黄石市经济和信息化局

过去10多年里，中国机床已经在整体产业规模和很多细分领域取得突破。数据显示，2022年中国制造业增加值已经突破了33.5万亿元，而机床行业直接撑起了超过10万亿元的产出。尤其在新能源汽车、消费电子、轨道交通、光伏、风能、造船等领域，大约有1/3的最终产出是由机床加工完成。

中国机床已经创造了很多“世界第一”——2009年实现机床产值世界第一（产值接近德国、日本的总和，且多年稳居世界第一），2016年成为世界数控机床市场份额第一（占据全球数控机床1/4以上份额），包括世界最大模锻液压机、世界最大超重型数控卧式机床、世界最大数控龙门镗铣床、世界最大高精度数控轧辊磨床、世界最大加工直径螺旋桨加工机床、世界最大油压机、世界最大立式车铣床、世界最大齿轮数控加工设备等都产生在我们国家。

值得一提的是，2010年，由上海机床厂有限公司（以下简称“上海机床”）研制的世界最大的数控轧辊磨床，最大磨削直径为2500mm，有效磨削工件长度为15m，最大磨削工件重量250吨，并配以具有自主知识产权的软件系统，标志着我国重载高精度数控机床跻身世界顶尖水平。

磨床：加工精度之王

机床要做的事情主要是“车钳铣刨磨”，就是将原材料中不需要的部分一点点减掉，通过钻孔、切削、弯折、打磨，得到产品结构中的物理零部件，代表了传统工业社会“减材制造”思维。长期以来，衡量机床好坏的主要标准还是经验指标——速度、精度和寿命。比如，我国机床产品的评定标准里有一个“平均无故障时间MTBF”概念，这是引进自日本的经验指标，在欧洲的机床行业没有这一概念。

如果要追求机床工具的加工精度，不仅取决于其机械结构形式和精度，还要通过最基础的电子元器件来实现。如，要实现高精度测绘，就绕不过“光栅”测量元件。时至今日，几家德国和英国公司几乎可以垄断光栅技术的全球市场，真正高精度的光栅，有钱也买不到，外国公司一般只会出口基本测量水平的光栅器件。

如果想在一台机床上同时兼顾速度、精度两个指标，也不容易实现。比如，铣床属于效率型机床，要求速度快；磨床属于精度型机床，要求极端精确。对于追求效率的铣床来说，电主轴温升通常能达到60~70摄氏度（高速运转的设备都有摩擦生热问题），这就很难兼顾精度了（因为材料会热胀冷缩），所以对精度要求也不高，误差在1%毫米左右就行。

但对于追求精度的磨床来说，其要求的精度是0.1%毫米级别，要特别考虑热刚性问题，主轴温度绝不能超过20摄氏度，否则会出现热传导效应，微小的热胀冷缩就会对精度产生很大影响。为此，磨床主轴电机的载荷一般只能使用一半功率，避免出现发热问题。所以，我国对于精密型的磨床和效率型的铣床，都是层层技术分解，由不同企业分头去攻关，因为二者的差异性比二者的相同点显著得多。

上海电气下属的机床业务主攻“加工精度之王”——磨床。我国绝大多数类型的磨床首台产品都是由上海机床打造的。20世纪80年代，我国第一台可磨2m直径的Y70200大型齿轮磨床，第一台可磨8m长、回转直径1250毫米的M82125大型曲轴磨床，填补国内空白的可磨直径800mm、圆度0.001mm的高精度万能外圆磨床MG1480/H，国内最小的纳米精度微型数控磨床Elite，国内最大的顶磨加工250吨工件的数控轧辊磨床MK84250，以及国内首台进入汽车主机厂发动机生产线的双砂轮架随动曲轴磨床MK8220/SD，都出自上海机床。

以上这些仅仅是上海机床产品体系的冰山一角，如今上机公司已拥有10余种大类、400余种系列的产品，覆盖外圆、平面、轧辊、曲轴、双端面、花键轴、齿轮、螺纹、凸轮轴等各类通用、大型、精密、专用、数控等磨床品种。

上海机床发展的前期已经实现了产品面的宽度，近些年来则更强调产品结构调整，突出重点以提升整体实力。针对上海特殊的产业布局，优势产业包括航天技术、飞机制造、汽车制造、船舶制造、港口机械和电子元件等，上海机床不再侧重发展规模化产业，而是对产品进行整体的梳理，以用户为导向，重点关注汽车及配套加工、能源、铁路装备领域，做专、做精，突出大型高精、外圆磨床。

上海电气对未来的机床制造业有过一个基本判断——产品做精+技术领先，即继续稳固市场占有率，进一步调整产品结构，做专、做精、做高质量产品，扩大在中高端市场的份额，选定细分市场进行深入挖掘；这里“技术领先”的含义更加广泛，要兼顾产品可靠性、环境适应性、安全性、维修性、操控性、经济性，以及良好的用户体验等多个维度。

人机融合实现诸多创新突破

机床作为“工业母机”，是一切机器的来源。如果进行细分，还能进一步区分为“工业母机”和“工作母机”。各种加工中心、车床、铣床都可以归于“工业母机”，这类机器并不都是我们的技术软肋。“生产机床的机床”即“工作母机”，是更高精度的机床，需要实现匠人技艺与机器设备的有机融合（人机融合），往往更考验高精度。如加工精度需要在微米级（千分之一毫米），而“工业母机”的加工精度只需达到百分之一毫米的精度。高精度机床自身的零部件往往就需要“工作母机”来制作。

要提高加工精度，也不完全只靠设备，毕竟设备是死的，现在高端装备制造业有很多高精度的加工还是靠人工来主导，往往是人工把精密的东西做出来以后，再把这个过程固化，变成设备的精度。国内外都是如此，先技能，后设备，再技能，再设备，两者形成一个螺旋上升的过程。而上海机床最大的财富其实就是一些技术精湛的老师傅，可以将人的技艺非常好地融入机器之中。

比如，MK8220/SD机床是专门为上海通用汽车配备的设备，尾架顶尖使用的圆弧顶尖过去从瑞士进口，每个需要一万多元。但上海机床的师傅通过自制圆弧测量工装，在一定程度上改进了修正圆弧砂轮的方法，完工后的零件各项技术均达标，成功替代进口。

还有，国家重点项目H402-AZ数控专用平面磨床砂轮架主轴的磨削加工，是上海机床有史以来加工技术要求最高的零件，其对精度要求极高。小到砂轮的选用、磨削参数的选择，大到辅助工装的自制，那里的师傅们都一丝不苟，保证了零件外圆及外锥体一次加工完成，其磨削操作法达到了非常高的水平。

在技术、工艺没有出现革命性突破的情况下，制造业的提升主要靠匠人的经验积累和长时间的专注。机床跟其他制造领域不同，其有很多传统工艺一直在发挥作用。比如，手工刮研这道工序，哪怕在不少工业发达国家也会保留下来作为最后一道工序。机床行业的很多规律都是以10年作为周期闪现一次，外行人短时间很难悟透。尤其是机床行业，基本上都是面向专业市场，而越是往高端发展，客户的专业化程度越高，市场细分也就越明显。

例如，2008年，上海机床参与某核心零件的制造，需要实现极高的精度，尤其是关键部位的外圆及锥度误差、跳动要求、表面粗糙度3个数据中，不能有任何一个超出范围，否则就前功尽弃。这个级别的加工精度，就相当于在一根头发丝里造一幢摩天大楼，难度非常高。接下任务以后，上海机床的师傅们每天跑图书馆查资料，埋头苦干，用心设计加工方案和工具，经过近千次的试验，才找到解决办法。

“工业母机”用于成形或切削金属，以及其他刚性材料，为装备制造业提供生产设备。而“工作母机”则助力机床工业实现“根技术”的突破，是匠人技艺与机器设备进行有机融合的关键节点。加上下游工业应用场景、商业回报的持续反哺，即工业母机+工作母机+下游应用，构成了机床工业可持续发展的三大引擎。

下游应用支撑产业高端化发展

大概20多年前，中国制造业的处境是，生产出口8亿件衬衫换回来的利润才够买到一架波音飞机。时至今日，中国国产的C919大型客机已经进入商业运营阶段。这已经是中国制造业从低端向高端转型的经典范例。可是，为何中国的机床产业从低端向高端的转型没有其他行业那么顺利？

国内普遍认为，中国的各种优势在机床这个品类上难以累积，是因为机床是客户需求多样且市场规模很有限的产品类别，这个观点非常符合实际情况。2022年，在中国33.5万亿元的制造业增加值中，机床行业直接撑起了超过10万亿元的产出。但机床是制造业成功的结果，而不是原因，不可能指望做强机床产业，来撑起强大的制造业。相反，要靠下游（制造业）的诸多应用领域来反哺机床行业。

举个例子，20世纪80年代，计算机控制系统CNC开始在机床领域逐渐渗透，最早发明计算机控制系统的，是美国麻省理工学院，而第一代计算机控制机床系统也诞生于美国机床厂Bendix。为什么最后日本企业反而领先了？看看目前数控机床的下游应用领域，汽车行业占到40%，是机床行业的第一大应用，也是对机床要求最高的行业，代表了机床行业的最高技术水准。另外，工程机械、航空航天、模具分别占到10%~20%不等的应用市场，也可以不同程度反哺机床行业。

当年，日本汽车行业迅速崛起，追平甚至反超了美国、欧洲的汽车行业，因为汽车行业的应用场景极其丰富且商业回报丰厚，对日本机床行业也是一次极大的反哺。哪怕是前几年崛起的韩国机床，也明显受益于汽车产业的驱动。起初韩国机床是没有什么名气的，但韩国的汽车、船舶零部件制造商将生产基地转到中国以后，所有的工艺和设备都照搬原厂，企业主也会选择从韩国进口设备，所以韩国的机床产业也开始在中国有了很多布局机会。

无疑，上海机床的发展红利也明显受益于下游应用领域的反哺作用。2016年，作为国家重大专项成果的“MK8220/SD双砂轮架数控切点跟踪曲轴磨床”已经成功应用于上海通用汽车有限公司，进行汽车发动机的关键零部件——曲轴的加工。这款机床设备也是国内首台能够进入汽车主机厂发动机生产线的数控磨床。

据悉，汽车发动机加工生产线对机床的要求是高效、高精和高可靠性，而磨床又承担着所有工业零部件加工的最后一个关键工序——磨削，承担着保证加工的尺寸和形位精度的重大责任。因此，之前通用公司，乃至整个国内汽车行业一直进口德国或英国造的磨床来承担这一任务。

“MK8220/SD双砂轮架数控切点跟踪曲轴磨床”研发期间，上海电气与上汽通用汽车紧密联系，在下游应用厂商的协同配合下，上海电气深入研究汽车企业的企业标准、加工工艺等信息，交付后快速并线生产，实现了与汽车生产线各环节的无缝衔接。设备上线不久，恰巧德国机床出现故障，上海电气的磨床设备及时顶上，顺利并线生产，承担并保质保量完成大量任务，避免了交期滞后带来的损失。从2016年4月交付用户使用开始，这台机床已经在通用的发动机曲轴LGE生产线上使用了多年时间，各项性能都达到了他们的预期。

除了在汽车制造这个最大应用领域不断开拓，上海机床的产品线已经覆盖到国内高端制造业的多个应用领域，尤其是航空航天、核电、轨道交通等极端制造领域，这是上海机床实现技术迭代和商业正反馈的基石。

高端制造业的用户有很大黏性，生产厂家几乎不可能因为价格更换设备。对他们来说，投资设备的钱都会作为固定成本摊销到每一个产品上，只要订单稳定，设备投资摊销占总成本比例是不大的。而设备不稳定、不可靠，则会严重拖累生产线效率，制造商的损失就难以估计了。

机床产业未来发展

上海机床可以依靠丰富的产品线，满足多细分领域客户的多样化需求，但是这也特别考验企业的研发实力。很长时间内，国产机床的竞争是胶着的，但激烈的竞争也是一种市场的选择和调整，在研发创新、品质服务方面扎根特别深的企业，会更具竞争力。

中国机床从传统的机械控制时代向现代的数控系统时代发生转变，还是近20年的事，要比欧美国家和日本晚一些。但国内机床企业的研发逻辑和设计思维，不可避免地受到这些历史因素的影响。机械控制时代的做法是以单轴为主，几个单轴做线性叠加，很适合简单运动的场景，而且精度、速度都很有限，对机床的动态特性要求也不高。数控系统时代则是一个“多轴同步插补”的时代，对刀具的行程要做出更加细致的运动分解，动态响应特性要求很高，否则就很难保证多轴的同步。

以前，我们因为长期停留在机械控制时代，对动态特性理解不深。研发工程师们往往将机械部分、数控系统相互隔离，习惯先设计好机械部分，然后配上数控系统，而数控系统对机床设计的影响未得到足够重视，导致一台机床作为一个系统的完整性受到很大损害。

上海机床是国内最早进入数控系统时代的机床企业之一，不仅在硬件上的自主研发已有很多突破，比如，多年来对静压主轴、静压电主轴、闭式静压导轨、高精度转台等高档数控机床的核心功能部件进行深入研究，积累了一批精密加工、装配、检测等工艺技术，精密静压/动静压主轴系统的回转精度、闭式静压导轨重复定位精度均已达到百纳米级，而且在系统和软件层面也同步取得不少成就，比如，开发拥有自主知识产权的“磨削之星”机床软件，运用优化算法实现磨削工艺封装、参数化编程、磨削过程可视化等功能，人机交互界面友好。

上海机床深耕研发，尤其聚焦磨削工艺。决定机床磨削性能的主要是动态特性，而提高动态特性需要积累丰富的工程数据，每台机床要有两百多个测量点。上海机床很早就意识到建立起机床参数数据库的重要性，并持续推动对刚性、频率等关键参数按照严格的工程化标准来优化。

归根到底，上海电气及其下属机床业务，在很大程度上是以精度和可靠性取胜，帮助客户在各类细小、精密的零件生产加工中，最大限度提升空间利用率，确保生产流程稳定。而机床行业所有的创新突破最终都会达到一个效果——把简单带给制造业客户，把复杂留给机床设计者自己。

以上海机床为窗口探析我国机床行业发展路径