工业母机正向设计平台在上海首发，我国数控机床2025年规上企业营收超1万亿元

工业母机是支撑现代制造业的基础装备，其技术水平反映工业体系的发展高度。作为工业母机的重要组成部分，国产高端数控机床正从“逆向模仿”迈入“自主正向设计”新阶段。2026年4月21日，在第十四届中国数控机床展览会期间，“工业母机正向设计平台”在上海首发。该平台填补了相关技术空白，标志着国产高端数控机床研发正式进入“自主正向设计”阶段。浙江大学团队研发的高档数控机床整机方案“正向设计”技术体系，是其中的重要组成部分。

小到毫米级的精密芯片基座、复杂光学镜片，大到飞机引擎叶片、航母核心构件，各类机械设备几乎都离不开机床的加工。数控机床被称作工业母机，是国家战略层面的基础制造装备。目前，我国机床产业已形成比较完整的产业体系，并已成为全球数控机床第一大产销国。2025年行业规模以上企业营收1万多亿元，同年我国机床出口在全球市场上的份额首次跃升至世界第一。但在设计生产高端机床产品方面，我国仍与世界领先水平存在差距，“高端不足”的状况尚未根本扭转。高端数控机床具有高性能、高可靠、智能化等特征，快移速度可达60至200米每分钟，加工定位精度1微米，超精密加工机床要求达到亚微米级乃至纳米级。

在相当长一段时间里，我国高端数控机床采用逆向设计思路，由产品实物反推设计。这种方式开发的数控机床能模仿外观、结构和尺寸，但“形似而神不似”，在性能上逊色不少。在超高精度加工、复杂曲面五轴联动、长时间连续加工的精度稳定性等方面，我国高端数控机床与国际顶尖水平存在差距，难以完全满足航空航天、精密医疗器械等领域极端工况需求。高精度数控系统、高转速电主轴、精密滚珠丝杠、直线导轨等核心部件的自主化率还不够高。浙江大学团队据此提出了一套高端数控机床“正向设计”技术体系。

“正向设计”技术体系以复杂零件加工的需求为设计起点，系统性地将几何、工艺、运动、刚度、精度等逐层进行分析、求解，再设计生成精准适配零件特征的工业母机设计方案。以复杂曲面几何的适配设计为例，传统机床设计通常仅适配规则平面、弧面结构，而高端机床加工的发动机叶轮、整体式叶盘、高端模具等复杂工件，通常具有自由曲面或结构异形等复杂几何形状，具有大转角、强扭曲、曲率跳变、加工干涉等难加工特征。加工工艺与机床运动链的正向设计则摒弃了传统经验化的运动参数匹配模式，通过机床运动链上的旋转轴构型规律解析、多轴运动拓扑设计，保证刀具在高速加工下的运动平稳性。

基于以上技术，浙江大学团队克服整机“正向设计”难、加工精度提升难等技术难题，自主研发了高端数控机床整机数字化设计软件工具集。其中的工艺需求智能分析工具、数控机床运动链设计工具、数控机床骨架模型布局设计工具等，以及数控机床设计资源库，已应用于龙门加工中心、高精卧式坐标镗床、重型铣车复合机床等重点型号机床。2021年1月，团队的“高性能龙门加工中心整机设计与制造工艺关键技术及应用”项目获国家技术发明奖二等奖。

当前，以人工智能为代表的新一代信息技术正深刻影响机床行业，高端数控机床正朝着高性能、智能化、复合化、高可靠、绿色化的方向发展。高端数控机床的数字孪生及虚拟调试技术、基于空间智能的机床生成式智能设计技术等领域若能实现有效突破，将为我国高端数控机床自主设计创新提供支撑。融合数据驱动技术，通过数字孪生框架提升高端机床设计性能，能够突破传统设计方法的局限性。推动人工智能赋能的高端数控机床智能设计，通过实电虚机的半实物仿真虚拟调试技术，对刀尖点与工件表面偏差进行高保真调试优化，减少物理样机试制。在机床设计中，工件几何、加工工艺、机床空间结构与其动静态性能之间的复杂耦合关系与隐含规律，尚未被清晰揭示和量化表达。

结合先进的生成式设计模型，攻克基于空间智能多模态大模型的高端机床生成式智能设计关键技术，是实现高端机床设计范式变革的关键突破口。