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文/西門子（中國）有限公司數(shù)字化工業(yè)集團運動控制事業(yè)部機床數(shù)控系統(tǒng)總經(jīng)理  楊大漢

經(jīng)歷了2001年到2017年的快速發(fā)展，過去幾年，中國數(shù)控機床行業(yè)進(jìn)入了一個需求量下滑，行業(yè)競爭激烈的艱難周期。我從市場上的一些公開數(shù)據(jù)看到，中國每年有大概600-700家數(shù)控機床廠在市場上消失，而每年又有500-600家機床企業(yè)涌入這個市場，且無論企業(yè)性質(zhì)，企業(yè)規(guī)模如何，亦或擁有多么輝煌的歷史，無一不在這個動態(tài)市場中大浪淘沙。

但如果對看似下行的“基本盤“進(jìn)行分析，不難看出需求下降的主要是簡易、低成本、低精度、功能簡單的數(shù)控機床，而中高端機床的需求其實在逆勢增長。

這也能很好得解釋了中國機床市場出現(xiàn)的兩種變化：一方面，越來越多中國本土機床制造商在尋求產(chǎn)業(yè)升級，轉(zhuǎn)型，并逐步向著由進(jìn)口機床制造商主導(dǎo)的中高端領(lǐng)域邁進(jìn)；另一方面，中國機床出口的主要市場已經(jīng)由發(fā)展中國家開始向歐洲市場轉(zhuǎn)移，并成為汽車等領(lǐng)域一些頂級制造企業(yè)的供應(yīng)商。這說明，只有那些快速創(chuàng)新，積極升級轉(zhuǎn)型的企業(yè)才可能贏得市場，已經(jīng)成為大家的共識。

虛擬調(diào)試為機床創(chuàng)新破題

在機床行業(yè)里面進(jìn)行創(chuàng)新具有很高的風(fēng)險成本。很多情況下，機床企業(yè)開發(fā)一個新的機型，通過工藝性驗證進(jìn)行完善，最終推向市場并形成規(guī)?；瘧?yīng)用的比例不足一半。缺乏實驗驗證能力和條件是國內(nèi)傳統(tǒng)機床企業(yè)的普遍難題。

其實借助計算機進(jìn)行機床3D模型設(shè)計已經(jīng)是一項很成熟的技術(shù)，但是，目前機床特別是五軸機床在真實切削環(huán)境中的行為難以用計算機模擬。而虛擬調(diào)試可以解決工藝性驗證這一問題。

借助西門子數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)字化雙胞胎技術(shù)為機床創(chuàng)建一個數(shù)字化映射，用戶可以在計算機對機床進(jìn)行很多結(jié)構(gòu)上的調(diào)整，機床完成設(shè)計后也可以作為一個虛擬機床對零件進(jìn)行真實的切削加工。虛擬調(diào)試并不是一個仿真工具，它重新定義了一臺機床的設(shè)計、驗證和評估的全新方法和視角。

我相信未來十年，機床設(shè)計數(shù)字化和機床工藝驗證數(shù)字化，最終機床應(yīng)用效能數(shù)字化這三個重點領(lǐng)域?qū)⒂芯薮蟮陌l(fā)展和變化，這也將是中國市場機床數(shù)字化制造的黃金十年。

忽略核心過程的數(shù)字化，價值都是有限的

機床工業(yè)的數(shù)字化通常分為兩個方向，一個方向是通過對生產(chǎn)現(xiàn)場全過程的數(shù)據(jù)采集，把物流信息、工藝信息等整合到一個平臺之上，再用算法對這個生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化。例如機床的開機信息，機床的綜合使用效率等就屬于這個范疇。另一個方向是動態(tài)響應(yīng)，即實時地對切削過程進(jìn)行分析優(yōu)化，解決的是刀具的轉(zhuǎn)速、扭矩，起刀、轉(zhuǎn)彎在一個曲面上，在一段時間內(nèi)還能不能再提高效率的問題。

如果用汽車類比，這兩個發(fā)展方向的意義更容易理解。前者相當(dāng)于人們從儀表盤看到的水溫、油箱存油量，行駛里程等，可以通過標(biāo)準(zhǔn)傳感器采集的長周期數(shù)據(jù)；后者則是油門踩下去的一剎那，發(fā)動機上的CPU以1/10毫秒的速度進(jìn)行反復(fù)迭代計算，從而獲得精準(zhǔn)扭矩和油量的短周期數(shù)據(jù)。對于一輛汽車，發(fā)動機的優(yōu)化顯然比儀表盤的改造更為重要。

機床的核心過程是切削。如果不對機床核心過程進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，那么可以獲得的數(shù)據(jù)價值顯然非常有限。針對切削過程的數(shù)據(jù)挖掘，是直接提升效益、提高質(zhì)量、改善勞動生產(chǎn)率的關(guān)鍵。

針對切削過程的數(shù)據(jù)，西門子開發(fā)了很多基于人工智能的優(yōu)化算法，實現(xiàn)了刀庫中刀具的最佳排布，系統(tǒng)性能大幅提升，生產(chǎn)時間顯著縮短。例如為某個航空航天零部件制造廠商提供的“自適應(yīng)切削”算法，可以將機床的位移、刀具轉(zhuǎn)速、工具切削過程中受到的阻力等毫秒級數(shù)據(jù)在一個數(shù)據(jù)庫里累積起來，當(dāng)切削完一個工具以后，利用人工智能算法對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的分析，并給出進(jìn)一步優(yōu)化的建議，而每一次加工過程都是在上一次基礎(chǔ)上不斷尋優(yōu)。因為對于一個企業(yè)來說，沒有任何東西更有價值，相比于“提高1%的生產(chǎn)效率”來得更直接。

數(shù)字化是一個漫長的跨越過程

要利用數(shù)字化這個工具其實并不是毫無門檻，正如只有在擁有一部電話之后才可以討論打電話還是發(fā)微信，機床企業(yè)有比較完備的機械結(jié)構(gòu)的3D圖形是進(jìn)行數(shù)字化的基礎(chǔ)，而當(dāng)前國內(nèi)一大批機床廠的圖紙還是紙質(zhì)或是2D圖，并且沒有一個標(biāo)準(zhǔn)化的流程去實現(xiàn)3D設(shè)計，這可能是進(jìn)行數(shù)字化過程中一個較大的問題。

中國機床企業(yè)在進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過程中要面臨從“產(chǎn)品思維”向以“工程交付”為核心的經(jīng)營思路轉(zhuǎn)變。過去幾十年，機床選型靠樣本，機床最終交付給用戶大多是以標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品方式進(jìn)行的，而當(dāng)下越來越多的客戶購買一臺機床相當(dāng)于交付一個工程，機床制造商需要根據(jù)用戶的需求去設(shè)計工藝路線，選擇刀具，設(shè)計物流等，需要完整的工程能力。

這也意味著，今后越來越多的機床企業(yè)售出的機床中可能90%是以定制形式交付的，只有10%是標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品交付，與當(dāng)前的很多情況正好相反。此外，“工程服務(wù)”在機床企業(yè)銷售中的比重不斷提高，現(xiàn)在很多被免費贈送的“售后服務(wù)”會帶來更大的經(jīng)濟效益。實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變，國內(nèi)機床企業(yè)在經(jīng)營思路、知識儲備、生產(chǎn)組織等方面還有很長的路要走。

機會再一次留給有準(zhǔn)備的人

中國是世界最大的數(shù)控機床應(yīng)用市場，僅大陸地區(qū)數(shù)控機床的購買需求就占據(jù)了全球數(shù)控機床半數(shù)以上，這一比例還可能進(jìn)一步增加。我認(rèn)為機床制造企業(yè)出生在這里是一種幸運。

機床工業(yè)的根本屬性決定這個行業(yè)很難“彎道超車”。由于目前機床的數(shù)字化設(shè)計、工藝驗證、工程交付、以及最終到用戶手里的現(xiàn)場管理、績效管理等整個行業(yè)還處起步階段，所以在這個進(jìn)入數(shù)字化時代的關(guān)鍵時期，中國的機床工業(yè)和全球領(lǐng)先國家的機床工業(yè)面臨著均等的機會，大家可以站在同一條起跑線上。

西門子也通過多種渠道推動國內(nèi)機床行業(yè)的思維轉(zhuǎn)變和能力建設(shè)。西門子和成都高新區(qū)政府合作成立了西門子智能制造成都創(chuàng)新中心，在基地搭建了一套完整的機床設(shè)計和機床驗證的工作場景，邀請國內(nèi)重點機床合作企業(yè)進(jìn)行體驗，然后再基于客戶自身的數(shù)字化需求做更加深入的探討。西門子也正在嘗試與更多尋求轉(zhuǎn)型的企業(yè)合作，共同打造數(shù)字化的生態(tài)環(huán)境。

同時，西門子也在積極地和國內(nèi)數(shù)控領(lǐng)域的專業(yè)院校展開合作，推動數(shù)控專業(yè)升級和新型數(shù)控人才培養(yǎng)（數(shù)字化方向）的落地。

以“數(shù)字化原生”數(shù)控系統(tǒng)Sinumerik ONE為代表的產(chǎn)品家族，承載了西門子60多年來在數(shù)控機床行業(yè)積累的經(jīng)驗，不僅支持各種機床工藝，而且提供汽車、航空航天、醫(yī)療、模具等行業(yè)解決方案，為行業(yè)的數(shù)字化未來提供了無限可能。

多年以來，數(shù)字化為各行各業(yè)帶來了巨大的機遇和改變，相信它也可以消除機床工業(yè)的愁容。正如歌中寫的那樣“一杯敬明天，一杯敬過往 ”，期盼這位伴隨中國經(jīng)濟發(fā)展走過70年的“工業(yè)之母”，迎來她的突圍和新生。