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我国机床工业转型升级中有哪些问题?
- 2020-05-07-

我国机床工业转型升级中的几个问题

机床是加工制造所有工业设备的基础设备,是装备制造业的核心部门。其中,加工各种精密复杂零件的高端数控机床是行业先进技术和产业竞争力的战略高地。

目前,国内外机床制造业的发展趋势是:精密(静态精度和加工运动精度、热变形/振动监测与补偿、加工精度达到亚微米级)、高速、复合(一次性安装卡完成全过程加工),智能化(信息与机器人技术的融合、加工状态与环境信息的自我感知与分析、采取对策)、绿色(节能)降耗、控制噪声和粉尘等)。欧洲提出的工业4.0战略和智能制造理念取得突破,随着智能理念的发展,机床正向着个性化定制和综合解决方案的方向发展。

现代机床技术的进步是高新技术产业发展进步的必要支撑。中国工业规模居世界首位,但还没有摆脱大盘股和弱势股的束缚。其中一个重要的短板是装备制造业的技术水平和综合竞争力,与西方相比不算小。特别是作为“工业大师”的机床行业,技术差距已成为我国制造业由大向强迈进的关键障碍。要提高产业链水平,成为制造业强国,必须尽快扭转这种局面。

一、 中国机床工业的发展历程

(1) 曲折发展时期(1949-1999)

中国机床制造业是新中国成立初期,从一片空白起步的。“一五”期间,在工业部门的统一领导下,建立了一批重点机床企业(包括18家机床厂、4家机床厂、2家砂轮厂),被称为“十八罗汉”、“八大金刚”。在此基础上,各地相继建成机床厂,形成了相当规模,以满足当时国内工业发展的需要。同时,下属多家机床综合研究机构(大连模块化机床研究所、北京机床研究所、济南铸锻研究所、成都机床研究所、郑州磨料磨具研究所、广州机床研究所、苏州电加工研究所,建立了郑州市第六研究所,以及全行业37个专业研究机构和企业设计部门(二级研究所),形成了完整的配套产业科研技术研发体系。

上世纪60、70年代,为突破对外技术封锁,解决顶端产业的迫切需要,成立了专门领导小组,协调各有关部委,部署力量,组织了几次机床技术突破,并形成了包括各类高精度机床、关键零部件及相关检测仪器在内的一大批成果,缩短了与国外的差距。

改革开放之初,我国数控技术起步,国产机床产品仍停留在传统的手工操作技术上。为了缩短中外差距,一方面,我们大力引进技术、合资合作,同时,先后组织了几次数控技术突破,取得了一定的成绩。但由于种种原因,数控产业化发展缓慢,到20世纪末,机床行业的数控产值率仅为20%左右。

1985年,原机械部下属企业全部下放,上世纪90年代初,中国率先在机床产品领域大幅降低进口关税,放开进口限制,然后放宽外资企业的市场准入。当时国内机床企业多为国有企业,不适应市场环境。此外,行业集中度低,行业管理功能弱化。在大量进口机床的冲击下,引发了机床企业的倒闭潮和员工的裁员潮。

自1999年科技体制改革以来,机械部所属科研院所全部转企改制,为全行业服务的共性技术研究能力减弱,现有产业技术创新力量主要是研发机构的骨干企业。

(2) 高增长期(2001-2011)

2001年至2011年,在我国经济快速增长的带动下,机床工业产值10年增长10倍,利润增长22倍,年复合增长率分别为24.8%和33.2%。2011年,国内金属加工机床产值283亿美元(其中金属切削机床198亿美元,成形机床93亿美元)。金属切削机床产量从2000年的17.7万台增加到2011年的88.7万台,中国已成为较大的机床消费国(2003年)和较大的机床制造商(2009年),机床的消耗量和产量分别占世界的1/3和1/4左右。

在产量和需求扩大的同时,国内数控机床技术也得到了推广。到2016年,机床行业的产量数控化率和消费数控化率达到80%左右,是行业的一大成就。其中,我国对实施数控机床增值税政策(1999-2008年)发挥了重要作用。

(3) 产能过剩期(2012年至今)

2012年以来,随着经济增长放缓和投资放缓,机床市场需求明显下降。国内机床行业产销逐年下降(2014年、2017年略有回升),一大批企业陷入困境。特别是在前一个高速增长期,各所有制企业纷纷投资扩大生产,导致批量型低端机床产能迅速扩大,企业负债急剧增加,抗风险能力减弱。

我国统计局数据显示,2019年上半年,全行业规模以上企业营业收入同比下降2.3%(协会联系的重点金切割企业为33%),利润下降21%(重点金切割企业约为40%)。特别是在低端产品领域,产能严重过剩,企业间价格竞争激烈,原材料和人力资源成本上升,税负沉重,融资困难,行业亏损严重。

从产品结构看,金属切削机床降幅较大,特别是骨干重型机床企业的市场需求在正常年份下降到20%左右。近两年来,大连机床和沈阳机床作为行业龙头,先后破产重组。金属成形机床的下降幅度相对较小。几年来,由于汽车和消费电子市场的拉动,自2015年以来又出现了下滑。

二、 中国机床工业概况及特点

(1) 发展概况

目前,在我国机床行业中,民营企业已经占据了主体地位。国有企业占全行业产值的比重由2008年的25%下降到目前的10%左右,民营企业的比重由60%上升到近80%。

目前,全行业规模以上企业5547家(金属切割机782台,金属成型机540台)。根据2016年数据,规模以上国有、集体、私营、外资企业主营业务收入18:69:11,利润-12:97:13。但据行业协会介绍,近年来,为适应我国机床市场需求升级和高端机床市场扩张趋势,外资企业在华投资规模和数量不断增加。目前,外资企业在中国机床市场的份额必须远远高于11%。

(2) 产业发展特点

1、供给不适应需求结构的变化

在机床市场低迷的同时,需求结构升级的特点也日益明显。传统大批量生产和通用产品需求下降,小批量定制机床需求增加;单机需求下降,自动化成套设备需求增加;对功能、性能和可靠性提出了更高要求通用单机产品。

为了适应市场的变化,西方的许多机床企业开始转型,从专注于某类机床产品的量产(如车铣),到专注于市场细分,为用户的工艺特点和工艺性能要求(如汽车动力总成、消费类电子产品等)提供完整的解决方案。中国企业原来的优势是大量生产一般单机产品,不适应市场需求的变化,相应的供应能力不足,产业转型升级的任务迫在眉睫。

2、行业竞争格局呈现“高端迷失、中端竞争、低端内战”态势

机床工业的技术水平大致可分为高、中、低三个等级。

随着我国机床工业的发展,国内企业基本可以解决低档次机床及其配套数控系统和功能部件的问题,占据了80%以上的市场份额。该领域技术门槛降低,配件易买,导致大量民营企业进入该领域,其中大量同质性强的普通单机产品过剩。

中档数控机床市场是中外机床企业的主要竞争领域,主要竞争对手是台湾和韩国的机床企业。国产中档机床整机市场份额约为60%,数控系统市场份额不足50%(随着技术的成熟,市场份额可能会逐步扩大),广州数控是中国较大的中低档数控系统制造商。

高端金属切削机床的用户主要集中在航空航天、汽车发动机和变速箱以及核电、微型机械等高端加工领域。高端机床需要高可靠性、超精密加工等先进功能。它们是该行业较具战略意义的部分,尽管只占行业总产值的10%至20%。国内高端数控机床市场长期被欧日企业垄断(如德国Grob占中国汽车发动机缸体/气缸盖加工份额的70%以上),进口依存度超过90%。

近年来,通过“04专项”的实施,国内企业已经能够为船舶生产提供发电设备和高端机床。济南第二机床精密数控冲压生产线(用于车身加工)得到了国内汽车厂商(包括合资企业和国内企业)的高度认可,并已进入北美市场,这是一个突出的亮点。

3、一些机床企业越来越重视高端技术创新

在市场普遍低迷的情况下,一些机床企业重视高端技术创新,加快转型升级,开始崭露头角,如以冲压设备和龙门铣床为主的市级国有企业济南第二机床。济尔长期以来注重消化吸收和技术创新,实行科学管理,在与用户密切沟通互动的基础上进行研发设计,提炼产品。目前,吉尔已占据国内汽车冲压线市场80%的份额,它以优异的性能击败了德国舒勒,赢得了北美主流汽车企业的批量订单,跻身世界全套自动锻造设备制造商第①名。另一个例子是民营企业大连广阳(及其子公司科德科技)从数控系统起步,多年来致力于整个技术链和产业链的系统创新。目前拥有高端数控机床、系统及各种功能部件的研发和生产能力,形成了专业的研发团队和完善的生产销售体系。其高端加工中心已被航天部门采用,产品已出口德国。此外,还有北京精调、宁江机床、广州数控、华中数控等企业,这些新兴企业是中国机床产业转型升级的积极力量。它们的共同特点是:经营方向正确,长期细分,专注于技术研发,产品质量好,性能稳定,注重客户个性化的产品需求和服务。可以预见,其中将有一批中国机床“龙头”和骨干企业。

三、 我国机床工业存在的结构问题

(1) 跨国公司竞争激烈国内企业升级困难

西方机床跨国公司把中国市场视为战略要地。在过去的20年里,包括德国、日本和韩国在内的100多家制造商在中国投资建立了工厂(SKD)和销售点。欧洲和日本企业主要集中在中高端市场,韩国等通用机床直接与国内主流机型竞争。外资企业在中国市场工作多年,享受各种优惠政策,建立广泛的人脉,吸引高薪人才。国内大型企业和军工企业的中高端机床订单基本上被国外企业垄断。一批实力雄厚的跨国公司,利用国内企业的困难,试图控制中国的大型骨干企业。比如,大连机床破产后,只有大连广阳坚持。马扎克、index、Grob、THK等外商独资企业在大连高新区设立工厂,招聘高薪人才。人才流失后,企业很难恢复;上海、南京和无锡曾经是机床制造业的良好基础,但现在这些工厂要么关闭要么勉强维持。近年来,舒勒等德国企业赴江苏太仓建厂,兼并了金方圆、阳锻等当地企业,对济南第二机床有限公司构成了巨大威胁。

国内机床企业普遍存在企业税负重、利润低(高利润的高科技产品市场掌握在国外企业手中)、研发资金缺乏、员工待遇低、人才难以稳定等问题。高端产品的研发需要涉及基础理论研究,克服重要的技术瓶颈,更加意识到资金的不足。但是,为了行业和自身的长远发展,许多企业克服了自身的困难,坚持技术研发,但自主开发的新产品却受到了优势竞争对手的压力。因此,自主研发在消除进口壁垒方面只能起到“敲门砖”的作用,承担任务的企业很难获得批量生产的机会。

自主研发的主要困难之一是国内用户对国外高端产品产生依赖,不愿购买国产机床。究其原因,是工件成本昂贵,企业无法承担保证正常运行和效率的责任。但是,如果国内企业的新技术、新产品不经过使用、验证、改进和定型,就无法实现批量生产,更谈不上成本竞争力,产业升级也就不可能。

(2) 产业结构失衡

国内机床市场呈现“高端失落、中端竞争、低端内战”的局面,这是行业内结构性失衡的外在表现。企业分散在各个省市,以市场力量为主导,追逐眼前的利润热点。有的同质化严重,有的长期空白。比如,2006年前后,一大批重型机床、大量民间资本投资低端机床,2013年又竞相购买钻采机进行3C产品加工,造成严重浪费。另一方面,忽略了重要但困难的产品领域(如功能部件和组件)。

中国机床工业历史悠久,“重主干而不配套”,重视数量而非质量,重视“面子”而非“基础”,以及专业分工不足、“大而全”企业等问题。早在30年前,机床主管部门就一直在叫嚣发展“专业化、特殊化、小巨人”企业,但直到现在,企业的面貌并没有太大变化。高度专业化应该是产业市场全面发展的产物,这需要进一步改善产业生态环境和相应的政策支持。

作为“工具”行业,机床行业需要的规模有限,通常是多品种、小批量生产,绝不可能成为“GDP英雄”。德国和日本的机床工业增加值也不超过GDP的0.3%。我国许多地方机床企业没有被政府“看中”,也没有被督促扩大规模,导致了今天的困境。

问题的症结在于理顺市场机制与政府职能的关系。大多数企业不能跳出自身实力、视野和周边环境的限制,而地方政府受工作目标的限制,没有时间考虑一个行业的长远利益。

在过去的40年里,中国的工业部门经历了许多改革。目前,机床行业存在的问题是行业管理职能的虚拟化。面对行业高度市场化、分散化的现状,相关行业管理部门缺乏整体规划和指导,甚至存在诸多政治退出,难以形成合力。

作为一个追赶型的产业强国,要推动重点产业升级,填补重要的技术空白,显然有必要考虑在这些具有战略意义的重点领域加强产业管理职能的问题。

(3) 中外技术差距大

目前,我国机床工业在技术上与发达地区还有很大差距,下面从几个方面进行分析。

首先,高端数控系统是由人控制的,先进(和部分中间)数控系统仍被FANUC和Siemens产品垄断。进口价格占整机利润的30%-40%,外国投资者不仅垄断高端产品,还限制对中国的出口。西门子数控系统分为外向型和标准型两大类,其中大量功能组受到限制。非欧盟用户需要获得德国或欧盟的正式许可才能购买这些功能,国内少数企业(华中数控、大连广阳等)已初步掌握高端数控系统,目前市场份额不足10%。其性能(高速、高精度、多通道、复合材料)、稳定性和使用寿命仍难以与日德产品相媲美,主要的问题是它还没有被用户识别。

其次,各种高科技功能部件和关键部件的基础薄弱。我国的伺服驱动单元、主轴单元、测量反馈元件、刀库机械手、数控刀架、滚珠丝杠及导轨、轴承、油气润滑装置等,在专业化程度、品种少、质量不稳定、使用寿命短、成本高、交货期长等方面都远远落后于西方地区。高端功能部件基本上都是进口的(80%的电主轴和刀具),消耗了国内机床厂家的大部分利润。随着数控机床向高速、精密、复合加工方向的发展,对其精度、速度、寿命和可靠性提出了相应的要求。我国刀具的性能和质量存在较大差距,针对用户个人需求的专用工具很少。精密加工工具(含材料),国内厂家只能提供10%,每年大量进口,价格昂贵,用户负担不起。

三是用于高速精密加工的测量仪器基本上被意大利、德国和英国企业垄断。各种自动测量仪器已实现计算机化、数字化,部分测量传感器已达到纳米级,可以对被测对象进行分析,找出加工过程中的薄弱环节。没有测量,就无法判断精密工件是否合格,无法进行实时在线测量和数据处理,无法发现加工过程中存在的问题,无法改进生产工艺。

第四,国产数控机床精度一致性和可靠性低是其不足之处。精度一致性和可靠性是汽车等大批量生产中需要注意的指标,技术专家指出,决定可靠性的因素不仅是技术,还有管理(国内企业普遍缺乏对工艺操作的严格要求),这就要求企业脚踏实地,努力工作,掌握核心技术。日本fanaco公司的数控系统和伺服装置对故障率有严格的统计和原因分析,这“要靠愚蠢的功夫来消除一个不可靠的因素。应将结果纳入设计、工艺和制造过程,改为严格执行规范,然后根据用户反馈进行改进。多次内外部反馈积累,形成了企业独有的数据库,为问题导向的创新提供了基础”。

此外,专家报告称,我国开发的高端机床产品加工功能与国外同类产品差别不大,但各项性能指标(加工速度、精度、稳定性、可靠性、复合多功能性、灵活性、智能、使用寿命等)。

(4) 工业技术研发体系薄弱,企业创新能力不足

1、旧的科研体系消失,新的产业创新体系尚未形成

上世纪90年代末,工业部所属事业单位转企改制,旨在提高科研机构的工作效率,解决科研生产问题。改革确实取得了很大的成效,但也在一定程度上导致了现有产业研发体系的瓦解。事业单位转企改制后,行业内基础技术和共性技术的研究功能减弱或消失,科技人才流失,研究能力下降。

我国机床制造业的科研力量处于“碎片化”状态。各党派之间也缺乏协调,摆脱政治、或重复投资、或长期空白的途径很多。科研、技术储备和试验条件投入不足,高校相关科研布局不系统,与企业研发合作机制不畅。工业前沿技术研究水平与西方的差距不仅在缩小,而且在扩大。

企业技术创新能力差,很多企业都有政府颁发的“科技中心、基地、实验室”等品牌,但真正具备研发能力的企业并不多,过去许多重点企业的技术研发能力甚至有所下降,大量中小机床企业的研发能力受到影响。

由于缺乏原始技术的积累,国内机床企业的技术进步和新产品研发大多停留在对国外先进产品的模仿、消化和吸收上,往往明知是看不见的;新产品的研发和设计主要依靠经验和模仿,缺乏理论支持和实验依据,形似神仙。多数企业缺乏先进的测试和实验手段,导致样机无法通过技术验证加以改进,甚至不知道从何入手,没有掌握核心技术。

多年来,我国机床行业走的是一条依靠合资引进合作、跟踪模仿、形成路径依赖的技术进步道路,使自主研发能力严重削弱,甚至影响了自主创新精神。

2、工业科技体制弊端依然普遍

在《中长期科学技术发展规划纲要(2006-2020年)》中,设立了“高端数控机床及基础制造设备”重大科技专项(04专项)。从2009年开始实施,中央安排项目约600个,投资近100亿元。主要研究方向是航天、汽车、船舶、电力等领域急需的高端数控机床。研发成果包括新产品、新技术约3000项,新机床各项指标有较大提高。国内高端数控系统市场占有率由不足1%提高到5%左右。

业内人士普遍认为,04项目的组织仍需完善,主要包括:资金安排分散,顶层设计有待完善;关键技术和产品是项目重点,基础和共性技术的研究安排较少;初步结果跟踪验证的资金和时间不够(实验室的成功与实际生产所要求的性能指标相差较大);考核方法以生产检验合格为标准,不过分强调纸面;以企业为主体承担项目主体,我国科技投入形成的新技术难以共享和推广。

更值得关注的是通用技术研究平台。04专项是临时性的项目体系,我国机床企业普遍缺乏研发资金,对研发周期的承受能力有限,大多基于“快锤”原则。少数企业愿意投资战略基础研究,这也是不够的。

现代机床是一种多品种、多层次技术的综合产品,其产品水平决定于整个行业的技术生态。机床新产品的开发需要深厚的理论基础,以及大量的现场试验数据和经验积累,随着我国机床工业的发展,广大中小机床企业对通用技术服务有着非常现实的需求。

台湾经济完全市场化,但台湾理工学院对其机床工业进步的贡献不小。德国有名的弗劳恩霍夫研究所也是一家以市场为导向,提供公共技术服务的综合性科研机构,只有专业研究机构与重点大企业研发机构相结合,才能支撑起健全的产学研合作机制。

四、 对我国机床工业发展的几点思考

党的十九届四中全会决议指出:“增强我国战略科技实力,完善我国实验室体系,建立社会主义市场经济条件下我国重点核心技术攻关新体系,建立以企业为主体、市场为导向、产学研深度结合的技术创新体系,提高产业基础能力和现代化水平产业链的水平。2019年8月召开的中央财政经济委员会第五次会议还强调,“支持上下游企业加强产业协调和技术合作,解决重点问题,建立跨行业解决重点共性技术问题的共同技术平台和田野。要充分发挥创业精神和工匠精神,培育一批“专、特、新”的中小企业。

中央精神为振兴机床工业乃至整个装备制造业指明了方向和路径。

一是加强机床行业发展战略规划和顶层设计,长期以来,西方地区一直把高端数控机床及其关键附件作为战略物资。巴统解体后,西方地区在上世纪90年代建立了《瓦塞纳尔协议》,继续对销往中国的高端设备、数控系统和功能部件进行不同程度的限制。我国一些重要企业被美国、欧洲和日本列入“黑名单”。

在日益复杂的国际环境下,靠“自由贸易规则”和开放进口实现产业升级是不可能的,现代化是买不到的。高端数控机床及其供应链关系到国民经济和国防安全,要建立完整、自主、可控的机床产业体系,摒弃进口依赖。

新形势要求我们在新的高度上认识“开放”与“独立”的关系。我们必须坚持对外开放的国策,但对外开放必须建立在独立自主的基础上,开放学习的目标是提高我们的能力,开放不能损害主权和根本发展利益。

从高端数控机床领域的困难可以看出,“技术差距”和“市场信任”是落后地区产业升级道路上必须克服的两大根本性障碍。在高度开放的市场环境下,如何充分发挥制度优势,构建新的核心技术攻关体系,突破“卡脖子”的技术缺陷?根据行业的实际情况,要处理好“市场决定作用”和“更好地发挥政府作用”的关系。

要根据行业情况区别对待。在中低端机床领域,国内企业已经具备相当的产能;而且,机床行业面对多种需求,技术上有很多可能性,因此需要重视市场的作用,发挥创新的主体作用。产业政策的重点应该放在高端机床领域,在这一领域,面对跨国公司的主导地位,我们不能仅靠放开竞争、依靠自己的企业来摆脱被动局面。

有鉴于此,一是要进行顶层规划,进一步加强机床行业相关政府机构和行业组织的领导和政策协调,引导行业经济运行,在世贸组织框架内对企业实施必要的政策支持(包括减免税优惠政策),针对各关键环节的技术缺陷组织科技研究,促进整个产业链的技术升级和整合,增强竞争力。

二是建立新的技术研发体系。合理配置行业有限的科技资源,重视人才培养,扭转高校工科生源紧缺的趋势;重视专业研发机构的作用,形成“以企业和专业研发机构为主体,产学研相结合的新技术研发体系”。从基础研究、基础零部件到机床总体设计,形成系统布局,继续提供资金支持,重视新技术成果的保护和推广。

三是重视“需求侧”支持政策。经验证明,对于追赶型产业,我国在市场领域的支持至关重要。许多有希望的新产品在“后边的一英里”失败,因为没有机会得到用户的验证政策胜于秩序”,市场培育出好产品。多年来,中国庞大的装备市场培育了一大批跨国企业,现在要大力扶持自己的产业,通过政府采购政策(首套设备的应用),承担任务的使用单位有责任与机床制造企业合作,给它们改进的机会,我国也有必要给予相应的补偿或保险。

总之,要加强产业引导和组织、科技创新和市场支持。结合这三个方面,尽快落实促进机床工业发展的政策。




















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