我國機床數(shù)控化的現(xiàn)狀和未來對策

景富軍 譚勝龍 劉 玲 范華獻

（西南自動化研究所數(shù)控部，四川綿陽621000）

隨著現(xiàn)代數(shù)控技術的深入發(fā)展，各種型號數(shù)控系 統(tǒng)在近20年內已被廣泛應用于我國機床制造行業(yè)，促進了國家數(shù)控技術應用的飛躍發(fā)展，我國已成為世界第一制造大國。數(shù)以百計的國內數(shù)控廠家不斷研制出新的數(shù)控系統(tǒng)，與國外品牌數(shù)控系統(tǒng)競爭市場已成為他們生存、立足、發(fā)展的源動力。通過對近10余年數(shù)控機床市場發(fā)展現(xiàn)狀和未來市場需求趨勢的長期深入分析，我們對該行業(yè)未來市場的發(fā)展前景有了部分對策思路，拋磚引玉。

1 機床數(shù)控化現(xiàn)狀

1.1 機床數(shù)控化改造提升了機床數(shù)控化率

通過數(shù)控系統(tǒng)配套改造已有舊機床，使其成為多功能高效數(shù)控機床是低成本實現(xiàn)機床數(shù)控化的有效方法。“十五”、“十一五”期間，國內眾多數(shù)控系統(tǒng)廠家設計、生產、制造的數(shù)控系統(tǒng)大量被應用于各種型號機床配套改造，如國家“萬臺機床數(shù)控改造工程”等的執(zhí)行，加上國外品牌數(shù)控系統(tǒng)的不斷進口，加速了國內機床制造水平、數(shù)控化率的大幅提高，極大地滿足了國家制造業(yè)大力發(fā)展的需求，為國家、用戶節(jié)約了大量人力、物力資本，提高了生產效率。目前，我國機床保有量約800萬臺，其中數(shù)控化率仍只有25%左右，而很多年前發(fā)達國家的機床數(shù)控化率就達到30%以上。我國役齡10年以上的機床占60%以上，役齡10年以下的機床中自動/半自動機床不到30%，F(xiàn)MC/FMS等自動化生產線更屈指可數(shù)，而美國、日本等自動和半自動數(shù)控化機床占60%以上。未來，機床數(shù)控化市場潛力很大。

1.2 國產系統(tǒng)不再只滿足于低端市場

“十一五”期間，國家實施了“高檔數(shù)控機床與基礎制造裝備”科技重大專項，同時針對專用機床及控制技術發(fā)展需求的不斷提高，國內數(shù)控廠家開始轉向中高檔數(shù)控系統(tǒng)機床市場配套，研制出的數(shù)控系統(tǒng)技術水平和可靠性有了顯著提高［1］。以華中數(shù)控、廣州數(shù)控、沈陽高精等單位為代表的數(shù)控系統(tǒng)廠家為用戶提供了許多先進的新型數(shù)控系統(tǒng)并成功應用于機床配套。華中數(shù)控成功研制五軸聯(lián)動高檔數(shù)控系統(tǒng)，填補了國內空白。其HNC－8型總線式高檔數(shù)控系統(tǒng)采用開放式軟硬件體系結構及總線技術，已成功配套于10類機床中的44臺專用機床，主要技術指標已與國外高檔數(shù)控系統(tǒng)相當;廣州數(shù)控成功研制出具有高速程序預處理、多通道及復合加工控制等功能的全數(shù)字高檔數(shù)控系統(tǒng);基于多計算機處理、支持8通道8軸聯(lián)動、64軸控制等特性的沈陽高精高檔數(shù)控系統(tǒng)也已研制成功。它們的推廣使國內高端數(shù)控技術整體水平得到提升，但與國外高檔數(shù)控系統(tǒng)比較仍有差距。目前，投入市場的國產高檔數(shù)控系統(tǒng)有一定的性價比優(yōu)勢，正不斷打破國外品牌系統(tǒng)壟斷中國市場上的局面。

1.3 國外品牌出現(xiàn)了戰(zhàn)略調整

2011年國務院下發(fā)“十二五”工業(yè)轉型升級規(guī)劃，要求繼續(xù)推進數(shù)控機床重大專項的進一步實施?，F(xiàn)在，國內約有6%的機床采用全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)而發(fā)達國家已接近70%。很明顯，國內機床轉型升級已成為制造業(yè)發(fā)展的熱門方向。在世界經濟不景氣的大環(huán)境下，2011年我國數(shù)控機床進口額同比增長了42%，極大地鼓勵了國外數(shù)控公司服務國內機床市場的熱情，他們有針對性地調整了對我國的銷售策略。如海德漢公司加速高端數(shù)控系統(tǒng)的推廣，將iTNC530型等先進數(shù)控系統(tǒng)引進到我國，再配以他們的光柵尺和編碼器，為國內高端機床應用提供了全套服務平臺，推進了國內高檔機床數(shù)控化的發(fā)展;西門子數(shù)控公司除了進一步推廣應用840D系列高檔數(shù)控系統(tǒng)外，還將未來工作重點轉向我國中低端市場，如828D BASIC M/T復合加工數(shù)控系統(tǒng)等的二次開發(fā)功能進一步拉近了和國內制造商、用戶間的實用距離。我國機床數(shù)控系統(tǒng)配套率現(xiàn)階段還是較低的，而該公司更看中了用戶注重系統(tǒng)品牌、穩(wěn)定性、易開放性、易維護性等特點，大量的銷售網(wǎng)點增強了他們快速響應用戶需求的能力，其系列系統(tǒng)不斷占有國內所有檔次機床配套市場，使其成為了國內機床市場配套強者，對國內數(shù)控廠家沖擊很大，進一步加劇了數(shù)控系統(tǒng)市場的競爭性。

2 機床數(shù)控化發(fā)展的制約因素

2.1 研制力量分散的制約

多年前，不少單位看準機床配套數(shù)控系統(tǒng)市場需求，短期內開發(fā)出了有自主知識產權、自成特色功能但并非都能做到很完善的數(shù)百種國產型號數(shù)控系統(tǒng)。這些系統(tǒng)缺少規(guī)劃、無法制定統(tǒng)一設計理念，功能不全、用戶認可度不高的局面加大了國家對數(shù)控廠家的監(jiān)管難度和資金的重復浪費;技術方面表現(xiàn)在改進周期長、功能不夠完善、通用性和可靠性差;在高速度、高精度、多通道、多軸同步技術等方面算法不理想;產品的應用驗證過程不夠完善、監(jiān)督標準不清晰等;穩(wěn)定性差、批量生產難度大、產品的系列化不足。上述現(xiàn)象極大限制了國產數(shù)控系統(tǒng)的推廣市場?，F(xiàn)階段，國產中低檔次數(shù)控機床市場占有率不到50%，而高檔數(shù)控系統(tǒng)市場占有率只有5%左右，主要份額仍被國外系統(tǒng)占據(jù)。

2.2 配套市場競爭激烈

2011年數(shù)控整機機床產銷臺數(shù)不到當年機床總數(shù)的1/3，機床對數(shù)控系統(tǒng)尤其是經濟型數(shù)控系統(tǒng)的配套需求量仍很大。國內數(shù)控系統(tǒng)品牌多、水平差異性很大，不利于數(shù)控機床制造業(yè)配套水平的真正提高;國外中低檔次數(shù)控系統(tǒng)引進并被大量集成應用更突出映襯了國內系統(tǒng)與其差距;一些用戶盲目必選國外品牌作為普通機床數(shù)控系統(tǒng)配套，限制了部分國產數(shù)控系統(tǒng)市場;數(shù)控整機產能需求大增，進一步降低了中低檔機床數(shù)控化改造的力度。經過長期打拼，數(shù)控機床廠家面對用戶市場的競爭已相當激烈。

2.3 用戶機床的制約

上個世紀從德國等外國引進的部分先進機床系統(tǒng)早已老化但主機部分機械精度仍很高，機床的數(shù)控系統(tǒng)升級換代再利用價值大，系統(tǒng)廠家和用戶都覺得劃算。國內機床用戶大部分加工零件只要求一般精度，并不需要配套高精尖的數(shù)控系統(tǒng)，這就為國產數(shù)控系統(tǒng)提供了廣闊的市場。但量大面廣且役期長的國產機床規(guī)格繁多、精度恢復難度大，造成機床數(shù)控化改造成本增加、難度不小而用戶希望達到的改造精度還不低，最終導致這類市場成為了“雞肋”，進一步壓制了改造的積極性，對國家機床數(shù)控化率的提高影響很大。

2.4 國家監(jiān)管、推廣力度需要加強

雖然“十一五”期間國家啟動了“高檔數(shù)控機床與基礎制造裝備”科技重大專項，在“總線技術”和“共性技術”等方面提升了數(shù)控系統(tǒng)水平，推進了國產中高檔數(shù)控系統(tǒng)的建設，打破了數(shù)控系統(tǒng)先進國家對我國引進先進數(shù)控技術的長期限制、封鎖。但光靠這部分廠家自己推廣顯然力度不夠，應將該類技術成果通過國家調控政策、資金和監(jiān)管等手段強力推廣到國內其他數(shù)控廠家，讓國內中高檔機床都能享受到該成果。上述實施過程有難度但堅持長期推動應能收到成效。

3 機床數(shù)控化發(fā)展的未來對策

未來世界機床數(shù)控技術及其裝備正朝著下述幾個方向發(fā)展:①高速、高效、高精度、高可靠性;②模塊化、智能化、柔性化和集成化;③開放式體系結構;④出現(xiàn)新一代數(shù)控加工工藝與裝備。按照上述方向思考，近20年來我國機床數(shù)控化進程總體來看是順利的。通過自主研制數(shù)控系統(tǒng)到引進國外先進數(shù)控系統(tǒng)，再到完善自己數(shù)控系統(tǒng)的應用過程，為我國成為制造大國奠定了基石。預計“十二五”期間我國數(shù)控機床市場的發(fā)展前景是光明的，市場競爭也相當殘酷。我們不得不考慮未來如何提升國內數(shù)控系統(tǒng)整體水平和發(fā)展的策略，進一步滿足我國機床制造能力的整體提升和行業(yè)的生存、發(fā)展。

3.1 數(shù)控產業(yè)的兼并重組成為必然

國內數(shù)控系統(tǒng)廠家眾多。在市場競爭變數(shù)很大的情況下，用戶選型數(shù)控系統(tǒng)考慮更多的會是系統(tǒng)的功能先進性、可靠性、品牌排名、技術維護等因素。在轉變產業(yè)結構和發(fā)展方向的大環(huán)境下，國家可制定政策鼓勵先進的數(shù)控企業(yè)完善行規(guī)并整合市場，有重點地打造民族數(shù)控品牌，做大做強，具備更強的抗風險能力。2008年開始，國內數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)場總線聯(lián)盟制定了高檔數(shù)控系統(tǒng)NCUC－BUS標準協(xié)議，他們研制出的型號系統(tǒng)性價比很高并已逐步推廣，應是中高檔數(shù)控系統(tǒng)的成功范例;優(yōu)勝劣汰的市場規(guī)則必然會在未來經濟形勢大環(huán)境中得到體現(xiàn)。部分有實力的數(shù)控廠家為了創(chuàng)立品牌、降低成本、吸引人才技術、提升市場競爭力，直接整體兼并有片區(qū)市場、有補充自身不足能力的數(shù)控廠家，逐步淘汰低端廠家不斷充實自己，將先進的數(shù)控型號系列推廣市場補充得更全面，這些捷徑會成為未來發(fā)展的必然;實力強勁的數(shù)控機床廠家之間應經?；ネㄓ袩o、技術資源共享、互相借鑒，共同推進國內數(shù)控系統(tǒng)配套機床制造業(yè)的新發(fā)展。

3.2 取長補短，共同進步

部分數(shù)控廠家通過引進國外中低檔次品牌數(shù)控系統(tǒng)集成服務國內機床的數(shù)控化需求，為國內機床制造業(yè)不斷提升數(shù)控化率具有積極作用;用戶通過選擇國外高檔先進配套數(shù)控系統(tǒng)，去實現(xiàn)超重型、高精度、高速度、特種加工等機床特殊功能的控制需求;通過借鑒先進系統(tǒng)的控制思想不斷改進我們自己數(shù)控系統(tǒng)，不斷提升數(shù)控系統(tǒng)的創(chuàng)新性、專用性和可靠性，獲取更多用戶市場應為必然。

3.3 提升功能模塊優(yōu)化技術

近幾年，國外數(shù)控系統(tǒng)年進口率百分比維持在較大的兩位數(shù)增長，遠高于國內新機床產量的增速，刺激國內數(shù)控系統(tǒng)廠家功能模塊優(yōu)化技術發(fā)展應有更高更快更強的改進要求［2］。作為機床裝備制造業(yè)重要支撐的數(shù)控系統(tǒng)功能模塊包括系統(tǒng)模塊、操作顯示模塊、伺服驅動模塊、I/O接口模塊等。系統(tǒng)模塊是數(shù)控技術的核心模塊，選擇新型號、快速度、性能穩(wěn)定、接口豐富的多片CPU去優(yōu)化控制算法和相關資源，充分接軌NCUC－BUS現(xiàn)場總線技術思想，進一步快速規(guī)范、完善該模塊的控制功能;按鍵快速準確被采集，顯示器界面功能的進一步豐富和智能化，其物理壽命的延長等是操作顯示模塊未來必須再完善的性能;作為執(zhí)行機構的關鍵部件，交流伺服驅動模塊技術的研究一直被所有數(shù)控廠家重視。國家可組織行內專家制定新的驅動技術規(guī)范和協(xié)議標準，形成驅動方向的研究行規(guī)，加大研制政策的支持力度以形成國產伺服驅動器的通用系列。該系列模塊的閉環(huán)算法先進性、精度指標和性能穩(wěn)定可靠性的大力提高應成為突破國內數(shù)控系統(tǒng)和功能部件快速發(fā)展瓶頸、決定數(shù)控廠家生存發(fā)展的關鍵所在;I/O接口模塊的網(wǎng)絡通訊、結構精簡、抗干擾性的可靠提升是需要進一步優(yōu)化的環(huán)節(jié)。只有在國家政策鼓勵下進一步提高上述模塊性能的可靠性，數(shù)控系統(tǒng)的整體性能和推廣性才會真正提高，國內數(shù)控廠家才有可能生存、發(fā)展并進一步壯大，才可能成就我國數(shù)控行業(yè)的真正崛起。

3.4 大力提升國內機床市場數(shù)控化率

3.4.1 低端機床數(shù)控化市場仍然巨大

機床數(shù)控化改造是個“永恒”的課題且市場潛力巨大。超過10年以上役齡的國內舊機床配套數(shù)控系統(tǒng)改造市場巨大，數(shù)控化技術隨著國家制造業(yè)的進程越來越成熟;舊機床淘汰率大增，購買普通型號數(shù)控整機的用戶會越來越多，批量會越來越大，價位也會越來越低;隨著機床數(shù)控系統(tǒng)升級換代時代的到來，如何進一步提升數(shù)控系統(tǒng)性能、降低系統(tǒng)價格、降低改造成本、減少恢復機床精度成本、強化系統(tǒng)試驗檢測過程、不斷挖掘市場潛力等仍是一般數(shù)控廠家必須要面對的綜合性課題。否則數(shù)控廠家的獲利空間和投入熱情會受到限制，在用戶需求已出現(xiàn)增長乏力的形勢下其發(fā)展前景會不妙。

3.4.2 復合型數(shù)控機床是未來機床發(fā)展的一大趨勢

復合型數(shù)控系統(tǒng)機床功能（如車銑數(shù)控復合加工機床等）硬成本增加不多，功能增強不少而用戶產品生產中間環(huán)節(jié)的大量減少、成本降低，成品效率、自動化程度和機床利用率大幅提升能讓數(shù)控廠家和機床用戶收獲雙贏。

3.4.3 專用機床的數(shù)控化應用有前途

目前我國可供市場需求的機床有2 000多種。市場需求的專用機床具有型號多、批量少、每一專機的數(shù)控系統(tǒng)必須具有專用特殊控制功能、具有二次開發(fā)功能等特點。因專用性太強，一般數(shù)控廠家不愿涉足該類機床配套，這為具有機電一體化設計制造能力的數(shù)控廠家提供了開發(fā)獨創(chuàng)數(shù)控功能、解決差異化機床數(shù)控需求、創(chuàng)造可觀經濟利益和社會效益等機遇;為了降低數(shù)控系統(tǒng)的研制成本，具備二次開發(fā)功能接口的數(shù)控系統(tǒng)越來越被數(shù)控制造商青睞，這為許多非標準機床依托已有數(shù)控系統(tǒng)提供的平臺（諸如西門子標準HMI人機接口平臺）再開發(fā)創(chuàng)造了條件，從而提升系統(tǒng)制造商的競爭力。

3.4.4 加工中心配套會形成規(guī)模

國內加工中心發(fā)展迅速、整機成本不斷降低、功能不斷增強，用途廣泛，未來推廣市場應很廣闊;機器人與加工中心機床配套成柔性一體化加工生產線，前途光明。

3.5 提高國產機床主機產品配套水平

機床有了高水準數(shù)控系統(tǒng)配套，高質量的主機產品裝備也必須進一步完善，如精密高速滾珠絲杠副、機床直線導軌、高速精密數(shù)控轉臺、大型刀庫及自動換刀裝置、高速主軸、精密動力卡盤等;國產刀具的性價比如同國產數(shù)控系統(tǒng)一樣也必須改進材質、工藝、推陳出新去適應數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的加工需要。只有機床主機的相關產品水平共同提高，國產機床的數(shù)控化水平才能達到較理想的境界，從而實現(xiàn)我國數(shù)控化率的快速提高并能不斷降低國外數(shù)控產品的進口率。

3.6 提升國際化經營規(guī)模

通過長期學習、借鑒、創(chuàng)新和發(fā)展，國內已有一批數(shù)控廠家技術水平和推廣實力達到或接近國際先進水平。近幾年，一些制造企業(yè)已在開展國際化機床推廣業(yè)務并取得了實效。將部分優(yōu)秀國產數(shù)控系統(tǒng)及整機遠銷需要的國家地區(qū)，價廉物美、國家間的政策推動等優(yōu)勢正逐步為這些產品出口打開銷路;部分有實力的企業(yè)并購境外擁有先進技術和市場的數(shù)控企業(yè)，或直接將國內數(shù)控技術和生產廠房建在對應國家，國內機床直接在國外配套先進數(shù)控系統(tǒng)就地發(fā)展用戶市場。我國的民族數(shù)控系統(tǒng)必須大量銷出國門才能得到世界承認并真正成為世界名牌。加大機床主機零部件的外配力度。制造大國逐漸轉變?yōu)槌隹诖髧鴳蔀閿?shù)控機床行業(yè)以后發(fā)展的方向之一。

4 結語

挑戰(zhàn)和機遇并存。了解現(xiàn)狀，有了對策，未來我們就有了努力的方向和動力。只要我們選準機床數(shù)控系統(tǒng)未來發(fā)展方向，在國家主管部門、機床數(shù)控廠家、相關研究院所、加工企業(yè)等共同努力下，我國機床數(shù)控化的前景應相當美好!

［1］陳吉紅.國產數(shù)控系統(tǒng)產業(yè)升級之我見［J］.金屬加工:冷加工，2012（6）:10－12.

［2］陳小明.探索國產機床功能部件發(fā)展之路［J］.金屬加工:冷加工，2012（5）:03－06.