夯实核心技术基础,让机床搭上新技术的顺风车

作者:赵亚楠
  点击数:3411  发布时间:2019-06-04 11:19
初识刘宇凌,是在2019年第十六届中国国际机床展览会(CIMT2019)期间,这位北京北一机床股份有限公司(以下简称北一机床)原总工程师,现场分享了“智能+数控机床”发展的精彩见解,随后记者获得了采访他的机会。交谈中,这位重型机床技术专家,低调谦和,干净利落,“其实我没什么可写的,说说北一机床和国内机床的一些情况倒是可以,我有些不成熟的见解和大家一起探讨。”这位随和、爱笑、严谨的总工程师,用真性情开启了他的分享。
关键词:人工智能 ,工业互联网 ,数控机床

初识刘宇凌,是在2019年第十六届中国国际机床展览会(CIMT2019)期间,这位北京北一机床股份有限公司(以下简称北一机床)原总工程师,现场分享了“智能+数控机床”发展的精彩见解,随后记者获得了采访他的机会。交谈中,这位重型机床技术专家,低调谦和,干净利落,“其实我没什么可写的,说说北一机床和国内机床的一些情况倒是可以,我有些不成熟的见解和大家一起探讨。”这位随和、爱笑、严谨的总工程师,用真性情开启了他的分享。

扎根一线,数十年如一日

自上世纪70年代进入北一机床至今,刘宇凌见证、参与、推动了北一机床从普通机床逐步走向数控化的发展历程。他虽已退休,如今依然奋战在科研一线。“普通升降台铣床曾是北一机床的标志性产品,代表了国内此类机床的最高水平。然而,随着机床数控化的进程,市场对此类机床的需求愈来愈小,这就要求我们必须寻求替代的产品,科研是永无止境的,”刘宇凌告诉记者。

北京北一机床股份有限公司原总工程师刘宇凌

在他看来,夯实核心技术基础,是北一机床在重型机床领域占据一席之地的有力证明。以刘宇凌参与研制的重型数控龙门铣床为例,其也曾代表了国内此类机床的最高水平,它以静压导轨/静压蜗杆副/自动换附件头滑枕为技术特征。通过近年来的发展,此机床产品的规格从加工宽度5米到达10米以上,从铣镗功能发展到车铣镗复合功能,目前已形成基于龙门结构的铣车复合机床及基于立车结构的车铣复合两大系列产品,可以满足核电、冶金、工程机械等加工超大超重的工件加工需求。“此外,提升技术创新能力也是机床企业谋求发展的先决条件,”刘宇凌强调。北一机床注重研发与创新,不断调整产品研发和业务发展以适应多样化的市场需求。以航天航空领域为例,该领域对复杂零件的要求不断提高,对先进的多轴与复合化机床需求不断增大,北一机床的重型机床也向着轻量化、多轴化及良好动态性能的方向发展以积极应对。

正视机床行业面临的机遇与挑战

长期以来,国内机床行业大而不强,多而不精,国内的机床产品处于高端失手,低端竞争的局面,已经是普遍的业内共识。近年来,在国家科技重大专项的推动下,目前这种局面有所改善,国内机床产品逐步抢占市场,但与国外的先进产品比,仍有较大的空间需要努力。

在刘宇凌的眼中,国内机床行业发展迎来的机遇在于“中国制造2025”战略在制造业的快速推进与落地,促使如核电、航空、航天、船舶、铁路交通等行业取得了重大突破与骄人成果,随之而来对机床的性能、规格、精度、控制及服务等诸多方面提出许多新的需求,“这其中的部分需求仅仅靠跟踪国外先进产品也找不到答案,而这将成为推动国内机床创新发展的机遇与动力。”

在寻求到机床发展的机遇之时,挑战也接踵而至。刘宇凌表示:“这种挑战主要来源于三个方面,一是如何及时了解用户的新需求并快速响应,培养为用户提供解决方案的能力,这需要与用户密切的合作;二是如何提升机床企业自身的创新能力,包括产品开发设计、工艺技术、工匠水平及与服务能力,这些能力的背后是企业所形成的核心竞争能力;三是如何弥补上游产业的短板,包括核心功能部件与元器件,这需要机床企业与供应商密切合作攻关。言易而行难,不仅需要几代人始终如一的付出,还有企业良好的经营保障做铺垫。”

技术创新,打铁还需自身硬

众所周知,做行业的跟随者容易,而做创新者往往是困难的。创新,是行业老生常谈的话题,我国机床行业发展薄弱的原因之一就是创新不足。创新力不够,没有核心技术,无法打破技术垄断,很难走上高精尖。因此,“打铁还需自身硬,”刘宇凌再次强调,机床行业应重视开发设计、工艺技术及工匠水平等内在核心技术。国外技术先进的机床企业,无论规模大小,做整机或是部件,均拥有其独特的核心技术,哪怕是规模及体量小的公司,所具有的核心竞争能力也是世界性的。这些核心技术的形成往往是经过几代人多年坚持不懈的探索与积累。“反观国内的企业,无论大小,缺乏具有世界竞争能力的核心技术是主要差距之一。此外,国内企业缺乏一大批术业有专攻的中小企业群,产品同类同质化严重,导致中国机床在世界机床行业始终徘徊在中下游。”刘宇凌言道。

拥抱新技术,重视国产机床的应用

当前,人工智能、工业互联网技术与数控机床的融合,对机床行业来说应是补课与创新并举。机床行业本应有意识在这方面走在前列,尤其是应该思考机床企业自身在生产制造过程中如何补课,如何先行一步。正如一些机床企业的产品采取首先在本企业应用与验证,再推向市场的举措一样,人工智能、工业互联网技术在机床产品的应用亦应如此,先自用再推广,这样才能提供适应融合发展的市场需求。“遗憾的是,机床企业在这方面需要补的课太多。”刘宇凌建议,首先应支持、鼓励机床产品应用国产数控系统。国外知名品牌的数控系统是先进的,但在其基础上的应用与开发基本是跟随型的,要想创新还需要立足国产系统。其次,应鼓励机床企业加大自身在人工智能、工业互联网等新技术应用的技改力度,扩大应用,提升企业在机床制造中的竞争力,以积累经验,提高水平,从而更好地适应市场发展的需求。

长期专注重型机床的技术与研发,在谈到重型机床的智能化发展之路时,刘宇凌认为新技术可以用来解决现有重型机床存在的困惑。他解释道,一是需要考虑重型机床尺度大、投资大的特点,这要求高大的厂房与大吨位吊车与之匹配,重型机床往往是一个企业的基础核心装备,其规格与功能代表了企业的制造能力,企业对其重视程度远大于一般的中小机床。用户更关注产品的初期可靠性,制造商的服务能力。因此在机床维护、故障诊断与维修等方面可以考虑利用人工智能、大数据、云计算等技术。二是重型机床加工的工件废不起,特别是某些特定材料的加工,工件毛坯十分巨大而且昂贵。因此机床在加工过程中的驱动稳定性、加工工艺的优化、加工表面质量的控制、刀具的磨损监控以及自动更换主轴单元与自动换刀等控制防止干涉等,可以考虑采用数字孪生技术来统一解决。三是局部的精度优化,如热变形问题,由于大的空间尺度,整个机床的热变形控制几乎不太可能,也不能要求用户提供一个大尺度的恒温环境,因此在精度敏感方向的局部精度优化也可能是应用人工智能的方向。四是,随着重型机床适应多轴加工、复合加工的发展需求,重型机床不仅仅要求大扭矩,同时还要求良好的动态性能,这是大运动惯量的重型机床开发中一个两难的问题。此外重型机床的驱动种类也是多样的,如同步双驱、多电机主从驱动及将来可能的直驱技术应用,实现驱动智能化也是一个可能的方向。

“市场要求我们能够与时俱进,这是一个最好的时代。当我们能够抓住机遇,积极拥抱新技术,稳中求变谋得中国机床的出路,做强技术创新,强化上下游,那么中国机床迈向‘高精尖’发展的未来将是可以期待的。”刘宇凌总结道。

摘自《自动化博览》2019年5月刊

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