作為全球機(jī)床業(yè)界四大國(guó)際機(jī)床名展之一，第18屆中國(guó)國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)(CIMT2023)已于2023年4月10至15日在北京順利舉辦，如此熱鬧的盛會(huì)，滿心希望中國(guó)機(jī)床挺直腰桿的諸多灼念又回響心頭。
中國(guó)機(jī)床能翻身嗎？
現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)了一圈，感觸良深。大家的感慨都是基礎(chǔ)理論缺乏深耕，共性技術(shù)缺乏行動(dòng)。但是，堂堂機(jī)床大國(guó)，對(duì)于“什么是一個(gè)好機(jī)床”這樣的問(wèn)題，各家卻并無(wú)定論。對(duì)于中國(guó)機(jī)床而言，如果連精度、精度保持性、一致性和可靠性等這些最基本的概念都沒(méi)有形成共識(shí)，如何能夠搞好搞強(qiáng)機(jī)床。起點(diǎn)的樁子如果打歪了，后面再多錢搭出來(lái)的梁，也很難走正。
01
好機(jī)床是咋來(lái)的
定義一臺(tái)機(jī)床的好壞，中國(guó)的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)里有一個(gè)“平均無(wú)故障時(shí)間MTBF”概念。奇怪的是，在德國(guó)和意大利的機(jī)床設(shè)備中，研發(fā)人員并沒(méi)有這種指標(biāo)。當(dāng)中國(guó)機(jī)床界跟德國(guó)、意大利等機(jī)床廠家交流這個(gè)概念時(shí)，歐洲人往往一臉的困惑。
機(jī)床平均無(wú)故障時(shí)間MTBF，最早是來(lái)自日本。這是一個(gè)從“全面質(zhì)量管理”角度而提出來(lái)的概念，后來(lái)也成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的一種。中國(guó)大概是2000年前后，也慢慢接受了這個(gè)概念，并且將這個(gè)指標(biāo)作為機(jī)床考核的重要依據(jù)。
日本機(jī)床的發(fā)展，本身是通過(guò)實(shí)驗(yàn)加上理論分析。它跟用戶有著非常緊密的聯(lián)系。可以說(shuō)，它是靠著一線反饋回來(lái)的數(shù)據(jù)，反復(fù)迭代從而完善起來(lái)的體系。而對(duì)于質(zhì)量體系，日本自然更是有一套成熟的做法。
而德國(guó)的機(jī)床發(fā)展，則跟日本完全不一樣。德國(guó)的產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界都是直接打通，大學(xué)教授一般都是在企業(yè)呆過(guò)一段時(shí)間，對(duì)機(jī)床的使用情況天生就非常了解。而德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)和斯圖加特大學(xué)，是德國(guó)機(jī)床工業(yè)的搖籃，簡(jiǎn)直就是一個(gè)機(jī)床工廠與實(shí)驗(yàn)的聯(lián)動(dòng)中心。它從基礎(chǔ)理論出發(fā)，再加上很熟悉應(yīng)用場(chǎng)合，于是就容易設(shè)計(jì)出高精度、高可靠性的機(jī)床。
如此看來(lái)，機(jī)床的發(fā)展路徑對(duì)一個(gè)國(guó)家的機(jī)床工業(yè)體系的形成，有著非常大的影響。要了解當(dāng)下機(jī)床的短板，看看歷史走過(guò)的路徑，很多病灶就會(huì)清清楚楚。
02
歷史的裂痕
中國(guó)大陸機(jī)床的水平，現(xiàn)在是遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于日本和德國(guó)，也在韓國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的機(jī)床之后。
上世紀(jì)八九十年代，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)CNC開始在機(jī)床領(lǐng)域逐漸滲透，日本就是在這個(gè)時(shí)候異軍突起。實(shí)際上最早的控制系統(tǒng)是在麻省理工學(xué)院發(fā)明的，而第一代計(jì)算機(jī)控制機(jī)床系統(tǒng)，也是在美國(guó)機(jī)床廠Bendix誕生。但是，美國(guó)機(jī)床廠整體都沉醉在傳統(tǒng)機(jī)械控制的大好河山之中。
日本則完全不同，彼時(shí)日本制造正在自信滿滿地全線復(fù)興。政府大力發(fā)展機(jī)床，推行標(biāo)準(zhǔn)化并且堅(jiān)決鼓勵(lì)數(shù)控機(jī)床。在1970年的時(shí)候，就制定了未來(lái)五年數(shù)控機(jī)床比例占比一半的雄心。采購(gòu)數(shù)控機(jī)床的用戶，也會(huì)得到補(bǔ)貼。而且，它只扶持一家來(lái)自富士通自動(dòng)化分離出來(lái)的公司，讓所有企業(yè)都使用該公司的數(shù)控系統(tǒng)。日本在本土掀起了數(shù)控機(jī)床熱潮，正好也趕上日本汽車大發(fā)展的時(shí)候。因此，在日本市場(chǎng)得到歷練的機(jī)床廠商，在美國(guó)市場(chǎng)也徹底擊潰了分散零落的美國(guó)機(jī)床廠商。這些廠商往往各自為政，而數(shù)控系統(tǒng)廠商如通用電氣、羅克韋爾則熱衷于專用控制系統(tǒng)。根本無(wú)法應(yīng)對(duì)靈活好用、低成本的日本機(jī)床。在1980年初期，美國(guó)機(jī)床產(chǎn)量還是全球最大，占比超過(guò)20%。當(dāng)時(shí)全球TOP10全部都是美國(guó)機(jī)床。然而只過(guò)了10年，美國(guó)機(jī)床就迅速衰落，產(chǎn)量只占全球比例的7%，而且開始大量進(jìn)口日本和德國(guó)機(jī)床。
錯(cuò)過(guò)了數(shù)控系統(tǒng)，對(duì)用戶需求響應(yīng)不足是美國(guó)機(jī)床產(chǎn)業(yè)大敗而退的重要原因。
就在這次機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的大浪潮中，中國(guó)機(jī)床仍然停留在前蘇聯(lián)機(jī)床的機(jī)械控制時(shí)代。蘇聯(lián)的做法是以單軸為主，幾個(gè)單軸做線性疊加，很適合簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)景。即使是曲線軌跡，也采用仿形原理。這就像是用一個(gè)圓度板畫半圓，刀具就像筆尖一樣貼著既定的模板往前行走。而此時(shí)，精度要求較低，速度也并不高，對(duì)機(jī)床的動(dòng)態(tài)特性要求不高。但進(jìn)入數(shù)控系統(tǒng)時(shí)代，就徹底進(jìn)入了多軸同步插補(bǔ)的時(shí)代。需要對(duì)刀具的行程做更加細(xì)致的運(yùn)動(dòng)分解。它采用了振型設(shè)計(jì)的原理，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性要求很高。否則無(wú)法保證多軸的同步。
二者是完全不同的方式。
很長(zhǎng)時(shí)間，中國(guó)機(jī)床界一直停留在機(jī)械控制時(shí)代，對(duì)動(dòng)態(tài)特性認(rèn)識(shí)不足。研發(fā)工程師們往往先設(shè)計(jì)好機(jī)械部分，然后再配上數(shù)控系統(tǒng)。這種將機(jī)械與控制系統(tǒng)相互隔離的理念，完全無(wú)視數(shù)控系統(tǒng)對(duì)于機(jī)床設(shè)計(jì)的影響，嚴(yán)重地?fù)p害了一臺(tái)機(jī)床作為一個(gè)系統(tǒng)的完整性。
可以說(shuō)，當(dāng)中國(guó)機(jī)床的腿已經(jīng)邁進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)的時(shí)代大門，而大腦卻還留在傳統(tǒng)機(jī)床的空間里徘徊。中國(guó)在上個(gè)世紀(jì)九十年代，連一本像樣的數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的教科書都沒(méi)有，所有教科書的內(nèi)容都是蘇聯(lián)機(jī)械傳動(dòng)時(shí)代的機(jī)床。一代人就在這樣的機(jī)床理念下成長(zhǎng)。而此時(shí)，打敗了美國(guó)機(jī)床的日本、德國(guó)同行們，則早已進(jìn)入加速奔跑的階段。到了2012年前后，德國(guó)制定了動(dòng)態(tài)特性的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。然而，在國(guó)內(nèi)很少有組織能夠有能力對(duì)此進(jìn)行研究。
中國(guó)機(jī)床設(shè)計(jì)師的大腦，一直沒(méi)有進(jìn)入指定陣地。
03
搞不清楚是設(shè)計(jì)問(wèn)題，還是質(zhì)量問(wèn)題
逆向工程給中國(guó)制造的帶來(lái)惡果影響正在逐漸顯現(xiàn)。逆向工程就是按照實(shí)物測(cè)繪，然后照貓畫虎進(jìn)行仿制。這種方式，很容易導(dǎo)致知其然但不知其所以然。對(duì)于簡(jiǎn)單機(jī)床還可以輕松突破，但對(duì)于高尖端機(jī)床則很難奏效。以品質(zhì)著稱的瑞士機(jī)床的機(jī)構(gòu)部件，有時(shí)候薄，有時(shí)候厚。肋條厚薄分布不均，這是有意為之還是偶然巧合。從逆向工程的角度看，很難搞得清楚。如果對(duì)這樣的原理搞不清楚，就會(huì)導(dǎo)致“什么是一個(gè)好機(jī)床”成為一種玄學(xué)。
中國(guó)機(jī)床的研制，由于設(shè)計(jì)理念跟不上，對(duì)于很多參數(shù)的設(shè)計(jì)根本就無(wú)法考慮周全。對(duì)機(jī)床床身強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，往往都是經(jīng)驗(yàn)值直接估算，這種設(shè)計(jì)造成的機(jī)床精度不夠往往是致命性的。
德國(guó)的機(jī)床采用了“輕質(zhì)高剛”的策略，就是質(zhì)量要輕，剛度要高。為什么是這種設(shè)定？因?yàn)槊恳粋€(gè)零件都有固有頻率。當(dāng)機(jī)床開始高速運(yùn)轉(zhuǎn)形成振動(dòng)的時(shí)候，它必須小心地避開這些零部件的頻率，以免形成共振。正如大部隊(duì)過(guò)橋不能采用齊步走一樣，這樣才能避免引起大橋的共振。很好，這聽上去像是一個(gè)輕量化的命題。于是，有些機(jī)床廠就想將床身輕量化。但在德國(guó)機(jī)床界看上去這毫無(wú)必要，因?yàn)橹挥羞\(yùn)動(dòng)的零部件，才需要輕薄以避開振動(dòng)頻率。對(duì)于固定件而言，并不需要輕量化。
這就是對(duì)于動(dòng)態(tài)剛性的要求。如果不能理解這一點(diǎn)，那么在設(shè)計(jì)機(jī)床的時(shí)候，就會(huì)只是根據(jù)靜態(tài)剛性的要求去設(shè)計(jì)，這些都是致命的隱患。它保證了一臺(tái)機(jī)床的精度，如果有的話，也不會(huì)保持很久。
然而雪上加霜的是，設(shè)計(jì)師留下的系統(tǒng)性漏洞，與另外一種缺陷進(jìn)行了疊加。
在生產(chǎn)過(guò)程中，由于操作規(guī)范的不同，很難保證每一臺(tái)產(chǎn)品的一致性。不同的技工安裝，會(huì)形成不同的產(chǎn)品性能。高端的機(jī)床數(shù)量，往往都并不高。行業(yè)里有這樣的看法，“安裝100臺(tái)機(jī)床都是一樣的好，這是很難做到的；但要安裝100臺(tái)機(jī)床都是一樣的壞，那也是萬(wàn)萬(wàn)做不到的”。這個(gè)苦澀的笑話，其實(shí)正是中國(guó)制造的質(zhì)量通?。骸爸圃觳灰恢滦浴?。
這是一個(gè)質(zhì)量問(wèn)題，它在制造過(guò)程出現(xiàn)了偏差，也就是質(zhì)量大師戴明在七十年前指導(dǎo)日本的時(shí)候所提出來(lái)的“變異”。然而，這種由于制造過(guò)程形成的質(zhì)量變異，跟它在前端的設(shè)計(jì)理念形成的缺陷完全不同類。但當(dāng)基本概念不明確的時(shí)候，兩者造成的失誤就混在一起了。豆腐掉到鍋灰里，吹撣不得，豆腐自身的雜質(zhì)也就無(wú)從考量了。這些不同原因疊加的結(jié)果，導(dǎo)致了機(jī)床在用戶端形成故障的原因往往無(wú)法解釋清楚。而用戶，只能稱其為“可靠性不足”而敬而遠(yuǎn)之，遠(yuǎn)離這些容易生病的機(jī)床。
質(zhì)量是一致性的制造，是變異問(wèn)題；而可靠性首先是系統(tǒng)性的設(shè)計(jì)，是認(rèn)知問(wèn)題。但在實(shí)際過(guò)程中，卻沒(méi)有人能區(qū)分出到底是什么原因。一把最小單位是厘米的尺子，是無(wú)法測(cè)量出毫米空間的多樣性。不能識(shí)別真相，就無(wú)法解決困境。
04
咬文嚼字是有必要的
機(jī)床被稱之為“工作母機(jī)”，這彰顯了它的重要地位，它是一切機(jī)器的來(lái)源。然而這個(gè)稱呼依然不準(zhǔn)確。如果可以細(xì)分，還可以進(jìn)一步區(qū)分為“工業(yè)母機(jī)”和“工作母機(jī)”。工業(yè)母機(jī)是最常見的機(jī)床，各種加工中心、車床、銑床都可以歸于這類。這類機(jī)器并非中國(guó)的技術(shù)軟肋，但中國(guó)機(jī)床也沒(méi)有做好。這類機(jī)床，最需要做好的就是質(zhì)量規(guī)范。在這個(gè)層面，中國(guó)大陸機(jī)床廠家面對(duì)的對(duì)手，正是韓國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣機(jī)床。富士康有上萬(wàn)臺(tái)高速鉆攻機(jī)，用于加工蘋果手機(jī)各種材料的表面，基本都是中國(guó)制造。最早發(fā)明這種機(jī)床的日本發(fā)那科，也并沒(méi)有占據(jù)太大的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)然，高速加工的保持性，同樣也是非常重要。瑞士肖柏林的車床，一刀下去，金屬切削量很大，能達(dá)到中國(guó)同樣車床的三倍。除了這種高效率，精度保持很高，幾乎無(wú)需后面的精加工工序。這也是中國(guó)機(jī)床需要認(rèn)真琢磨的地方。
還有一種是“生產(chǎn)機(jī)床的機(jī)床”，也就是更高精度的機(jī)床，這被稱之為“工作母機(jī)”。它往往考驗(yàn)的是高精度，例如加工精度需要在微米級(jí)（千分之一毫米）。而工業(yè)母機(jī)加工精度往往只需要達(dá)到“道”或者“絲”的精度，這是百分之一毫米的精度。高精度機(jī)床自身的零部件，往往就需要“工作母機(jī)”來(lái)搞定。
中國(guó)最需要攻關(guān)的，正是這類機(jī)床。這兩年，中國(guó)資本界對(duì)于中國(guó)機(jī)床有足夠的好感。救贖心切之下，去年兩家基金選了50家上市公司，編制了一個(gè)“中證機(jī)床指數(shù)”。兩個(gè)機(jī)床基金產(chǎn)品都獲得批準(zhǔn)。其中權(quán)重最大的就是大族激光。
這真的是一個(gè)天大的玩笑。大族激光固然也有機(jī)床部分，例如加工電路板的高速鉆攻機(jī)。但其實(shí)很多這類機(jī)床，并不需要太多的技術(shù)攻關(guān)。這個(gè)行業(yè)更需要解決的是功率更大的激光器、光學(xué)振鏡等問(wèn)題。大族激光對(duì)標(biāo)的是德國(guó)通快。通快固然有機(jī)床激光切割部分，但它真正厲害的是極紫激光源。它是唯一能夠?yàn)楣饪虣C(jī)巨頭阿斯麥提供大功率二氧化碳激光器的廠家?，F(xiàn)在用大族激光掛帥的“機(jī)床指數(shù)”，來(lái)反應(yīng)中國(guó)機(jī)床攻關(guān)的睛雨表，真的是文不對(duì)題。
對(duì)效率型的機(jī)床如銑床，它要求的是速度。對(duì)于機(jī)床的靜剛性和動(dòng)剛性要求很高。它對(duì)于精度要求往往并不高，在1%毫米左右就夠用。這個(gè)時(shí)候，熱應(yīng)力的剛性問(wèn)題就可以忽略。但對(duì)于精度型的機(jī)床如磨床，它要求的是精度，如0.1%毫米級(jí)別。這種精度，熱剛性就成為關(guān)鍵考慮的元素。
二者的差別會(huì)帶來(lái)何種結(jié)果？可以對(duì)兩種機(jī)床進(jìn)行對(duì)比。對(duì)于效率型的銑床而言，電主軸溫升達(dá)到60-70攝氏度是非常正常的。但對(duì)于精度型的磨床而言，主軸速度絕不能超過(guò)20攝氏度，否則就會(huì)產(chǎn)生熱傳導(dǎo)效應(yīng)，微小的熱脹冷縮，就會(huì)對(duì)精度產(chǎn)生巨大的影響。因此磨床主軸電機(jī)的載荷，一般就只能使用一半功率。如果用滿功率，會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱問(wèn)題。
對(duì)于精密型的磨床和效率型的銑床，就需要層層分解，然后分頭去攻關(guān)。二者的差異性，比二者的相同點(diǎn)，更要顯著得多。
很顯然，所有的機(jī)床都可以叫做“工業(yè)母機(jī)”，但不是所有的機(jī)床都可以叫做“工作母機(jī)”。當(dāng)然，這二者的差別也沒(méi)有那么重要。重要的是，中國(guó)機(jī)床大振興之前，不妨先定神聚焦：到底是在做大機(jī)床產(chǎn)業(yè)，還是在做強(qiáng)機(jī)床補(bǔ)齊短板，這兩種是完全不同的思路。
機(jī)床短板其實(shí)很容易找到，它總是坐在冷板凳的位置上。那些無(wú)人問(wèn)津的概念，就像疲乏的花生米一樣，嚼起來(lái)了無(wú)滋味。然而這些毫無(wú)新意榨不出油來(lái)的概念，卻正是定義“強(qiáng)大機(jī)床”的起點(diǎn)。一臺(tái)好機(jī)床，就是由基本概念所定義。智能制造、智能機(jī)床都跟機(jī)床攻堅(jiān)之戰(zhàn)毫無(wú)關(guān)系。沒(méi)有好機(jī)床，啥智能都不管用。
中國(guó)機(jī)床的攻關(guān)方向，不妨先從咬文爵字開始。
05
造不出來(lái)與用不起來(lái)
一臺(tái)高端機(jī)床要做到精度的保持性，自身的剛性非常重要，這對(duì)于機(jī)床床身的鑄件要求非常高。而床身鑄件剛性，往往取決于一種用來(lái)衡量材質(zhì)抗拉或者抗壓的“楊氏彈性模量”。這個(gè)老掉牙的命名，是200多年前一位英國(guó)醫(yī)生提出的。他呼應(yīng)了更早100多年前的胡克定律，就是我們熟悉的那個(gè)彈簧定律。好機(jī)床的奧秘，就是如此執(zhí)拗地依賴于那么多古老的科學(xué)定律之中。
機(jī)床研發(fā)工程師需要有清晰的材料數(shù)據(jù)支撐，才能做好機(jī)床的設(shè)計(jì)，但國(guó)內(nèi)的鑄件材料并不提供這樣的數(shù)據(jù)。實(shí)際上，國(guó)標(biāo)也并無(wú)這樣的要求。而那些國(guó)際機(jī)床廠商往往是經(jīng)歷了多年的沉淀，已經(jīng)找出了企業(yè)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)來(lái)解決。
國(guó)內(nèi)的機(jī)床廠要得到這樣的彈性模量就需要鑄鐵廠花費(fèi)大量的金錢去做試驗(yàn)研究。測(cè)量材料的參數(shù)，需要進(jìn)行各種測(cè)試。而且需要不斷調(diào)整熔煉方式、澆鑄溫度、微量元素的比例。然而，真正想做好機(jī)床、有這種需求的廠家，卻又少的可憐。這些有需求的機(jī)床廠家數(shù)量太少，根本無(wú)法支撐鑄鐵廠的研發(fā)成本。
這就是那個(gè) “中國(guó)為什么無(wú)法制造圓珠筆芯”的經(jīng)典之問(wèn)。制造筆芯鋼珠的材料，并沒(méi)有什么特別難以攻克的地方，它就是費(fèi)錢不討好而已。這種鋼材用量實(shí)在太少，沒(méi)有鋼廠愿意做。全球的圓珠筆芯基本都是日本秋山和下村精工這兩家，早已形成穩(wěn)定的局面。它是經(jīng)過(guò)市場(chǎng)檢驗(yàn)的平衡。但太鋼最后決定攻克難關(guān)，終于制造出鋼珠材料。但國(guó)內(nèi)圓珠筆廠商根本不愿意使用。原因有以下三點(diǎn)：第一，要加工這種新鋼材，需要調(diào)整精密機(jī)床的加工方式，不同材料會(huì)影響機(jī)床的使用方式。而那些昂貴的機(jī)床往往來(lái)自瑞士米克朗，要在鋼珠基座上加工出五個(gè)微槽，調(diào)試起來(lái)非常不容易；第二，筆芯鋼珠要跟油墨配合。油墨又是日本或者德國(guó)進(jìn)口的，二者適配起來(lái)，非常麻煩；第三點(diǎn)也是最關(guān)鍵的一點(diǎn)，鋼材的配方需要根據(jù)圓珠筆廠的體驗(yàn)而不斷進(jìn)行調(diào)整。于是，太鋼廠需要再來(lái)一鍋。而對(duì)于鋼鐵廠，再來(lái)一鍋這種小批量的生產(chǎn)是最不經(jīng)濟(jì)的方式。這種改善無(wú)休止，而產(chǎn)出又相當(dāng)少的事情，只會(huì)越來(lái)越萎縮。最后整個(gè)產(chǎn)業(yè)，就會(huì)放棄這種努力。
同樣，鑄鐵廠“無(wú)法”提供至關(guān)重要的“楊氏彈性模量”參數(shù)，其實(shí)是基于同樣的“規(guī)模不經(jīng)濟(jì)”的道理。
中國(guó)制造有兩個(gè)軟肋，一個(gè)是“造不出來(lái)”，這是技術(shù)上的真卡脖子；還有一個(gè)是“用不起來(lái)”，這往往卡在非技術(shù)壁壘之上。圓珠筆芯鋼和床身鑄鐵，都是這樣的原因。進(jìn)一步推斷，中國(guó)絕大部分所謂“造不出來(lái)”的機(jī)床，其實(shí)都不是真正的技術(shù)卡脖子。
06
論文飽和區(qū)正是寶藏地帶
做基礎(chǔ)性研究的專家，在哪里？
上海機(jī)床廠曾一直困惑于加工大型凸輪軸的時(shí)候，磨床的砂輪一直磨損得厲害。一位德國(guó)機(jī)床專家被請(qǐng)到現(xiàn)場(chǎng)。這位德國(guó)博士一來(lái)就是建立模型，確立結(jié)構(gòu)剛性方向；其次就是公式推導(dǎo)，列出一堆相關(guān)參數(shù)。
這就是基礎(chǔ)研究的功底。2012年美國(guó)哈佛商學(xué)院教授曾經(jīng)出過(guò)一本產(chǎn)業(yè)反思的暢銷書——《制造繁榮：美國(guó)為什么需要制造業(yè)復(fù)興》。這本書談到，產(chǎn)業(yè)公地的缺失是造成美國(guó)制造大面積潰敗的原因。這種產(chǎn)業(yè)公地解決的正是單元塊的基礎(chǔ)共性問(wèn)題，在傳統(tǒng)機(jī)械控制的機(jī)床時(shí)代，中國(guó)也有機(jī)床的兩大“產(chǎn)業(yè)公地”。
在上個(gè)世紀(jì)九十年代初，北京有機(jī)床所可以解決結(jié)構(gòu)問(wèn)題；而廣州機(jī)床所則主要解決液壓與潤(rùn)滑密封問(wèn)題。每個(gè)機(jī)床企業(yè)，都可以帶著問(wèn)題來(lái)，帶著答案走。機(jī)床行業(yè)里邊還有多家企業(yè)院所的聯(lián)合設(shè)計(jì)。實(shí)際上就是集中大家的智慧，包括邀請(qǐng)?jiān)盒Ｒ黄饏⒓?。然而這件事情在機(jī)械工業(yè)部1998年撤銷之后，聯(lián)合設(shè)計(jì)、產(chǎn)業(yè)公地都已逐漸消退。機(jī)床也經(jīng)歷了大起大落的風(fēng)云變幻，時(shí)間像是清刷了過(guò)去所有的痕跡。那些曾經(jīng)行之有效的法器，撿也撿不回來(lái)了。
如今，每家機(jī)床企業(yè)都成了農(nóng)田地里的自耕農(nóng)，各顧各的活路。誰(shuí)也沒(méi)有能力從基礎(chǔ)概念入手，解決底層基礎(chǔ)研究問(wèn)題。
即使如此，人們也很容易將求助的目光轉(zhuǎn)向大學(xué)。然而，大學(xué)成果的轉(zhuǎn)化往往差強(qiáng)人意。大學(xué)對(duì)機(jī)床的研究為什么會(huì)容易出現(xiàn)問(wèn)題？
大多數(shù)情況下，由于受到課題資助的要求，這些研究者必須要發(fā)表論文。然而那些最基礎(chǔ)的概念是很難發(fā)表論文的。基礎(chǔ)概念的研究出現(xiàn)“論文飽和”的現(xiàn)象。任何一個(gè)大學(xué)教授都會(huì)避開這些飽和區(qū)，而選擇更容易出現(xiàn)成果的新概念地帶。然而這些“論文飽和”地帶，雖然很難發(fā)表論文，但對(duì)于中國(guó)機(jī)床這樣的追趕者而言，恰好是應(yīng)用技術(shù)的寶藏礦山。
我們對(duì)新鮮概念追逐太多，而對(duì)基礎(chǔ)概念的了解則是太少。
當(dāng)前中國(guó)機(jī)床界大都參考了德國(guó)標(biāo)委會(huì)DIN標(biāo)準(zhǔn)，或者日本標(biāo)委會(huì)JIS標(biāo)準(zhǔn)。但這些標(biāo)準(zhǔn)，都有不全項(xiàng)。按照這些標(biāo)準(zhǔn)是無(wú)法做出高精度、高質(zhì)量的機(jī)床。國(guó)外機(jī)床大廠，都有自己的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)，這也是嚴(yán)格對(duì)外封鎖的。
精度涉及到基礎(chǔ)概念如圓度、圓分度、直線度等，這曾經(jīng)是老牌坐標(biāo)磨床美國(guó)摩爾公司所提出來(lái)的。至今仍然基本管用。但國(guó)內(nèi)也基本沒(méi)有人用，因?yàn)槿绾胃闱宄@之間的關(guān)系并不容易，涉及大量底層的基礎(chǔ)研究。
想一想，現(xiàn)在機(jī)床已經(jīng)高度市場(chǎng)化了，整體行業(yè)的協(xié)調(diào)性只會(huì)越來(lái)越弱，基礎(chǔ)研究的公共支撐能力早已經(jīng)退化。中國(guó)機(jī)床的標(biāo)準(zhǔn)，也很難有足夠的資金支持跟隨時(shí)代進(jìn)行演化。于是，那些機(jī)械、電氣、控制等最基礎(chǔ)學(xué)科，不僅僅是沒(méi)有熟練掌握，反而越來(lái)越生疏。
然而，只有將基礎(chǔ)概念與應(yīng)用研究、技術(shù)開發(fā)、使用方式，都貫穿在一條供應(yīng)鏈之上，機(jī)床才真的可以攻破技術(shù)堡壘。這需要大學(xué)研究、機(jī)床企業(yè)和使用機(jī)床的用戶，這三者一定要三聯(lián)動(dòng)起來(lái)。沒(méi)有這種聯(lián)動(dòng)的機(jī)床命運(yùn)共同體，就無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)工程化，機(jī)床就難以翻身。中國(guó)過(guò)去發(fā)展機(jī)床的科技戰(zhàn)略，現(xiàn)在看上去并不成功。簡(jiǎn)單地說(shuō)，基本都是各自為政，各舞大刀。周期太短、論文至上，解決了不少問(wèn)題，但并沒(méi)有真正打通創(chuàng)新的鏈條。
07
到底什么是好機(jī)床
這個(gè)問(wèn)題現(xiàn)在還不能一口氣地給出答案。但要找到這個(gè)問(wèn)題的答案所需要的路徑，看上去已經(jīng)清晰可見。
首先是機(jī)床設(shè)計(jì)理念。這一點(diǎn)決定了一切。這可能是中國(guó)機(jī)床廠所有總工都需要補(bǔ)的一課。大家需要坐下來(lái)，平心靜氣地想一想，到底是什么“定義了一臺(tái)好機(jī)床”。靜態(tài)剛性、動(dòng)態(tài)剛性和熱剛性，這三點(diǎn)是如何充分地進(jìn)行了考量。機(jī)床制造商，往往迷信數(shù)控系統(tǒng)的智能熱補(bǔ)償算法來(lái)解決熱應(yīng)力的問(wèn)題，這其實(shí)已經(jīng)是馬后炮了。只有溫度是線性變化的熱應(yīng)力，才可以補(bǔ)償。而那些非線性的熱應(yīng)力，是無(wú)法補(bǔ)償?shù)?。真正的設(shè)計(jì)高手，應(yīng)該在一開始盡量去消除非線性的熱應(yīng)力——雖然這很難。只有殘余的熱應(yīng)力問(wèn)題，才會(huì)留待數(shù)控系統(tǒng)去做動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。一些民營(yíng)企業(yè)的企業(yè)家兼技術(shù)狂人，在這些方面還真是下了功夫。
第二是計(jì)量體系和檢測(cè)手段。如果只是有了標(biāo)準(zhǔn)而無(wú)法檢測(cè)，那無(wú)法實(shí)現(xiàn)達(dá)到合適的精度。需要圍繞已經(jīng)確立了的機(jī)床設(shè)計(jì)理念，定義好標(biāo)準(zhǔn)。然后建立起一套完善的檢測(cè)體系。機(jī)床的切削性能往往主要取決于動(dòng)態(tài)特性，在德國(guó)，動(dòng)態(tài)特性是機(jī)床設(shè)計(jì)的重點(diǎn)考慮因素。德國(guó)機(jī)床界一直得到各大高校、院所的支撐，德國(guó)斯圖加特大學(xué)的機(jī)床所，曾經(jīng)對(duì)幾十臺(tái)機(jī)床進(jìn)行測(cè)試，每臺(tái)機(jī)床測(cè)點(diǎn)200多個(gè)，形成德國(guó)機(jī)床設(shè)計(jì)的內(nèi)部指南。這樣體系化的工作在國(guó)內(nèi)非常少見。
第三是評(píng)價(jià)體系。如何對(duì)一個(gè)有定義有成品的機(jī)床，進(jìn)行好壞的評(píng)價(jià)？即使定義、標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)結(jié)果都有了肯定的答案，但在用戶使用過(guò)程中，老是出現(xiàn)故障。這到底算誰(shuí)家的問(wèn)題？中國(guó)有一家加工企業(yè)，給出了一個(gè)令人拍案的好方法：他們制作了一個(gè)S件。一臺(tái)機(jī)床拿過(guò)來(lái)，如果能夠?qū)⑦@個(gè)S件平滑地加工過(guò)去，那就是好機(jī)床。否則，什么標(biāo)準(zhǔn)也白搭。唯一遺憾的是，這個(gè)S件也無(wú)法說(shuō)清楚，為什么有的看上去是一個(gè)好機(jī)床，但就是加工不過(guò)關(guān)。這又回到了第一個(gè)問(wèn)題。
這些都需要時(shí)間的沉淀。
說(shuō)到時(shí)間，如果可以客觀地認(rèn)識(shí)到這些攻關(guān)問(wèn)題是一定需要很長(zhǎng)周期的，那么我們可以心平氣和地列出一個(gè)“十年機(jī)床路線圖”。用十年的時(shí)間，徹底解決機(jī)床的短板問(wèn)題。少于這樣的期限，往往就會(huì)急功近利地帶有水分。過(guò)去中國(guó)機(jī)床攻關(guān)的方式，大都采用三年結(jié)題的方式，最多也就是五年。這些時(shí)間真的是太短了。三個(gè)三年和一個(gè)九年，是完全不同的技術(shù)逼近范式。
當(dāng)然，上面的路徑，漏掉了一個(gè)非常重要的問(wèn)題：質(zhì)量。機(jī)床在制造過(guò)程中的一致性是如何保障的？如何保證“一百臺(tái)機(jī)床要么都做好，要么都做壞”。這個(gè)問(wèn)題是最不應(yīng)該拿出來(lái)回答的。這是質(zhì)量管理的普遍性問(wèn)題，根本就與機(jī)床攻堅(jiān)無(wú)關(guān)。只有質(zhì)量穩(wěn)定了，才能真正從設(shè)計(jì)角度徹底從根子上去解決問(wèn)題。
什么，這個(gè)也做不好？
那，那咱們還是回家吃面吧。
