小議數(shù)控技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢＊

楊毅，孫亮

（池州職業(yè)技術(shù)學院，安徽 池州 247000）

隨著社會經(jīng)濟飛速發(fā)展，中國制造行業(yè)不斷進行改革，制造行業(yè)成為權(quán)衡國家綜合國力的標志性行業(yè)。當前，傳統(tǒng)的低效機械加工方式逐漸被現(xiàn)代化先進的機械加工技術(shù)所取代，制造行業(yè)得以快速發(fā)展。數(shù)控行業(yè)的發(fā)展技術(shù)即為數(shù)控機床，作為制造行業(yè)實現(xiàn)現(xiàn)代化技術(shù)的關(guān)鍵基石，數(shù)控技術(shù)發(fā)展又是中國制造行業(yè)實現(xiàn)現(xiàn)代化的主要標志，目前應用范圍較為廣泛，例如工業(yè)生產(chǎn)、機床生產(chǎn)及航天制造等，為社會經(jīng)濟發(fā)展以及科技進步提供了重要支持。運用數(shù)控技術(shù)，有利于制造和加工精準度高、大批量、種類多的零件，數(shù)控技術(shù)是工業(yè)制造行業(yè)實現(xiàn)信息化、集成化、數(shù)字化、自動化的重要保證，是現(xiàn)代化機床行業(yè)的核心與靈魂。

1 國內(nèi)外數(shù)控技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國外數(shù)控技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

早在1952年，MIT研發(fā)出世界上第一套數(shù)控系統(tǒng)，自此傳統(tǒng)加工技術(shù)被顛覆。加之計算機技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)控技術(shù)被不斷研發(fā)和創(chuàng)新，其中以美國、德國、日本3 個國家為代表的數(shù)控技術(shù)在世界范圍內(nèi)具有極大的影響力。美國機床產(chǎn)業(yè)在政府的支持下，側(cè)重于實用性，生產(chǎn)技巧與經(jīng)驗也最為豐富，以美國哈斯為例，從創(chuàng)立之初就致力于為用戶提供最具性價比的機床，2021 年哈斯展示了UMC-500 系列五軸機床，配備直徑為400 mm 的旋轉(zhuǎn)臺面、采用標準T 型槽和精密導向孔，具備較高的通用性，最高轉(zhuǎn)速為12 000 r/min，快移速度為30.5 m/min，可用于加工中小型5 軸復雜零件[1]；德國一直以嚴謹享譽全球，很大一部分原因都要歸功于機床產(chǎn)業(yè)，西門子（SIEMENS）的數(shù)控系統(tǒng)SINUMERIK 在更新迭代后，代表型號有802、810、840 等，以840D 為例，該系統(tǒng)將CNC（Computerized Numerical Control，裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床）和驅(qū)動控制集成在一塊板子上，實現(xiàn)操作、編程、監(jiān)控一體化，可實現(xiàn)鉆、車、銑、磨、切割、沖、激光加工和搬運設備的控制，備有全數(shù)字化的SIMODRIVE611 數(shù)字驅(qū)動模塊；日本在學習德國與美國的基礎上大力發(fā)展數(shù)控機床，如今也以精密制造著稱，其高端機床占據(jù)世界70%以上的市場，以山崎馬扎克公司的機床為例，其生產(chǎn)特點就是高精度與體驗感強，“EML-2525AJ”作為旗下最快的沖床加工機，組合沖頭和模具配有不同直徑的炮塔，如上Φ1 010 mm、下Φ1200mm，或上Φ1 200 mm、下Φ1 200 mm 的高容量炮塔，沖程頻率相較傳統(tǒng)沖床高25%。

1.2 國內(nèi)數(shù)控技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

中國關(guān)于數(shù)控技術(shù)的研究起步較晚，但在引進技術(shù)、吸收探索方面已初具規(guī)模，同國外先進機床產(chǎn)業(yè)的差距也在逐漸縮小。在“十四五”規(guī)劃中，中國將持續(xù)推動數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，著力突破關(guān)鍵技術(shù)向高端市場沖擊，旨在打破受制于人的僵局。2008 年，由武漢重型機床廠主導研發(fā)的國產(chǎn)CKX5680 七軸五聯(lián)動車銑復合機床問世，最大承重為100 t，定位精度達0.025 mm，此外還能實現(xiàn)螺旋槳一次裝夾多表面的加工，大幅提高航母螺旋槳的整體加工質(zhì)量[2]；2020年由華中科技大學張海鷗團隊研發(fā)的世界首臺鑄鍛銑一體化3D 打印數(shù)控機床問世，將整個制造流程所需時間縮短1/2，同時加工制造部件的穩(wěn)定性也遠超傳統(tǒng)制造工藝，并且該項數(shù)控技術(shù)同年被列入了限制出口目錄，標志著中國高檔數(shù)控機床領(lǐng)域有新突破。上述數(shù)控技術(shù)的突破無不預示著中國制造業(yè)將不斷崛起。

2 中國數(shù)控技術(shù)發(fā)展存在的問題

縱觀中國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷程，特別是在提出“中國制造2025”計劃以來，數(shù)控技術(shù)的研發(fā)應用已上升到國家戰(zhàn)略高度，外加大部分行業(yè)致力于對數(shù)控技術(shù)的研究與創(chuàng)新，據(jù)此它獲得了巨大進步。但中國數(shù)控技術(shù)在逐漸發(fā)展過程中仍具有諸多不容忽視的問題。

2.1 技術(shù)缺乏創(chuàng)新

目前中國制造行業(yè)中正在使用2 種數(shù)控設備，即使用國外制造成品中的數(shù)控機床設施和使用模仿其他國家的數(shù)控機床而生產(chǎn)獲得的國產(chǎn)數(shù)控產(chǎn)品，這種使用現(xiàn)狀直接造成國內(nèi)數(shù)控技術(shù)缺乏創(chuàng)新力度的狀況。由于后者的數(shù)控設備為模仿外國的國產(chǎn)產(chǎn)品，僅是對國外技術(shù)的單純引進而實現(xiàn)國產(chǎn)數(shù)控設備的提升，并未完全吸收內(nèi)化這些前沿技術(shù)，使得新型數(shù)控機床的研發(fā)及技術(shù)創(chuàng)新短時間內(nèi)未能實現(xiàn)質(zhì)的提升。也正是由于上述2 類情況導致國內(nèi)數(shù)控企業(yè)大多集中于中低端產(chǎn)品市場，未能有效擺脫技術(shù)依賴的困境。由于在技術(shù)創(chuàng)新上缺乏主動性，中國數(shù)控行業(yè)在技術(shù)研發(fā)上難以形成核心壁壘。

2.2 技術(shù)缺乏創(chuàng)新環(huán)境

與發(fā)達國家比較，國內(nèi)數(shù)控技術(shù)尚不具備完善的創(chuàng)新環(huán)境，主要表現(xiàn)在2 方面，即中國大環(huán)境與企業(yè)環(huán)境。當前中國市場缺乏競爭制度，仍有市場結(jié)構(gòu)層次問題急需處理，造成中國大環(huán)境缺乏抵抗壓力的競爭力，從而對企業(yè)創(chuàng)新能力造成直接影響。因創(chuàng)新系統(tǒng)不夠健全，在中國相同行業(yè)日益激烈的競爭環(huán)境下，大部分企業(yè)往往會選擇以往的加工生產(chǎn)方式，有規(guī)劃性、組織性、規(guī)模性的技術(shù)創(chuàng)新行業(yè)較少，尤其是規(guī)模不大的中小型行業(yè)創(chuàng)新數(shù)控技術(shù)環(huán)境更是不佳。

2.3 數(shù)控體系的穩(wěn)固性不足

如今，國際上用于體現(xiàn)數(shù)控體系穩(wěn)固性的關(guān)鍵衡量指標是無故障的平均時間，據(jù)相關(guān)人員的調(diào)研顯示，當前國外數(shù)控體系無故障的平均時間超過10 000 h，中國數(shù)控體系無故障的平均時間只有3 000～6 000 h，所以中國數(shù)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性明顯不足。

2.4 數(shù)控技術(shù)利用率不高

雖然中國制造業(yè)產(chǎn)值名列前茅，機床數(shù)量也位居世界第一，但數(shù)控化率還有待提升。反觀日本、德國等發(fā)達國家，前者機床數(shù)控化率高達90%，后者也有75%，中國歷經(jīng)20 年的發(fā)展數(shù)控化率從最初的7.79%上升至41.11%，雖然有了顯著的提升，但相較之下還存在一定的提升空間。若數(shù)控率難以得到提升，中國制造業(yè)落后的困境也無法得到逆轉(zhuǎn)[3]。

中國仍有諸多行業(yè)現(xiàn)存的數(shù)控產(chǎn)品的自動開放程度不足，具體表現(xiàn)在以下方面：全部產(chǎn)品尚未實現(xiàn)數(shù)控的開放性功能；雖然有些數(shù)控產(chǎn)品已經(jīng)開放，但多數(shù)處在半開放現(xiàn)象，沒有實現(xiàn)全面開放。

3 數(shù)控技術(shù)發(fā)展提升對策

3.1 重視人才培養(yǎng)，引入技術(shù)成果

優(yōu)秀的人才是一個行業(yè)發(fā)展的基石，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展更是如此，技術(shù)人員既要具備創(chuàng)新意識，同時需要有豐富的專業(yè)知識儲備，因此企業(yè)要注重營造人才培養(yǎng)的良好氛圍。應邀請業(yè)內(nèi)知名數(shù)控專家定期到企業(yè)舉辦技術(shù)講座，提高員工的知識素養(yǎng)；鼓勵企業(yè)之間的人才交流或委派骨干人員前往科研所學習，促進員工技術(shù)水平全方位提升；完善獎懲機制，以技術(shù)研發(fā)、創(chuàng)新實踐成果等內(nèi)容作為重要評價指標，通過量化指標適當轉(zhuǎn)化為精神獎勵或績效等反饋給員工，激發(fā)員工的工作積極性，從而提升產(chǎn)品的競爭力。

3.2 深化產(chǎn)業(yè)改革，拓寬應用前景

供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革背景下，數(shù)控企業(yè)革新傳統(tǒng)技術(shù)已是大勢所趨。企業(yè)應當不斷拓寬新型數(shù)控技術(shù)的應用范圍，最大化發(fā)揮實際應用價值[4]。為打破行業(yè)壟斷局面，應當提升數(shù)控技術(shù)加工效率，持續(xù)擴大企業(yè)的經(jīng)濟效益。不僅如此，制造企業(yè)應當致力于提升產(chǎn)業(yè)化與管理營銷水平，為進入國際市場夯實基礎。

3.3 引入先進技術(shù)，強化創(chuàng)新力度

誠然中國現(xiàn)階段數(shù)控技術(shù)相比于美、德、日等國家還存在一定差距，為此相關(guān)企業(yè)應當正視這一點，并結(jié)合自身實際情況調(diào)整發(fā)展策略。一方面要積極引入國外先進數(shù)控技術(shù)，但不要盲目引進，企業(yè)技術(shù)人員必須合理使用先進理念，與引進的技術(shù)設備相適配；另一方面要立足于數(shù)控企業(yè)發(fā)展瓶頸加大研發(fā)資金的投入力度，在充分借鑒國外先進技術(shù)理念的基礎上完成技術(shù)創(chuàng)新，最終研發(fā)出契合中國制造業(yè)發(fā)展要求的數(shù)控技術(shù)。

4 數(shù)控技術(shù)未來的發(fā)展趨勢

4.1 朝柔性化方向發(fā)展

數(shù)控技術(shù)的柔性化發(fā)展即指在同一個機床上整合不同加工功能，促進機床操作輔助時間的減少，自動柔性化技術(shù)可對市場動態(tài)化需求實現(xiàn)快速響應，緊隨產(chǎn)品的換代更新腳步，屬于制造行業(yè)未來主流的發(fā)展趨勢。數(shù)控技術(shù)柔性化發(fā)展可以促進制造流程實現(xiàn)信息集成。

4.2 朝綠色環(huán)保方向推進

工業(yè)快速發(fā)展，容易引起環(huán)境污染問題，且伴隨工業(yè)化持續(xù)推進，環(huán)境問題日益明顯化。隨著人們生活質(zhì)量逐漸提高，人們開始重視環(huán)境保護。制造行業(yè)加工生產(chǎn)污染環(huán)境無法避免，而在制造行業(yè)中數(shù)控加工為核心，因此數(shù)控加工未來必將朝著綠色環(huán)保的發(fā)展方向前進[5]。比如，目前要求數(shù)控機床無潤滑液、無冷卻液、無氣味等，數(shù)控設備勢必會發(fā)生巨大變革。

4.3 朝智能化方向發(fā)展

數(shù)控技術(shù)未來必然的發(fā)展趨勢為智能化加工生產(chǎn)，它將人工模擬智能活動引進加工生產(chǎn)流程，處理加工中技術(shù)方面存在的諸多問題。其中包含優(yōu)化加工參數(shù)、智能優(yōu)化交流驅(qū)動設備、主動診斷故障與修復等，處理問題更簡便，從而保證操作更便捷，保證數(shù)控機床可控性逐漸提升的過程中，提高自動化水平。為了滿足市場對產(chǎn)品提出的動態(tài)化要求，數(shù)控技術(shù)的智能化、網(wǎng)絡化成為必然的選擇，一方面可以讓數(shù)控技術(shù)從點線狀態(tài)轉(zhuǎn)向面體狀態(tài)，同時，還需提高數(shù)控技術(shù)的經(jīng)濟性與實用性。

4.4 朝開放化方向發(fā)展

數(shù)控技術(shù)實現(xiàn)開放化可讓用戶處于統(tǒng)一界面，可以保證各平臺上的機床實現(xiàn)共同生產(chǎn)，具備簡單易操作的優(yōu)勢，可提升機床的兼容性。用戶需按照本身要求進行裁剪、增加及改善，保證數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)多種類、多檔位開放化。此外，在實踐發(fā)展中對多媒體加以運用，擁有綜合處理信息的能力，便于實時監(jiān)控生產(chǎn)設備，從而成為具備市場競爭力的產(chǎn)品。

4.5 朝高精準度及高速度方向發(fā)展

中國制造行業(yè)未來對產(chǎn)品精準度與速度的要求逐漸升高，保證切削加工實現(xiàn)精準度較高作為數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域的主要方向和趨勢。機床技術(shù)朝高精準度方向發(fā)展，勢必會促進各種高精度機床的有效發(fā)展。此外，因切削速度加快可提升加工效果，且提高工件表層的精準度，因此加快切削速度為數(shù)控機床未來必然的發(fā)展趨勢。但加快切削速度，提高了對內(nèi)部其他零件的要求，比如主軸剛度及穩(wěn)固性等。

5 結(jié)束語

綜上所述，科學技術(shù)的進步使制造行業(yè)獲得了有利的發(fā)展條件，同時也使得產(chǎn)品加工的質(zhì)量要求愈發(fā)嚴格，如何有效推進行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展，提升自身社會性價值是目前相關(guān)研究的重點考慮問題。其中數(shù)控技術(shù)作為制造工業(yè)現(xiàn)代化的基礎，它發(fā)揮的作用尤為關(guān)鍵，它對整個行業(yè)的生存發(fā)展會造成直接的影響，不僅能提升生產(chǎn)效率，還能增強加工精度控制的整體效果，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益。然而中國數(shù)控技術(shù)目前尚不先進，需要與本身實況相結(jié)合后，增加研發(fā)數(shù)控技術(shù)與投入，促進它主動研發(fā)與創(chuàng)新水平不斷提升的同時，延著數(shù)控技術(shù)發(fā)展方向加速前進。