中國機床工具工業協會數控系統分會理事長 陳吉紅
    有這樣一個行業,對國家國防安全和經濟安全具有戰略意義,但由于長期受到西方發達國家的封鎖限制,一直受到國家領導和行業專家的高度關注。有這樣一個行業,“屢敗屢戰”,始終堅持、堅守自主創新之路,不斷突破國外技術封鎖,卻一直尷尬地無法打破國外已經形成的“市場生態圈”。這就是國產數控系統行業。
    2009年以來,“高檔數控機床與基礎制造裝備”國家重大課題專項(以下簡稱04專項)累計立項支持40多項課題,累計投入研發經費達20多億元,其中,國撥經費超過10億元,支持華中數控、廣州數控、大連光洋、沈陽高精等國內數控系統骨干企業,立足自主創新,研制高檔型、標準型數控系統、伺服驅動和伺服電機。
        
            國家十二五科技創新成就展,展出的大型五軸聯動加工中心及配置的華中8型高性能數控系統
    目前,國產中、高檔數控系統的功能、性能和可靠性基本達到國外同類系統水平,可替代進口。國產數控系統已在沈飛、成飛、航天8院、東汽等航空航天、汽車、發電裝備制造等一批重點領域批量應用。中國數控系統產業迎來了快速發展的曙光。
    2016年5月30日,華中8型高檔數控系統、沈陽高精數控系統和廣州數控系統作為“高檔數控國家科技重大專項”的重要成果,亮相國家“十二五”科技創新成就展。
        
                國家十二五科技創新成就展,展出的沈陽高精數控系統和廣州數控系統

一、數控技術的戰略意義
    數控機床是工業的“工作母機”,其技術水平代表著一個國家的綜合競爭力。數控系統是機床裝備的“大腦”,是決定數控機床功能、性能、可靠性、成本價格的關鍵因素,也是制約我國數控機床行業發展的瓶頸。
   特別是對于國防工業急需的高速、高精、多軸聯動的高檔數控機床和高檔數控系統,一直是重要的國際戰略物資,受到西方國家嚴格的出口限制。歷史上著名的“東芝事件”、“考克斯報告”,近年來的“伊朗離心機事件”、 “斯諾登事件”等,都充分說明自主可控的數控系統對于我國的重要性不亞于國人非常關注的“大飛機”、計算機CPU芯片和操作系統軟件。
    基礎薄弱、“缺心少腦”一直是“中國制造”的短板。數控系統、伺服電機、伺服驅動等是制造裝備最重要的關鍵基礎部件,廣泛應用于高檔數控機床、機器人、電動汽車等,但是這些關鍵部件的高端技術基本上由國外壟斷。要實現“中國制造2025”的目標,形成“中國智造”的核心競爭力,離不開數控系統包括伺服驅動、伺服電機等關鍵技術的自主創新和自主可控。
    2009年以來,“高檔數控機床與基礎制造裝備”國家重大課題專項(以下簡稱04專項),強力支持國產數控系統企業自主研發高檔型、標準型數控系統、伺服驅動和伺服電機。通過在航空航天、汽車、發電裝備、船舶和數控機床制造重點企業的應用示范,推動國產數控系統的技術進步和產業化。04專項的實施目標明確要求:到2020年,高檔數控系統、關鍵功能部件與主機實現批量配套,并得到應用示范;國產標準型數控系統市場占有率從現在的30%提高到60%以上;國產高檔數控系統的市場占有率將從現在的1%提高到20%左右。

二、核心技術買不來,出路在于自主創新
    我國數控系統產業經歷了“六五”期間技術引進、“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”期間,中、低檔數控技術產業化和高檔數控系統縮小差距的艱難發展過程。
    國內企業曾經試圖引進國外數控企業的技術,走引進-消化-再創新的道路。但深入交流后,凡是我們沒有的技術,凡是我們需要的技術,對方都不賣,而且在合作過程中,不斷地提高要價。
    六五期間,中國數控系統的技術基礎“一窮二白”,發展國產數控系統只能寄希望于引進國外先進技術。但國外公司只愿意將其落后淘汰的技術轉讓給我國,還將核心硬件芯片控制在自己手中。七五期間,中國開始在引進技術的基礎上,消化吸收,并開始推動產業化??墑?,國外公司馬上將其性能質量更好、集成度更高的數控系統產品推向中國市場,阻滯我國數控系統產業的發展進程。然后,又以進口全套散件國內組裝,合資辦 廠的方式,導致我國在引進技術過程中培養出來的骨干人員幾乎全部流失,導致我們實現產業化的夢想徹底破滅。
    又如,國內某數控系統企業采取日本產品貼牌,國內組裝生產的方式,一度在市場上取得較大進展。但隨著日本公司的數控系統業務被德國公司收購和國內數控系統逐步提升,該公司發展受到嚴重影響。國內某著名機床企業,曾引進意大利數控系統技術,國外只允許我國引進二軸、三軸聯動的數控技術,而對于五軸聯動高檔數控系統關鍵技術的引進事宜,國外完全免談。最后,該企業不得不回過頭來,投入巨資,走自主研發的道路。
    八五至十五期間,國內數控系統企業只能靠自力更生、不斷摸索,通過自主創新來縮小與國外的差距。歷史上,我國形成了“中華I型”、“航天I型”、“藍天I型”、“華中I型”四個自主知識產權的數控系統。在激烈的市場競爭中,爭得了一席之地,銷量逐年增加,市場占有率不斷提高。在產業化方面,數控系統行業形成了“東南西北中”(東-華興數控、南-廣州數控、西-廣泰數控、北-凱恩帝數控、中-華中數控)的行業格局。2010年,國產數控系統的年產銷量達到16萬臺以上,中國市場占有率達到60%左右。其中,廣州數控公司貼近市場需求,很好地解決了可靠性和服務的瓶頸,曾達到年產銷數控系統13萬臺套的輝煌業績,成為世界數控系統產銷量排名第二的中國數控系統企業。
    但是國內數控系統企業由于受到自身規模、技術水平、人才隊伍和財力投入的局限,國產數控系統產品的90%以上主要還是定位中、低檔市場。高檔型、標準型數控系統,無論是技術上還是產業化水平上,與國外存在較大差距。
    歷史教訓證明,對于國家經濟、軍事發展具有戰略意義的數控系統核心技術,依靠引進購買是辦不到的。國外企業從來就沒有轉讓過真正的核心技術給中國。數控技術難在自主創新,出路也在自主創新。

三、奮進中的中國數控系統產業
    2009年,04專項立項支持了華中數控、廣州數控、大連光洋、沈陽高精和航天數控等5家數控系統企業,自主研發高檔數控系統關鍵技術。經過兩年多的努力,5家企業均攻克了數控系統軟硬件平臺、高速高精、多軸聯動、總線技術、納米插補等一批高檔數控系統關鍵技術,研制出全數字總線式高檔數控系統產品樣機,實現從模擬接口、脈沖接口到全數字總線控制、高速高精的技術跨越。聯合研制的自主知識產權的NCUC-Bus現場總線技術,已獲批了5項國家標準,并獲得省部級發明一等獎。
    2012年,04專項數控系統的任務部署轉向重點對標??翁獾目己酥副耆妨⒘礁霰臧校焊叩凳叵低趁樽嫉氖槍餼哂形逯崍?、多通道、高速高精、車銑復合功能的最先進國外系統;中檔普及性、標準型技術瞄準的是市場占有率最大的國外系統。技術攻關單位公開招標的結果,華中數控、大連光洋承擔了高檔型數控系統開發和應用驗證課題;廣州數控、華中數控承擔了標準型數控系統開發及產業化課題。這四項課題累計投入國撥經費達 5 億多元。而以前,類似課題的撥款支持力度不超過1000萬元。
    為了科學評測國產數控系統的實際水平,04專項專門立項支持北京航空航天大學、國家機床質量監督檢驗中心和中科院沈陽計算所高檔數控國家工程研究中心作為第三方,對新研制的高檔型和標準型數控系統產品的功能、性能、可靠性進行對比測試。第三方評測課題組為高檔型數控系統設立了1989個對標評測項,為標準型數控系統設立了633個對標評測項。
    2015年6月到2016年2月間,在國家機床質量監督檢驗中心組織專家組對華中8型數控系統進行了評測?;?型數控系統、廣州數控系統通過了全部633項標準型對標評測項,通過率100%;華中8型數控系統通過了1952項高檔型對標評測項,通過率達98%。這大大超出課題考核指標所要求達到國外同類數控系統的90%以上的要求。
    2011年北京航空航天大學專門建立了數控系統可靠性測試實驗室,選取了國內、國外數控系統30多臺套,作為對比樣本。從2012年5月開始,北京航空航天大學對每套數控系統累積測試時間超過1萬小時。根據試驗記錄統計數據,得出測試結論為:國產數控數控系統整體可靠性水平良好,與同時參與測試的國外典型同類產品的可靠性指標—--平均無故障時間(MTBF)結果相當。
    2015年2月,中國機械工業聯合會組織對大連光洋“光纖總線開放式高檔數控系統、伺服驅動、測量系統及電機成套系統”課題成果進行了鑒定。鑒定委員會認為:大連光洋GNC61光纖總線開放式高檔數控系統在控制功能、控制精度、加工效率等方面達到國際先進水平。
    2016年4月,中國機械工業聯合會組織了行業內知名專家,對華中數控的“高性能數控系統關鍵技術及應用”成果進行了鑒定。鑒定委員會認為:華中數控在我國數控系統后發追趕,面臨更嚴苛要求的應戰壓力下,奮力拼博,歷經幾代技術攻關,開發出了華中8型為代表的自主可控的數控系統,全面達到國際先進水平,可替代進口。為高檔數控機床重大專項作出了突出的貢獻。構建了系統平臺化、網絡化,有創新的智能數控系統,為中國智能制造提供了智能平臺。
    2016年5月,在中國機床工具工業協會的領導下,華中數控、廣州數控、沈陽高精等國產數控系統企業聯合大連機床、普什寧江等機床企業,成立數控機床互聯通訊協議標準聯盟。今年7月初,聯盟所申報的智能制造綜合標準化項目獲得了工信部的立項支持。
    為了推動國產數控系統的應用示范和產業化,04專項立項支持了一批航空航天、汽車、發電裝備和船舶制造企業應用國產數控機床和數控系統?;惺?、廣州數控、大連光洋、沈陽高精所研制的高檔型數控系統與10多類600多臺高速、精密、5軸聯動的高檔數控機床實現配套。這些設備包括高速精密車削中心、高速立式加工中心、精密立式加工中心、車銑復合加工中心、高速臥式加工中心、精密臥式加工中心、九軸六聯動砂帶磨、數控工具磨床等高檔數控機床。
    航空企業是高端數控裝備的聚集地,目前使用的數控系統基本上被國外品牌壟斷,在功能和性能上受到國外封鎖限制,且存在國家安全隱患,設備使用和維護都非常被動。2012年,華中數控和沈陽高精分別為沈陽飛機工業(集團)有限公司改造了辛辛那提LANCE2000加工中心。經過近一年的生產驗證,數控系統完全能滿足使用要求。在此基礎上,沈飛打消了對國產數控系統的疑慮,沈飛又拿出30多臺設備交給華中數控和沈陽高精進行數控改造,包括:國外五軸高速龍門加工中心、AB擺五軸加工中心,立式加工中心、車削中心等。目前,這批數控系統已累計運行30多萬小時,其功能、性能、可靠性經受了考驗,為沈飛的軍工生產發揮了重要作用。近期,又有30多臺國產新數控機床,其中包括8臺五軸數控機床,配套華中數控、沈陽高精的數控系統即將交付沈飛使用。國產高檔數控系統在航空企業應用終于在沈飛“起航”。在沈飛的示范效應帶動下,華中8型數控系統開始在成飛、西飛、洪都航空等骨干航空企業得到應用。
        
                華中數控為沈飛改造的雙龍門五坐標銑床和辛辛那提LANCE2000加工中心
    廣州數控開發的數控系統成果 27i、25i 已經實現配套數千臺,如沈陽巨浪特種機床、廣州宏力立加、江陽貝爾滾齒機、寧國飛鷹專機改造、哈斯機床舊機改造等。與上海航天八院聯合研制的攪拌摩擦焊已經成功應用,其配套的廣數高檔數控系統受到好評。
    大連光洋承擔04專項后,公司技術取得很大進步,自主研發了數控系統、伺服電機、主軸、傳感器。2013年5月公司與航天科工集團3院31所合作,交付了2臺高速、高精度五軸立式加工中心,已經完成了多個批次,多個品種的航發關鍵零部件的加工。在04專項支持下,航天科工集團3院31所又訂購了大連光洋22臺五種類型的五軸高檔數控機床,用于建設飛航導彈發動機生產線,上述機床的數控系統、伺服驅動,精密傳感,電機、轉臺、電主軸等關鍵功能部件全部為大連光洋自主研發,機床自主化率高達95%。此后,大連光洋先后與哈爾濱東安發動機、貴州黎陽航空發動機、湖南株洲南方動力等軍工企業簽訂合同。
    沈陽高精數控在實現中高檔數控系統配套應用的同時,針對行業轉型升級對客戶化定制的需求,基于“藍天數控”在開放式數控的技術積累,開展了基于二次開發平臺的專用型數控系統的研制及產業化推廣,將數控技術拓展到電加工、柔性組合單元、激光加工等專用領域,拓展了國產數控系統的應用范圍。
    為了擺脫國外數控系統的封鎖限制,我國數控機床企業也紛紛加入數控系統技術的研發行列。沈陽機床集團通過招兵買馬組建自己的研究院,從底層技術源代碼算法做起,歷時5年,投入十多億多元巨資,研制成功i5數控系統。通過充分利用沈機的市場優勢和i5數控系統的技術創新,支撐了沈機融資租賃商業模式的創新,帶動了i5數控系統產業化。
    大連機床集團則側重于應用型研發,走與國內多家高校和科研機構合作的產學研之路。特別是與華中數控合作,在華中數控系統的軟硬件平臺基礎上,發揮大連機床掌握機床、工藝和應用的技術優勢,自主開發了大連機床自己的DMTG數控系統,近年來,累計銷售了近萬臺套,同時也開創了國產數控系統和國產數控機床協同創新的全新發展模式。
        
                     沈陽機床i5數控系統               大連機床DMTG數控系統
    特別是2015年以來,利用04專項支持所取得的技術積累,華中數控針對3C(計算機、通訊和消費電子)制造行業的巨大需求,研制并批量銷售了具有高速高精(進給快移速度達60米/分,進給加速度達1G)、高速主軸控制(24000轉/分)等關鍵技術的高速鉆攻中心數控系統,其加工效率優于國外同類產品,并且建立了3C加工智能工廠。目前,華中8型鉆攻中心數控系統已經銷售7千多臺套。
        
                     3C行業批量應用華中8型鉆攻系統現場
    根據 04 專項總體組的數據統計,2012 年至今,04 專項支持研發的高檔型數控系統已累計銷售近千臺,標準型數控系統已累計銷售 5 萬多臺。據統計,高檔數控系統的市場占有率已從04專項啟動前的2%提升到目前的5%,標準型數控系統的市場占有率已從04專項啟動前的20%提升到目前的約40%。

四、自主創新需要打破國外的“市場生態圈”
“    十二五”以來,國產數控系統技術取得較大的進步,與國外的差距逐步縮小。但技術差距的縮小,不等于市場的突破。國產數控系統的市場美譽度與國外仍存在巨大差距,產業化之路仍然任重道遠。
    以日本發那科、德國西門子等為代表的國外企業在數控系統領域發展了近六十年,積累了大量的先進技術,已在全球范圍內建立起了技術壁壘和市場優勢。國外企業在中國市場上也已經耕耘了四十多年,由于其產品在技術上、性能上的優勢,形成了很好的市場品牌與客戶美譽度,大量的客戶已經習慣使用他們的產品,形成了一個“市場生態圈”。某些單位的政府采購招標通常指定國外數控系統產品,導致國內數控系統產品根本就沒有同臺公平競爭的機會。這些實際情況讓國產數控系統難以打破國外產品的市場生態圈。
    此外,中國數控產業還面臨國外企業降價搶占市場的巨大競爭壓力。當我國的數控企業研制不出水平相當的數控產品時,他們的高端產品要么封鎖,要么天價;當我們的企業生產出性能接近的數控產品時,他們就把他們成熟的產品作適當的裁剪后,以低價在國內傾銷,壓榨國內數控產品的利潤空間和市場空間。因此,國產數控系統存在的價值,還在于為中國機床行業和中國制造業“堵槍眼”。
    當前我國中、高檔數控系統企業發展的最大的瓶頸,還是在市場的認同度不夠。政府支持自主創新核心產業發展,給錢不如給市場。我們的國產數控系統行業當然需要奮發拼搏,縮小與國外的差距,做好自己的產品和市場。政府也應該理直氣壯地營造以選用國產產品、支持國產品牌為榮的體制和市場環境。要給國產數控系統參與競爭的平等機會,在同等的性能價格比下,應該優先選用國產數控系統。
    政府、專家和媒體對國產數控系統的支持還應體現在從輿論導向和政策上引導用戶選用國產數控系統。部分媒體拿著國產數控系統十多年前的差距和不足片面點評,導致最終用戶選用國產數控系統時更加心有余悸。在國產數控系統成長和發展歷程中,我們既需要專家、用戶和媒體對我們的批評和鞭策,促使我們加快進步;更需要各方對我們所取得的最新成績和進步,給予充分的肯定和正面宣傳,這是對國產數控系統的最大支持。
    在5月30日全國科技創新大會期間,多位院士聯名向中央高層遞交了關于支持中國高檔數控機床和系統的建議。希望國家從多個層面,全力支持產業化關鍵期的中國中高檔數控機床。院士們在報告中希望國家出臺系列扶持政策,包括在航空航天軍工領域啟動“換腦升級工程”;推動政府采購優先選用國產產品;取消部分國產化已經突破的進口產品的免稅政策等。
    習近平總書記指出:“只有把核心技術掌握在自己手中,才能真正掌握競爭和發展的主動權,才能從根本上保障國家經濟安全、國防安全和其他安全。” 中國數控系統產業發展歷程證明,高檔數控系統的關鍵核心是買不回來的,必須立足自主創新。國產高檔數控系統產業已經“曙光在前頭”。我們堅信:再經過5-10年的努力,中國家電、手機、高鐵等行業的今天,就是中國數控系統產業的美好明天。
 

 

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