深圳高端工业母机实现新突破
深圳商报首席记者陈小慧
大飞机、载人航天、地铁盾构机、载人潜水器“蛟龙号”……这些“上天入地下海”的高端装备，是“挺起”工业脊梁的“国之重器”。然而，这些机器是怎么制造出来的？源头设备是什么？这离不开制造机器的机器——工业母机。
日前，记者从中国科学院深圳先进技术研究院（以下简称“深圳先进院”）获悉，深圳先进院研究员杨之乐团队成功研发出高端智能五轴数控系统，实现了微米级的精密运动控制，全面整合国产供应链、完成人工智能算法和大语言模型的应用。杨之乐告诉记者，团队围绕核心技术进行产业化落地，已成功孵化两家国家级高新技术企业。目前，团队研发的高端智能五轴工业母机订单已实现大规模量产，助力我国高端工业母机产业实现高质量发展。
制造机器的机器：工业母机是高端装备基石
工业母机，又称数控机床，是制造机器和机械的机器。几乎所有高端装备制造业的核心部件，都离不开工业母机的支撑。
“数控机床承担了所有工业核心零部件的加工和生产，它相当于这些零部件的‘妈妈’，是所有制造设备的基础加工工具。”杨之乐日前在接受记者采访时表示。有趣的是，杨之乐告诉记者，这些机床本身的部分高精密零部件也是由机床加工的，因此除了工业母机还有工业“姥姥机”。
“整体来说，工业母机在整个工业尤其是高端装备制造业中发挥至关重要的作用，是基础生产资料、工业体系的基石。如果没有高端精密的工业母机，所有工业设计只能停留在图纸。”杨之乐表示。
从制造工艺看，工业母机对加工精度要求很高。“比如用来挖地铁隧道的盾构机，它里面的金属零部件几乎90%都是工业母机加工的。由于它的金属盘架中的核心轴承要‘抵抗’数十万次的转动，因此对工业母机的精度要求极高。”杨之乐告诉记者。
目前，中国整体机床产业年产值达千亿元人民币规模，位居全球首位。其中五轴的高端数控机床行业发展迅速，市场规模逐年递增。
不过杨之乐也坦言，目前市场上还是以三轴、四轴的中低端工业母机为主，五轴的高端数控机床国产化率低，90%以上依赖进口。而在未来大飞机、新能源汽车等战略性新兴产业的高端装备制造，对五轴高端数控机床的需求量很大。
机床的“大脑”：大模型让数控系统更“聪明”
如果说数控机床是高端制造装备的基石，那么决定数控机床加工效率和精度的关键，就是机床的“大脑”——数控系统。
据了解，工业母机（数控机床）本身也是由多个核心零部件组成的，这当中数控系统是最为核心的部分。它是运用系列指令来实现对一台或多台机械设备的精确动作控制的技术。
“比如控制工业母机的整机运动路径，运动轴之间怎么协同，相当于你给它一个加工零部件的图纸，数控系统可以拆分成各种各样的运动控制动作和姿态，从而实现零部件的加工和切割。”杨之乐说，“而要实现这些精准控制，智能化是核心关键。”
一直以来，由杨之乐带领的团队不断加速推进数控机床智能化水平，提升数控机床在认知、感知、数据方面的智能，并首次将大模型技术应用于机床与智能装备领域。“五轴的高端工业母机最大的技术难点就是控制算法，有大模型‘加持’后，可以提高工艺编程效率10倍以上。”杨之乐说。
“智能化是完成工业母机市场化快速推广的核心增长点和下一代高端装备发展的必由之路。”杨之乐说。
产业化之路：智能化五轴数控机床实现量产
近年来，国内装备制造业快速发展。中商产业研究院的数据显示，2022年我国智能制造行业市场规模2.68万亿元，预计到2024年，这一数据将达到3.4万亿元。这也意味着，市场对中高端数控机床需求不断增大。
如何把数控系统技术转化为高端数控机床产品，进而赋能产业发展？深圳先进院杨之乐团队走出了一条创新路子。
“我们在智能化装备领域已经积累了十几年的先进技术，刚好一家上海的企业找到我们，他们有场景，我们有技术，因此我们联手围绕核心技术进行产业化落地，成功孵化了一家国家专精特新‘小巨人’企业——诺倬力数控，主要做高端通用五轴整机厂，先进院利用知识产权评估出资，持有部分的股份。”杨之乐告诉记者。此外，深圳先进院充分发挥中科院高层次人才团队优势，以高档五轴数控机床为载体，以高档五轴数控系统为核心，还成立了高端数控系统软件研发企业——中科航迈。
“一家做硬件产品，一家做系统软件，我们希望能为企业提供高端数控机床的全套解决方案。”杨之乐说。
据悉，两家孵化的企业都取得了阶段性产业化成果，由团队研发的五轴机床整机已在航空航天、燃气轮机等领域实现批量化交付和应用。
谈及应用场景，杨之乐表示，国产五轴高端数控系统具有响应速度快、精度高等特点，可以为我国的航空航天、新能源汽车制造等战略性新兴产业提供可靠的技术支撑。
“我们希望发挥深圳先进院的资源，融合深圳产业生态的优势，全面达成五轴数控机床国产替代，围绕机床、系统、智能化技术及培养出的行业顶尖人才，打造智能化高端装备的全新研创力量！”杨之乐说。