•一、机械设备行业分析
(一)机械设备行业发展概况
作为现代工业体系的核心组成部分,机械行业承载着推动产业升级与技术创新的重任,涵盖了重型机械、工程机械、农业机械、纺织机械、食品和包装机械、交通运输设备制造业、机床工具、电力设备、机器人与智能制造、机械基础件等多个细分领域。
机械行业是为国民经济发展、国防军工建设和民生事业提供技术装备的基础性和战略性行业,是稳住工业经济大盘的“压舱石”,是拉动内需和推动内循环的重要引擎。机械工业处于价值链中高端和产业链供应链核心环节,是现代产业体系的脊梁,是我国参与全球产业链供应链竞争的重要支撑。纵观美欧等发达国家的强国之路可见,具备规模雄厚、结构优良、技术创新能力强、发展质量好、国际主导地位突出的机械工业是国家繁荣及安全的基础,在发达国家跨越工业化的关键时期,发挥了重要的支撑引领作用。
机械行业不断与新技术融合,朝着智能化、绿色化、高端化的方向发展,为推动经济增长、提高社会生产力和改善人民生活水平发挥着不可替代的作用。
(二)机械设备产业链分析
在国民经济体系中,机械设备行业位居产业链中游,其产业链涵盖了从原材料供应到最终产品应用多个环节,在制造业各环节中具有不可代替的地位。
以数控机床为例,不同类型的机床产业链构成有所不同,从总体上看,数控机床产业链可分为上游关键部件,中游整机制造,以及下游集成应用三大环节。
上游的关键零部件主要包括床身、滑座、工作台、主轴系统、进给系统、数控系统、导轨、丝杠、夹具、刀具系统、润滑冷却系统、排屑系统、照明系统等。
中游是各类数控机床产品的研发与制造,涉及机床的设计、制造、装配和调试等过程。作为典型的机电一体化产品,数控机床是机械技术与数控智能化的结合,可分为金属切削(如车削、铣削、镗、钻、磨等)、成形机床(如压力机、剪板机、折弯机等)、特种加工(如电火花线切割机床、电火花成形机床等)、加工中心(如多轴联动、柔性加工单元)以及其他产品。
下游为应用领域,主要包括下游渠道和应用场景,包括汽车、航空航天、船舶、铁路和其他运输设备制造业等。其中,汽车是主要的需求领域,其次是航空航天、模具和工程机械等。下游用户对数控机床需求的不断变化,推动了数控机床技术与产品的持续提升。
二、机械行业生产制造特点与工艺技术
(一)机械设备制造特点
机械行业产品种类繁多,既有大型的重型机械,也有精密的仪器设备,不同产品的功能和结构差异巨大,生产过程复杂,技术含量高,涉及机械原理、自动化控制、材料科学等多领域知识,并且对加工精度有着极高要求,高精度的加工设备和检测手段必不可少。同时,机械产品生产周期往往较长,从产品设计到最终产出需要耗费大量时间。此外,行业内企业间协作紧密,形成了庞大的产业链,且生产计划与控制较为复杂,需综合考虑多方因素确保生产有序进行。
(二)机械行业制造关键技术与工艺
1. 机械领域典型产品制造流程
普通机械类产品的生产制造流程是指按照产品设计要求加工制造机械产品的过程,主要包括原材料准备、零部件制造、部件装配和整机总装调试等。其中发动机、液压系统、控制器等一般由专业厂商制造,作为外购件在机械主机上安装。
2. 机械行业制造中的关键技术与工艺
机械产品种类众多,在生产制造过程中涉及多种专业生产制造技术,从而保障机械产品的可靠性与适用性。以数控机床为例,从生产工艺上看,机床领域涉及的关键技术涵盖精密或超精密加工技术毛坯精密成型技术、表面处理技术和精密装配技术等。
三、机械领域应用的智能检测技术与装备
机械领域主要应用的检测技术包括:激光检测技术、三坐标检测技术、X射线检测技术、超声波检测技术、机器视觉检测技术、力学性能检测技术和金相检测等。
以数控机床为例,分析其制造过程所运用的检测装备。
机床零部件制造包括原材料准备、毛坯制造、机械加工、热处理和表面处理等工艺制造流程,在该阶段用到的检测技术以外观检测、结构检测、性能检测为主,涉及的检测装备包括光谱仪、金相显微镜、万能材料试验机、粗糙度仪、渗透探伤仪、磁粉探伤仪、超声波探伤仪、三坐标测量仪、齿轮综合检测仪等。
数控系统制造包括原材料与零部件的采购、硬件制造(主要包括伺服电机和数控装置)、软件编程与调试、系统集成等环节,在该阶段用到的检测技术以外观检测、性能检测、功能检测为主,涉及的检测装备包括绝缘电阻测试仪、电子显微镜、网络分析仪、三坐标测量仪、编码器测试仪、飞针测试仪、自动光学检测设备等。
装备调试环节包括部件装配检测、总装调试检测。其中,部件装配检测主要进行部件检测、装配精度检测等,以确保各部件配合紧密、位置精准,用到的检测装备包括各类专用测试台、三坐标测量仪、激光干涉仪等;总装调试检测是通过精度检测、性能检测、功能检测、安全检测等确保机床性能和安全达标,用到的检测装备包括激光跟踪仪、球杆仪、对刀仪等。
另外,在线加工检测环节还涉及基本定位功能检测、工件检测与刀具检测,用到的检测装备包括光栅尺、编码器、对刀仪等。
四、智能检测装备在机械领域的重点应用场景
以数控机床领域的五轴立式加工中心为例,选取整机位置精度检测场景进行分析。
数控立式五轴加工中心整机位置精度检测是确保加工中心在进行复杂三维加工时,能够精确控制刀具在空间中的位置和姿态,从而保证加工精度和产品质量的重要环节。检测内容包括定位精度、重复定位精度、反向间隙和系统偏差等,这些指标直接关系到加工中心的性能和加工产品的质量。用到的检测技术包括三坐标测量技术、激光干涉仪测量技术与球杆仪检测技术等,涉及的检测装备有激光跟踪仪、激光干涉仪、球杆仪等。
国内拥有镭测科技、深圳中图等相关检测装备的研发与生产企业,但与英国雷尼绍、美国海克斯康等国外知名企业相比,国产检测装备检测精度、稳定性,核心零部件配套,检测标准以及市场认可度等方面存在一定差距。
