我國數(shù)控技術(shù)發(fā)展的分析與研究

□ 關(guān)桂齊 □ 楊松山 □ 劉國良 □ 陳士朋

1.齊齊哈爾二機床（集團）有限責任公司 中件事業(yè)部 黑龍江齊齊哈爾 161005

2.東北石油大學(xué) 機械科學(xué)與工程學(xué)院 黑龍江大慶 163318

數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字化信息對機械運動和工作過程進行控制的技術(shù)。數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域，如機械制造技術(shù)等。

機械制造業(yè)是為國民經(jīng)濟提供技術(shù)裝備和為人民生活提供耐用消費品的裝備產(chǎn)業(yè)。經(jīng)過多年的發(fā)展，機械制造業(yè)已經(jīng)成為我國工業(yè)中具有相當規(guī)模和一定技術(shù)基礎(chǔ)的最大產(chǎn)業(yè)之一。機械制造業(yè)中數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴大，對國計民生的一些重要行業(yè)的發(fā)展起著越來越重要的作用。數(shù)控技術(shù)是機械制造業(yè)中新興的綜合性技術(shù)，它集微電子和計算機技術(shù)、信息處理技術(shù)、精密檢測技術(shù)、自動控制技術(shù)、光機電技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊等高新技術(shù)于一體，隨著微電子和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，大大加快了數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和運用，使傳統(tǒng)的制造業(yè)不斷發(fā)生著巨大的變化。目前我國的數(shù)控系統(tǒng)正處在由研究開發(fā)階段向推廣應(yīng)用階段過渡的關(guān)鍵時期，也是由封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式過渡的關(guān)鍵時期［1］。

1 數(shù)控技術(shù)發(fā)展水平分析

我國數(shù)控技術(shù)經(jīng)過近50年的發(fā)展，取得了比較顯著的成效。我國現(xiàn)在已基本掌握了從數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動、數(shù)控主機、專機及其配套件的基礎(chǔ)技術(shù)，其中大部分技術(shù)已具備進行商品化開發(fā)的基礎(chǔ)，部分技術(shù)已商品化、產(chǎn)業(yè)化。在攻關(guān)成果和部分技術(shù)商品化的基礎(chǔ)上，建立了諸如華中數(shù)控、航天數(shù)控等具有批量生產(chǎn)能力的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠，基本形成了數(shù)控產(chǎn)業(yè)基地。同時，建立了一支數(shù)控研究、開發(fā)、管理人才的基本隊伍。但是，也要清醒地認識到，我國高端數(shù)控技術(shù)的研究開發(fā)，尤其是在自主知識產(chǎn)權(quán)和產(chǎn)業(yè)化方面的技術(shù)水平現(xiàn)狀與我國的現(xiàn)實需求還有較大的差距。雖然從縱向看我國的發(fā)展速度很快，但與國外相比不僅技術(shù)水平有差距，在某些方面發(fā)展速度也有差距，尤其是一些高精尖的數(shù)控裝備的技術(shù)水平差距有擴大趨勢。在技術(shù)水平上，與國外先進水平大約落后至少10年，在高精尖技術(shù)方面則更大。在產(chǎn)業(yè)化水平上，市場占有率低，品種覆蓋率小，還沒有形成規(guī)模生產(chǎn)，功能部件專業(yè)化生產(chǎn)水平及成套能力較低，外觀質(zhì)量相對差，可靠性不高，商品化程度不足，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)尚未建立自己的品牌效應(yīng)，用戶信心不足。在可持續(xù)發(fā)展的能力上，對數(shù)控技術(shù)的研究開發(fā)，工程化能力較弱，數(shù)控技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域拓展力度不強；相關(guān)標準規(guī)范的研究、制定滯后。我國數(shù)控技術(shù)發(fā)展與國外的差距，主要有四個方面的原因。一是認識上的差距，對國產(chǎn)數(shù)控產(chǎn)業(yè)進程艱巨性、復(fù)雜性和長期性的特點認識不足，對市場的不規(guī)范、國外的封鎖加扼殺、體制等困難估計不足，對我國數(shù)控技術(shù)應(yīng)用水平及能力分析不夠。二是發(fā)展體系不夠完善，從技術(shù)的角度關(guān)注數(shù)控產(chǎn)業(yè)化問題的時候多，從系統(tǒng)的、產(chǎn)業(yè)鏈的角度綜合考慮數(shù)控產(chǎn)業(yè)化問題的時候少，沒有建立完整的高質(zhì)量的配套體系以及完善的培訓(xùn)、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等支撐體系。三是運行機制落后，制約了技術(shù)及技術(shù)路線創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新。四是技術(shù)創(chuàng)新能力不強，核心技術(shù)的工程化能力不強，機床標準落后，水平較低，數(shù)控系統(tǒng)新標準研究不夠［2］。

2 數(shù)控技術(shù)發(fā)展初期

改革開放，迎來了機床工業(yè)發(fā)展的春天。1979年，濟南第一機床廠與日本Mazak公司簽訂了來圖來樣加工、合作生產(chǎn)返銷車床的協(xié)議。此閘一開，很快形成20世紀80年代對外合作的高潮。據(jù)不完全統(tǒng)計，1980年到1999年，我國機床工業(yè)先后從國外引進技術(shù)約150項，包括技術(shù)轉(zhuǎn)讓、許可證生產(chǎn)、合作生產(chǎn)等。借助國際力量，迅速提高了我國機床工業(yè)的產(chǎn)品水平、工藝制造水平和管理水平，特別是數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用。

隨著打開國門、引進技術(shù)，國家和機床企業(yè)都認識到數(shù)控技術(shù)的重要性。國家從“六五”就開始進行投入，據(jù)統(tǒng)計，屬于數(shù)控攻關(guān)和數(shù)控機床國產(chǎn)化的技改專項，“六五”期間有75項，“七五”期間有58項。這20年我國數(shù)控機床的發(fā)展概況見表1。

表1 1981～2000年我國數(shù)控機床發(fā)展概況

在這20年間，國家投入大量人力物力發(fā)展數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)，一方面，在數(shù)控機床的設(shè)計和制造技術(shù)方面有較大提高，培養(yǎng)了一批人才；通過合作生產(chǎn)數(shù)控機床，縮小了與世界先進技術(shù)水平的差距；借助國外的功能部件、數(shù)控系統(tǒng)配套，開始自行設(shè)計及制造高速、五軸聯(lián)動加工的數(shù)控機床。但另一方面，對關(guān)鍵技術(shù)的試驗、消化、掌握及機床產(chǎn)品創(chuàng)新仍然處于摸索階段。許多重要的功能部件、自動化刀具、數(shù)控系統(tǒng)等還需依賴國外技術(shù)支撐。面對技術(shù)壁壘和差距，自主創(chuàng)新信心和動力不足，沒有走出仿制為主的圈子，與德國、日本數(shù)控機床的水平差距仍然很大。特別是數(shù)控系統(tǒng)從“六五”到“九五”屢戰(zhàn)屢敗，盡管出現(xiàn)了華中數(shù)控、廣州數(shù)控、北京凱恩帝等數(shù)十家數(shù)控系統(tǒng)制造商，廠多人眾，但基礎(chǔ)理論研究缺失，把主要精力放在國外樣機的跟蹤上，與機床主機制造廠家結(jié)合不緊密，沒有形成合力，進展緩慢。時至今日，中國高端數(shù)控系統(tǒng)市場仍然由 Siemens 和 Fanuc 兩家稱霸［3］。

3 數(shù)控技術(shù)產(chǎn)業(yè)化形成

1980年以后，隨著國家政策的放開和改革的深入，吸引了一批民營企業(yè)家投資機床行業(yè)；部分國有機床工具企業(yè)國退民進，轉(zhuǎn)為民營企業(yè)。機床工具行業(yè)打破了國有一統(tǒng)天下的局面，形成了國有企業(yè)、集體企業(yè)、民營企業(yè)、中外合資企業(yè)和外資獨資企業(yè)多種所有制形式并存的新格局。機床企業(yè)的數(shù)量急劇增加，大型機床集團開始形成。

1995年沈陽第一、中捷（第二）和第三機床廠合并組建成沈陽機床股份有限公司，成為國營機床企業(yè)成功轉(zhuǎn)制的范例之一，帶動了國有機床企業(yè)的轉(zhuǎn)制和改造。到1996年底，我國金屬切削機床產(chǎn)業(yè)的概況見表2。

表2 1996年我國機床工具產(chǎn)業(yè)概況

到1999年底，我國機械系統(tǒng)共有機床工具企業(yè)611家，其中重點骨干企業(yè)183家，屬于國營經(jīng)濟的有344家，集體經(jīng)濟的116家，聯(lián)營經(jīng)濟的13家，股份制68家，中外合資合作經(jīng)營的19家，港澳臺合資合作經(jīng)營的7家，其它54家。可以認為，到20世紀末，我國初步建成了完整的現(xiàn)代機床工業(yè)。

進入21世紀，國家實施振興裝備制造業(yè)的戰(zhàn)略，將發(fā)展大型、精密、高速數(shù)控裝備和數(shù)控系統(tǒng)及功能部件列為16項重點振興領(lǐng)域之一。在國家政策支持的推動和市場需求的拉動下，特別是汽車工業(yè)的快速發(fā)展，機床產(chǎn)品需求旺盛，使我國機床工業(yè)迅速走出低谷，迎來前所未有的黃金機遇［4］。

自2002年開始，我國連續(xù)8年成為世界機床消費第一大國、機床進口第一大國，國產(chǎn)機床所占比重逐年提升，如圖1所示。

圖1 我國機床的消費、生產(chǎn)和進口情況

沈陽、北一、大連等大型機床集團率先抓住機遇，迎接挑戰(zhàn)，進入世界舞臺，并購了若干世界著名的機床企業(yè)，如 Schiess、Waldrich-Coburg、Zimmermann 等，并搬離市區(qū)，在郊區(qū)新建廠房，擴大生產(chǎn)基地，建立了世界一流的現(xiàn)代化機床制造企業(yè)。這些大型機床企業(yè)在完成搬遷和技術(shù)改造后，大力開展產(chǎn)品更新?lián)Q代的工作，取得了顯著的成果。例如，沈陽機床集團通過自主研發(fā)，數(shù)控機床已經(jīng)成為主導(dǎo)產(chǎn)品，并于2010年推出稱為“新五類”的新產(chǎn)品系列，如圖2所示。

圖2 沈陽機床集團的新五類產(chǎn)品

4 數(shù)控技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展策略

為了探索新形勢下的產(chǎn)學(xué)研模式，沈陽機床集團牽頭組成 “數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟”，有9家企業(yè)、5家大學(xué)和1家研究所參加，如圖3所示。處在機床產(chǎn)業(yè)的黃金發(fā)展期，民營企業(yè)毫不示弱，積極參與，強勢出擊，有的還兼并了大型國有企業(yè)。例如，天馬集團收購齊齊哈爾第一機床廠，成立了齊重數(shù)控裝備股份有限公司；江蘇新瑞收購了常州多棱機床廠和寧夏長城機床廠，組成江蘇新瑞重工科技有限公司。這些新組建的公司既具有國營企業(yè)多年沉淀下來的技術(shù)實力，又具有企業(yè)的經(jīng)營管理活力，是我國機床產(chǎn)業(yè)中不可忽視的力量，推動了市場機制的進一步完善，成為未來的發(fā)展趨勢［5-6］。

圖3 數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟

例如，齊齊哈爾第一機床廠是我國最早的重型機床廠，在重型立車和臥車領(lǐng)域具有舉足輕重的地位。新瑞重工匯集了新瑞機械、寧夏長城、江蘇多棱3個品牌的10個系列的數(shù)控機床產(chǎn)品，目前已成為我國數(shù)控機床產(chǎn)品門類較為齊全的大型機床制造企業(yè)之一，在常州和銀川組建了兩大研發(fā)、制造基地；以高新技術(shù)和前沿技術(shù)幫助客戶提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，為客戶提供最佳解決方案。齊重數(shù)控裝備公司和新瑞重工公司的代表性機床產(chǎn)品如圖4所示。

當前，要從我國基本國情的角度出發(fā)，以國家的戰(zhàn)略需求和國民經(jīng)濟的市場需求為導(dǎo)向，以提高我國制造裝備業(yè)綜合競爭能力和產(chǎn)業(yè)化水平為目標，用系統(tǒng)的方法，選擇能夠主導(dǎo)我國制造裝備業(yè)發(fā)展升級的關(guān)鍵技術(shù)以及支持產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的支撐技術(shù)、配套技術(shù)作為研究開發(fā)的內(nèi)容，實現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展。強調(diào)以市場需求為導(dǎo)向，即以數(shù)控終端產(chǎn)品為主，以整機(如量大面廣的數(shù)控車床、銑床、高速高精高性能數(shù)控機床、典型數(shù)字化機械、重點行業(yè)關(guān)鍵設(shè)備等)帶動數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。重點解決數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)功能部件(數(shù)字化伺服系統(tǒng)與電機、高速電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件等)的可靠性和生產(chǎn)規(guī)模問題。沒有規(guī)模就不會有高可靠性的產(chǎn)品；沒有規(guī)模就不會有價格低廉而富有競爭力的產(chǎn)品。當然，沒有規(guī)模中國的數(shù)控裝備最終難以有出頭之日。在高精尖裝備研發(fā)方面，要強調(diào)產(chǎn)學(xué)研以及最終用戶的緊密結(jié)合，以“做得出、用得上、賣得掉”為目標，按國家意志實施攻關(guān)，以解決國家之急需。在競爭前數(shù)控技術(shù)方面，強調(diào)創(chuàng)新，強調(diào)研究開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品，為我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)、裝備制造業(yè)乃至整個制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。高速、高精加工是數(shù)控機床的發(fā)展趨勢，效率、質(zhì)量是機床制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力［7］。

圖4齊重和新瑞重工的機床產(chǎn)品

5 結(jié)論

目前，我國制造業(yè)已躋身世界第四位，已成為制造業(yè)大國，但不是制造業(yè)強國。制造業(yè)在中國國民經(jīng)濟中的比重占至45%，制造業(yè)部門成為GDP增長的主要支撐力量。要從制造大國走向制造強國，必須大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為主的先進制造技術(shù)。在高精尖裝備研發(fā)方面，要強調(diào)產(chǎn)學(xué)研以及最終用戶的緊密結(jié)合；強調(diào)創(chuàng)新和研究開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品，為我國數(shù)控的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

［1］ 盧勝利，王睿鵬，祝玲.現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng) ［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2006.

［2］ 富大偉，劉瑞素.數(shù)控系統(tǒng) ［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

［3］ 張寶林.數(shù)控技術(shù)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1997.

［4］ 馮正進.機電一體化技術(shù)進展［J］.工業(yè)工程，2000（1）：1-4.

［5］ 秦鵬飛.現(xiàn)代制造工程［M］.北京：中國紡織出版社，1998.

［6］ 焦振學(xué).先進制造技術(shù)［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，1997.

［7］ 李華.機械制造技術(shù)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1997.