空發動機整體葉盤零件加工的六軸五聯動葉盤加工中心，產品一經發布，受到市場歡迎，其理論加工生產效率高於國際水平40%，並很快在中國航發西航萊特公司實現應用。這款機牀產品就來自科德數控母公司投資29億元建起的智能裝備製造產業園，園內通過“大數據+互聯網+物聯網+人工智能+智能供配電+智能環境監控”的鋪設，逐步實現各類生產設備、輔助設備互聯互通和工廠智能化管控。
“一台好的工業母機就像運動員，腦子要靈活，四肢要有力量，運動壽命還得儘可能長。要讓國產工業母機像一位優秀的運動員走得更穩、跑得更快、跳得更高，每個部件、產業鏈、人才梯隊都不能落後。”李文慶説。