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從同步到落后 萬字長文講透中國數控之難

點擊：  作者：沈烈初    來源：裝備制造  發布時間:2018-09-12 11:45:37

 

        起步并不晚，但差距巨大，我國數控機床的發展何以艱難曲折如此？04 專項實施以來，高端數控機床的產業化情況又到底如何？本文穿透歷史直擊現實，希望能對行業發展有所裨益。

1 機床工具行業的范圍、數控機床工具的發展回顧

1952年 8 月 7 日，中央人民政府決定成立第一機械工業部，下設專業局，其中二局主管機床工具行業（后一直將二局稱之謂機床工具局），并劃給二局 18 個廠管轄，其業務范圍涵蓋金切機床、鍛壓設備、鍛造機械、木工機床、機床附件、工具（含量儀、刃具）、磨料磨具、機床電器 8 大類。

1956 年，則按行業劃分，成立了北京機床研究所等7個直屬研究所（稱之謂一類所）以及鄭州第六設計院，后來又在主導廠設立面向分行業的十余個專業研究所（稱之謂二類所）。據了解，當時一類所及二類所共計 37 個，構成了完整的科研開發體系。以后，六十年代開始三線建設，老廠一分為二，或一分為三，在西部地區成立一批國營機床工具企業。改革開放后，在市場經濟機制的優勝劣汰中，一大批國企或轉制或淘汰破產，但同時也迅速崛起了一大批民營企業及外資企業。

世界上最早的數控機床出現于上世紀的五十年代初，我國于五十年代末在北京機床研究所成立數控機床研究室，同時在清華大學等高校也開始研究數控系統及數控機床。由此看出，我國數控系統及數控機床的研發，起步并不晚，但為什么到現在與世界先進水平的差距，特別是高端數控機床工具還這么大呢？

原因很復雜，筆者也說不清楚，但至少有兩點：一是機床工具行業在探索研發數控系統上走了一些彎路，如用于運動控制的芯片（CPU），是采用專用芯片，還是通用芯片，幾次反復，因此在引進技術、合作生產、消化吸收、再創新等方面多花了時間；二是中國的半導體工業起步太晚、太弱，特別是集成電路 LSI、VLSI 包含專用及通用芯片在內，差距太大，不得不受制于人，不僅是硬件，包括操作系統等軟件也大大落后于世界先進水平，連一般 PCB 板常用的片裝式電阻、電容元器件也基本需要進口。國產的元器件性能、質量不穩定，因此九十年代前后，很多研究院所及企業單位選擇通用芯片作為 CPU進行運動控制與邏輯控制，因為芯片技術發展速度太快，性價比按摩爾定律發展。

如筆者在七十年代，曾在企業組織研發車床的數控系統及數控車床，當時用的是半導體分立元件，有的還采用過中間繼電器或通訊用的極化繼電器。搞了兩年，因元器件不過關，又買不到進口元器件，因此決定停止研發，轉向采用 FANUC 數控系統，工廠專心把主機做好，鑒于當時的政治形勢，就搞不下去了。同一段時期筆者受部委的委托與美國Unimation 公司進行機器人的技術交流與談判，當時是直角坐標式，還不是關節式的工業機器人，控制系統相對比較簡單。至于作為機床上下料的機械手，因筆者從事自動化單機及自動生產線的研發生產，如 308 軸承車加工自動生產線就用機械手上下料，不過不是柔性控制，有的采用凸輪及中間繼電器硬件控制，這就是七十年代技術水平的真實情況。

改革開放至今已有四十年了，數控系統與數控機床走了一條十分艱難曲折的發展道路。從數控系統來說，原本想從日本 FANUC 走引進、消化、吸收、國產化的路子，問題就卡在專用芯片及其他硬件的國產化上。至今北京發那科也只是 FANUC 系統在中國用 SKD 模式的合資裝配廠，但效益好，最高時年產四五萬臺套。我們雖然學不到核心技術，但熟悉了裝配調試工藝、檢測、維保方面的技術知識，而且 FANUC 系統質量與可靠性及維保服務在用戶中口碑很好。

九十年代，開始學習 PC 機的技術路線，采用通用芯片作為 CPU，因為可以購到最新一代 Intel（x86）、ARM 的芯片，而且換代很快，操作系統采用 Windows、Linux或其組合。而我國數控系統的研發基于硬件的架構與運動控制的算法上下功夫，因此出現了廣州數控（成立于 1991 年）、華中數控（成立于 1994 年）、高精數控（產品生產始于 90 年代初）、凱恩帝（成立于 1993 年）、維宏（成立于 2007 年）等一批專業數控生產企業，以及光洋（2000 年開始數控系統研發）、沈機 i5 數控系統（2007 年開始研發）、北京精雕（成立于 1994 年）等一批專業生產數控系統、自配自給的數控機床企業。

 

正如中國機床工具工業協會陳吉紅副理事長撰寫的文章中寫到：數控系統經歷了“六五”期間的技術引進，“七五”期間技術消化吸收，“八五”期間技術自主開發，“九五”到“十二五”用了 20 年的時間才使低、中、高檔數控產業化。其中，高檔數控系統縮小了與世界先進水平的差距，初步實現產業化，市場占有率也提高到 7%，以后的道路更加任重道遠。

至于數控機床的機床本體，由于數控系統+伺服驅動系統+驅動伺服電機+機床的運動部件+位置測量裝置（光刪、磁柵、同步感應尺等），再加上各種機床部件的物理量的變化（溫度、振動、位置等）的傳感器信息采集，構成全閉環或半閉環系統，因而機床本體的結構設計有質的變化。如工作臺設計，在滿足強度及剛度和尺寸的要求情況下，運動部件的質量要降低到最小程度，以增加頻率響應，滿足高精、高速機床的需求；又如盡量采用對稱結構及增加散熱條件，工作時可盡快達到熱平衡條件等。特別是多軸多聯動功能及復合加工中心的出現，大大促進了機床本體的變革。

有的是顛覆性的改變，因而要求機床動靜剛度好、熱變形小，而且精度保持性好，可靠性高，一次裝夾工件后，可完成多工序的復合加工，如車、銑、鏜、磨、齒形加工、珩、研、拋光等；甚至有一些特種工藝，如激光加工、旋壓、滾壓、電加工等工藝也進入多軸多聯動的復合加工中心。因此機床企業必須對目標的細分市場的現實工藝及潛在發展的工藝要吃透，積累用戶的使用工藝數據，并建立數據庫，才能開發出好用、可靠、經濟、易維護保養的高檔數控機床。

雖然在改革開放初期，機床工具工業走了一些合作生產返銷的道路，成績顯著，大大提高了機床企業的工藝，有的進行貼牌生產光機，國外經銷商在境內加上數控系統后再在國外銷售，一來可賺取外匯，二來鍛煉了企業的內功，如濟一與馬扎克的合作，南京機床廠與Traub 合作等。但由于后來國營企業改制等原因沒有轉化為自主開發及創新，之后不了了之，太可惜了！造成今天中低檔勞動技術密集型機床工具出口，高檔數控機床大量進口的局面，從中也能吸取一些經驗教訓。

 

“高檔數控機床與基礎制造裝備” 國家科技重大專項（簡稱 04 專項）資助的很多機床企業難以產業化，根本問題在于機床廠對用戶的使用工藝，含工藝參數及刀具、量具、夾具加工對象的使用要求極不熟悉，沒有話語權，至于所謂多軸、多聯動、復合加工中心大部分更是抄來的。雖然 04 專項發展了一批功能部件，但其中不少部件產業化程度較低，性價比不高。加上機床廠及終端用戶對國產功能部件認知度低，不太信得過，因此市場占有率較低，甚至敵不過我國臺灣省產的部分功能部件，其他高檔的功能部件大都從日本、德國、瑞士、意大利、西班牙等國家進口。

筆者看來，數控機床主機存在的問題，包括精度、可靠性、精度保持性等，主機的問題多于數控系統，這要引起主管部門及主機廠的注意。

最后，還要說一個案例，即上世紀八十年代，出現一股盲目追求“數控化率”的現象，因此進口一批質量沒有過關的數控系統及伺服電機系統，造成了一度走“紅”的，受到市、省、部表揚的沈陽第三機床廠，因數控機床在用戶處不能開機、維保又不及時，紛紛要求退貨及索賠而破產。這是“十八羅漢廠”第一個破產的機床企業，正所謂“成也數控、敗也數控”。這個教訓極為深刻，這也是中國數控機床發展史上不能抹殺的一個重要事件。

2.數控系統的性能水平與產業化、銷售的商業模式

筆者由于限于水平及年事已高，已有近二十年沒有關注機床工具行業。這半年來僅到少量主導企業進行學習考察，同時向少量業內專家請教，下面僅是一些學習的啟示，沒有資格對現有國產數控系統進行點評，這尚待專家進行撰寫。

（一）兩類數控系統生產企業

生產數控系統及驅動系統（含伺服電機）的企業分兩類：一類是專業生產廠，供機床廠配套使用，如廣州數控、華中數控、沈陽高精、凱恩帝數控、維宏數控等；另一類是既生產機床主機，又生產自配的數控系統、伺服驅動系統和伺服電機，如大連光洋、北京精雕、沈陽 i5、大族激光等。

1、數控系統專業生產廠

數控系統專業生產廠可供應不同需求的主機廠，因而產品涵蓋高、中、低檔，品種多、產量大，便于專業化生產。但是，出現了如何與不同主機廠實現無縫銜接的問題。廣州數控采取了一些措施：

（1） 每年改造與再制造不同型號的舊數控機床約 300 臺，其中部分是五軸聯動；

（2）約有近百臺不同主機廠生產不同型號的主機，配上不同型號的廣州數控的數控系統與驅動系統，進行長期可靠性試驗，獲得大量的數據，進行系統的升級優化；

（3）自己廠內使用的數控機床全部替換成廣州數控的數控系統及伺服驅動系統，進行生產考驗，也便于信息化管理、設備層的互聯互通；

（4）自己開發了高精度注塑機及工業機器人，擴展了數控系統的功能、性能和用途。廣州數控是全國生產規模最大的專業數控系統的研發生產企業，最高年產量曾達十二、三萬臺套。因為是針對不同分行業主機廠不同需求設計開發的數控系統，由不同產品主管設計師負責，又因時間上有先后順序，因而模塊化、標準化考慮較少，增加了生產組織的難度與生產效率的提升，因此盈虧點較高。

華中數控的 8 系列，即 808（通用型）、828（標準型）、848（高端型），已升級換代多次。它既考慮到現實的需求，也考慮將來擴展的可能性，硬軟件都采用模塊化設計，其雙代碼功能（G 代碼、I 代碼）可圈可點。因而各項性能指標已接近或達到目前世界水平，滿足了用戶對高、中、低檔數控系統的不同需求，特別是具有前瞻性的技術路線及發展路線，與國家數控系統工程技術研究中心聯手，向智能數控系統及智能數控機床發展，其特點為：

（1）幫助主機廠根據最終用戶工藝的需求，進行二次開發，如與寶雞機床廠合作開發的寶雞數控系統，據稱到現在已有十余個主機廠與華中數控進行合作；

（2）華中數控已擁有若干個機器人子公司，直接采用華中數控系統及伺服驅動系統及電機；

（3）與若干個企業如沈飛、江山重工合作合資辦再制造公司，進行“換腦工程”，協同創新。

最終用戶的需求是推動數控系統發展最強勁的動力。華中數控作為一家上市企業，旗下有數十家全資、合資子公司，管理難度很大，需向管理要質量、向管理要效益，保證企業順利發展。

2、數控系統配套自產主機的企業

即為自己生產主機配套的研發生產數控系統、伺服驅動系統和伺服電機。如大連光洋，專為子公司科德數控機床公司配套，其特點是：機（械）、電（子）、儀（傳感器）高度一體化，并使系統與主機高度匹配，其特點為采用多核 CPU 芯片，有自己的算法與架構，全部采用光纖通訊傳導信息數據，采用多通道，控制的軸數很多，有能源回收功能、電子細分功能等，軟件已經過約十個版本的升級換代，主要做多軸五聯動的高檔數控機床，因此數控系統產量較少。

 

圖| 北京精雕

又如北京精雕，高、中、低檔數控系統都有，從雕刻機到高精高光潔度五聯動的數控系統，年產量數千套，僅為自己配套之用。特別要提出的沈陽 i5，媒體已作大量報道，認為是最新技術集成，互聯網+的數控系統，已生產了幾萬套，專為沈機各種型號機床配套，i5 研發、生產在上?；?，主機在沈陽生產。

（二）生產模式

華中數控、廣州數控、光洋數控等數控系統完全由自己生產，有自己的 SMT 車間且自己生產伺服驅動系統及伺服電機（包括力矩電機及直線電機），因此匹配比較優化。

而沈機 i5 系統、維宏數控系統，因地處上海，完全采用專業化代工模式，沒有自己的生產基地。如沈機 i5，主機板在上海一家企業代工，另外 PCB 板又在另外一家企業代工，伺服電機采用貼牌生產，總裝在蘇州代工完成。在上海沈機基地有約 20 人專門從事組織代工生產事宜。又如維宏數控，所有數控系統、伺服系統、伺服電機都是代工生產，企業只負責研發和銷售，根據不同用戶需求，通過多通道平臺維宏卡，稱之為 Lambda（朗達），可以配置為金屬切削、3C、木工機械、水切割、激光切割、機械手等行業使用。根據用戶的訂單，不同配置需要的部件，一同發往用戶，由維宏數控派人指導裝配，并與用戶主機組裝后進行調試。維宏的模式值得關注，這就是所謂的“輕資產”企業，并已上市，因此維宏數控發展很快。

（三）銷售模式

其他數控系統企業都是直銷方式，只有沈機的 i5 機床除部分直銷外，大部分采取租賃的方式，即組織一個合資的優尼斯融資租賃公司。沈機把 i5 機床賣給優尼斯租賃，優尼斯租賃尋找地方合作伙伴（一般地方給予不少優惠政策）成立i5 加工企業，再租賃給終端用戶使用，可按加工時間收費。在這種模式中，上海的智能云科（沈機控股的合資公司）開發的 iSESOL 就十分重要，提供云平臺，并進行管理收費，實踐結果如何？因筆者沒有視察過，不得而知。以上所述也是從媒體上得知，不對之處請沈機指正，至少這是共建、共享的新商業模式，已引起國務院領導及各方面的關注。

（四）數控系統一些值得關注的功能

1、采用 Intel（X86）或 ARM 通用芯片，后者運算速度較慢，而國外的主流品牌如日本的 FANUC、三菱，德國的西門子都是采用專用芯片，這可能與德、日等發達國家芯片的設計、制造、封裝等高技術有關。我國因受制于 VLSI 的產業，不得不用通用芯片，如我國 VLSI 產業發展了，可能會重新走專用芯片的技術道路，因為專用芯片的確優點頗多。

2、有的系統采用單芯片或雙芯片，有的采用單核芯片或多核芯片，如光洋就采用Intel(X86)的四核芯片，這是企業根據需要決定的。芯片用于運動控制及邏輯控制，各系統的算法各有自己的“Know How”。

3、操作系統都采用 Windows、Linux 或其組合，有的企業聲稱已開發自己的操作系統。

4、光洋全部采用多模的光纖傳輸信息。華中系統也支持光纖接口，但考慮到成本因素，實際銷售光纖接口的數控系統很少（其他系統本人可能不清楚）。

5、有單通道、雙通道、多通道輸出信號供不同用戶需求之用，可擴展在 FMC、FML 之用，既可控制主機，也可控制機器人，及線上各部分物流的動作。

6、常用功能之外，還有不少較先進的功能（僅舉一些例子）：

①RTCP。②位置反饋、速度反饋、加速度反饋，甚至聽說個別系統還有加加速度反饋，如此又要調節增益，既高速、高精，而無超調，十分困難。③電子細分，可達納米級插補。④有預讀程序功能，據說最多可讀 3000 段，進行優化后，控制刀具運動軌跡，使加工面更平滑。⑤有能量回收功能。⑥熱變形、機械系統的系統誤差可以實時補償。⑦加上高精度測頭，可以鎖住定位的高精度，也可以在線進行測量與補償等等。

本人并非這方面專家，知識貧乏，這僅是短期內學習這方面知識的啟示而已，錯誤不少，僅說明這些功能初步已滿足我國高檔數控機床需要了。

3.高檔數控機床的主機本體比數控系統問題更多

不知提出的這個問題是否屬實，請行業領導及企業界同仁們指教。近二三十年來，因工作性質變化，特別退休以后，雖有一些時間，但專注其他領域的學習，因此對機床工具行業確實了解很少，沒有發言權，僅在我參觀學習機床工具的用戶廠時，注意用戶對機床工具的一些反映及意見，僅此而已。

目前，我國數控系統在技術層面已經有了較大的提升。相比之下，主機本體的問題比數控系統的問題更多，彼此之間的銜接不夠順暢。因此，企業自行研發數控系統配置于自產機床的模式可以較好解決此問題。

在采用該模式運營的機床企業中，大連光洋和北京精雕這兩家企業因筆者參觀學習次數較多，稍微多了解一些。這兩個廠都是民營企業，光洋的于德海董事長、精雕的蔚飛董事長都是搞自動化出身，轉而搞數控系統，進一步發展到搞數控機床或雕刻機，因而有著與機床行業領導不同的思維方式。他們也詳細敘述了從事數控系統及數控機床的研發經歷與經驗教訓，在此不需我再重述。我只是從我學習他們倆的工作經歷中得到的一些啟示，把它記錄下來。

 

圖| 大連光洋高檔數控機床批量裝備國家航天領域

光洋從事數控系統與機床業務起步于 2000 年，引起我注意的是無錫葉片廠研發長葉片的五軸聯動的數控銑床。全世界最著名的葉片生產企業都在瑞士，一為 Rigid，另一家為 Starrag。因為葉片是用我國吳仲華博士發明的三元流動理論，設計的通流部分在流體傳動中效率最高，因此是變曲面，扭曲的葉型很難加工。過去數十年間，葉片的加工經過了成形銑、仿形銑，一直到數控銑及五坐標聯動的加工中心，刀具也從成形銑刀、指狀銑刀，一直到五軸聯動的特殊指狀銑刀，最后用在加工中心上的指狀銑刀是變前角、變后角的專用銑刀。Starrag 不僅提供加工中心，同時提供加工用的軟件（工藝包）以及專用刀具，刀具在磨損后必須送到 Starrag開設的專用刃磨服務點進行刃磨，否則很難保證達到正確的葉形，也就是達不到葉片通流部分的正確形面與光潔度，從而影響通流的效率，這就可以看出用戶的使用工藝及刀具對數控機床發展多么重要??！這一點到現在還沒有引起主管領導及業界領導的重視，這就是為什么我們數控機床上不去的原因之一吧！

于德海董事長，他懷抱愛國之心、技術報國之志，希望在兩三年內拿下這個項目。我曾經給他潑過“冷水”，并說不經過“三四輪”機型的不斷改進是做不到的，需要“十年磨一劍”的艱苦過程，才能產業化。的確，經過光洋十年的努力，經過與無錫葉片廠協同創新，虛心向無錫葉片廠學習工藝刀具編程，學習在 Rigid、Starrag 使用的經驗教訓，最后一輪產品得到了無錫葉片廠的首肯，這是光洋在研發高檔數控機床道路上的第一次質的飛躍。

我總結他們的經驗稱之謂“光洋模式”，內涵是完成了高檔數控機床的技術鏈與產業鏈的布局，包括主機用的功能部件、電主軸、搖臺、傳感器、液壓卡具、人造大理石床身及數控系統、伺服驅動系統、伺服電機、力矩電機等等。最近我去光洋學習，于總把“光洋模式”又增加了一個人才鏈，及創新創業需要“技術鏈、產業鏈及人才鏈”，突出人才這一點。于總特別有體會的是，不僅需要高素質的技術人員，而且需要高素質的技術工人與技師、工匠，因為最精密的機床最后是靠人來刮研與裝配的。

 

圖| 大連光洋工廠

第二階段的飛躍，開始于 2013 年用兩臺二型車銑復合加工中心在北京 31 所試用，用于葉輪及機匣零件加工。歷經兩三年的生產考驗，與 31 所領導、技術人員、操作工人三結合的團隊協同攻關，協同創新，解決了一百多個機床缺陷，提出 47 項建議，數控系統軟件升級 8 個版本，問題涵蓋工藝、刀具到主機設計結構、功能部件、程序編制等等。這是又一次的完善化創新，也初步在 31 所站住腳了，贏得了用戶的贊譽。盡管還有不少改進的余地，因為技術發展是無止境的，用戶使用工藝發展也是無止境的，因此數控機床的功能發展也是無止境的。目前 31 所已擁有光洋高端數控機床 22 臺（除各種型號的立式車銑復合加工中心之外，還有一臺五軸聯動的龍門銑、一臺五軸聯動的刀具磨床）。

第三步質的飛躍，是工信部于 2017 年 8 月在 31 所召開 04 專項示范項目的總結大會，會上工信部苗圩部長作了重要發言，肯定了這種高檔數控機床的生產企業必須與用戶實際需求及實際工藝相結合、協同創新。由此光洋贏得了在軍工行業用戶的初步信任，后繼的用戶不斷來找光洋協商，到 2018 年 8 月止，光洋已為航空航天、模具、刀具等用戶提供 142 臺多軸五聯動的高檔數控機床，現在在手的合同有 97 臺。除此之外，最近 04專項下達的“應用示范”任務，光洋為 14 個單位提供五軸聯動高檔數控機床 73 臺。

關于北京精雕，最早起步于雕刻機，因其董事長蔚飛是學自動控制學科，后轉入研發數控系統，最簡單匹配的主機就是兩軸聯動的雕刻機，后進入模具及 3C 行業。因此精雕數控系統也不斷升級，從兩軸聯動到三軸、四軸聯動，最后到五軸聯動。為了擴大適用范圍，數控機床也從一般精度到研發高精度、高光潔度的小型多坐標聯動的加工中心，對標的企業就是日本 Makino，其新研發的 JDGR200-A10H 不僅可以用于高端的 3C 產品，更可用于小型高精度模具等零件的加工，現已批量生產。筆者在現場看到了正在調試的 JDGR200-A10H 加工中心，切深為 0.1 微米，最小進給量為 1 微米，其高速加工鋁合金零件試樣，我隨機送到計量室測量，采用激光干涉儀測量光潔度為Ra0.024 微米，這是我一生中直接看到的最高光潔度的零件，使我十分敬佩。

精雕的幾個特點是：

①自己生產刀具與機床配套，不同材料的精加工刀具完全不同，包括變前角、變后角、斷屑槽、橫刃的擠壓作用、刀具螺旋槽的排屑等，很多刀具材料采用人造金剛石及立方氮化硼（CBN）。

②自己做不銹鋼刀柄 HSK，與主軸錐孔接觸面積可達85%，這是一般高精度機床廠及刀具廠難以做到的，絕對是精雕“Know How”。加上自己做電主軸，主軸的錐度孔在專門的母機上加工；用 SKF 高精度軸承與嚴格的動平衡，因此主軸錐孔與刀具連接后，在高速旋轉時其振擺達到微米級，這對高檔數控系統的 RTCP 功能十分有益，非常匹配。

③有強大的研發隊伍，從系統到主機，再到刀具與加工工藝都進行超前研究。

④維保服務及對用戶企業實際使用工藝現場采集、分析及研究試驗的約有 1000多人，通過他們生產廠與用戶廠水乳交融，這又是精雕特點之一。

⑤在東莞設立一個技校，專門培訓操作、維修精雕的數控機床。我看到這些學員做的樣品，已十分精致，像工藝品一樣，這又是精雕的一個特點。精雕不僅為用戶提供數控機床，還提供刀具、工藝及操作工人，這種集成式的為用戶提供解決方案，值得主管機關、業界同仁重視。精雕創造了一個品牌與新的模式。由于 3C 加工門檻低，很多新興機床企業都涌入這個行業，競爭十分激烈，精雕應該考慮利用自己的優勢與特點進入高端裝備類或軍工類的用戶拓展，否則會出現一個生存與發展的危機。

再舉一個例子。今年我在上海數控機床展覽會上看到一家我從來不知道的、名為“拓璞”的公司，即上海拓璞數控科技股份有限公司，專門為航空航天生產非常規工藝的數控機床，采用數控系統的鏡面功能（即對稱），一個控制支承，一個控制工具，飛機上的薄壁零件如尾翼、蒙皮、導彈桶體等。現在采用西門子 840Dsl，后續計劃采用華中系統。看完拓璞的數控非標機床后，內心久久不能平靜，也許這是我國高檔數控機床發展方向之一，把細分市場的用戶需求、加工工藝特點、將來發展的趨勢吃透，用“一米寬百米深”的哲理發展具有數控機床工具自己特點的產品，這才有生命力。

 

圖| 上海拓璞的VMC-B50C五軸聯動數控機床

環顧發達國家的機床工具行業，都有自己的“拿手”產品“引領技術、引領市場”。千萬不要做“百米寬一米深”所謂多品種、盲目追求體量大的機床企業，這也許是機床行業面臨的供給側改革之重點：追求的是細分市場占有率、競爭力與可持續發展能力，不要再走盲目做大的“虛胖子”企業了，“一打就倒”、“不打也倒”的前車之鑒，教訓深刻。

4.數控系統及數控機床的擴展

近年來，所謂傳感器、物聯網、互聯網+、+互聯網、工業互聯網、大數據、云平臺、人工智能等新技術與新名詞快速傳播，給數控系統及數控機床的功能拓展起到了革命性的推動作用，給設備層的互聯互通既帶來了很多機遇，也帶來了很多困難，使用戶與供應商有些不知所措，一些用戶與機械制造企業提出的這些新技術、新名詞到底與智能制造或“三化”（數字化、網絡化、智能化）有什么關系，筆者也理不清頭緒。在此試圖梳理，算是拋磚引玉吧！

筆者在 1985 年所撰寫的文章“新技術革命與機械工業發展戰略”（登在 1985 年《科學研究》第八卷第四期）中闡明，現代機械裝備技術的幾個特征：j裝備與工藝（指用戶使用工藝）密切結合；k硬件與軟件（廣義上的概念）密切結合；l技術與管理結合。并提出“機（械）電（子）儀（傳感器）”一體化的概念。三十三年過去了，高新技術的迅猛發展與工業 4.0 的到來，完全與筆者的預測相吻合，這是有科學根據的。

上面所說的特征，通過這些高新技術的應用，完全體現在裝備“三化”的控制上，生產過程利用“三化”業務流程的優化上，在用戶處在役產品利用“三化”手段加強維保服務，為用戶創造更多的價值，為生產企業獲得更多裝備使用時的有用信息，進一步為裝備升級換代積累海量的數據，會更加證明這一技術發展的趨勢。從NC、DNC 發展到 FMC、FML、無人化工段，以至于無人化工廠，再進一步發展到 NC+PC+IOT+工業互聯網+大數據+云平臺，以后再發展到+人工智能。從“工程控制論”與“系統工程論”對以上技術鏈的分析，整個過程是一個巨系統，下面包含若干大系統，大系統下又包含若干中系統，以此類推，最后是無數的小系統。每個小系統都將是閉環的，再推上去，中、大、巨系統都是閉環，系統之間又互相連接，同一層次的系統與系統之間又互相相連。

我這一觀點與光洋的于總類似。光洋新蓋的 25 萬平方米地下恒溫廠房就采用“大數據+互聯網+物聯網+人工智能”，實現數字化、網絡化、智能化工廠管控。以信息流程為依托，把技術架構分為感知層、網絡層、平臺層及應用層。但尚有不少問題有待探討，如與一般公認的 RAMI4.0，以業務流程為依據的技術架構分管理層、執行層、控制層、實體層（設備層），即我在《四論“新一代智能制造發展戰略研究”——實體層（設備層）的互聯互通是智能制造最基礎的工作》中所言，這兩種技術架構如何互相兼容，互相映射，還需要理論上的闡述。不管怎樣，我支持光洋實踐下去。理論來源于實踐，又高于實踐并指導以后實踐。望光洋新廠實現數字化、網絡化、智能化工廠管理，摸索出一條新的路子來，為國家、社會、用戶及企業與員工做出貢獻。

從近幾年出現的所謂“智能數控機床”中，可窺見一些新技術發展的端倪。如馬扎克數控加工中心的控制系統從 Smart Mazatrol 發展到新一代的 Smooth Mazatrol，最大的變化是在三菱數控系統進行二次開發的基礎上，加了一個 PC 功能，集成在控制裝置內，可以大大地增加計算功能與數據存儲的容量。還可任選各種工藝軟件包，優化加工工藝，提高生產效率，降低成本，為用戶創造更多價值，并可以通過一個名為 Smart Box 的裝置與其他系統兼容。日本與美國一樣，采用 MT Connect 接口，并把數據上傳到云平臺。

 

圖| 馬扎克數控加工中心的控制系統

又如 DMG MORI 發展的 CELOS 系統，如使用智能手機一樣簡單，它能將現有機床的數據與公司的管理層、執行層、信息架構連接在一起（與 ERP、PDM、MES、CAD/CAM），因此用戶能持續管理及顯示任務單、工藝與機床的數據。16 款 APP 軟件幫助操作人員可靠地優化生產任務、文檔查看及處理生產任務。CELOS 系統是數控系統外接一臺 PC 機，可以從附加功能的單機開始，擴展到柔性制造生產線的功能。

又如瑞士的Starrag的IPS集成制造系統，其特點是系統內部開發的“單元控制器技術”，并形成適應各專業化任務的模塊，如在 FMS 上的上下料，工序間傳遞、庫存、可靠的生產計劃、監控設備的運行狀態，確保生產安全，大幅降低維護和停機成本，監控過程中的能源需求和消耗，而優化能源管理。這種“單元控制技術”或“適應各種專業和任務模塊”可以與其他系統打造 IOT 解決方案，具有直觀與美觀的人機界面（HMI）、機床保護系統（MPS），包括 3D 視面、靜態和移動部件，五軸聯動切削和車床 B 軸切削。特別是在復合機床上，如在采用可更換主軸頭的機床上用側頭防止機床移動部件碰撞等；效率控制、過程質量控制（POS），機床認證系統（MQS）用于機床狀態監控與診斷等。據 Starrag 副總裁講，國內很多用戶已用了這套系統，反映良好。

再說德國 Grob 公司，我今年去訪問了Grob 在大連設立的生產基地。Grob 主要從事內燃機缸體、缸蓋的金切加工，國內已有很多 Grob 自動線在使用。最近開發的自動生產線，全部采用復合多軸聯動加工中心組成，大大縮小了占地面積，特別在二次裝卡工件時，保證工件定位精度后，盡可能多地完成各種工序，保證加工工件尺寸鏈的一致性，提高 Cpk 值及KPI值。Grob發展了一套Grob-NET4 Industrg系統，有10個模塊完成10種功能，即Grob4Line，可在智能手機上查看智能機床的狀態；Grob 4Analyze，機床對 CIP 過程做出反應；Grob 4Simulate，模擬復雜工件仿真加工工藝的優化；Grob 4Coach，編程、模擬和培訓；Grob4Interface，接入機床通訊；Grob4Connect，連接實體世界和 ERP 系統；Grob4Pilot，多功能交互式機床操作；Grob4Automation，無人操作直觀生產控制軟件；Grob4Track，機床主軸狀態監控及停機情況；Grob4Care，網上維保服務及采購備件。

 

圖| 德國GROB發動機零部件全自動裝配線-158機床

國內探索擴展數控系統的企業也越來越多，如華中數控新一版的具有智能化的 8 型系統配置的數控機床，稱之謂“智能數控機床”，多次在展覽會的論壇上亮相，并具有大數據、云服務功能，從智能機床通過傳感器采集的數據，通過 NC Link 通道，到達云平臺或數據中心，再通過 NC Link 到達應用層，并與 ERP、MES 等系統連接。

再如沈機的 i5——iSESOL（i-Smart Engineering & Service on Line），即形成 i5數控端+互聯網+iSESOL 云模式。設想將來擴展從單機智能→智能車間→智能區域協同→智能制造新業態，其功能包括裝備全生命周期服務（裝備服務、生產服務、資源管理）、知識服務（百科、工藝、培訓認證）、金融服務（貸款、租賃等）、數據服務（數據收集、趨勢分析、商業智能）。祝沈機能在實踐中進一步完善，推動智能制造的發展，使社會、用戶及本企業實現三盈局面，創造新模式、新業態。實踐是檢驗真理的唯一標準，最后要用實踐驗證?？上驳氖?，沈機研發成功 i5OS 操作系統，在目前世界政治經濟發展具有不確定因素的情況下是具有戰略意義的。

再說僅有十余年歷史的維宏數控系統，也開始上“云”（即“維宏云”），并進行云服務。還有很多企業，就不一一列舉了。

5.結束語

目前，國際政治、經濟處于不確定、不穩定的情況，中美貿易爭端不是短期內能解決的，加之“中興事件”及美國對我國四十余個單位實施無理制裁。高檔數控系統及高檔數控機床是帶有戰略性的產業，是制造業的母機，機床工具行業應該是“市場機制+國家意志”的結合。國家興亡，匹夫有責，行業內的領導、專家及企業家要特別關注。對于我國數控系統和數控機床的發展，筆者有以下建議。

（1）04 專項支持完成的高端數控機床及功能部件如何加速從樣機、樣品產業化，真正造福于國家與用戶，同時產業化也必須與用戶密切結合，這比樣機、樣品研發更困難。這涉及到機床企業內部的制造工藝水平與精細化管理，也涉及到后續用戶的需求與維保服務。如上海機床廠研發成功的數控隨動曲軸磨床，僅生產兩臺，一臺在上海通用生產線上考驗，一臺作為展品展覽用，無后續用戶訂貨，怎么辦？隔幾年這些樣機就沒有多大用處了。其他04 專項很多樣機也沒有后續用戶訂貨！值得 04 專項領導思考！

（2）組織力量，使數控系統的硬件（如 CPU）及操作系統（現在大都采用 Windows、Linux或其組合）及重要的應用軟件國產化，這是核心技術，不能受制于人。

（3）擴大國產數控系統及功能部件的應用范圍，大力推進產業化。有“量”才能保證“質”，才能降低成本，進入良性循環。推動機床廠采用二次開發的數控系統，發揮機床廠的優勢與能動性，包括“換腦工程”，用自己生產的設備再制造。

（4）主機廠生產的主機問題較多，如何提質增效，要貫徹習近平新時代經濟思想體系，以供給側結構性改革為主線，為達到“質量第一，效率優先”兩個目標，優化生產要素的組合，達到具有市場競爭力與可持續發展能力，集中攻克用戶急需的產品，強調“專、精、強”，不要盲目追求體量。希望主管部門不要再以企業的規模或體量來排名所謂“百強企業”、“五十強企業”，沒有什么意義，“大”不等于“強”。我們很多機械百強企業，如大連機床集團、山東常林工程機械集團、沈陽東北重工等企業的破產說明什么？評價企業的“強弱”，也要用習近平新時代的經濟思想來指導，創新評價指標。有一些企業的體量（即營業收入）數字并不科學，弄虛作假，所謂大口徑計算，其中很多是重復計算，這種評價指標會誤人、誤己、誤導國家，不知我說的有沒有道理，請專家領導指教。

（本文作者為原機械工業部副部長沈烈初，經機床雜志社梁玉主編修訂，大連光洋于德海董事長、華中數控董事長陳吉紅教授復審）