有這(zhè)樣一個行業,對國家國防安全和經濟安全具有戰略意義,但由於長期受到西(xī)方(fāng)發達國家的封鎖限製,一直受到國家領導和行業專家的高度關注。有(yǒu)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(wài)技術封鎖,卻一直尷尬地無法打破國外已經形成的(de)“市場(chǎng)生態圈”。這就是國產數控係統行業(yè)。
2009年以來,“高檔數控機床與基礎(chǔ)製造裝(zhuāng)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(xiàng)課題,累計投入研(yán)發經費達20多億元,其中,國撥經費超(chāo)過10億元,支持華(huá)中(zhōng)數控、廣(guǎng)州(zhōu)數(shù)控、大連光洋、沈陽高精等國內(nèi)數控係統骨(gǔ)幹企業,立足自主創新,研製(zhì)高檔型、標準型數控係統、伺服驅動和伺服電機。
國家(jiā)十二(èr)五科技創新成就展,展出(chū)的大型五(wǔ)軸聯動加工中心及配置的華中8型高性能數控係統
目前,國產中、高檔數控係統的功能、性(xìng)能(néng)和可靠性基本(běn)達到國外同類係統水平,可替代進口。國產數控係統已在沈飛、成飛(fēi)、航天(tiān)8院、東汽等航空航天、汽車、發電裝備製造等一批重點領域批量應用(yòng)。中國數控係統產業迎來了快速發展的曙光。
2016年5月30日(rì),華(huá)中8型(xíng)高檔數控係統、沈陽高精數控係統和廣州數(shù)控(kòng)係統作為(wéi)“高檔(dàng)數控國家科技重大專項”的重要成果,亮相國家“十二五”科技(jì)創新成就展。
國家十二五科(kē)技創新成就展,展出的沈陽高精數控係統和廣州數控係統(tǒng)
一、數控技術的戰略意義
數控機床是工業的(de)“工作母(mǔ)機”,其技術水平代表(biǎo)著一個國家的綜合競爭力。數(shù)控係統是機床(chuáng)裝備的“大腦”,是決定(dìng)數控機床功(gōng)能、性(xìng)能、可靠性、成本價格的關鍵(jiàn)因素,也是製約我國數控機床行業發展的瓶(píng)頸。
特(tè)別是(shì)對(duì)於(yú)國防工業急需的高速、高精、多軸(zhóu)聯動(dòng)的高檔數控機床和高檔數(shù)控係統,一直是重要的國際戰略物資,受到西方國家(jiā)嚴格的出口限製。曆史上著名的(de)“東芝事件”、“考克斯報告”,近年來的“伊朗離心機事件”、 “斯諾登事(shì)件”等,都充分說明自主可控的數控係統對(duì)於我國的重要性不亞於國人非常關(guān)注的“大飛機”、計算機CPU芯片和操作係統軟件。
基礎薄弱、“缺心少腦”一直是“中國製造”的短板。數控(kòng)係統、伺服電機、伺服驅動等(děng)是製造裝備(bèi)最重要的關鍵基礎部件,廣泛應用於高檔數控機床、機器人、電動汽(qì)車等,但是這些關鍵部件的高端技術基本(běn)上由國外壟(lǒng)斷。要實現(xiàn)“中國製造2025”的目標,形成“中國智造”的核心競爭力,離不開數控(kòng)係統包括伺服驅(qū)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(chuáng)與基礎(chǔ)製造裝備”國家重大課題專項(xiàng)(以下簡稱04專項),強力支持國產數控係統企業自主研發高檔型、標準型數控係統、伺服驅(qū)動和伺服電機。通過在航空航天、汽車、發電裝備、船舶和數控機床製造重點企業的應用示範,推動國產(chǎn)數控係統的技術進(jìn)步和產業化。04專項的實施目標(biāo)明確要求:到2020年,高檔數(shù)控係統、關鍵功能部件與主機實現批量配套,並(bìng)得到應用示範(fàn);國產標準型(xíng)數(shù)控係(xì)統市場占有率從現在的30%提(tí)高到60%以上;國產高檔(dàng)數控係統(tǒng)的市場占有率將從現在的1%提高到20%左右。
二、核心(xīn)技術買不來,出路在於自主(zhǔ)創新
我國數控係統產業經曆了“六五”期間技術引(yǐn)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(wǔ)”期間,中、低(dī)檔數控技術產業(yè)化和高檔數控係統縮小差距的(de)艱難發展過(guò)程。
國內企業(yè)曾經試圖引進國外數控(kòng)企業的技(jì)術,走引進-消化-再創新的道路。但深入交流後,凡是我們(men)沒有的技術(shù),凡是我們需要的技術,對(duì)方都不賣,而且在(zài)合作過程中,不斷地提高要價。
六五期(qī)間,中國數控係統的技術基礎“一窮二(èr)白”,發展國(guó)產數控係(xì)統隻能寄希望於引進國外先進技術。但國外公司隻願意將其落後淘(táo)汰的技術轉讓(ràng)給我國,還將核(hé)心硬件芯片控製在自己手(shǒu)中。七五期間,中國開始在(zài)引進技術的基礎上,消化吸收,並開(kāi)始推動產業(yè)化。可是,國外公司馬上將其性能質量更好、集(jí)成度更高的數控係統產品推向中國市場,阻滯(zhì)我國數控係統產業的發(fā)展進程。然後(hòu),又以進口全套(tào)散件國內組(zǔ)裝,合資辦廠的方式(shì),導致我(wǒ)國在引進技(jì)術過程中培養出來的骨幹(gàn)人員幾乎全部流(liú)失,導(dǎo)致我們實(shí)現產業化的夢想徹底破滅。
又(yòu)如,國內某數控係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(chǎng)上取得較(jiào)大進展(zhǎn)。但隨著日本公司的數控係統業務被德國公司收購和國內數控係(xì)統逐步提升,該公司發展受到嚴重影(yǐng)響。國內某著名機床企(qǐ)業,曾引進意大利數控係統技術,國外隻允許我國引進二軸、三軸聯動的數控技術,而對於五軸聯動高檔數控係統關(guān)鍵技術的引進事宜,國外完全免談。最後,該企業不得不回過(guò)頭來,投入巨資,走自(zì)主研發的道(dào)路。
八五至十五期間,國內數控係統企業隻能靠自力更(gèng)生、不斷摸索,通過自(zì)主(zhǔ)創新來縮(suō)小(xiǎo)與國外的差距。曆史上,我國形成了“中(zhōng)華I型”、“航天I型”、“藍(lán)天I型”、“華中(zhōng)I型”四個自主(zhǔ)知識產權的數控係統。在(zài)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(lǜ)不斷提高。在產業化(huà)方麵,數控係統行業形成(chéng)了“東南西北中”(東-華興數控、南-廣州數控、西(xī)-廣泰數控、北-凱恩帝數控、中-華中(zhōng)數控)的行業格局。2010年,國產數控係統的年產銷量達(dá)到16萬台以上,中國市場(chǎng)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(nián)產銷數控係(xì)統13萬(wàn)台套(tào)的輝煌業(yè)績,成為世界數控係統產銷(xiāo)量排名第二的中國數控係統企業。
但是國內數控係統企業由於受到自身規模、技術水平、人才隊伍和財力投入的局限,國產數控係統產品的90%以上(shàng)主要還是定位中、低檔市場。高檔型、標準型數控(kòng)係統,無論是技術上還是產(chǎn)業化水平上,與國外存在較大差距。
曆史教訓證明,對於國家經濟、軍事發(fā)展具(jù)有戰略意義的數控係統核(hé)心技術,依靠引(yǐn)進購(gòu)買是辦不到的。國外企業從來就沒有(yǒu)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(zhǔ)創新。
三、奮進中的中國數控係統產業
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家數控係(xì)統企業,自主研發高檔數控(kòng)係統關鍵技術。經過兩(liǎng)年多的努力,5家企業均攻(gōng)克了數(shù)控係統軟硬件平台、高速高(gāo)精、多軸(zhóu)聯動、總線技術、納米插補等一(yī)批高檔數控係統關鍵技術,研製出全數(shù)字總線式高檔數控係統產品樣機(jī),實現從模擬接口、脈衝接口到全數字總線控製、高速高精的技(jì)術跨越。聯合研製的自(zì)主知識產權(quán)的(de)NCUC-Bus現場總線技術,已獲批了(le)5項國家標準,並獲得省部級發明一等獎。
2012年,04專項數控係統的任務部署轉向(xiàng)重(chóng)點對標。課題的考核指標確立兩個標靶(bǎ):高檔數控係統瞄準的是國外具有五軸(zhóu)聯動、多通道、高速高精、車銑複合功(gōng)能的最先進國外係統;中檔普及性、標準型技術瞄準(zhǔn)的是市場(chǎng)占有率最(zuì)大的國外係統。技術攻關單位公開招標的結果,華中(zhōng)數控、大連光洋承擔了高檔型數(shù)控係統開發和應用(yòng)驗證課題;廣州數控、華中數控承擔了標準型數控係統(tǒng)開發及產業化課題。這四項(xiàng)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(chí)力度不超過1000萬元。
為了科學評測國產數控係統的實際水平,04專項專門立項(xiàng)支(zhī)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(kòng)國家工程研究中心作為第三方,對新研(yán)製的高(gāo)檔型和標準型數控係統產品的功能、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係(xì)統設立(lì)了1989個(gè)對標評測項,為標準型數控係統設立了633個對標(biāo)評測項。
2015年6月到2016年2月間,在國家機床質(zhì)量(liàng)監督(dū)檢驗中心組(zǔ)織專家組對華(huá)中8型數控係統進行了評測(cè)。華中8型數控係統、廣州數控係統通過了全部(bù)633項(xiàng)標準型對標評(píng)測項,通過率100%;華中8型數控係統(tǒng)通(tōng)過了(le)1952項高檔型(xíng)對標評測(cè)項,通過率達98%。這(zhè)大大超出課題考核指標所要求達到國外同類數控係(xì)統(tǒng)的90%以上的要求。
2011年北京航空航(háng)天大學(xué)專門建立了數控係統可靠性測試實驗室,選取了國內、國外數控係統30多台套,作為對比樣本。從2012年5月開始,北京航空航天(tiān)大(dà)學對(duì)每套數控係統累積測試時間超過1萬小時。根據試驗記錄統計數據(jù),得出測試結論(lùn)為:國(guó)產數控數控係統整體可靠性水平良好,與同時參與測試的國外(wài)典型同類(lèi)產品的(de)可靠性指標(biāo)—--平均無(wú)故障時間(MTBF)結果相當。
2015年2月,中國機械工業聯(lián)合會組織對大連光洋“光纖總線開放式高檔數控係統、伺服驅動、測量(liàng)係統及電機成套係統”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(xiàn)開放式(shì)高檔數控係統在控製功能、控製精度(dù)、加工效率等方麵達到國際先進水平。
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(huá)中數控(kòng)的“高性能數控係統(tǒng)關鍵技術及應用”成果進(jìn)行了鑒定。鑒定委員會認為:華中數(shù)控在我國數(shù)控係統後發追趕,麵臨更嚴苛要求的(de)應戰壓力下,奮力拚博,曆經幾代技術攻(gōng)關,開(kāi)發出了華中8型為代表的自主可控的數(shù)控係統(tǒng),全麵達到國際先進水平,可替代進口。為高檔數控機床重大專項作(zuò)出了突出的貢獻(xiàn)。構建了係統平台化、網絡(luò)化,有創新的智能(néng)數控係統,為中國(guó)智能製造提(tí)供了智能平台。
2016年5月,在中國機床工具工業協會的領(lǐng)導下,華中數控、廣州數控、沈陽高(gāo)精等(děng)國(guó)產數控係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(biāo)準聯盟。今年7月初,聯盟所申報的智能製造綜合(hé)標準化項目獲得了(le)工信部的立項支持。
為了推動國產數控係統的應用示範和產業化,04專項(xiàng)立項支持了一批航空航天、汽車、發電裝(zhuāng)備和船舶(bó)製造企業應用國產數控機床和數控係(xì)統。華中數控、廣州(zhōu)數控、大連光洋、沈陽高精所研製的高檔型數控係統與(yǔ)10多類600多台高速、精密、5軸聯(lián)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(gāo)速立式加工中心、精密立式加工中心、車銑複合加工中心、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(kòng)機床。
航空企業是高(gāo)端數控裝備的聚集(jí)地,目前使用的數控係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製,且存在國家安全隱患,設備使用和維(wéi)護都非常被動。2012年,華中(zhōng)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(shù)控係統完全(quán)能滿足使用要(yào)求。在此基礎上,沈飛打消了對(duì)國產數控(kòng)係(xì)統的疑慮,沈飛又拿出30多台設備交給華中數控和沈陽(yáng)高精(jīng)進行數控改造(zào),包括:國外五軸高速龍門加工中心、AB擺五軸加工中心,立式(shì)加工中心、車削中心(xīn)等(děng)。目前,這批(pī)數控(kòng)係統已累計運(yùn)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(le)重(chóng)要作用。近期,又有30多台國產新數控機(jī)床,其中包(bāo)括8台五軸數控機(jī)床,配套華中數控、沈陽高精的數控係統即將交付沈飛使用。國產高檔數控係統在航空企業應用終於在沈飛“起航”。在沈飛的(de)示範(fàn)效應帶動下,華中8型數控(kòng)係統開始在成飛、西飛(fēi)、洪都航空等骨幹航空企業(yè)得到應用(yòng)。
華中數控為沈飛(fēi)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(de)數控(kòng)係統成果 27i、25i 已經實現配套數千台,如沈陽巨浪特種機床、廣州宏力立加、江(jiāng)陽貝爾滾齒機、寧國(guó)飛鷹專機改造、哈斯機床舊機改造等(děng)。與上海航天八院聯合研製的攪拌摩擦焊已經成功應用,其配套(tào)的廣數高檔數控係統受到好評。
大(dà)連光洋承擔04專項(xiàng)後,公司技術取得很大(dà)進步,自主研發了數控係統、伺服電機、主軸、傳感器。2013年5月(yuè)公司與航天科工集團3院31所合作,交付了2台高速、高精度五軸立式加工中心,已經(jīng)完成了(le)多個批次,多個(gè)品種(zhǒng)的航發關鍵零部件的加工。在(zài)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台五種類型的五軸高檔數控機床,用於建設飛航導彈發動機生產(chǎn)線,上述(shù)機床的數(shù)控係統、伺服驅(qū)動,精密傳感,電機(jī)、轉台(tái)、電主軸等關(guān)鍵功能部件全部為大連光洋自主研發,機(jī)床自主化率高達(dá)95%。此後,大連光洋先後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(yè)簽訂合(hé)同。
沈陽高精數控在實現中高檔數控係統配套應用的同(tóng)時,針對行業轉型升級對客(kè)戶化定製的需求,基於“藍天數控”在開放式數控的技術積累,開展了基(jī)於二次開發平台的專用型數控係統(tǒng)的研製及產業化推廣,將數控技術(shù)拓展(zhǎn)到(dào)電加工、柔性組合單元、激光(guāng)加工等專用領(lǐng)域(yù),拓(tuò)展了國產數控係統的應用範圍。
為了擺脫國外數控係統的封鎖限製,我國數控機(jī)床企(qǐ)業也紛(fēn)紛加入數控係統技術的研發行列。沈陽機床集團通過招兵買馬組(zǔ)建自己的研究院,從底層技術源代碼算法做起,曆時5年,投入十(shí)多億多元巨資,研製成功(gōng)i5數控(kòng)係統。通(tōng)過充分利用沈機的市場優勢和i5數控係統的技術創新,支撐了沈機融資租賃商業模式的創新(xīn),帶動了i5數(shù)控係統產業化。
大連機床集團則側重於應用型(xíng)研發,走與國內(nèi)多家高校和科研機構合作的(de)產學研之路(lù)。特別是與華中數控合作(zuò),在華中數控係統的軟硬(yìng)件平(píng)台基礎(chǔ)上,發(fā)揮大連機床掌(zhǎng)握機床、工藝和應用的技術優勢,自主(zhǔ)開發了大連機床自己的DMTG數控係統,近年來,累計銷售了近萬台套,同時也開創了國產數(shù)控係統(tǒng)和(hé)國產數控機床協同創新的全新發展模式。
沈陽機床i5數控係(xì)統 大連機床DMTG數控係統
特別是2015年以來,利用04專(zhuān)項支持所取得的技術積累,華中數控針對3C(計算機、通(tōng)訊和消(xiāo)費電子)製造行(háng)業的巨大需求,研製並批量銷售了具有(yǒu)高速高精(進給快(kuài)移速度達60米/分(fèn),進給加速度達1G)、高速主(zhǔ)軸控製(24000轉/分)等關鍵技(jì)術的高速(sù)鑽攻中心數(shù)控係統,其加工效率優於國外同類產品,並且建立了3C加工智能(néng)工廠。目前,華(huá)中8型鑽攻中心數控係統已經銷售7千多台套。
3C行業批量應用華中8型鑽攻係統現場(chǎng)
根據 04 專項總體組的(de)數據統計,2012 年(nián)至今,04 專項支持研發的高檔型數控係統(tǒng)已累計銷(xiāo)售近千台,標準型數控係統已累計銷售 5 萬多台。據統計,高(gāo)檔數控係統的市場占有率已(yǐ)從04專項啟動前的2%提升到(dào)目前的5%,標準型數控係統的市場占有(yǒu)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(yào)打破國外的“市場生態圈”
“十二五”以來,國(guó)產數控係統技術取得較(jiào)大的進步,與國外的差(chà)距逐(zhú)步縮小。但技術差距的縮小,不等於市場的突破。國產數控係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係統領域發(fā)展了近(jìn)六十年,積累了大量的先進技術,已在全球範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(yě)已經耕(gēng)耘了四十多年,由(yóu)於其產品在技術上、性能上的優(yōu)勢,形成(chéng)了(le)很好的市場品牌與客戶(hù)美譽度,大(dà)量(liàng)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(de)政府采(cǎi)購招(zhāo)標通常(cháng)指定國外(wài)數控係統產(chǎn)品,導致國內數(shù)控係統產品根本就沒有同台公平競爭的機會。這些實際情況讓國產數(shù)控係(xì)統難(nán)以打破國外產品的市場生態圈。
此外,中國數控產(chǎn)業還麵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製不出水平(píng)相當(dāng)的數控產品時,他們的高端產品要麽封鎖,要麽天(tiān)價;當我們的企業生產出性能接近的數控產(chǎn)品(pǐn)時,他們就把他們成熟的產品作適當的裁(cái)剪後,以低價在國內傾銷,壓榨國(guó)內數控產品的(de)利潤空間和市場(chǎng)空(kōng)間。因此,國產數(shù)控係統(tǒng)存在的價值,還在(zài)於為(wéi)中國機床行業和中國製造業“堵槍眼”。
當前(qián)我國中(zhōng)、高檔數控係統企業發(fā)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。我們的國產數控係(xì)統行業當然需要奮發拚搏,縮小與國外的差距,做好自己的產品(pǐn)和市場。政府也(yě)應該理直氣壯地(dì)營造以選用國(guó)產產品、支持國產品牌為榮(róng)的體製和市場環境。要給國(guó)產數控係統參與競爭的平等機會,在同等的性(xìng)能價格比下,應該優(yōu)先選用(yòng)國產數控係統。
政府(fǔ)、專(zhuān)家和媒體對國產(chǎn)數控係統的支(zhī)持還應(yīng)體現在從輿論導向和政策上引導用戶選用國產數控係統(tǒng)。部分媒體拿著國產數控係統十多年前的差距和不足片麵點評,導致最終用戶選用國產數控係統時更加心有餘(yú)悸。在國(guó)產(chǎn)數控係(xì)統成長和發展曆程中,我們既需要專家、用戶(hù)和(hé)媒體對我們的批評和鞭策,促使我們加快進步(bù);更需要各方對我們所取得的最新成績和進步(bù),給予充分的肯定和正麵宣傳,這是對國產數控(kòng)係統的最大支持。
在5月30日(rì)全國科技創新大會期間,多(duō)位院士(shì)聯名向中央高層遞交了關(guān)於支持中國(guó)高檔(dàng)數控(kòng)機床和係統的建議。希望國家從(cóng)多個層(céng)麵,全力支持產業化關(guān)鍵(jiàn)期的中國(guó)中(zhōng)高檔數控機(jī)床(chuáng)。院士們在報告中希望國(guó)家出台係列扶持政策,包括在航空航天軍工領域啟(qǐ)動“換腦升級工程”;推動政府采購優(yōu)先選用國產產品;取消(xiāo)部分國產化已經突破的進口產品(pǐn)的免稅政策(cè)等。
習近平總書記指(zhǐ)出:“隻有(yǒu)把核心技術掌握在自己手中,才能真正掌握(wò)競爭和發展的主(zhǔ)動權,才(cái)能從根本(běn)上保障國家經濟安全、國防安(ān)全和其他安全。” 中國數控係統產業發展曆程證明,高檔(dàng)數控係統的關鍵核(hé)心是買不回來的,必須立足自主創新。國產高檔數控係統產業已經“曙光在前頭”。我們堅信:再經(jīng)過5-10年的(de)努(nǔ)力,中國家電、手機、高鐵等行(háng)業的今天,就是中國數控係統(tǒng)產業(yè)的美好明天。
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