对中国数控装备自主创新发展战略的思考

华中科技大学校长、中国工程院院士 李培根

    编者按：日前出版的《机电商报》机床工具版上，刊登了华中科技大学校长、中国工程院院士李培根发表的文章，题目是：《对中国数控装备自主创新发展战略的思考》。文章针对中国数控产业发展现状、装备制造业自主创新的发展战略，进行了深入的思考和剖析，提出了富有见地的意见和建议。

    一、中国数控产业发展现状

    中国数控技术及其产业，经过“六五”引进技术，“七五”消化吸收，“八五”开发自主知识产权以及“九五”产业化等几个五年计划的攻关，从无到有，取得了令人瞩目成绩。中国数控产业已经渡过了最艰难的时期，开始在产业化的道路上开拓前进。其间总的情况可以概括为“三个基本”、“三个转变”、“三个差距”。

    三个基本，即基本形成了现代化数控产业基地；基本掌握了具有世界水平的现代数控技术；基本建立了高素质数控研究、开发、管理人才队伍。

    在现代化数控产业基地方面，国家重点企业的产量已达到数千、数万台，已有像华中数控、广州数控、航天数控等可实现批量生产数控系统的现代化产业基地。

    我国与数控机床配套的骨干数控系统企业已初具规模，掌握具有世界水平现代数控技术，说明我国数控系统技术已趋于成熟，重大关键技术(包括核心技术)已达国外先进水平。开发和生产了具有自己版权的基于工业微机的开放式体系结构的数控硬、软件平台，并派生出80多种应用系统。掌握了国外长期对我国封锁的关键技术，如多坐标联动技术、0.1μm当量精密数控系统、数字化仿型处理、非圆齿轮加工、数字伺服控制技术、高速主轴技术等。掌握了数控系统、伺服驱动、主机及其配套件集成技术。

    在高素质数控研究、开发、管理人才队伍建立方面，高校、研究所、企业中形成了一支从事数控基础理论研究、数控主机、系统及其功能部件的开发、生产队伍，有了一批数控企业的管理人才。建立了国家数控系统工程技术研究中心(华中科技大学)，高档数控国家工程技术研究中心(蓝天数控集团)。各数控企业建立了数控培训中心，可以培养了各层次人员。

    三个转变是指各级主管部门对数控技术重要性及发展数控产业迫切性、艰巨性的认识发生了根本转变；数控产业化管理体制和机制发生了转变，数控企业活力增强；用户对国产数控系统及国产数控设备信誉度提高，需求增加。

    三个差距首先是市场占有率低，品种覆盖率小，还没有形成规模生产；其次是成套性较差，伺服、主轴配套能力不强；再次是外观质量相对较差，可靠性相对也较差，商品化程度不足，名牌效应相对较差，用户信心还不足。

    具体表现在，一是设计与开发方面，基础技术研究薄弱，高速切削机理研究近乎空白。设计观念、科研投入、创新能力等方面存有较大差距，国际上普遍采用的龙门框架式、O型整体结构、箱中箱结构等先进结构设计，我国只在少数产品上开始应用。特别是在高速化、柔性化、复合化、智能化等高端数控产品上与国外先进水平相比差距更大。

    二是技术集成与成套能力方面，技术集成、工程成套、远程服务技术等能力不强；自动生产线、制造系统所需要的智能测量装置、搬运及仓储物流设备等相对落后，承担“交钥匙工程”的能力有待提高。

    三是工艺技术方面，现有制造工艺技术和工艺装备水平不高，影响了产品的制造精度和装配精度；有利于环境发展的新工艺、新方法推广缓慢；对用户使用的新材料(如碳纤维复合材料、陶瓷基复合材料)、新工艺(如粉末合金成型、等离子喷涂等)等深入研究不够；五轴加工编程技术及多工序复合加工编程技术还存在差距，直接影响了主机性能的发挥。

    四是功能部件方面，中档及以上数控系统市场被国外品牌垄断，国产品牌的中档数控系统为主机配套率有待提高。电主轴、高速滚珠丝杠、直线电机、高速工具系统、高频响位置检测系统等功能部件差距较大，为中档及中高档数控机床配套用刀库和机械手、数控转塔刀架主要依赖进口。

    五是标准研究方面，数控技术及装备标准研究滞后，数量不足百项。现有标准自主技术含量不高，技术数据和指标来源于国外标准或产品样本，缺乏科学试验的支持。大量科技成果没有及时纳入标准，现有标准过分迁就产业技术的低水平现状，形成了目前许多产品虽达到标准要求，但缺乏市场竞争力的被动局面。

    六是专利技术方面，据对现有数控技术及装备等专利检索，1985年至2003年，在我国境内申请的有关专利数仅有800余项，其中国外企业或个人申请的占17％。在已有专利中，大多数为结构和部件，实用新型专利占70%以上。反映了我国在自主创新方面的差距。

    二、当代数控技术发展趋势

    一是持续地提高经济加工精度；二是推进全面高速化实现高效制造；三是复合加工机床促进新一代高效机床的形成；四是工艺适用性的专门化数控机床正不断涌现，制造业产品创新促使机床结构出现“个性化”，其优点包括具有最佳的工艺适用性、避免采用通用机床出现的功能冗余、批量生产的零件，要求有最佳工艺适用性的专门化数控机床(如：飞机大型构件——工件垂直放置的五轴联动铣床，汽车零件高效加工——双主轴头加工中心)；五是配套装置和功能部件的品种日趋完善。

    三、对装备制造业自主创新发展战略的思考

    第一，我国机床行业在机械结构设计方面比较落后。多年来我国机床行业流行的观点是，我们主要落后在相关的控制技术。这一观点令人质疑。看了国外展览之后，深切感到我们在机械结构方面的设计落后。即使我们跟踪模仿了多年，但在结构设计上没有真正属于我们自己的东西。机械细节的基础研究要加强，我国机床行业也在不断跟踪国外技术，但是远没有真正吃透。在细节方面总是略逊一筹。究其原因，我们在技术细节方面缺乏基础研究。譬如说主轴技术，润滑、冷却对机床性能的影响，机械结构对润滑和冷却性能的影响，我们做的基础分析和实验都不够。又如主轴头、工作台的运动，如何尽可能地减小振动，如何尽可能减小或补偿发热的影响，我们也缺乏深入的基础研究。即便我们看到人家的结构，然后去模仿，但是细微之处和个中奥妙，不做深入的基础研究是体会不到的。所以，即便是非原始创新的跟踪，也需要基础研究。

    第二，我国在数控系统技术方面有可能率先取得突破。我们在数控系统技术方面的落后要小于在机械方面，一则基于我国多年来政府在这方面的支持和广大研发人员的努力初见成效；二则是数控系统技术所涉及的面没有机械本身的那么广。目前，用于中低档机床的国产数控系统与国外相应产品差别不大，但是客户显然未建立起对国产系统的信心。应该说，已经见到国产数控系统的曙光。因此，率先在数控系统技术方面取得突破可能是现实而有效的战略。

    第三，功能部件其实是我国机床行业的薄弱环节，长期以来我们对此关注不够。尽管“十五”期间国家863计划等有所投入，但成效不尽如人意。实际的研究成果不多，社会向功能部件产业转移的资金不多，致使我国功能部件产业始终未真正兴旺起来。功能部件上无所作为，很难使我们的机床产业上一个台阶。购买国外的功能部件，只能使我们的产品缺乏竞争力。况且功能部件真正上去了，说明我们的设计和工艺能力都可以大大提高。目前我们有些机床厂家自己生产部分功能部件，如工作台、主轴等，设计和制造水平不高，而且成本也上去了，显然不利于提高国产机床的竞争力。

    第四，集成能力要提高。我们显然缺乏自动化制造系统的集成商。前述国外从事制造系统集成的某些小公司，他们并不生产自己的机床，但他们能很好地根据客户的需求，合理配置其它公司的机床等，设计一些辅助系统，并提供整个系统的控制，如此就能形成—个零件甚至部件的完整解决方案。我们今后要培植这样的集成厂商。

    第五，绝对不能盲目跟踪。因为我们的技术的确落后，因此跟踪就是很自然的事情。但是，要想缩短与国外的差距，绝不能盲目跟踪，否则只会拉大差距。不能盲目跟踪的原因有二：一则国外的研究总是会有部分走弯路，我们在后面应该仔细分析什么可能是弯路。正是因为我们在后面，所以更容易理性地判断是否是弯路。然而恰恰相反，我们总是缺乏分析。从曾经盛极一时的研究，到现在展览会上无人问津的工作，应该能给我们以启示。二则，即使国外某项技术走的是正确的道路，但是我们是否