摘　要:簡要介紹了當今世界數(shù)控技術及裝備發(fā)展的趨勢及我國數(shù)控裝備技術發(fā)展和產業(yè)化的現(xiàn)狀,在此基礎上討論了在我國加入WTO 和對外開放進一步深化的新環(huán)境下,發(fā)展我國數(shù)控技術及裝備、提高我國制造業(yè)信息化水平和國際競爭能力的重要性,并從戰(zhàn)略和策略兩個層面提出了發(fā)展我國數(shù)控技術及裝備的幾點看法。 關鍵詞:數(shù)控技術;數(shù)控設備;發(fā)展趨勢;基本估計;戰(zhàn)備思考 裝備工業(yè)的技術水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經濟的水平和現(xiàn)代化程度,數(shù)控技術及裝備是發(fā)展新興高新技術產業(yè)和尖端工業(yè)（如信息技術及其產業(yè)、生物技術及其產業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產業(yè)） 的使能技術和最基本的裝備。馬克思曾經說過“各種經濟時代的區(qū)別,不在于生產什么,而在于怎樣生產,用什么勞動資料生產”。制造技術和裝備就是人類生產活動的最基本的生產資料,而數(shù)控技術又是當今先進制造技術和裝備最核心的技術。當今世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術,以提高制造能力和水平,提高對動態(tài)多變市場的適應能力和競爭能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達國家還將數(shù)控技術及數(shù)控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資,不僅采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術及其產業(yè),而且在“高精尖”數(shù)控關鍵技術和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策?？傊?大力發(fā)展以數(shù)控技術為核心的先進制造技術已成為世界各發(fā)達國家加速經濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。 數(shù)控技術是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術,數(shù)控裝備是以數(shù)控技術為代表的新技術對傳統(tǒng)制造產業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產品,即所謂的數(shù)字化裝備,其技術范圍覆蓋很多領域: （1） 機械制造技術;（2） 信息處理、加工、傳輸技術; （3） 自動控制技術; （4） 伺服驅動技術; （5） 傳感器技術; （6） 軟件技術等。 一、數(shù)控技術的發(fā)展趨勢 數(shù)控技術的應用不但給傳統(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)控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大,他對國計民生的一些重要行業(yè)（ IT、汽車、輕工、醫(yī)療等） 的發(fā)展起著越來越重要的作用,因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。從目前世界上數(shù)控技術及其裝備發(fā)展的趨勢來看,其主要研究熱點有以下幾個方面[sup][1～4 ][/sup] 。 1. 高速、高精加工技術及裝備的新趨勢 效率、質量是先進制造技術的主體。高速、高精加工技術可極大地提高效率,提高產品的質量和檔次,縮短生產周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術研究會將其列為5 大現(xiàn)代制造技術之一,國際生產工程學會（CIRP） 將其確定為21世紀的中心研究方向之一。在轎車工業(yè)領域,年產30 萬輛的生產節(jié)拍是40 秒/ 輛,而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點問題之一;在航空和宇航工業(yè)領域,其加工的零部件多為薄壁和薄筋,剛度很差,材料為鋁或鋁合金,只有在高切削速度和切削力很小的情況下,才能對這些筋、壁進行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來制造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結方式拼裝,使構件的強度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。 從EMO2001 展會情況來看,高速加工中心進給速度可達80m/ min ,甚至更高,空運行速度可達100m/ min 左右。目前世界上許多汽車廠,包括我國的上海通用汽車公司,已經采用以高速加工中心組成的生產線部分替代組合機床。在加工精度方面,近10 年來,普通級數(shù)控機床的加工精度已由10μm 提高到5μm ,精密級加工中心則從3～5μm ,提高到1～1. 5μm ,并且超精密加工精度已開始進入納米級（0.01μm） 。 在可靠性方面,國外數(shù)控裝置的MTBF 值已達6 000h 以上,伺服系統(tǒng)的MTBF 值達到30000h 以上,表現(xiàn)出非常高的可靠性。 2. 五軸聯(lián)動加工和復合加工機床快速發(fā)展 采用5 軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工,可用刀具最佳幾何形狀進行切削,不僅光潔度高,而且效率也大幅度提高。一般認為,1 臺5 軸聯(lián)動機床的效率可以等于2 臺3 軸聯(lián)機空和宇航工業(yè)領域,其加工的零部件多為薄壁和薄筋,剛度很差,材料為鋁或鋁合金,只有在高切削速度和切削力很小的情況下,才能對這些筋、壁進行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來制造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結方式拼裝,使構件的強度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。 當前由于電主軸的出現(xiàn),使得實現(xiàn)5 軸聯(lián)動加工的復合主軸頭結構大為簡化,其制造難度和成本大幅度降低,數(shù)控系統(tǒng)的價格差距縮小。因此促進了復合主軸頭類型5 軸聯(lián)動機床和復合加工機床（含5 面加工機床） 的發(fā)展。 3. 智能化、開放式、網(wǎng)絡化成為當代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢 21 世紀的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng),智能化的內容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面:為追求加工效率和加工質量方面的智能化,如加工過程的自適應控制,工藝參數(shù)自動生成;為提高驅動性能及使用連接方便的智能化,如前饋控制、電機參數(shù)的自應運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等;簡化編程、簡化操作方面的智能化,如智能化的自動編程、智能化的人機界面等;還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。 為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應用軟件的產業(yè)化生產存在的問題。目前許多國家對開放式數(shù)控系統(tǒng)進行研究。數(shù)控系統(tǒng)開放化已經成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運行平臺上,面向機床廠家和最終用戶,通過改變、增加或剪裁結構對象（數(shù)控功能） ,形成系列化,并可方便地將用戶的特殊應用和技術訣竅集成到控制系統(tǒng)中,快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng),形成具有鮮明個性的名牌產品。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結構規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當前研究的核心。 網(wǎng)絡化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡化將極大地滿足生產線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求,也是實現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎單元。 4. 重視新技術標準、規(guī)范的建立 1） 關于數(shù)控系統(tǒng)設計開發(fā)規(guī)范 如前所述,開放式數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應性、擴展性,美國、歐共體和日本等國紛紛實施戰(zhàn)略發(fā)展計劃,并進行開放式體系結構數(shù)控系統(tǒng)規(guī)范（OMAC、OSACA、OS2EC） 的研究和制定,世界3 個最大的經濟體在短期內進行了幾乎相同的科學計劃和規(guī)范的制定,預示了數(shù)控技術的一個新的變革時期的來臨。我國在2000 年也開始進行中國的ONC數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)范框架的研究和制定。 2） 關于數(shù)控標準 數(shù)控標準是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢。數(shù)控技術誕生后的50 年間的信息交換都是基于ISO6983 標準,即采用G,M 代碼描述如何（how） 加工,其本質特征是面向加工過程,顯然,他已越來越不能滿足現(xiàn)代數(shù)控技術高速發(fā)展的需要。為此, 國際上正在研究和制定一種新的CNC 系統(tǒng)標準ISO14649 （STEP2NC） ,其目的是提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機制,能夠描述產品整個生命周期內的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型,從而實現(xiàn)整個制造過程,乃至各個工業(yè)領域產品信息的標準化。 STEP2NC 的出現(xiàn)可能是數(shù)控技術領域的一次革命,對于數(shù)控技術的發(fā)展乃至整個制造業(yè),將產生深遠的影響。首先,STEP2NC 提出一種嶄新的制造理念,傳統(tǒng)的制造理念中,NC加工程序都集中在單個計算機上。而在新標準下,NC 程序可以分散在互聯(lián)網(wǎng)上,這正是數(shù)控技術開放式、網(wǎng)絡化發(fā)展的方向。其次, STEP2NC 數(shù)控系統(tǒng)還可大大減少加工圖紙（約75 %） 、加工程序編制時間（約35 %） 和加工時間（約50 %） 。 二、對我國數(shù)控技術及其產業(yè)發(fā)展的基本估計 縱觀我國數(shù)控技術近50 年的發(fā)展歷程,特別是經過4 個5 年計劃的攻關,總體來看取得了以下成績。 a. 奠定了數(shù)控技術發(fā)展的基礎,基本掌握了現(xiàn)代數(shù)控技術。我國現(xiàn)在已基本掌握了從數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅動、數(shù)控主機、專機及其配套件的基礎技術,其中大部分技術已具備進行商品化開發(fā)的基礎,部分技術已商品化、產業(yè)化。 b. 初步形成了數(shù)控產業(yè)基地。在攻關成果和部分技術商品化的基礎上,建立了諸如華中數(shù)控、航天數(shù)控等具有批量生產能力的數(shù)控系統(tǒng)生產廠。蘭州電機廠、華中數(shù)控等一批伺服系統(tǒng)和伺服電機生產廠以及北京第一機床廠、濟南第一機床廠等若干數(shù)控主機生產廠。這些生產廠基本形成了我國的數(shù)控產業(yè)基地。 c. 建立了一支數(shù)控研究、開發(fā)、管理人才的基本隊伍。雖然在數(shù)控技術的研究開發(fā)以及產業(yè)化方面取得了長足的進步,但我們也要清醒地認識到,我國高端數(shù)控技術的研究開發(fā),尤其是在產業(yè)化方面的技術水平現(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,但橫向比（與國外對比） 不僅技術水平有差距,在某些方面發(fā)展速度也有差距,即一些高精尖的數(shù)控裝備的技術水平差距有擴大趨勢。從國際上來看,對我國數(shù)控技術水平和產業(yè)化水平估計大致如下: a. 技術水平上,與國外先進水平大約落后10～15 年,在高精尖技術方面則更大。 b. 產業(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;功能部件專業(yè)化生產水平及成套能力較低;外觀質量相對差;可靠性不高,商品化程度不足;國產數(shù)控系統(tǒng)尚未建立自己的品牌效應,用戶信心不足。 c. 可持續(xù)發(fā)展的能力上,對競爭前數(shù)控技術的研究開發(fā)、工程化能力較弱;數(shù)控技術應用領域拓展力度不強;相關標準規(guī)范的研究、制定滯后。 分析存在上述差距的主要原因有以下幾個方面。 a. 認識方面。對國產數(shù)控產業(yè)進程艱巨性、復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)控技術應用水平及能力分析不夠。 b. 體系方面。從技術的角度關注數(shù)控產業(yè)化問題的時候多,從系統(tǒng)的、產業(yè)鏈的角度綜合考慮數(shù)控產業(yè)化問題的時候少;沒有建立完整的高質量的配套體系、完善的培訓、服務網(wǎng)絡等支撐體系。 c. 機制方面。不良機制造成人才流失,又制約了技術及技術路線創(chuàng)新、產品創(chuàng)新,且制約了規(guī)劃的有效實施,往往規(guī)劃理想,實施困難。 d. 技術方面。企業(yè)在技術方面自主創(chuàng)新能力不強,核心技術的工程化能力不強。機床標準落后,水平較低,數(shù)控系統(tǒng)新標準研究不夠。 三、對我國數(shù)控技術和產業(yè)化發(fā)展的戰(zhàn)略思考 1. 戰(zhàn)略考慮 我國是制造大國,在世界產業(yè)轉移中要盡量接受前端而不是后端的轉移,即要掌握先進制造核心技術,否則在新一輪國際產業(yè)結構調整中,我國制造業(yè)將進一步“空芯”。我們以資源、環(huán)境、市場為代價,交換得到的可能僅僅是世界新經濟格局中的國際“加工中心”和“組裝中心”,而非掌握核心技術的制造中心的地位,這樣將會嚴重影響我國現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展進程。 我們應站在國家安全戰(zhàn)略的高度來重視數(shù)控技術和產業(yè)問題,首先從社會安全看,因為制造業(yè)是我國就業(yè)人口最多的行業(yè),制造業(yè)發(fā)展不僅可提高人民的生活水平,而且還可緩解我國就業(yè)的壓力,保障社會的穩(wěn)定;其次從國防安全看,西方發(fā)達國家把高精尖數(shù)控產品都列為國家的戰(zhàn)略物質,對我國實現(xiàn)禁運和限制,“東芝事件”和“考克斯報告”就是最好的例證。 2. 發(fā)展策略 從我國基本國情的角度出發(fā),以國家的戰(zhàn)略需求和國民經濟的市場需求為導向,以提高我國制造裝備業(yè)綜合競爭能力和產業(yè)化水平為目標,用系統(tǒng)的方法,選擇能夠主導21 世紀初期我國制造裝備業(yè)發(fā)展升級的關鍵技術以及支持產業(yè)化發(fā)展的支撐技術、配套技術作為研究開發(fā)的內容,實現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展。強調市場需求為導向,即以數(shù)控終端產品為主,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)關鍵設備等） 帶動數(shù)控產業(yè)的發(fā)展。重點解決數(shù)控系統(tǒng)和相關功能部件（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） 的可靠性和生產規(guī)模問題。沒有規(guī)模就不會有高可靠性的產品;沒有規(guī)模就不會有價格低廉而富有競爭力的產品;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,要強調產、學、研以及最終用戶的緊密結合,以“做得出用得上、賣得掉”為目標,按國家意志實施攻關,以解決國家之急需。 在競爭前數(shù)控技術方面,強調創(chuàng)新,強調研究開發(fā)具有自主知識產權的技術和產品,為我國數(shù)控產業(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。