新一代智能機(jī)床方興未艾

國(guó)研中心企業(yè)所課題組

機(jī)床是工業(yè)母機(jī)，代表著國(guó)家工業(yè)化能力和科技發(fā)展水平。在智能互聯(lián)時(shí)代，機(jī)床不再是單獨(dú)運(yùn)作的機(jī)器，而是可聯(lián)網(wǎng)的智能加工終端，是智能工廠的核心環(huán)節(jié)，是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的重要載體。傳統(tǒng)機(jī)床變成智能、可聯(lián)網(wǎng)后，機(jī)床的功能得到極大延伸和改進(jìn)，同時(shí)也促進(jìn)了制造業(yè)生產(chǎn)方式、研發(fā)方式、商業(yè)模式的巨大變革。在大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能技術(shù)加快與制造業(yè)融合的大背景下，中國(guó)必須抓住機(jī)遇，大力發(fā)展新一代智能機(jī)床，從根本上改變中國(guó)在基礎(chǔ)裝備上受制于人的局面。

新一代智能機(jī)床的主要特征

機(jī)床按智能化程度大小可分為新舊兩代。早期低智能機(jī)床主要以裝載封閉式總線模式的數(shù)控系統(tǒng)為主要特征。德國(guó)西門子、日本法那科等跨國(guó)公司都有自己的數(shù)控系統(tǒng)，同時(shí)有強(qiáng)大的功能部件研發(fā)和整合能力，在機(jī)床產(chǎn)業(yè)還沒(méi)有進(jìn)入高智能時(shí)代前一直處于產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)地位，壟斷了全球高端機(jī)床市場(chǎng)。封閉式總線數(shù)控系統(tǒng)改變了機(jī)床靠工人手動(dòng)操作的狀態(tài)，使機(jī)床的加工質(zhì)量、精度和效率有了大幅度提高，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床自動(dòng)化。但這種數(shù)控機(jī)床智能化水平仍然較低，運(yùn)算能力低，更不互聯(lián)，數(shù)控機(jī)床在加工物品的同時(shí)并不生產(chǎn)數(shù)據(jù)，也仍然是一臺(tái)單個(gè)的機(jī)器。

最近十年間，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)中的加速應(yīng)用，機(jī)床實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)，也開(kāi)始生產(chǎn)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)分析處理后又可以幫助機(jī)床實(shí)現(xiàn)功能優(yōu)化。基于網(wǎng)絡(luò)，人們可以在遠(yuǎn)程對(duì)機(jī)床進(jìn)行控制；機(jī)床與機(jī)床之間，機(jī)床與其他生產(chǎn)設(shè)備，如生產(chǎn)線上的機(jī)器人等，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了協(xié)同和交互，用戶也可隨時(shí)參與機(jī)床設(shè)計(jì)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品定制化。這種基于互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的機(jī)床可稱為新一代智能機(jī)床。機(jī)床之所以能做到更高智能化，最重要的是用基于PC的開(kāi)放式智能操作系統(tǒng)替代了原有封閉的總線式操作系統(tǒng)。PC平臺(tái)和開(kāi)放架構(gòu)更符合互聯(lián)網(wǎng)思維：由于設(shè)備之間的通信協(xié)議是標(biāo)準(zhǔn)的、開(kāi)放的，所以數(shù)控系統(tǒng)相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)放的平臺(tái)，可以接入用戶、供應(yīng)商和不同來(lái)源的設(shè)備，可以根據(jù)需求的變化增加接入的設(shè)備，系統(tǒng)的延展性更好，更新?lián)Q代的速度更快。

新一代智能機(jī)床帶來(lái)的變革

新一代智能機(jī)床的發(fā)展及其應(yīng)用會(huì)帶來(lái)重大系統(tǒng)性變革。

1.推進(jìn)制造業(yè)服務(wù)化。機(jī)床企業(yè)由產(chǎn)品制造商變成系統(tǒng)解決方案提供商。有了智能機(jī)床，機(jī)床生產(chǎn)商可采用租賃經(jīng)營(yíng)模式，不再只銷售機(jī)床，還可在線出售加工能力，由賣產(chǎn)品轉(zhuǎn)為賣服務(wù)。用戶不用再購(gòu)買機(jī)床，節(jié)省了設(shè)備投入成本。用戶可根據(jù)加工需要隨時(shí)租賃機(jī)床廠或第三方的機(jī)床加工能力，按需支付機(jī)床使用費(fèi)，機(jī)床資源得到充分利用。提供加工服務(wù)的機(jī)床企業(yè)可進(jìn)一步增加和提升服務(wù)內(nèi)容，如可向中小企業(yè)提供模具和產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工設(shè)計(jì)、生產(chǎn)線改造、智能工廠建設(shè)等系統(tǒng)性服務(wù)，增值服務(wù)創(chuàng)造的價(jià)值到一定階段會(huì)超過(guò)機(jī)床本身，進(jìn)而成為機(jī)床企業(yè)的主要收入來(lái)源。

2.優(yōu)化了生產(chǎn)方式，推動(dòng)形成智慧工廠。數(shù)控機(jī)床一旦實(shí)現(xiàn)智能化升級(jí)和網(wǎng)絡(luò)化互聯(lián)，以機(jī)床為基點(diǎn)的新系統(tǒng)就呼之欲出。如基于云計(jì)算平臺(tái)，企業(yè)可挖掘利用機(jī)床“生產(chǎn)”過(guò)程中沉淀下來(lái)的數(shù)據(jù)，為用戶創(chuàng)造更多價(jià)值，更方便地為用戶提供工業(yè)服務(wù)。如遠(yuǎn)程診斷、車間信息系統(tǒng)和在線工廠等。一旦進(jìn)一步通過(guò)網(wǎng)絡(luò)把多臺(tái)智能數(shù)控機(jī)床連接在一起，一個(gè)智慧工廠的雛形便出現(xiàn)了。有網(wǎng)絡(luò)權(quán)限的管理人員可以在移動(dòng)終端或電腦上，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)從遠(yuǎn)程掌控車間內(nèi)所有機(jī)床的實(shí)時(shí)狀態(tài)，甚至可以通過(guò)手持移動(dòng)終端（如智能手機(jī)）下達(dá)指令，安排車間的生產(chǎn)計(jì)劃，并控制機(jī)床的操作。

3.打造出基于加工服務(wù)的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，有助于形成自主的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。機(jī)床企業(yè)可以把數(shù)控系統(tǒng)、管理系統(tǒng)、研發(fā)平臺(tái)、供應(yīng)鏈等都放到云上，建立一個(gè)工業(yè)云平臺(tái)，在這個(gè)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新鏈、資金鏈、供應(yīng)鏈、信息流、人才流的大范圍共享、共生、交互、協(xié)同，進(jìn)而形成一個(gè)以加工服務(wù)為中心、以加工數(shù)據(jù)為紐帶的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，從根本上改變傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)組織方式和產(chǎn)業(yè)分工體系。當(dāng)云平臺(tái)上搭載的功能越來(lái)越多，如將來(lái)有了交易功能、上云的企業(yè)也越來(lái)越多時(shí)，這個(gè)平臺(tái)很可能成長(zhǎng)為產(chǎn)業(yè)共用平臺(tái)，即工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。

中國(guó)有望搶得先機(jī)

中國(guó)在機(jī)床產(chǎn)業(yè)的智能化變革中有望搶得先機(jī)，這是由中國(guó)當(dāng)前的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)及現(xiàn)有主導(dǎo)者變革惰性決定的。在發(fā)展新一代智能機(jī)床上，中國(guó)有三個(gè)獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

其一，這一輪基于PC平臺(tái)設(shè)計(jì)的數(shù)控系統(tǒng)是中國(guó)企業(yè)率先實(shí)現(xiàn)的，已有先發(fā)優(yōu)勢(shì)，這與中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速、信息技術(shù)人才多、國(guó)家對(duì)制造業(yè)智能化發(fā)展支持大等有很大關(guān)系。

其二，中國(guó)大中小企業(yè)的加工需求和智能化需求大。國(guó)內(nèi)規(guī)模較大的一些制造企業(yè)，尤其在長(zhǎng)三角、珠三角一帶，紛紛加快了制造業(yè)的智能化升級(jí)步伐，對(duì)智能機(jī)床、機(jī)器人需求大，尤其需要能快速響應(yīng)、性價(jià)比優(yōu)勢(shì)較明顯的智能裝備。市場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，大量中小企業(yè)比較喜歡租賃機(jī)床和可聯(lián)網(wǎng)的機(jī)床，這有利于降成本、減人員，并及時(shí)得到服務(wù)。很多中小企業(yè)甚至提出希望將模具設(shè)計(jì)、加工等環(huán)節(jié)全部社會(huì)化，自己只集中精力做力所能及、且更擅長(zhǎng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、市場(chǎng)開(kāi)發(fā)等環(huán)節(jié)，希望盡量減少重資產(chǎn)投入，盡量減少在加工環(huán)節(jié)的高端人才投入，這恰恰是發(fā)展智能機(jī)床的重大契機(jī)。

其三，中國(guó)大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、圖形仿真、人工智能、新一代移動(dòng)通信技術(shù)（5G）等發(fā)展迅速，對(duì)機(jī)床智能化提供了強(qiáng)大支撐。如目前已有企業(yè)開(kāi)始將5G通信技術(shù)用于企業(yè)內(nèi)機(jī)床數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸和運(yùn)動(dòng)控制，這讓率先實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的德國(guó)企業(yè)受到很大威脅，德國(guó)已有專家提出，“在智能機(jī)床時(shí)代，德國(guó)企業(yè)因?yàn)橥ㄐ偶夹g(shù)相對(duì)落后，很可能會(huì)輸給中國(guó)。”

現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)者的惰性給中國(guó)企業(yè)提供了反超的機(jī)會(huì)。外國(guó)數(shù)控巨頭就是在這個(gè)階段遇到了巨大障礙。它們的數(shù)控系統(tǒng)大多還是嵌入式或包括嵌入式的系統(tǒng)，雖然加上網(wǎng)卡也能夠上網(wǎng)，但是聯(lián)網(wǎng)的設(shè)置非常復(fù)雜，還需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)軟件進(jìn)行修改。即使聯(lián)上網(wǎng)以后，也因?yàn)榍度胧叫酒挠?jì)算處理能力有限，無(wú)法支撐高級(jí)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

從技術(shù)上講，這些巨頭也能開(kāi)發(fā)基于PC的可聯(lián)網(wǎng)數(shù)控系統(tǒng)。實(shí)際上它們現(xiàn)在也在往通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上轉(zhuǎn)型，但沒(méi)有想象中那么簡(jiǎn)單。嵌入式系統(tǒng)中的軟件與PC平臺(tái)之間存在兼容性障礙，不能把原來(lái)的軟件算法直接嫁接到PC平臺(tái)上，所以轉(zhuǎn)型就需要推倒原來(lái)的系統(tǒng)架構(gòu)重新開(kāi)發(fā)。但這些巨頭過(guò)去已經(jīng)取得市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)地位，原先的軟件、算法都是它們積累多年的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，為維護(hù)這種優(yōu)勢(shì)就不斷讓升級(jí)換代的系統(tǒng)兼容過(guò)去的系統(tǒng)，想要徹底放棄并不容易。例如，西門子最新推出的840D數(shù)控系統(tǒng)是基于PC的芯片，但是因?yàn)橛屑夹g(shù)兼容的歷史包袱，一步不可能跨出很遠(yuǎn)。最典型的是840D的PLC（可編程邏輯控制器）仍然采用傳統(tǒng)的方式，需要有單獨(dú)的芯片承載，因?yàn)檫@是它傳承多年的一個(gè)產(chǎn)品。

推倒重來(lái)，意味著現(xiàn)存巨頭們的新系統(tǒng)將需要再度經(jīng)受市場(chǎng)的驗(yàn)證，長(zhǎng)期積累在原來(lái)系統(tǒng)中的經(jīng)驗(yàn)會(huì)大量喪失。因此，在巨頭的優(yōu)勢(shì)還存在的條件下，如果沒(méi)有足夠的遠(yuǎn)見(jiàn)和壯士斷腕的意志，沒(méi)有勇氣去冒既有市場(chǎng)份額和利潤(rùn)突然下降的風(fēng)險(xiǎn)，就難以研發(fā)出革命性的新技術(shù)。即使出來(lái)新技術(shù)，也缺乏內(nèi)在動(dòng)力去推廣應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)自我替代。這反過(guò)來(lái)卻幫助市場(chǎng)后進(jìn)者超越既有的領(lǐng)先者。

中國(guó)要加快發(fā)展新一代智能機(jī)床

發(fā)展新一代智能機(jī)床是中國(guó)機(jī)床工業(yè)自改革開(kāi)放以來(lái)難得的一個(gè)重大機(jī)遇。它的意義不僅是能為中國(guó)機(jī)床工業(yè)提供一個(gè)自主、可用的數(shù)控系統(tǒng)，更重要的是以其改變工業(yè)模式和制造方式的潛力，為中國(guó)邁向新工業(yè)革命開(kāi)辟一條路徑。政府部門需要在主要依靠市場(chǎng)機(jī)制促進(jìn)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的同時(shí)，在研發(fā)、推廣應(yīng)用等方面給予政策支持。

1.給創(chuàng)新者較充分的時(shí)間和足夠包容。中國(guó)機(jī)床產(chǎn)業(yè)總體上是落后的，想利用智能化實(shí)現(xiàn)反超，挑戰(zhàn)巨大。要讓機(jī)床肌體強(qiáng)壯，不僅要克服基礎(chǔ)性短板，如功能部件仍然不過(guò)關(guān)、精度可靠性指標(biāo)落后等，還要跨界創(chuàng)新，大量集成過(guò)去裝備制造業(yè)所不熟悉的互聯(lián)網(wǎng)、通信、大數(shù)據(jù)、仿真等技術(shù)，打造智能機(jī)床。為此必須給創(chuàng)新者留出時(shí)間，對(duì)一次甚至是多次重大失敗也要給予足夠?qū)捜?，?duì)探索不同技術(shù)路線要包容，鼓勵(lì)技術(shù)顛覆。

2.在研發(fā)上鼓勵(lì)跨界創(chuàng)新。機(jī)床重大專項(xiàng)應(yīng)更大力度向智能化領(lǐng)域傾斜，吸收更多跨界的專家、科研人員參與機(jī)床重大專項(xiàng)評(píng)審、討論、研發(fā)，支持跨學(xué)科、跨專業(yè)、跨行業(yè)、跨企業(yè)組織研發(fā)體系。

3.支持重點(diǎn)機(jī)床企業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展。國(guó)內(nèi)主要機(jī)床企業(yè)在向智能化轉(zhuǎn)型過(guò)程中普遍遇到了體制機(jī)制落后、機(jī)床基礎(chǔ)性技術(shù)能力偏弱、智能化人才短缺、后續(xù)投入不足等問(wèn)題。應(yīng)加快這些企業(yè)自身改革，不能寄希望在落后的企業(yè)體制上生長(zhǎng)出有持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)力的智能化能力。要下決心推進(jìn)國(guó)有機(jī)床企業(yè)混合所有制改革和分離辦社會(huì)職能、處置僵尸企業(yè)、“三供一業(yè)”改革等，使這些骨干企業(yè)能輕裝上陣、再發(fā)新枝。

4.從需求側(cè)入手，支持智能機(jī)床推廣應(yīng)用。為安全起見(jiàn)，軍工等重要敏感性行業(yè)應(yīng)使用本國(guó)智能機(jī)床。對(duì)用戶與機(jī)床企業(yè)聯(lián)合開(kāi)發(fā)、自己率先應(yīng)用首套裝備等這種研用一體化的做法和實(shí)踐，可給予更多支持。對(duì)中小企業(yè)租賃機(jī)床、機(jī)床企業(yè)出租機(jī)床等可考慮在稅收、融資等方面給予支持，增強(qiáng)中小用戶黏性，幫助機(jī)床企業(yè)減少重資產(chǎn)投入風(fēng)險(xiǎn)。

5.強(qiáng)化制造業(yè)數(shù)據(jù)管理和安全利用。智能機(jī)床產(chǎn)生大量蘊(yùn)含經(jīng)濟(jì)價(jià)值的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，其中有些還涉及客戶需求信息乃至用戶個(gè)人隱私，如果管理不當(dāng)會(huì)損害用戶利益，這也是很多企業(yè)不敢大面積使用智能機(jī)床的一個(gè)擔(dān)憂。一方面，可充分發(fā)揮市場(chǎng)作用，鼓勵(lì)機(jī)床企業(yè)通過(guò)合同與客戶協(xié)商明確數(shù)據(jù)產(chǎn)權(quán)、流通、使用和銷毀條款，解除客戶擔(dān)憂。另一方面，要發(fā)揮好政府在數(shù)據(jù)法規(guī)制定、個(gè)人信息保護(hù)、加強(qiáng)市場(chǎng)監(jiān)管、數(shù)據(jù)備份和網(wǎng)絡(luò)安全漏洞檢測(cè)通報(bào)等方面的作用，確保數(shù)據(jù)安全存放和公平使用。

（執(zhí)筆：張永偉、路風(fēng) ）