1、车床行业概况
(1)车床的市场地位
车床,属于机床工具细分品类,是金属切削机床一个重要分支,是采取车削加工的机床。车削加工基本原理是加工件旋转,刀具固定,刀具与加工件之间做直线运动,从而完成加工件的加工。车削加工是轴类零件和盘类零件等旋转类加工件最基本的加工工艺。车床作为金属切削机床最重要的一大分类,在金属切削机床中占比约为 20%-35%。
车床,尤其是高端数控车床,是非常重要的一类工业母机,是制造业发展不可或缺的基础装备。数控车床是汽车行业发动机、变速箱、底盘等零部件中轴、齿轮、轮毂等典型零件非常重要和关键的加工装备;工程机械的液压及操作系统、变矩器系统、底盘系统等关键零件加工都是典型的车削类加工工艺,对数控车床的精度和复合化水平均有较高要求;以电机、液压、气动阀、各类泵、阀门等为代表的通用设备行业里有大量的高精度阀芯、轴、端盖等需要用数控车床加工,这些行业的发展水平更是与数控车床的应用有着紧密的联系。
随着数控车床精度水平的不断提高以及车铣复合化技术应用的不断深入,其在模具行业的特殊地位也越来越突出,成为该行业不可或缺的关键装备;在航天航空及军事工业领域,数控车床的应用更是占据特殊地位,最突出的应用是以车代磨技术和车铣复合加工技术。
随着以车代磨技术和车铣复合技术进一步突破,数控车床在航天航空及军事工业的应用将越来越广泛,地位也将越来越突出。总之,在金属加工领域,各个行业都存在着大量的只需车削加工就可以完成的典型零件,数控车床所特有的高效率、高精度、操作和维修简便等优势是其他机床所不能替代的。
(2)数控车床的发展现状
数控车床作为工业母机的一个重要类别,与其他类别的机床一样,其加工精度指标是其最核心的性能指标,国内数控车床与世界高端数控车床的差距主要也体现在加工精度上。在达到高精度指标的要求下,如何实现高效稳定的加工性能,是每个数控车床制造企业面临的主要课题。目前,中国车床的整体数控化率与欧美日等发达经济体的车床数控化率差距不是很大。
中国机床行业与欧美日等发达经济体机床行业的根本差距是车床精度水平达不到客户要求,具体表现在精度稳定性和精度保持性不高。突破车床核心技术,提高核心部件精度和可靠性是提升国产数控车床性能和竞争力的唯一出路,也是国产数控车床提升竞争力的难点所在。决定数控车床发展水平的根本出路是核心技术和基础技术自主化。
数控车床的核心部件包括主轴部件、刀塔部件、尾座部件、数控系统、导轨、丝杆和轴承等。根据数控车床行业的发展现状和趋势,除了数控车床主轴部件、刀塔部件、尾座部件外,数控系统是数控车床产品的控制核心,通过编程实现金属切削的命令产生和传达,直接影响车床功能实现和加工效率,市场上有专业生产数控车床系统的多家企业,为下游数控车床制造企业提供数控系统;导轨、丝杆和轴承主要与数控车床传动相关,是数控车床部件运动的载体,直接影响数控车床的加工精度。
以上核心部件均已经形成了成熟的产业链,数控车床生产厂家可以根据自身对产品的定位选择国内或者国外品牌的产品进行配套。数控车床(尤其是高端数控车床)的主轴部件、伺服刀塔、伺服尾座没有形成成熟和完整的商业化产业链。
以日本山崎马扎克为代表的欧美日等发达经济体的绝大部分同行业竞争对手的数控车床主轴部件、刀塔部件、尾座部件均为自主生产。以配套或者外购以上核心部件实现车床精度和可靠性在行业竞争中无法获得显著优势,一方面技术受限于核心部件生产方,另一方面产品成本难于控制。
随着电主轴、热补偿、空间几何误差补偿等为代表的高精度技术以及车铣复合技术、智能化技术的普及和深入,数控车床亦将朝向高精度、多功能方向发展。随着国际高端数控车床企业不断的技术创新,也将对国内数控车床制造企业在技术研发、制造工艺上提出越来越高的要求。
目前,高端数控车床有广阔的市场需求。以新能源汽车、现代军事工业、智能化工程机械为代表的新兴产业为数控车床的发展提供更加广阔的前景,同时客户对自动化、智能化等需求又为数控车床的持续发展提出了新的课题和挑战。
2、行业近年来在科技创新方面的发展情况
近年来,我国数控车床作为智能装备重要组成部分,在数控化基础上,通过引入各种智能化技术,与人工智能相结合,使数控车床性能和智能化程度不断提高,实现如智能编程、自适应控制、机械几何误差补偿、热变形误差补偿、运动参数动态补偿、故障监控与诊断等功能,实现了智能校准、智能感知、智能预测与维护。数控车床行业在科技创新方面近三年的发展主要在以下几个方面:
(1)发展更为高效、复杂、精密的加工技术
积极发展复杂、精密、特殊材料加工和成形等关键共性技术,在以下几个领域持续进行技术挖掘和开发,主要包括:精密及超精密车床的可靠性及精度保持技术、复杂型面和难加工材料高效加工及成形技术、轻量化材料精密成形技术、在线精密检测与智能装配技术等。
(2)融合智能化技术数控机床
智能化是机床技术发展的重要方向。制造业机床用户实现信息化和智能化的前提是数控机床这一基本装备智能化。加工技术、自动化技术、智能化技术相互促进和融合成为机床技术发展的基本目标。智能化技术的发展促进了数控机床需求模式的变化,由单机向包括机器人上下料和在线检测功能的制造单元和成套系统转变,由自动化、数字化向柔性化、网络化、智能化转变,由通用车床向定制、复合化车床转变,由制造单元向智能加工中心转变,由单一车间向智能车间、智能工厂转变。
(3)以产品为中心
向以用户为中心转变一是生产模式从大规模生产转向定制化柔性生产;二是业务形态延伸发展生产性服务业,从生产型制造向服务型制造的转变;三是产品的价值体现在“研发—制造—服务”的产品全生命周期的每一个环节,“工艺设计+先进装备+技术服务”业务形态逐步增加。
(4)整合上下游供应链
对上游提出更精准的需求,以获得更优质的产品和服务,体现在对核心关键部件的自主化生产,对重要部件进行定制化;同时,不断加深对下游客户产品形态和工艺流程研发过程的参与度,了解更多的需求信息和配套技术,合理配置资源,形成上下游联动、研发设计与销售行为相结合。
3、行业未来发展方向
《“十四五”智能制造发展规划》中指出“十四五”及未来相当长一段时期,推进智能制造,要立足制造本质,紧扣智能特征,以工艺、装备为核心,以数据为基础,依托制造单元、车间、工厂、供应链等载体,构建虚实融合、知识驱动、动态优化、安全高效、绿色低碳的智能制造系统,推动制造业实现数字化转型、网络化协同、智能化变革。
到 2025 年,规模以上制造业企业大部分实现数字化网络化,重点行业骨干企业初步应用智能化;到 2035 年,规模以上制造业企业全面普及数字化网络化,重点行业骨干企业基本实现智能化。数控车床行业的行业未来发展方向主要在以下几个方面:
(1)供需关系新特征
在“需求总量下降,需求结构升级”的大背景下,供需关系呈现以下新特征:
1)市场需求从完全依赖投资
向投资兼顾消费转变随着经济发展动力的切换,机床工具消费市场需求对象从面向重化工业的投资型需求(如能源、钢铁、装备制造业等)逐步扩展到面向市场消费升级的消费型需求(如 3C 制造、新一代移动通信技术、新能源汽车、健康医疗等)。满足上述需求变化,要考虑从面向制造过程要求向面向终端产品要求转变、从面向产业链供应链向直接面向消费者转变。这对机床工具产品技术和经营都提出新的要求。
2)供给方式从批量化向定制化转变
由于需求对象发生了显著的变化,满足机床工具消费需求的供给方式也从提供批量化通用型产品向提供定制化全面解决方案服务转变。单纯依赖机床工具产品制造能力已不能适应新需求,与之对应的是市场需求研究和工艺解决方案提供能力成为新的供给方式。
3)产业链角色从需求实现向需求创造转变
基于需求对象与供给形式的新变化,机床工具行业在产业链的位置正在向下游扩展,从帮助下游用户解决需求实现的被动跟随向联合预研新需求和新工艺转变。这对机床工具行业自身创新能力、技术储备、开发模式、产品模块化和系列化等方面提升提出更高的要求,机床工具行业的产业链角色定位将从单纯的装备制造商向工艺设计师发生实质性转变。
(2)技术创新与变革
随着信息技术、移动互联网、大数据、人工智能和工业互联网等技术的交叉应用与加持,机床工具行业正由离散型制造技术向系统型智能制造技术转变。在机床工具传统技术基础和模块上,结合数字化、自动化、信息化等模块化技术,通过迭代开发形成全新的“机、电、信、联”一体化的智能制造系统,并基于该智能制造系统衍生出以解决“快速、多样、高品质”制造需求为主线的新型制造生态系统。
这一新变化,打破了机床工具行业的传统发展模式,需要面向这一技术创新与变革发展方向,重新构建人才、科研、制造、经营、市场与投融资体系。
(3)产业基础高级化
国内数控机床行业将持续对标国际先进水平,围绕重大需求,全力解决制约机床工具行业创新发展的产业基础能力薄弱的问题,重点加强人才梯队、迭代创新、高端制造和市场开拓等方面的基础能力,围绕关键产品产业链,加强高附加值环节的能力建设和体系保障,努力实现产业链自主、安全的目标,支撑行业向高级化方向发展。