工業母機是“生產設備的設備”，為裝備制造業提供智能的生產設備和零部件，是工業生產中最重要的工具之一，在整個工業體系中處于基石的地位。

　　2020年全球機床產值不足5000億元，跌幅達到16.3%。多年來，我國占據全球第一生產和第一消費大國的席位。然而，我國機床產業仍面臨基礎能力薄弱、進口依賴度高、人才難集聚等問題。

　　01中國機床行業面臨的困境

　　自20世紀90年代后期，我國原有機床產業研發體系瓦解，面向市場的新型研發體系一直沒有建立起來。

　　在上游設計、制造端，在材料、零部件以及經驗等方面基礎薄弱，難以支撐我國在高端機床領域實現全面自主；在下游應用端，離開了進口原料，高端機床在我國無用武之地。

　　僅以材料為例，我國基礎材料均質性、切削性能等指標相對國外有較大差距，不僅高端刀具依賴進口，大量下游應用端的高端材料也嚴重依賴進口。

　　隨著國民經濟的發展以及產業結構的升級，中高檔數控機床的應用越發普及，產品需求越來越大，供給卻難以滿足需求。低端產品貿易增加值低，向高端轉型刻不容緩。數據顯示，2018年我國高檔數控機床，如五軸及以上加工中心自給率不到10%，其中龍門式加工中心及立式加工中心等的自給率不到1%。

　　在高端領域，我國機床企業對于一些高端行業的需求難以觸碰，甚至不敢觸碰。在中端領域，日本機床以其可靠耐用的性能以及較便宜的價格牢牢占據了中端市場。以臥式加工中心為例，日本森精機、山崎馬扎克、日本大隈等企業占據了我國超過80%的市場。在低端領域，大量中小民營機床企業聚集在山東滕州（中國中小機床之都）、浙江玉環（中國經濟型數控車床之都）等地，陷入低端混戰。

　　機床行業是高技術門檻、高專業分工而且需要長期積累的典型。機床行業進步僅靠資本驅動是難以成功的，需要的是市場化的機制。據估算，機床的市場容量僅相當于其生產對象市場容量的2.5%，而真實數據恐怕連1%都還不到。機床與高鐵、核電設備之類的裝備制造有本質的不同：機床行業是完全市場化運營的，國家意志最多能夠維持幾家重點企業的經營，但發揮不了決定性作用。

　　02“脖子”卡在哪

　　目前我國機床行業核心“卡脖子”產品在于高檔數控機床。

　　1.加工精度

　　機床是一個復雜的機電信息系統，在加工過程中會受到靜力學、動力學、振動以及熱的影響。僅以內部熱影響為例，它包括電機轉動切割磁感線生熱、絲杠導軌運動摩擦生熱、切削過程生熱等數十甚至數百項影響因素，而產生的熱量又會造成零件的受熱變形，造成刀具及材料性能的變化，最終疊加體現在加工誤差上。

　　歐洲在這方面已經能夠建立對應的物理模型，能夠通過高精度仿真的方式，模擬分析加工誤差來源，并加以補償，提高加工精度，但目前我國企業甚至對電機轉動切割磁感線生熱這一熱源項尚沒有扎實的基礎性研究。

　　2.可靠性

　　德國德瑪吉（DMG）公司對其生產的機床有嚴格的質量控制體系，公司允許的返修率在數年前已經低至1.8次/（千臺·年），比目前國內的返修率低至少一個量級。

　　機床的可靠性主要分為三個方面，分別是靜態特性、動態特性和熱特性，而機床的切削性能則主要取決于動態特性。正是這個動態特性幾乎被國內機床界所忽略。

　　這個看似“疏忽”的根本原因其實是我國缺乏對于基礎機理的研究，對機床特性的工程數據庫積累不足，從而無法對這些尺寸機型正確標定。工程化經驗不足，又沒有行業共性技術的支撐。

　　3.傳感器技術

　　有效、完備的控制系統是機床實現高加工精度和智能化的前提，而完善、合理的傳感器系統則是控制系統的核心硬件基礎。

　　以德瑪吉目前市場上的五軸削銑加工中心DMC80FDduoBLOCK為例，一臺機床在關鍵部位配備了包括溫度、力、振動、潤滑液流量、冷卻液溫度等在內的超過60個傳感器。通過傳感器，所需的機床及加工信息可以被精準、實時地收集，通過適當的控制方法，及時完成在線修正補償。

　　4.智能化

　　智能化是實現機床“自學習、自適應、自診斷”甚至是“自決策”的一個完整過程。目前，歐洲的機床智能化水平較高，以德瑪吉的CELOS為例。目前這款機器已經能夠大幅優化人機交互，將機床功能組塊化，開發成類似App的功能，用戶可以在面板上更加簡便、快捷地進行加工編程操作。

　　此外，CELOS已實現加工過程的高精度仿真，加工中心在接收加工指令程序段后，可首先將加工過程通過建模仿真的方式直接可視化，呈現給工業機床的操作者。

　　機床智能化的核心是需要在完善的傳感器系統的基礎上，疊加以大數據、人工智能等方法，實現加工過程、參數、路徑、速度曲線的自動優化，對可能產生的沖突做出提前預警，對內外部干擾因素做出修正補償，保證精度等功能。

　　03“卡脖子”突破路徑

　　（一）基礎研究

　　工業母機是戰略性、基礎性產業，事關產業基礎高級化和制造業轉型升級，因此，首先要關注基礎研究，建立自己的原創工業體系。

　　我國需要結合工作母機產業發展特征，完善對基礎性、戰略性、前沿性科學研究和共性技術的支持機制，實現國家各類科技計劃的有效銜接，發揮國家自然科學基金在基礎研究和原始創新研究方面的引導和支持作用，倡導先進工藝多學科交叉研究、母機裝備原始創新研究。

　　相關原始創新研究的部署應接續支持重點研發計劃、科技重大專項，基礎研究成果應結合有關專項的攻關任務進行貫徹、擴散及融入。重點研發計劃的具體成果，如樣機、工藝等應在有關專項中持續開展應用驗證和推廣示范。

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　　我國高端制造裝備產業的發展模式應由“跟蹤引進吸收”逐步向“并行自主創新”以及進一步的“原始創新領跑”轉變。

　　我們要進一步深化國家科技體制改革，針對航空、航天、軍工等國家重大需求，探索高端制造裝備全產業鏈協同創新模式。要梳理核心技術、關鍵元器件、工藝和裝備的短板問題以及“缺鏈”“斷鏈”環節，以高端制造裝備協同創新中心為基礎組建“產學研用”聯合體。要組織全產業鏈協同創新、技術攻關，建立上游、中游、下游分工合作、利益共享的產業鏈組織新模式。以正在建設的制造業創新中心為基礎，我國要對現有分散在高等院校和科研院所的國家重點實驗室、國家工程實驗室、工程研究中心等進行優化重組，建立“產學研用”長效合作機制，形成分布式、網絡化的新型科研機構集群。

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　　我國要培養一批技術先進、世界領先的企業，使其發揮“龍頭”作用。引導競爭力不強的機床企業實施轉型，使之成為民生領域或國防軍工領域專用裝備的提供商、制造業轉型升級與智能化改造的領頭羊、制造業整體解決方案的一體化供應商。引導中小企業向“專精特”方向發展和成長，通過稅收優惠或金融支持鼓勵其深耕基礎零部件、材料、元器件、傳感器、各類工業軟件以及專用裝備等細分領域，實現差異化發展。

　　（四）應用場景

　　在宇航及深空探測制造裝備方面，解決新一代中型、大型運載火箭量產對成套裝備的迫切需求，突破飛行器大型構件和復雜構件批量、高效、精密制造的技術瓶頸，滿足深空探測飛行器對復雜構件輕量化、結構功能一體化的重大需求。

　　在大型飛機制造裝備方面，突破大尺寸鈦合金、碳纖維復合材料以及異性材料疊層的航空結構件高速切削、增減材復合以及大部件高精度互換性制造等技術問題，實現航空裝備的高性能、高精度、高效率、低成本制造。

　　在航空發動機制造裝備方面，產業化推廣發動機典型部件制造的國產化裝備，突破航空發動機關鍵零部件高溫合金、高強度合金、復合材料的集成設計制造、高效和高精制造技術瓶頸，解決進口依賴問題。

　　繼續完善船舶及海工大型柴油機缸體、曲軸、齒輪和船用燃氣輪機葉片、渦輪軸、葉盤等先進成套技術裝備。突破大型艦船關鍵部件制造技術、大型船用螺旋槳推進器整機加工裝備、深海焊接/探測及深海工作站制造裝備等，推進艦船增材制造現場維修成套裝備發展，實現關鍵裝備自主可控。

　　針對動車組車體、客車車體等大型復雜型面加工需求，研制智能磨拋系統和柔性打磨工具；針對轉向架、變速箱、輪對等關鍵零組件制造需求，開發專用高效加工成套裝備及生產線。重點開發新能源汽車變速箱高效加工、近凈成型裝備及成組工藝生產線，研制高效加工與成型、在線檢測與裝配成套裝備及生產線。

　　面向新一代慣性儀表制造、多目標紅外探測及高精度智能導引等領域，亟須集中優勢力量，快速突破超精密加工機床技術瓶頸，推動超精密制造領域相關基礎理論、測量技術、超精密機床制造技術、在線測量與智能控制技術的重大發展，探索形成超精密加工及高端機床自主研發的高效創新模式。

　　（五）鼓勵政策

　　優化國家科技成果采購體系，將各類科技成果編制目錄、簡介進行宣傳推廣。

　　改革調整企業稅費比例，降低公共服務價格，探索新的制造業融資方式，引導金融機構降低制造業企業的融資成本。制定優惠政策，改變制造業企業留人難、人才流失的困境。

　　針對制造專業人才培養，在打牢基礎、淡化專業的同時，應加強智能制造傳感器、軟件及大數據等方面的知識積累與研究實踐。