1. 大国重器三维五轴激光机床
第一,五轴联动叶片加工中心
就其重要性而言,五轴联动叶片加工中心一点不亚于芯片制造的光刻机,因为这台设备是用来加工航空发动机,汽轮机,鼓风机的核心部件-叶片。叶片是航发的关键零件,外形和内腔复杂,承受1700摄氏度的高温,并且大量使用钛合金等高强度的复合材料,加工难度之大可想而知。
目前我国高端的五轴联动叶片加工中心依赖进口,包括在国防领域,我国就引进了瑞士斯达拉格公司的产品。当然作为这一领域的佼佼者,包括美国的F35战机也在使用斯达拉格机床。除了瑞士企业,这种设备的主要生产国还包括德国(哈米勒),意大利(法拉利)等。
第二,工业机器人减速器
减速器是工业机器人(关节)的核心零部件之一,能生产工业机器人的国家很多,但是精密减速器却主要掌握在日本企业手中,在这一领域有两家企业,一个是纳博特斯克,主要生产RV减速器;一个是哈默纳科,以谐波减速器为主。RV减速器一般主要拥有基座,肩部等负载重部位,而谐波减速器主要用于小臂,腕部等部位。
第三,半导体设备
提到半导体设备,大家首先会想到光刻机。而实际上半导体设备有非常多的种类,包括刻蚀机,薄膜设备,测试设备和清洗设备等,像全球最大的半导体设备企业美国应用材料公司生产除光刻机和清洗设备外几乎所有的半导体设备,而且这家企业在薄膜PVD设备领域一家独大,其地位并不比光刻机企业差。就整体市场价值而言,刻蚀机,光刻机,薄膜设备是价值最高的三大半导体设备。除光刻机外,美国企业在其它几种设备方面占据优势。
第四,10nm以下半导体制程
10nm以下半导体制程工艺对于大多数晶圆制造企业来说就是禁区,宣布停止研发更先进制程的企业不在少数。那么半导体制程工艺到底有多难?以5nm为例,光是工艺步骤就有1000个,并且每一个步骤的合格率要达到99.99%,而且工艺越先进,需要集成相关学科领域的技术就越多。目前掌握10nm以下工艺的企业仅有三家,包括台积电,三星电子和英特尔。
第五,大型高精度衍射光栅刻划机
光栅机是光学领域最重要的母机,被称为"精密机械之王"。光栅的主要作用在于光谱分析,通过它可以获得物质的成分信息,广泛应用于信息科学,物理学,天文以及军事等领域。举一个例子,油漆有不同的颜色,一般人能分辨出的变化可能有几十种,而光栅则能分辨出超过上亿种颜色变化。目前能生产这一设备的只有美国,日本和中国等少数几个国家。
第六,重离子治疗设备
作为国际尖端的放射治疗技术,重离子治疗设备被誉为重大科学装置,全球最大最复杂的一台设备重达670吨。重离子治疗设备体积庞大(包括100多米长/60米宽的加速器),涉及到加速器,生物学,影像学,电子,核物理等众多前沿学科,被认为是最先进的肿瘤治疗系统。目前全球运营的(包括在建)医用重离子加速器仅有16台,大部分位于日本及欧洲。而重离子(含质子)治疗设备企业包括西门子,Varion,日本的东芝,三菱电机,住友,日立等。
第七,高端磁共振设备
也叫医用磁共振成像设备,主要用于血管造影,心脏病学检查等。目前高端磁共振设备主要掌握在美国通用,德国西门子,荷兰飞利浦三家企业手中。磁共振设备同样涉及到生物化学,IT技术,传感器,光学,流体力学等许多交叉学科,对磁场技术,射频技术,成像技术等有非常高的要求,是对一家企业的综合工业能力的考验,也正因为如此,该领域的主导企业大都是一些业务横跨多个行业的综合性工业巨头,其中被称为GPS的三大企业都是拥有百年以上历史。
第八,燃气轮机
主要应用于电力设备,工业,航母等领域,其工作原理类似航空发动机,正是由于其巨大的工业,军事价值,因此重型燃气轮机也被视为大国重器,像西门子的一台超级燃气轮机的发电量,可以满足一个中等城市的用电需求。目前该领域的三大企业分别是美国通用,德国西门子和日本三菱重工(如今的三菱电力)。重型燃气轮机的核心部件包括燃烧室,压气机,高温透平叶片。
第九,大推力军用涡扇发动机
相比民用发动机,掌握大推力的军用涡扇发动机技术的国家更少,就目前来看,也仅有美国,俄罗斯和中国。大推力军用涡扇发动机通常是小涵道比,加力推力超过10吨的涡轮风扇发动机,主要使用在重型战机,单发中型战机;而大涵道比发动机通常使用在运输机,轰炸机上,关系到国家的战略威慑力和民用航空的发展。美国最先进的F135发动机(配备于F35战机),最大推力在19-20吨,生产商为普惠发动机公司。俄罗斯主要的军用涡扇发动机企业包括土星公司等。
第十,超精密轴承/高端轴承
轴承的种类非常多,被称为"高端产品的关节",有航空航天领域的特种轴承,有用于精密机床主轴产品的超精密轴承(P4级以上),有重型机械用轴承,有高铁轴承,有半导体加工设备轴承等。作为一个基础性行业,轴承在很多高科技领域发挥着重要影响,像航空发动机的主轴承就是航发的关键部件之一,对精度,性能,寿命,可靠性有着极高要求。目前高端轴承生产企业主要集中在德国,美国,瑞典以及日本等国。
2. 中国五轴联动机床
五轴联动是指在一台机床上至少有五个坐标轴(三个直线坐标和两个旋转坐标),而且可在计算机数控(CNC)系统的控制下同时协调运动进行加工。五轴联动数控机床是一种科技含量高、精密度高专门用于加工复杂曲面的机床
3. 国产五轴数控机床
国内第一台五轴、六轴联动的数控机床是什么时候有的 2013年7月31日上午由大连制造的高精度五轴立式机床,启运出口德国。工信部装备司副司长王卫明表示:“这一高档数控机床销往西方发达国家,是中国机床制造行业的重要里程碑。” 五轴联动数控机
4. 大型五轴联动数控机床
一,山崎马扎克MAZAK
日本山崎马扎克(MAZAK)公司
二,德国通快Trumpf
德国通快TRUMPF集团
三,德玛吉森精机DMG MORI
德国的德玛吉公司
四,马格MAG
机床及自动化系统公司
五,天田Amada
日本天田制作所
六,大隈Okuma
日本大隈公司
5. 大国重器 数控机床
潜艇作为水下作战武器,一直以来都是充当隐蔽杀手的角色,但是要提高隐蔽性,最大的改进手段就是减少噪音。自二战以后,随着声呐探测、磁异探测、红外探测、生物场探测等高科技手段的出现,潜艇所面临的形势也越来越严重。冷战中美苏两国除了在水面舰艇展开对抗之外,在水下也不断地交手,这促使了潜艇技术的大发展,而美国和苏联/俄罗斯也自然成长为目前全世界潜艇静音技术最为尖端的国家,因此最静音潜艇自然只能从这两个国家之间选择。▲苏联变态的台风级核潜艇
我们最熟悉的静音型潜艇莫过于被称之为“大洋黑洞”的基洛级常规动力潜艇,该艇的6叶大倾斜螺旋桨采用进口的多轴数控机床加工,无论是做工还是外形设计,都很好的减少了切割水体所产生的空泡噪音。而全艇水滴形的设计也让流体噪音降到了当时的世界最高水平。艇内的发动机安装在橡胶减震浮阀之上,避免了与金属艇壳的直接接触,最大程度的减少了发动机的原始噪音,而在艇外还贴敷了苏联最新研制的隔音涂料,让噪音无法向外传播。由于基洛级的出色静音效果,苏联将起作为近海猎杀北约军舰的最佳猎手,而世界其他国家在苏联解体后也纷纷购买,目前包括中国、印度、越南、伊朗等近十个国家海军都有基洛级的身影!▲基洛级潜艇
基洛级虽然出色,但是其仍旧只是七十年代末、八十年代初期的苏联水准,受制于当时的技术瓶颈,基洛级的噪音水准只能维持在115分贝的水准,而海洋背景噪音平均95分贝的水平还差了不少。而常规潜艇续航能力差,在水下潜航几天以后,还必须上浮开动柴油机发电,而这就更加会增加噪音分贝,并且容易被反潜机所发现,因此基洛级是谈不上最安静的潜艇的。▲伊朗基洛级潜艇上浮
事实上常规潜艇只能作为近海战术武器使用,因此不可能大规模采用最高精尖的技术,一个国家军工实力的集大成者还是非核潜艇特别是弹道导弹核潜艇莫属!俄罗斯目前静音水平最高的潜艇为北风之神级战略核潜艇,除了16枚布拉瓦潜射导弹作为攻击手之外,其水下隐身能力也确实了得!▲布拉瓦潜射导弹
北风之神级核潜艇大量采用苏联在阿库拉以及奥斯卡级攻击型核潜艇上验证的技术,比如整体式双层减震浮阀、独立外隔音罩、机械传动缓冲降噪、外部厚达15厘米的新式消音瓦等等。得益于俄罗斯在流体力学方面取得的新成就,北风之神级采用了最新的拉长水滴型设计,配合先进的泵喷动力设计,北风之神静音水平达到了俄罗斯的巅峰!根据推测,北风之神级核潜艇的噪音水准已经接近100分贝,在高海况之下能够完全隐蔽于水下而不被发现。▲北风之神级核潜艇
但是总的来说,苏联整体科技水平与美国有着10到15年的差距,俄罗斯由于经济衰退,不仅没有完成追平,反而还拉大了差距,美国专门猎杀苏联战略核潜艇的海浪级攻击型核潜艇仍旧是当今世界的静音水平最高的潜艇!有人问静音水平最高的不应该是美国最新的弗吉尼亚级核潜艇吗?其实并不是,弗吉尼亚级总的来说是海狼级的廉价版,是为了减少成本,采用更成熟技术而开发的一款量产型潜艇。▲弗吉尼亚级核潜艇
而海狼级则属于针对苏联的技术压制型限量版核潜艇,其在1989年时的单价就已经达到了11亿美元!除了运用传统的隔噪降音装置外,美国还利用自己先进的电子信息技术在海狼级内部安装了26个噪音监听传感器,能够随时随地对已有噪音进行个性化处理,最大限度的减少了噪音的产生和传播!根据美国自己的宣传,海狼级噪音水平在90分贝左右,即使去除吹牛的成分,海狼级最少也应该在95分贝上下,这与海洋背景音基本一致,确实是名副其实的水下刺客!
6. 大国重器 机床
第一,五轴联动叶片加工中心
就其重要性而言,五轴联动叶片加工中心一点不亚于芯片制造的光刻机,因为这台设备是用来加工航空发动机,汽轮机,鼓风机的核心部件-叶片。叶片是航发的关键零件,外形和内腔复杂,承受1700摄氏度的高温,并且大量使用钛合金等高强度的复合材料,加工难度之大可想而知。
目前我国高端的五轴联动叶片加工中心依赖进口,包括在国防领域,我国就引进了瑞士斯达拉格公司的产品。当然作为这一领域的佼佼者,包括美国的F35战机也在使用斯达拉格机床。除了瑞士企业,这种设备的主要生产国还包括德国(哈米勒),意大利(法拉利)等。
第二,工业机器人减速器
减速器是工业机器人(关节)的核心零部件之一,能生产工业机器人的国家很多,但是精密减速器却主要掌握在日本企业手中,在这一领域有两家企业,一个是纳博特斯克,主要生产RV减速器;一个是哈默纳科,以谐波减速器为主。RV减速器一般主要拥有基座,肩部等负载重部位,而谐波减速器主要用于小臂,腕部等部位。
纳博特斯克的前身是帝人精机,纳博克,是世界最大精密减速机制造商,占据大约六成的市场份额。目前全球关节机器人企业包括德国,瑞士的企业在内使用的减速机大都来自日本企业。
第三,半导体设备
提到半导体设备,大家首先会想到光刻机。而实际上半导体设备有非常多的种类,包括刻蚀机,薄膜设备,测试设备和清洗设备等,像全球最大的半导体设备企业美国应用材料公司生产除光刻机和清洗设备外几乎所有的半导体设备,而且这家企业在薄膜PVD设备领域一家独大,其地位并不比光刻机企业差。就整体市场价值而言,刻蚀机,光刻机,薄膜设备是价值最高的三大半导体设备。除光刻机外,美国企业在其它几种设备方面占据优势。
半导体设备技术难度非常大,像等离子刻蚀机加工的细孔只有头发丝的万分之一,并且对稳定性和洁净度的要求极高。在半导体设备中,还有一种用量很大的设备-磁悬浮分子泵,主要用来获得真空,目前能生产这种设备的企业只有少数几家,包括英国的爱德华,德国的莱宝,日本的岛津制作所等。
第四,10nm以下半导体制程
10nm以下半导体制程工艺对于大多数晶圆制造企业来说就是禁区,宣布停止研发更先进制程的企业不在少数。那么半导体制程工艺到底有多难?以5nm为例,光是工艺步骤就有1000个,并且每一个步骤的合格率要达到99.99%,而且工艺越先进,需要集成相关学科领域的技术就越多。目前掌握10nm以下工艺的企业仅有三家,包括台积电,三星电子和英特尔。
第五,大型高精度衍射光栅刻划机
光栅机是光学领域最重要的母机,被称为"精密机械之王"。光栅的主要作用在于光谱分析,通过它可以获得物质的成分信息,广泛应用于信息科学,物理学,天文以及军事等领域。举一个例子,油漆有不同的颜色,一般人能分辨出的变化可能有几十种,而光栅则能分辨出超过上亿种颜色变化。目前能生产这一设备的只有美国,日本和中国等少数几个国家。
第六,重离子治疗设备
作为国际尖端的放射治疗技术,重离子治疗设备被誉为重大科学装置,全球最大最复杂的一台设备重达670吨。重离子治疗设备体积庞大(包括100多米长/60米宽的加速器),涉及到加速器,生物学,影像学,电子,核物理等众多前沿学科,被认为是最先进的肿瘤治疗系统。目前全球运营的(包括在建)医用重离子加速器仅有16台,大部分位于日本及欧洲。而重离子(含质子)治疗设备企业包括西门子,Varion,日本的东芝,三菱电机,住友,日立等。
第七,高端磁共振设备
也叫医用磁共振成像设备,主要用于血管造影,心脏病学检查等。目前高端磁共振设备主要掌握在美国通用,德国西门子,荷兰飞利浦三家企业手中。磁共振设备同样涉及到生物化学,IT技术,传感器,光学,流体力学等许多交叉学科,对磁场技术,射频技术,成像技术等有非常高的要求,是对一家企业的综合工业能力的考验,也正因为如此,该领域的主导企业大都是一些业务横跨多个行业的综合性工业巨头,其中被称为GPS的三大企业都是拥有百年以上历史。
第八,燃气轮机
主要应用于电力设备,工业,航母等领域,其工作原理类似航空发动机,正是由于其巨大的工业,军事价值,因此重型燃气轮机也被视为大国重器,像西门子的一台超级燃气轮机的发电量,可以满足一个中等城市的用电需求。目前该领域的三大企业分别是美国通用,德国西门子和日本三菱重工(如今的三菱电力)。重型燃气轮机的核心部件包括燃烧室,压气机,高温透平叶片。
第九,大推力军用涡扇发动机
相比民用发动机,掌握大推力的军用涡扇发动机技术的国家更少,就目前来看,也仅有美国,俄罗斯和中国。大推力军用涡扇发动机通常是小涵道比,加力推力超过10吨的涡轮风扇发动机,主要使用在重型战机,单发中型战机;而大涵道比发动机通常使用在运输机,轰炸机上,关系到国家的战略威慑力和民用航空的发展。美国最先进的F135发动机(配备于F35战机),最大推力在19-20吨,生产商为普惠发动机公司。俄罗斯主要的军用涡扇发动机企业包括土星公司等。
第十,超精密轴承/高端轴承
轴承的种类非常多,被称为"高端产品的关节",有航空航天领域的特种轴承,有用于精密机床主轴产品的超精密轴承(P4级以上),有重型机械用轴承,有高铁轴承,有半导体加工设备轴承等。作为一个基础性行业,轴承在很多高科技领域发挥着重要影响,像航空发动机的主轴承就是航发的关键部件之一,对精度,性能,寿命,可靠性有着极高要求。目前高端轴承生产企业主要集中在德国,美国,瑞典以及日本等国。