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自主创新是发展国产数控系统的必由之路

文章来源:发布时间:2016-08-03 17:34:17

       有这样一个行业,对国家国防安全和经济安全具有战略意义,但由于长期受到西方发达国家的封锁限制,一直受到国家领导和行业专家的高度关注。有这样一个行业,“屡败屡战”,始终坚持、坚守自主创新之路,不断突破国外技术封锁,却一直尴尬地无法打破国外已经形成的“市场生态圈”。这就是国产数控系统行业。 
   
  2009年以来,“04专项”支持华中数控、广州数控、大连光洋、沈阳高精等国内数控系统骨干企业,立足自主创新,研制高档型、标准型数控系统、伺服驱动和伺服电机。 

  目前,部分国产中、高档数控系统在功能、性能和可靠性方面已基本达到国外同类系统水平,可替代进口。国产数控系统已在沈飞、成飞、航天8院、东汽等航空航天、汽车、发电装备制造等重点领域批量应用。中国数控系统产业迎来了快速发展的曙光。 

  一、数控技术的战略意义 

  数控机床是工业的“工作母机”,其技术水平代表着一个国家的综合竞争力。数控系统是机床装备的“大脑”,是决定数控机床功能、性能、可靠性、成本价格的关键因素,也是制约我国数控机床行业发展的瓶颈。 
   
  特别是对于国防工业急需的高速、高精、多轴联动的高档数控机床和高档数控系统,一直是重要的国际战略物资,受到西方国家严格的出口限制。历史上著名的“东芝事件”、“考克斯报告”,近年来的“伊朗离心机事件”、“斯诺登事件”等,都充分说明自主可控的数控系统对于我国的重要性不亚于国人非常关注的“大飞机”、计算机CPU芯片和操作系统软件。 
   
  基础薄弱、“缺心少脑”一直是“中国制造”的短板。要实现“中国制造2025”的目标,形成“中国智造”的核心竞争力,离不开数控系统包括伺服驱动、伺服电机等关键技术的自主创新和自主可控。 
   
  2009年以来,国产数控系统企业自主研发高档型、标准型数控系统、伺服驱动和伺服电机,并通过在航空航天、汽车、发电装备、船舶和数控机床制造等重点企业的应用示范,推动了国产数控系统的技术进步和产业化。 

  二、核心技术买不来,出路在于自主创新 

  我国数控系统产业经历了“六五”到“八五”期间的技术引进、消化吸收和自主开发,及“九五”到“十二五”期间的中、低档数控技术产业化和高档数控系统缩小差距的艰难发展过程。其间,国内企业曾经试图引进国外数控企业的技术,走引进-消化-再创新的道路。但深入交流后,凡是我们没有的技术,凡是我们需要的技术,对方都不卖,而且在合作过程中,不断地提高要价。 
   
  “六五”期间,中国数控系统的技术基础“一穷二白”,发展国产数控系统只能寄希望于引进国外先进技术。但国外公司只愿意将其落后淘汰的技术转让给我国,还将核心硬件芯片控制在自己手中。“七五”期间,中国开始在引进技术的基础上,消化吸收,并开始推动产业化。可是,国外公司马上将其性能质量更好、集成度更高的数控系统产品推向中国市场,阻滞我国数控系统产业的发展进程。然后,又以进口全套散件国内组装或合资办厂的方式,导致我国在引进技术过程中培养出来的骨干人员几乎全部流失,乃至我们实现产业化的梦想彻底破灭。 
   
  又如,国内某数控系统企业采取日本产品贴牌,国内组装生产的方式,一度在市场上取得较大进展。但随着日本公司的数控系统业务被德国公司收购和国内数控系统逐步提升,该公司发展受到严重影响。国内某著名机床企业,曾引进意大利数控系统技术,国外只允许我国引进二轴、三轴联动的数控技术,而对于五轴联动高档数控系统关键技术的引进事宜,国外完全免谈。最后,该企业不得不回过头来,投入巨资,走自主研发的道路。 
   
  “八五”至“十五”期间,国内数控系统企业只能靠自力更生、不断摸索,通过自主创新来缩小与国外的差距。历史上,我国形成了“中华I型”、“航天I型”、“蓝天I型”、“华中I型”四个自主知识产权的数控系统。在激烈的市场竞争中,争得了一席之地,销量逐年增加,市场占有率不断提高。在产业化方面,数控系统行业形成了“东南西北中”(东-华星数控、南-广州数控、西-广泰数控、北-凯恩帝数控、中-华中数控)的行业格局。2010年,国产数控系统的年产销量达到16万台以上,中国市场占有率达到60%左右。其中,广州数控公司贴近市场需求,很好地解决了可靠性和服务的瓶颈,曾达到年产销数控系统13万台套的辉煌业绩,成为世界数控系统产销量排名第二的中国数控系统企业。 
   
  但是国内数控系统企业由于受到自身规模、技术水平、人才队伍和财力投入的局限,国产数控系统产品的90%以上主要还是定位中、低档市场。高档型、标准型数控系统,无论在技术上还是产业化水平上,与国外都存在较大差距。 
   
  历史教训证明,对于国家经济、军事发展具有战略意义的数控系统核心技术,依靠引进购买是办不到的。国外企业从来就没有转让过真正的核心技术给中国。数控技术难在自主创新,出路也在自主创新。 

  三、奋进中的中国数控系统产业 

  2009年,04专项支持了华中数控、广州数控、大连光洋、沈阳高精和航天数控等5家数控系统企业,自主研发高档数控系统关键技术。经过两年多的努力,5家企业攻克了数控系统软硬件平台、高速高精、多轴联动、总线技术、纳米插补等一批高档数控系统关键技术,研制出全数字总线式高档数控系统产品样机,实现从模拟接口、脉冲接口到全数字总线控制、高速高精的技术跨越。联合研制的自主知识产权的NCUC-Bus现场总线技术,已获批了5项国家标准,并获得省部级发明一等奖。 
   
  2012年,04专项数控系统的任务部署转向重点对标,高档数控系统瞄准的是国外具有五轴联动、多通道、高速高精、车铣复合功能的最先进系统;中档普及型、标准型技术瞄准的是市场占有率最大的国外系统。技术攻关单位公开招标的结果,华中数控、大连光洋承担了高档型数控系统开发和应用验证课题;广州数控、华中数控承担了标准型数控系统开发及产业化课题。 
   
  为了科学评测国产数控系统的实际水平,04专项专门立项支持北京航空航天大学、国家机床质量监督检验中心和中科院沈阳计算所高档数控国家工程研究中心作为第三方,对新研制的高档型和标准型数控系统产品的功能、性能、可靠性进行对比测试。第三方评测课题组为高档型数控系统设立了1989个对标评测项,为标准型数控系统设立了633个对标评测项。 
   
  2015年6月到2016年2月间,在国家机床质量监督检验中心组织专家组对华中8型数控系统进行了评测。华中8型数控系统、广州数控系统通过了全部633项标准型对标评测项,通过率100%;华中8型数控系统通过了1952项高档型对标评测项,通过率达98%,大大超出课题考核指标所要求达到国外同类数控系统的90%以上的要求。 
   
  2011年北京航空航天大学专门建立了数控系统可靠性测试实验室,选取了国内、国外数控系统30多台套作为对比样本。从2012年5月开始,北京航空航天大学对每套数控系统累积测试时间超过1万小时。根据试验记录统计数据,得出测试结论为:国产数控系统整体可靠性水平良好,与同时参与测试的国外典型同类产品的可靠性指标——平均无故障时间(MTBF)结果相当。 
   
  2015年2月,中国机械工业联合会组织对大连光洋“光纤总线开放式高档数控系统、伺服驱动、测量系统及电机成套系统”课题成果进行了鉴定。鉴定委员会认为:大连光洋GNC61光纤总线开放式高档数控系统在控制功能、控制精度、加工效率等方面达到国际先进水平。 
   
  2016年4月,中国机械工业联合会组织了行业内知名专家,对华中数控的“高性能数控系统关键技术及应用”成果进行了鉴定。鉴定委员会认为:华中数控在我国数控系统后发追赶、面临更严苛要求的应战压力下,奋力拼博,历经几代技术攻关,开发出了以华中8型为代表的自主可控的数控系统,全面达到国际先进水平,可替代进口。为高档数控机床重大专项做出了突出贡献。构建了系统平台化、网络化,有创新的智能数控系统,为中国智能制造提供了智能平台。 
   
  2016年5月,在中国机床工具工业协会的领导下,华中数控、广州数控、沈阳高精等国产数控系统企业联合大连机床、普什宁江等机床企业,成立数控机床互联通讯协议标准联盟。今年7月初,联盟所申报的智能制造综合标准化项目获得了工信部的立项支持。 

  为了推动国产数控系统的应用示范和产业化,04专项立项支持了一批航空航天、汽车、发电装备和船舶制造企业应用国产数控机床和数控系统。华中数控、广州数控、大连光洋、沈阳高精所研制的高档型数控系统与10多类600多台高速、精密、5轴联动的高档数控机床实现配套。这些设备包括高速精密车削中心、高速立式加工中心、精密立式加工中心、车铣复合加工中心、高速卧式加工中心、精密卧式加工中心、九轴六联动砂带磨、数控工具磨床等高档数控机床。 
   
  航空企业是高端数控装备的聚集地,目前使用的数控系统基本上被国外品牌垄断,在功能和性能上受到国外封锁限制,且存在国家安全隐患,设备使用和维护都非常被动。2012年,华中数控和沈阳高精分别为沈阳飞机工业(集团)有限公司改造了辛辛那提LANCE2000加工中心。经过近一年的生产验证,数控系统完全能满足使用要求。在此基础上,沈飞打消了对国产数控系统的疑虑,又拿出30多台设备交给华中数控和沈阳高精进行数控改造,包括:国外五轴高速龙门加工中心、AB摆五轴加工中心,立式加工中心、车削中心等。目前,这批数控系统已累计运行30多万小时,其功能、性能、可靠性经受了考验,为沈飞的军工生产发挥了重要作用。近期,又有30多台国产新数控机床,其中包括8台五轴数控机床,配套华中数控、沈阳高精的数控系统即将交付沈飞使用。国产高档数控系统在航空企业应用终于在沈飞“起航”。在沈飞的示范效应带动下,华中8型数控系统开始在成飞、西飞、洪都航空等骨干航空企业得到应用。 

  广州数控开发的数控系统成果27i、25i已经实现配套数千台,如沈阳巨浪特种机床、广州宏力立加、江阳贝尔滚齿机、宁国飞鹰专机改造、哈斯机床旧机改造等。与上海航天八院联合研制的搅拌摩擦焊已经成功应用,其配套的广数高档数控系统受到好评。 
   
  大连光洋自主研发了数控系统、伺服电机、主轴、传感器,于2013年5月与航天科工集团3院31所合作,交付了2台高速、高精度五轴立式加工中心,已经完成了多个批次,多个品种的航发关键零部件的加工。航天科工集团3院31所又订购了大连光洋22台五种类型的五轴高档数控机床,用于建设飞航导弹发动机生产线,上述机床的数控系统、伺服驱动,精密传感,电机、转台、电主轴等关键功能部件全部为大连光洋自主研发,机床自主化率高达95%。此后,大连光洋先后与哈尔滨东安发动机、贵州黎阳航空发动机、湖南株洲南方动力等军工企业签订合同。 
   
  沈阳高精数控在实现中高档数控系统配套应用的同时,针对行业转型升级对客户化定制的需求,基于“蓝天数控”在开放式数控的技术积累,开展了基于二次开发平台的专用型数控系统的研制及产业化推广,将数控技术拓展到电加工、柔性组合单元、激光加工等专用领域,拓展了国产数控系统的应用范围。 
   
  为了摆脱国外数控系统的封锁限制,我国数控机床企业也纷纷加入数控系统技术的研发行列。沈阳机床集团组建自己的研究院,从底层技术源代码算法做起,历时5年,投入巨资,研制成功i5数控系统。通过充分利用沈机的市场优势和i5数控系统的技术创新,支撑了沈机融资租赁商业模式的创新,带动了i5数控系统产业化。 
   
  大连机床集团则侧重于应用型研发,走与国内多家高校和科研机构合作的产学研之路。特别是与华中数控合作,在华中数控系统的软硬件平台基础上,发挥大连机床掌握机床、工艺和应用的技术优势,自主开发了大连机床自己的DMTG数控系统,近年来,累计销售了近万台套,同时也开创了国产数控系统和国产数控机床协同创新的全新发展模式。 

  特别是2015年以来,华中数控针对3C(计算机、通讯和消费电子)制造行业的巨大需求,研制并批量销售了具有高速高精(进给快移速度达60m/min,进给加速度达1g)、高速主轴控制(24000r/min)等关键技术的高速钻攻中心数控系统,其加工效率优于国外同类产品,并且建立了3C加工智能工厂。目前,华中8型钻攻中心数控系统已经销售7千多台套。 

  四、自主创新需要打破国外的“市场生态圈” 

  “十二五”以来,国产数控系统技术取得较大的进步,与国外的差距逐步缩小。但技术差距的缩小,不等于市场的突破。国产数控系统的市场美誉度与国外仍存在巨大差距,产业化之路任重道远。 
   
  以日本发那科、德国西门子等为代表的国外企业在数控系统领域发展了近60年,开创了大量先进技术,已在全球范围内建立起了技术壁垒和市场优势。国外企业在中国市场上也已经耕耘了40多年,由于其产品在技术上、性能上的优势,形成了很好的市场品牌与客户美誉度,大量的客户已经习惯使用他们的产品,形成了一个“市场生态圈”。某些单位的政府采购招标通常指定国外数控系统产品,导致国内数控系统产品根本就没有同台公平竞争的机会。这些实际情况让国产数控系统难以打破国外产品的市场生态圈。 
   
  此外,中国数控产业还面临国外企业降价抢占市场的巨大竞争压力。当我国的数控企业研制不出水平相当的数控产品时,他们的高端产品要么封锁,要么天价;当我们生产出性能接近的数控产品时,他们就将其成熟产品做适当裁剪后,以低价向我们倾销,压榨国内数控产品的利润空间和市场空间。因此,国产数控系统存在的价值,还在于为中国机床行业和中国制造业“堵枪眼”。 
   
  当前,我国中、高档数控系统企业发展的最大瓶颈,还是在市场的认同度不够。政府支持自主创新核心产业发展,给钱不如给市场。我们的国产数控系统行业当然需要奋发拼搏,缩小与国外的差距,做好自己的产品和市场。政府也应该理直气壮地营造以选用国产产品、支持国产品牌为荣的体制和市场环境。要给国产数控系统参与竞争的平等机会,在同等的性价比下,应该优先选用国产数控系统。 
   
  政府、专家和媒体对国产数控系统的支持还应体现在从舆论导向和政策上引导用户选用国产数控系统。部分媒体拿着国产数控系统10多年前的差距和不足进行片面点评,导致最终用户选用国产数控系统时更加心有余悸。在国产数控系统成长和发展历程中,我们既需要专家、用户和媒体对我们的批评和鞭策,促使我们加快进步;更需要各方对我们所取得的最新成绩和进步,给予充分的肯定和正面宣传,这是对国产数控系统的最大支持。 
   
  在5月30日全国科技创新大会期间,多位院士联名向中央高层递交了关于支持中国高档数控机床和系统的建议。希望国家从多个层面,全力支持产业化关键期的中国中高档数控机床。院士们在报告中希望国家出台系列扶持政策,包括在航空航天军工领域启动“换脑升级工程”;推动政府采购优先选用国产产品;取消部分国产化已经突破的进口产品的免税政策等。 
   
  习近平总书记指出:“只有把核心技术掌握在自己手中,才能真正掌握竞争和发展的主动权,才能从根本上保障国家经济安全、国防安全和其他安全。”中国数控系统产业发展历程证明,高档数控系统的关键核心是买不回来的,必须立足自主创新。国产高档数控系统产业已经“曙光在前头”。我们坚信:再经过5-10年的努力,中国家电、手机、高铁等行业的今天,就是中国数控系统产业的美好明天。
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