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起步并不晚，但差距巨大，我國數(shù)控機床的發(fā)展何以艱難曲折如此？04 專項實施以來，高端數(shù)控機床的產(chǎn)業(yè)化情況又到底如何？本文穿透歷史直擊現(xiàn)實，希望能對行業(yè)發(fā)展有所裨益。
1、機床工具行業(yè)的范圍、數(shù)控機床工具的發(fā)展回顧
1952年 8 月 7 日，中央人民政府決定成立第一機械工業(yè)部，下設專業(yè)局，其中二局主管機床工具行業(yè)（后一直將二局稱之謂機床工具局），并劃給二局 18 個廠管轄，其業(yè)務范圍涵蓋金切機床、鍛壓設備、鍛造機械、木工機床、機床附件、工具（含量儀、刃具）、磨料磨具、機床電器 8 大類。
1956 年，則按行業(yè)劃分，成立了北京機床研究所等7個直屬研究所（稱之謂一類所）以及鄭州第六設計院，后來又在主導廠設立面向分行業(yè)的十余個專業(yè)研究所（稱之謂二類所）。據(jù)了解，當時一類所及二類所共計 37 個，構成了完整的科研開發(fā)體系。以后，六十年代開始三線建設，老廠一分為二，或一分為三，在西部地區(qū)成立一批國營機床工具企業(yè)。改革開放后，在市場經(jīng)濟機制的優(yōu)勝劣汰中，一大批國企或轉制或淘汰破產(chǎn)，但同時也迅速崛起了一大批民營企業(yè)及外資企業(yè)。
世界上最早的數(shù)控機床出現(xiàn)于上世紀的五十年代初，我國于五十年代末在北京機床研究所成立數(shù)控機床研究室，同時在清華大學等高校也開始研究數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機床。由此看出，我國數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機床的研發(fā)，起步并不晚，但為什么到現(xiàn)在與世界先進水平的差距，特別是高端數(shù)控機床工具還這么大呢？
原因很復雜，筆者也說不清楚，但至少有兩點：一是機床工具行業(yè)在探索研發(fā)數(shù)控系統(tǒng)上走了一些彎路，如用于運動控制的芯片（CPU），是采用專用芯片，還是通用芯片，幾次反復，因此在引進技術、合作生產(chǎn)、消化吸收、再創(chuàng)新等方面多花了時間；二是中國的半導體工業(yè)起步太晚、太弱，特別是集成電路 LSI、VLSI 包含專用及通用芯片在內(nèi)，差距太大，不得不受制于人，不僅是硬件，包括操作系統(tǒng)等軟件也大大落后于世界先進水平，連一般 PCB 板常用的片裝式電阻、電容元器件也基本需要進口。國產(chǎn)的元器件性能、質量不穩(wěn)定，因此九十年代前后，很多研究院所及企業(yè)單位選擇通用芯片作為 CPU進行運動控制與邏輯控制，因為芯片技術發(fā)展速度太快，性價比按摩爾定律發(fā)展。
如筆者在七十年代，曾在企業(yè)組織研發(fā)車床的數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控車床，當時用的是半導體分立元件，有的還采用過中間繼電器或通訊用的極化繼電器。搞了兩年，因元器件不過關，又買不到進口元器件，因此決定停止研發(fā)，轉向采用 FANUC 數(shù)控系統(tǒng)，工廠專心把主機做好，鑒于當時的政治形勢，就搞不下去了。同一段時期筆者受部委的委托與美國Unimation 公司進行機器人的技術交流與談判，當時是直角坐標式，還不是關節(jié)式的工業(yè)機器人，控制系統(tǒng)相對比較簡單。至于作為機床上下料的機械手，因筆者從事自動化單機及自動生產(chǎn)線的研發(fā)生產(chǎn)，如 308 軸承車加工自動生產(chǎn)線就用機械手上下料，不過不是柔性控制，有的采用凸輪及中間繼電器硬件控制，這就是七十年代技術水平的真實情況。
改革開放至今已有四十年了，數(shù)控系統(tǒng)與數(shù)控機床走了一條十分艱難曲折的發(fā)展道路。從數(shù)控系統(tǒng)來說，原本想從日本 FANUC 走引進、消化、吸收、國產(chǎn)化的路子，問題就卡在專用芯片及其他硬件的國產(chǎn)化上。至今北京發(fā)那科也只是 FANUC 系統(tǒng)在中國用 SKD 模式的合資裝配廠，但效益好，最高時年產(chǎn)四五萬臺套。我們雖然學不到核心技術，但熟悉了裝配調(diào)試工藝、檢測、維保方面的技術知識，而且 FANUC 系統(tǒng)質量與可靠性及維保服務在用戶中口碑很好。
九十年代，開始學習 PC 機的技術路線，采用通用芯片作為 CPU，因為可以購到最新一代 Intel（x86）、ARM 的芯片，而且換代很快，操作系統(tǒng)采用 Windows、Linux或其組合。而我國數(shù)控系統(tǒng)的研發(fā)基于硬件的架構與運動控制的算法上下功夫，因此出現(xiàn)了廣州數(shù)控（成立于 1991 年）、華中數(shù)控（成立于 1994 年）、高精數(shù)控（產(chǎn)品生產(chǎn)始于 90 年代初）、凱恩帝（成立于 1993 年）、維宏（成立于 2007 年）等一批專業(yè)數(shù)控生產(chǎn)企業(yè)，以及光洋（2000 年開始數(shù)控系統(tǒng)研發(fā)）、沈機 i5 數(shù)控系統(tǒng)（2007 年開始研發(fā)）、北京精雕（成立于 1994 年）等一批專業(yè)生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)、自配自給的數(shù)控機床企業(yè)。
正如中國機床工具工業(yè)協(xié)會陳吉紅副理事長撰寫的文章中寫到：數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了“六五”期間的技術引進，“七五”期間技術消化吸收，“八五”期間技術自主開發(fā)，“九五”到“十二五”用了 20 年的時間才使低、中、高檔數(shù)控產(chǎn)業(yè)化。其中，高檔數(shù)控系統(tǒng)縮小了與世界先進水平的差距，初步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，市場占有率也提高到 7%，以后的道路更加任重道遠。
至于數(shù)控機床的機床本體，由于數(shù)控系統(tǒng)+伺服驅動系統(tǒng)+驅動伺服電機+機床的運動部件+位置測量裝置（光刪、磁柵、同步感應尺等），再加上各種機床部件的物理量的變化（溫度、振動、位置等）的傳感器信息采集，構成全閉環(huán)或半閉環(huán)系統(tǒng)，因而機床本體的結構設計有質的變化。如工作臺設計，在滿足強度及剛度和尺寸的要求情況下，運動部件的質量要降低到最小程度，以增加頻率響應，滿足高精、高速機床的需求；又如盡量采用對稱結構及增加散熱條件，工作時可盡快達到熱平衡條件等。特別是多軸多聯(lián)動功能及復合加工中心的出現(xiàn)，大大促進了機床本體的變革。
有的是顛覆性的改變，因而要求機床動靜剛度好、熱變形小，而且精度保持性好，可靠性高，一次裝夾工件后，可完成多工序的復合加工，如車、銑、鏜、磨、齒形加工、珩、研、拋光等；甚至有一些特種工藝，如激光加工、旋壓、滾壓、電加工等工藝也進入多軸多聯(lián)動的復合加工中心。因此機床企業(yè)必須對目標的細分市場的現(xiàn)實工藝及潛在發(fā)展的工藝要吃透，積累用戶的使用工藝數(shù)據(jù)，并建立數(shù)據(jù)庫，才能開發(fā)出好用、可靠、經(jīng)濟、易維護保養(yǎng)的高檔數(shù)控機床。
雖然在改革開放初期，機床工具工業(yè)走了一些合作生產(chǎn)返銷的道路，成績顯著，大大提高了機床企業(yè)的工藝，有的進行貼牌生產(chǎn)光機，國外經(jīng)銷商在境內(nèi)加上數(shù)控系統(tǒng)后再在國外銷售，一來可賺取外匯，二來鍛煉了企業(yè)的內(nèi)功，如濟一與馬扎克的合作，南京機床廠與Traub 合作等。但由于后來國營企業(yè)改制等原因沒有轉化為自主開發(fā)及創(chuàng)新，之后不了了之，太可惜了！造成今天中低檔勞動技術密集型機床工具出口，高檔數(shù)控機床大量進口的局面，從中也能吸取一些經(jīng)驗教訓。
“高檔數(shù)控機床與基礎制造裝備” 國家科技重大專項（簡稱 04 專項）資助的很多機床企業(yè)難以產(chǎn)業(yè)化，根本問題在于機床廠對用戶的使用工藝，含工藝參數(shù)及刀具、量具、夾具加工對象的使用要求極不熟悉，沒有話語權，至于所謂多軸、多聯(lián)動、復合加工中心大部分更是抄來的。雖然 04 專項發(fā)展了一批功能部件，但其中不少部件產(chǎn)業(yè)化程度較低，性價比不高。加上機床廠及終端用戶對國產(chǎn)功能部件認知度低，不太信得過，因此市場占有率較低，甚至敵不過我國臺灣省產(chǎn)的部分功能部件，其他高檔的功能部件大都從日本、德國、瑞士、意大利、西班牙等國家進口。
筆者看來，數(shù)控機床主機存在的問題，包括精度、可靠性、精度保持性等，主機的問題多于數(shù)控系統(tǒng)，這要引起主管部門及主機廠的注意。
最后，還要說一個案例，即上世紀八十年代，出現(xiàn)一股盲目追求“數(shù)控化率”的現(xiàn)象，因此進口一批質量沒有過關的數(shù)控系統(tǒng)及伺服電機系統(tǒng)，造成了一度走“紅”的，受到市、省、部表揚的沈陽第三機床廠，因數(shù)控機床在用戶處不能開機、維保又不及時，紛紛要求退貨及索賠而破產(chǎn)。這是“十八羅漢廠”第一個破產(chǎn)的機床企業(yè)，正所謂“成也數(shù)控、敗也數(shù)控”。這個教訓極為深刻，這也是中國數(shù)控機床發(fā)展史上不能抹殺的一個重要事件。
2、數(shù)控系統(tǒng)的性能水平與產(chǎn)業(yè)化、銷售的商業(yè)模式
筆者由于限于水平及年事已高，已有近二十年沒有關注機床工具行業(yè)。這半年來僅到少量主導企業(yè)進行學習考察，同時向少量業(yè)內(nèi)專家請教，下面僅是一些學習的啟示，沒有資格對現(xiàn)有國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)進行點評，這尚待專家進行撰寫。
（一）兩類數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)
生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)及驅動系統(tǒng)（含伺服電機）的企業(yè)分兩類：一類是專業(yè)生產(chǎn)廠，供機床廠配套使用，如廣州數(shù)控、華中數(shù)控、沈陽高精、凱恩帝數(shù)控、維宏數(shù)控等；另一類是既生產(chǎn)機床主機，又生產(chǎn)自配的數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅動系統(tǒng)和伺服電機，如大連光洋、北京精雕、沈陽 i5、大族激光等。
1、數(shù)控系統(tǒng)專業(yè)生產(chǎn)廠
數(shù)控系統(tǒng)專業(yè)生產(chǎn)廠可供應不同需求的主機廠，因而產(chǎn)品涵蓋高、中、低檔，品種多、產(chǎn)量大，便于專業(yè)化生產(chǎn)。但是，出現(xiàn)了如何與不同主機廠實現(xiàn)無縫銜接的問題。廣州數(shù)控采取了一些措施：
（1） 每年改造與再制造不同型號的舊數(shù)控機床約 300 臺，其中部分是五軸聯(lián)動；
（2）約有近百臺不同主機廠生產(chǎn)不同型號的主機，配上不同型號的廣州數(shù)控的數(shù)控系統(tǒng)與驅動系統(tǒng)，進行長期可靠性試驗，獲得大量的數(shù)據(jù)，進行系統(tǒng)的升級優(yōu)化；
（3）自己廠內(nèi)使用的數(shù)控機床全部替換成廣州數(shù)控的數(shù)控系統(tǒng)及伺服驅動系統(tǒng)，進行生產(chǎn)考驗，也便于信息化管理、設備層的互聯(lián)互通；
（4）自己開發(fā)了高精度注塑機及工業(yè)機器人，擴展了數(shù)控系統(tǒng)的功能、性能和用途。廣州數(shù)控是全國生產(chǎn)規(guī)模最大的專業(yè)數(shù)控系統(tǒng)的研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)，最高年產(chǎn)量曾達十二、三萬臺套。因為是針對不同分行業(yè)主機廠不同需求設計開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)，由不同產(chǎn)品主管設計師負責，又因時間上有先后順序，因而模塊化、標準化考慮較少，增加了生產(chǎn)組織的難度與生產(chǎn)效率的提升，因此盈虧點較高。
華中數(shù)控的 8 系列，即 808（通用型）、828（標準型）、848（高端型），已升級換代多次。它既考慮到現(xiàn)實的需求，也考慮將來擴展的可能性，硬軟件都采用模塊化設計，其雙代碼功能（G 代碼、I 代碼）可圈可點。因而各項性能指標已接近或達到目前世界水平，滿足了用戶對高、中、低檔數(shù)控系統(tǒng)的不同需求，特別是具有前瞻性的技術路線及發(fā)展路線，與國家數(shù)控系統(tǒng)工程技術研究中心聯(lián)手，向智能數(shù)控系統(tǒng)及智能數(shù)控機床發(fā)展，其特點為：
（1）幫助主機廠根據(jù)最終用戶工藝的需求，進行二次開發(fā)，如與寶雞機床廠合作開發(fā)的寶雞數(shù)控系統(tǒng)，據(jù)稱到現(xiàn)在已有十余個主機廠與華中數(shù)控進行合作；
（2）華中數(shù)控已擁有若干個機器人子公司，直接采用華中數(shù)控系統(tǒng)及伺服驅動系統(tǒng)及電機；
（3）與若干個企業(yè)如沈飛、江山重工合作合資辦再制造公司，進行“換腦工程”，協(xié)同創(chuàng)新。
最終用戶的需求是推動數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展最強勁的動力。華中數(shù)控作為一家上市企業(yè)，旗下有數(shù)十家全資、合資子公司，管理難度很大，需向管理要質量、向管理要效益，保證企業(yè)順利發(fā)展。
2、數(shù)控系統(tǒng)配套自產(chǎn)主機的企業(yè)
即為自己生產(chǎn)主機配套的研發(fā)生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅動系統(tǒng)和伺服電機。如大連光洋，專為子公司科德數(shù)控機床公司配套，其特點是：機（械）、電（子）、儀（傳感器）高度一體化，并使系統(tǒng)與主機高度匹配，其特點為采用多核 CPU 芯片，有自己的算法與架構，全部采用光纖通訊傳導信息數(shù)據(jù)，采用多通道，控制的軸數(shù)很多，有能源回收功能、電子細分功能等，軟件已經(jīng)過約十個版本的升級換代，主要做多軸五聯(lián)動的高檔數(shù)控機床，因此數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)量較少。
又如北京精雕，高、中、低檔數(shù)控系統(tǒng)都有，從雕刻機到高精高光潔度五聯(lián)動的數(shù)控系統(tǒng)，年產(chǎn)量數(shù)千套，僅為自己配套之用。特別要提出的沈陽 i5，媒體已作大量報道，認為是最新技術集成，互聯(lián)網(wǎng)+的數(shù)控系統(tǒng)，已生產(chǎn)了幾萬套，專為沈機各種型號機床配套，i5 研發(fā)、生產(chǎn)在上?；兀鳈C在沈陽生產(chǎn)。
（二）生產(chǎn)模式
華中數(shù)控、廣州數(shù)控、光洋數(shù)控等數(shù)控系統(tǒng)完全由自己生產(chǎn)，有自己的 SMT 車間且自己生產(chǎn)伺服驅動系統(tǒng)及伺服電機（包括力矩電機及直線電機），因此匹配比較優(yōu)化。
而沈機 i5 系統(tǒng)、維宏數(shù)控系統(tǒng)，因地處上海，完全采用專業(yè)化代工模式，沒有自己的生產(chǎn)基地。如沈機 i5，主機板在上海一家企業(yè)代工，另外 PCB 板又在另外一家企業(yè)代工，伺服電機采用貼牌生產(chǎn)，總裝在蘇州代工完成。在上海沈機基地有約 20 人專門從事組織代工生產(chǎn)事宜。又如維宏數(shù)控，所有數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、伺服電機都是代工生產(chǎn)，企業(yè)只負責研發(fā)和銷售，根據(jù)不同用戶需求，通過多通道平臺維宏卡，稱之為 Lambda（朗達），可以配置為金屬切削、3C、木工機械、水切割、激光切割、機械手等行業(yè)使用。根據(jù)用戶的訂單，不同配置需要的部件，一同發(fā)往用戶，由維宏數(shù)控派人指導裝配，并與用戶主機組裝后進行調(diào)試。維宏的模式值得關注，這就是所謂的“輕資產(chǎn)”企業(yè)，并已上市，因此維宏數(shù)控發(fā)展很快。
（三）銷售模式
其他數(shù)控系統(tǒng)企業(yè)都是直銷方式，只有沈機的 i5 機床除部分直銷外，大部分采取租賃的方式，即組織一個合資的優(yōu)尼斯融資租賃公司。沈機把 i5 機床賣給優(yōu)尼斯租賃，優(yōu)尼斯租賃尋找地方合作伙伴（一般地方給予不少優(yōu)惠政策）成立i5 加工企業(yè)，再租賃給終端用戶使用，可按加工時間收費。在這種模式中，上海的智能云科（沈機控股的合資公司）開發(fā)的 iSESOL 就十分重要，提供云平臺，并進行管理收費，實踐結果如何？因筆者沒有視察過，不得而知。以上所述也是從媒體上得知，不對之處請沈機指正，至少這是共建、共享的新商業(yè)模式，已引起國務院領導及各方面的關注。
（四）數(shù)控系統(tǒng)一些值得關注的功能
1、采用 Intel（X86）或 ARM 通用芯片，后者運算速度較慢，而國外的主流品牌如日本的 FANUC、三菱，德國的西門子都是采用專用芯片，這可能與德、日等發(fā)達國家芯片的設計、制造、封裝等高技術有關。我國因受制于 VLSI 的產(chǎn)業(yè)，不得不用通用芯片，如我國 VLSI 產(chǎn)業(yè)發(fā)展了，可能會重新走專用芯片的技術道路，因為專用芯片的確優(yōu)點頗多。
2、有的系統(tǒng)采用單芯片或雙芯片，有的采用單核芯片或多核芯片，如光洋就采用Intel(X86)的四核芯片，這是企業(yè)根據(jù)需要決定的。芯片用于運動控制及邏輯控制，各系統(tǒng)的算法各有自己的“Know How”。
3、操作系統(tǒng)都采用 Windows、Linux 或其組合，有的企業(yè)聲稱已開發(fā)自己的操作系統(tǒng)。
4、光洋全部采用多模的光纖傳輸信息。華中系統(tǒng)也支持光纖接口，但考慮到成本因素，實際銷售光纖接口的數(shù)控系統(tǒng)很少（其他系統(tǒng)本人可能不清楚）。
5、有單通道、雙通道、多通道輸出信號供不同用戶需求之用，可擴展在 FMC、FML 之用，既可控制主機，也可控制機器人，及線上各部分物流的動作。
6、常用功能之外，還有不少較先進的功能（僅舉一些例子）：
①RTCP。②位置反饋、速度反饋、加速度反饋，甚至聽說個別系統(tǒng)還有加加速度反饋，如此又要調(diào)節(jié)增益，既高速、高精，而無超調(diào)，十分困難。③電子細分，可達納米級插補。④有預讀程序功能，據(jù)說最多可讀 3000 段，進行優(yōu)化后，控制刀具運動軌跡，使加工面更平滑。⑤有能量回收功能。⑥熱變形、機械系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差可以實時補償。⑦加上高精度測頭，可以鎖住定位的高精度，也可以在線進行測量與補償?shù)鹊取?/span>
本人并非這方面專家，知識貧乏，這僅是短期內(nèi)學習這方面知識的啟示而已，錯誤不少，僅說明這些功能初步已滿足我國高檔數(shù)控機床需要了。
3、高檔數(shù)控機床的主機本體比數(shù)控系統(tǒng)問題更多
不知提出的這個問題是否屬實，請行業(yè)領導及企業(yè)界同仁們指教。近二三十年來，因工作性質變化，特別退休以后，雖有一些時間，但專注其他領域的學習，因此對機床工具行業(yè)確實了解很少，沒有發(fā)言權，僅在我參觀學習機床工具的用戶廠時，注意用戶對機床工具的一些反映及意見，僅此而已。
目前，我國數(shù)控系統(tǒng)在技術層面已經(jīng)有了較大的提升。相比之下，主機本體的問題比數(shù)控系統(tǒng)的問題更多，彼此之間的銜接不夠順暢。因此，企業(yè)自行研發(fā)數(shù)控系統(tǒng)配置于自產(chǎn)機床的模式可以較好解決此問題。
在采用該模式運營的機床企業(yè)中，大連光洋和北京精雕這兩家企業(yè)因筆者參觀學習次數(shù)較多，稍微多了解一些。這兩個廠都是民營企業(yè)，光洋的于德海董事長、精雕的蔚飛董事長都是搞自動化出身，轉而搞數(shù)控系統(tǒng)，進一步發(fā)展到搞數(shù)控機床或雕刻機，因而有著與機床行業(yè)領導不同的思維方式。他們也詳細敘述了從事數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機床的研發(fā)經(jīng)歷與經(jīng)驗教訓，在此不需我再重述。我只是從我學習他們倆的工作經(jīng)歷中得到的一些啟示，把它記錄下來。
光洋從事數(shù)控系統(tǒng)與機床業(yè)務起步于 2000 年，引起我注意的是無錫葉片廠研發(fā)長葉片的五軸聯(lián)動的數(shù)控銑床。全世界最著名的葉片生產(chǎn)企業(yè)都在瑞士，一為 Rigid，另一家為 Starrag。因為葉片是用我國吳仲華博士發(fā)明的三元流動理論，設計的通流部分在流體傳動中效率最高，因此是變曲面，扭曲的葉型很難加工。過去數(shù)十年間，葉片的加工經(jīng)過了成形銑、仿形銑，一直到數(shù)控銑及五坐標聯(lián)動的加工中心，刀具也從成形銑刀、指狀銑刀，一直到五軸聯(lián)動的特殊指狀銑刀，最后用在加工中心上的指狀銑刀是變前角、變后角的專用銑刀。Starrag 不僅提供加工中心，同時提供加工用的軟件（工藝包）以及專用刀具，刀具在磨損后必須送到 Starrag開設的專用刃磨服務點進行刃磨，否則很難保證達到正確的葉形，也就是達不到葉片通流部分的正確形面與光潔度，從而影響通流的效率，這就可以看出用戶的使用工藝及刀具對數(shù)控機床發(fā)展多么重要啊！這一點到現(xiàn)在還沒有引起主管領導及業(yè)界領導的重視，這就是為什么我們數(shù)控機床上不去的原因之一吧！
于德海董事長，他懷抱愛國之心、技術報國之志，希望在兩三年內(nèi)拿下這個項目。我曾經(jīng)給他潑過“冷水”，并說不經(jīng)過“三四輪”機型的不斷改進是做不到的，需要“十年磨一劍”的艱苦過程，才能產(chǎn)業(yè)化。的確，經(jīng)過光洋十年的努力，經(jīng)過與無錫葉片廠協(xié)同創(chuàng)新，虛心向無錫葉片廠學習工藝刀具編程，學習在 Rigid、Starrag 使用的經(jīng)驗教訓，最后一輪產(chǎn)品得到了無錫葉片廠的首肯，這是光洋在研發(fā)高檔數(shù)控機床道路上的第一次質的飛躍。
我總結他們的經(jīng)驗稱之謂“光洋模式”，內(nèi)涵是完成了高檔數(shù)控機床的技術鏈與產(chǎn)業(yè)鏈的布局，包括主機用的功能部件、電主軸、搖臺、傳感器、液壓卡具、人造大理石床身及數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅動系統(tǒng)、伺服電機、力矩電機等等。最近我去光洋學習，于總把“光洋模式”又增加了一個人才鏈，及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)需要“技術鏈、產(chǎn)業(yè)鏈及人才鏈”，突出人才這一點。于總特別有體會的是，不僅需要高素質的技術人員，而且需要高素質的技術工人與技師、工匠，因為最精密的機床最后是靠人來刮研與裝配的。
第二階段的飛躍，開始于 2013 年用兩臺二型車銑復合加工中心在北京 31 所試用，用于葉輪及機匣零件加工。歷經(jīng)兩三年的生產(chǎn)考驗，與 31 所領導、技術人員、操作工人三結合的團隊協(xié)同攻關，協(xié)同創(chuàng)新，解決了一百多個機床缺陷，提出 47 項建議，數(shù)控系統(tǒng)軟件升級 8 個版本，問題涵蓋工藝、刀具到主機設計結構、功能部件、程序編制等等。這是又一次的完善化創(chuàng)新，也初步在 31 所站住腳了，贏得了用戶的贊譽。盡管還有不少改進的余地，因為技術發(fā)展是無止境的，用戶使用工藝發(fā)展也是無止境的，因此數(shù)控機床的功能發(fā)展也是無止境的。目前 31 所已擁有光洋高端數(shù)控機床 22 臺（除各種型號的立式車銑復合加工中心之外，還有一臺五軸聯(lián)動的龍門銑、一臺五軸聯(lián)動的刀具磨床）。
第三步質的飛躍，是工信部于 2017 年 8 月在 31 所召開 04 專項示范項目的總結大會，會上工信部苗圩部長作了重要發(fā)言，肯定了這種高檔數(shù)控機床的生產(chǎn)企業(yè)必須與用戶實際需求及實際工藝相結合、協(xié)同創(chuàng)新。由此光洋贏得了在軍工行業(yè)用戶的初步信任，后繼的用戶不斷來找光洋協(xié)商，到 2018 年 8 月止，光洋已為航空航天、模具、刀具等用戶提供 142 臺多軸五聯(lián)動的高檔數(shù)控機床，現(xiàn)在在手的合同有 97 臺。除此之外，最近 04專項下達的“應用示范”任務，光洋為 14 個單位提供五軸聯(lián)動高檔數(shù)控機床 73 臺。
關于北京精雕，最早起步于雕刻機，因其董事長蔚飛是學自動控制學科，后轉入研發(fā)數(shù)控系統(tǒng)，最簡單匹配的主機就是兩軸聯(lián)動的雕刻機，后進入模具及 3C 行業(yè)。因此精雕數(shù)控系統(tǒng)也不斷升級，從兩軸聯(lián)動到三軸、四軸聯(lián)動，最后到五軸聯(lián)動。為了擴大適用范圍，數(shù)控機床也從一般精度到研發(fā)高精度、高光潔度的小型多坐標聯(lián)動的加工中心，對標的企業(yè)就是日本 Makino，其新研發(fā)的 JDGR200-A10H 不僅可以用于高端的 3C 產(chǎn)品，更可用于小型高精度模具等零件的加工，現(xiàn)已批量生產(chǎn)。筆者在現(xiàn)場看到了正在調(diào)試的 JDGR200-A10H 加工中心，切深為 0.1 微米，最小進給量為 1 微米，其高速加工鋁合金零件試樣，我隨機送到計量室測量，采用激光干涉儀測量光潔度為Ra0.024 微米，這是我一生中直接看到的最高光潔度的零件，使我十分敬佩。
精雕的幾個特點是：
①自己生產(chǎn)刀具與機床配套，不同材料的精加工刀具完全不同，包括變前角、變后角、斷屑槽、橫刃的擠壓作用、刀具螺旋槽的排屑等，很多刀具材料采用人造金剛石及立方氮化硼（CBN）。
②自己做不銹鋼刀柄 HSK，與主軸錐孔接觸面積可達85%，這是一般高精度機床廠及刀具廠難以做到的，絕對是精雕“Know How”。加上自己做電主軸，主軸的錐度孔在專門的母機上加工；用 SKF 高精度軸承與嚴格的動平衡，因此主軸錐孔與刀具連接后，在高速旋轉時其振擺達到微米級，這對高檔數(shù)控系統(tǒng)的 RTCP 功能十分有益，非常匹配。
③有強大的研發(fā)隊伍，從系統(tǒng)到主機，再到刀具與加工工藝都進行超前研究。
④維保服務及對用戶企業(yè)實際使用工藝現(xiàn)場采集、分析及研究試驗的約有 1000多人，通過他們生產(chǎn)廠與用戶廠水乳交融，這又是精雕特點之一。
⑤在東莞設立一個技校，專門培訓操作、維修精雕的數(shù)控機床。我看到這些學員做的樣品，已十分精致，像工藝品一樣，這又是精雕的一個特點。精雕不僅為用戶提供數(shù)控機床，還提供刀具、工藝及操作工人，這種集成式的為用戶提供解決方案，值得主管機關、業(yè)界同仁重視。精雕創(chuàng)造了一個品牌與新的模式。由于 3C 加工門檻低，很多新興機床企業(yè)都涌入這個行業(yè)，競爭十分激烈，精雕應該考慮利用自己的優(yōu)勢與特點進入高端裝備類或軍工類的用戶拓展，否則會出現(xiàn)一個生存與發(fā)展的危機。
再舉一個例子。今年我在上海數(shù)控機床展覽會上看到一家我從來不知道的、名為“拓璞”的公司，即上海拓璞數(shù)控科技股份有限公司，專門為航空航天生產(chǎn)非常規(guī)工藝的數(shù)控機床，采用數(shù)控系統(tǒng)的鏡面功能（即對稱），一個控制支承，一個控制工具，飛機上的薄壁零件如尾翼、蒙皮、導彈桶體等。現(xiàn)在采用西門子 840Dsl，后續(xù)計劃采用華中系統(tǒng)?？赐晖罔钡臄?shù)控非標機床后，內(nèi)心久久不能平靜，也許這是我國高檔數(shù)控機床發(fā)展方向之一，把細分市場的用戶需求、加工工藝特點、將來發(fā)展的趨勢吃透，用“一米寬百米深”的哲理發(fā)展具有數(shù)控機床工具自己特點的產(chǎn)品，這才有生命力。
環(huán)顧發(fā)達國家的機床工具行業(yè)，都有自己的“拿手”產(chǎn)品“引領技術、引領市場”。千萬不要做“百米寬一米深”所謂多品種、盲目追求體量大的機床企業(yè)，這也許是機床行業(yè)面臨的供給側改革之重點：追求的是細分市場占有率、競爭力與可持續(xù)發(fā)展能力，不要再走盲目做大的“虛胖子”企業(yè)了，“一打就倒”、“不打也倒”的前車之鑒，教訓深刻。
4、數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機床的擴展
近年來，所謂傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)+、+互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云平臺、人工智能等新技術與新名詞快速傳播，給數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機床的功能拓展起到了革命性的推動作用，給設備層的互聯(lián)互通既帶來了很多機遇，也帶來了很多困難，使用戶與供應商有些不知所措，一些用戶與機械制造企業(yè)提出的這些新技術、新名詞到底與智能制造或“三化”（數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化）有什么關系，筆者也理不清頭緒。在此試圖梳理，算是拋磚引玉吧！
筆者在 1985 年所撰寫的文章“新技術革命與機械工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略”（登在 1985 年《科學研究》第八卷第四期）中闡明，現(xiàn)代機械裝備技術的幾個特征：j裝備與工藝（指用戶使用工藝）密切結合；k硬件與軟件（廣義上的概念）密切結合；l技術與管理結合。并提出“機（械）電（子）儀（傳感器）”一體化的概念。三十三年過去了，高新技術的迅猛發(fā)展與工業(yè) 4.0 的到來，完全與筆者的預測相吻合，這是有科學根據(jù)的。
上面所說的特征，通過這些高新技術的應用，完全體現(xiàn)在裝備“三化”的控制上，生產(chǎn)過程利用“三化”業(yè)務流程的優(yōu)化上，在用戶處在役產(chǎn)品利用“三化”手段加強維保服務，為用戶創(chuàng)造更多的價值，為生產(chǎn)企業(yè)獲得更多裝備使用時的有用信息，進一步為裝備升級換代積累海量的數(shù)據(jù)，會更加證明這一技術發(fā)展的趨勢。從NC、DNC 發(fā)展到 FMC、FML、無人化工段，以至于無人化工廠，再進一步發(fā)展到 NC+PC+IOT+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)+云平臺，以后再發(fā)展到+人工智能。從“工程控制論”與“系統(tǒng)工程論”對以上技術鏈的分析，整個過程是一個巨系統(tǒng)，下面包含若干大系統(tǒng)，大系統(tǒng)下又包含若干中系統(tǒng)，以此類推，最后是無數(shù)的小系統(tǒng)。每個小系統(tǒng)都將是閉環(huán)的，再推上去，中、大、巨系統(tǒng)都是閉環(huán)，系統(tǒng)之間又互相連接，同一層次的系統(tǒng)與系統(tǒng)之間又互相相連。
我這一觀點與光洋的于總類似。光洋新蓋的 25 萬平方米地下恒溫廠房就采用“大數(shù)據(jù)+互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)+人工智能”，實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化工廠管控。以信息流程為依托，把技術架構分為感知層、網(wǎng)絡層、平臺層及應用層。但尚有不少問題有待探討，如與一般公認的 RAMI4.0，以業(yè)務流程為依據(jù)的技術架構分管理層、執(zhí)行層、控制層、實體層（設備層），即我在《四論“新一代智能制造發(fā)展戰(zhàn)略研究”——實體層（設備層）的互聯(lián)互通是智能制造最基礎的工作》中所言，這兩種技術架構如何互相兼容，互相映射，還需要理論上的闡述。不管怎樣，我支持光洋實踐下去。理論來源于實踐，又高于實踐并指導以后實踐。望光洋新廠實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化工廠管理，摸索出一條新的路子來，為國家、社會、用戶及企業(yè)與員工做出貢獻。
從近幾年出現(xiàn)的所謂“智能數(shù)控機床”中，可窺見一些新技術發(fā)展的端倪。如馬扎克數(shù)控加工中心的控制系統(tǒng)從 Smart Mazatrol 發(fā)展到新一代的 Smooth Mazatrol，最大的變化是在三菱數(shù)控系統(tǒng)進行二次開發(fā)的基礎上，加了一個 PC 功能，集成在控制裝置內(nèi)，可以大大地增加計算功能與數(shù)據(jù)存儲的容量。還可任選各種工藝軟件包，優(yōu)化加工工藝，提高生產(chǎn)效率，降低成本，為用戶創(chuàng)造更多價值，并可以通過一個名為 Smart Box 的裝置與其他系統(tǒng)兼容。日本與美國一樣，采用 MT Connect 接口，并把數(shù)據(jù)上傳到云平臺。
又如 DMG MORI 發(fā)展的 CELOS 系統(tǒng)，如使用智能手機一樣簡單，它能將現(xiàn)有機床的數(shù)據(jù)與公司的管理層、執(zhí)行層、信息架構連接在一起（與 ERP、PDM、MES、CAD/CAM），因此用戶能持續(xù)管理及顯示任務單、工藝與機床的數(shù)據(jù)。16 款 APP 軟件幫助操作人員可靠地優(yōu)化生產(chǎn)任務、文檔查看及處理生產(chǎn)任務。CELOS 系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)外接一臺 PC 機，可以從附加功能的單機開始，擴展到柔性制造生產(chǎn)線的功能。
又如瑞士的Starrag的IPS集成制造系統(tǒng)，其特點是系統(tǒng)內(nèi)部開發(fā)的“單元控制器技術”，并形成適應各專業(yè)化任務的模塊，如在 FMS 上的上下料，工序間傳遞、庫存、可靠的生產(chǎn)計劃、監(jiān)控設備的運行狀態(tài)，確保生產(chǎn)安全，大幅降低維護和停機成本，監(jiān)控過程中的能源需求和消耗，而優(yōu)化能源管理。這種“單元控制技術”或“適應各種專業(yè)和任務模塊”可以與其他系統(tǒng)打造 IOT 解決方案，具有直觀與美觀的人機界面（HMI）、機床保護系統(tǒng)（MPS），包括 3D 視面、靜態(tài)和移動部件，五軸聯(lián)動切削和車床 B 軸切削。特別是在復合機床上，如在采用可更換主軸頭的機床上用側頭防止機床移動部件碰撞等；效率控制、過程質量控制（POS），機床認證系統(tǒng)（MQS）用于機床狀態(tài)監(jiān)控與診斷等。據(jù) Starrag 副總裁講，國內(nèi)很多用戶已用了這套系統(tǒng)，反映良好。
再說德國 Grob 公司，我今年去訪問了Grob 在大連設立的生產(chǎn)基地。Grob 主要從事內(nèi)燃機缸體、缸蓋的金切加工，國內(nèi)已有很多 Grob 自動線在使用。最近開發(fā)的自動生產(chǎn)線，全部采用復合多軸聯(lián)動加工中心組成，大大縮小了占地面積，特別在二次裝卡工件時，保證工件定位精度后，盡可能多地完成各種工序，保證加工工件尺寸鏈的一致性，提高 Cpk 值及KPI值。Grob發(fā)展了一套Grob-NET4 Industrg系統(tǒng)，有10個模塊完成10種功能，即Grob4Line，可在智能手機上查看智能機床的狀態(tài)；Grob 4Analyze，機床對 CIP 過程做出反應；Grob 4Simulate，模擬復雜工件仿真加工工藝的優(yōu)化；Grob 4Coach，編程、模擬和培訓；Grob4Interface，接入機床通訊；Grob4Connect，連接實體世界和 ERP 系統(tǒng)；Grob4Pilot，多功能交互式機床操作；Grob4Automation，無人操作直觀生產(chǎn)控制軟件；Grob4Track，機床主軸狀態(tài)監(jiān)控及停機情況；Grob4Care，網(wǎng)上維保服務及采購備件。
國內(nèi)探索擴展數(shù)控系統(tǒng)的企業(yè)也越來越多，如華中數(shù)控新一版的具有智能化的 8 型系統(tǒng)配置的數(shù)控機床，稱之謂“智能數(shù)控機床”，多次在展覽會的論壇上亮相，并具有大數(shù)據(jù)、云服務功能，從智能機床通過傳感器采集的數(shù)據(jù)，通過 NC Link 通道，到達云平臺或數(shù)據(jù)中心，再通過 NC Link 到達應用層，并與 ERP、MES 等系統(tǒng)連接。
再如沈機的 i5——iSESOL（i-Smart Engineering & Service on Line），即形成 i5數(shù)控端+互聯(lián)網(wǎng)+iSESOL 云模式。設想將來擴展從單機智能→智能車間→智能區(qū)域協(xié)同→智能制造新業(yè)態(tài)，其功能包括裝備全生命周期服務（裝備服務、生產(chǎn)服務、資源管理）、知識服務（百科、工藝、培訓認證）、金融服務（貸款、租賃等）、數(shù)據(jù)服務（數(shù)據(jù)收集、趨勢分析、商業(yè)智能）。祝沈機能在實踐中進一步完善，推動智能制造的發(fā)展，使社會、用戶及本企業(yè)實現(xiàn)三盈局面，創(chuàng)造新模式、新業(yè)態(tài)。實踐是檢驗真理的唯一標準，最后要用實踐驗證。可喜的是，沈機研發(fā)成功 i5OS 操作系統(tǒng)，在目前世界政治經(jīng)濟發(fā)展具有不確定因素的情況下是具有戰(zhàn)略意義的。
再說僅有十余年歷史的維宏數(shù)控系統(tǒng)，也開始上“云”（即“維宏云”），并進行云服務。還有很多企業(yè)，就不一一列舉了。
5、結束語
目前，國際政治、經(jīng)濟處于不確定、不穩(wěn)定的情況，中美貿(mào)易爭端不是短期內(nèi)能解決的，加之“中興事件”及美國對我國四十余個單位實施無理制裁。高檔數(shù)控系統(tǒng)及高檔數(shù)控機床是帶有戰(zhàn)略性的產(chǎn)業(yè)，是制造業(yè)的母機，機床工具行業(yè)應該是“市場機制+國家意志”的結合。國家興亡，匹夫有責，行業(yè)內(nèi)的領導、專家及企業(yè)家要特別關注。對于我國數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機床的發(fā)展，筆者有以下建議。
（1）04 專項支持完成的高端數(shù)控機床及功能部件如何加速從樣機、樣品產(chǎn)業(yè)化，真正造福于國家與用戶，同時產(chǎn)業(yè)化也必須與用戶密切結合，這比樣機、樣品研發(fā)更困難。這涉及到機床企業(yè)內(nèi)部的制造工藝水平與精細化管理，也涉及到后續(xù)用戶的需求與維保服務。如上海機床廠研發(fā)成功的數(shù)控隨動曲軸磨床，僅生產(chǎn)兩臺，一臺在上海通用生產(chǎn)線上考驗，一臺作為展品展覽用，無后續(xù)用戶訂貨，怎么辦？隔幾年這些樣機就沒有多大用處了。其他04 專項很多樣機也沒有后續(xù)用戶訂貨！值得 04 專項領導思考！
（2）組織力量，使數(shù)控系統(tǒng)的硬件（如 CPU）及操作系統(tǒng)（現(xiàn)在大都采用 Windows、Linux或其組合）及重要的應用軟件國產(chǎn)化，這是核心技術，不能受制于人。
（3）擴大國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)及功能部件的應用范圍，大力推進產(chǎn)業(yè)化。有“量”才能保證“質”，才能降低成本，進入良性循環(huán)。推動機床廠采用二次開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)，發(fā)揮機床廠的優(yōu)勢與能動性，包括“換腦工程”，用自己生產(chǎn)的設備再制造。
（4）主機廠生產(chǎn)的主機問題較多，如何提質增效，要貫徹習近平新時代經(jīng)濟思想體系，以供給側結構性改革為主線，為達到“質量第一，效率優(yōu)先”兩個目標，優(yōu)化生產(chǎn)要素的組合，達到具有市場競爭力與可持續(xù)發(fā)展能力，集中攻克用戶急需的產(chǎn)品，強調(diào)“專、精、強”，不要盲目追求體量。希望主管部門不要再以企業(yè)的規(guī)?；蝮w量來排名所謂“百強企業(yè)”、“五十強企業(yè)”，沒有什么意義，“大”不等于“強”。我們很多機械百強企業(yè)，如大連機床集團、山東常林工程機械集團、沈陽東北重工等企業(yè)的破產(chǎn)說明什么？評價企業(yè)的“強弱”，也要用習近平新時代的經(jīng)濟思想來指導，創(chuàng)新評價指標。有一些企業(yè)的體量（即營業(yè)收入）數(shù)字并不科學，弄虛作假，所謂大口徑計算，其中很多是重復計算，這種評價指標會誤人、誤己、誤導國家，不知我說的有沒有道理，請專家領導指教。
（本文作者為原機械工業(yè)部副部長沈烈初，經(jīng)機床雜志社梁玉主編修訂，大連光洋于德海董事長、華中數(shù)控董事長陳吉紅教授復審）
