我国机床数控化的现状和未来对策

景富军 谭胜龙 刘 玲 范华献

（西南自动化研究所数控部，四川绵阳621000）

随着现代数控技术的深入发展，各种型号数控系 统在近20年内已被广泛应用于我国机床制造行业，促进了国家数控技术应用的飞跃发展，我国已成为世界第一制造大国。数以百计的国内数控厂家不断研制出新的数控系统，与国外品牌数控系统竞争市场已成为他们生存、立足、发展的源动力。通过对近10余年数控机床市场发展现状和未来市场需求趋势的长期深入分析，我们对该行业未来市场的发展前景有了部分对策思路，抛砖引玉。

1 机床数控化现状

1.1 机床数控化改造提升了机床数控化率

通过数控系统配套改造已有旧机床，使其成为多功能高效数控机床是低成本实现机床数控化的有效方法。“十五”、“十一五”期间，国内众多数控系统厂家设计、生产、制造的数控系统大量被应用于各种型号机床配套改造，如国家“万台机床数控改造工程”等的执行，加上国外品牌数控系统的不断进口，加速了国内机床制造水平、数控化率的大幅提高，极大地满足了国家制造业大力发展的需求，为国家、用户节约了大量人力、物力资本，提高了生产效率。目前，我国机床保有量约800万台，其中数控化率仍只有25%左右，而很多年前发达国家的机床数控化率就达到30%以上。我国役龄10年以上的机床占60%以上，役龄10年以下的机床中自动/半自动机床不到30%，FMC/FMS等自动化生产线更屈指可数，而美国、日本等自动和半自动数控化机床占60%以上。未来，机床数控化市场潜力很大。

1.2 国产系统不再只满足于低端市场

“十一五”期间，国家实施了“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项，同时针对专用机床及控制技术发展需求的不断提高，国内数控厂家开始转向中高档数控系统机床市场配套，研制出的数控系统技术水平和可靠性有了显著提高［1］。以华中数控、广州数控、沈阳高精等单位为代表的数控系统厂家为用户提供了许多先进的新型数控系统并成功应用于机床配套。华中数控成功研制五轴联动高档数控系统，填补了国内空白。其HNC－8型总线式高档数控系统采用开放式软硬件体系结构及总线技术，已成功配套于10类机床中的44台专用机床，主要技术指标已与国外高档数控系统相当;广州数控成功研制出具有高速程序预处理、多通道及复合加工控制等功能的全数字高档数控系统;基于多计算机处理、支持8通道8轴联动、64轴控制等特性的沈阳高精高档数控系统也已研制成功。它们的推广使国内高端数控技术整体水平得到提升，但与国外高档数控系统比较仍有差距。目前，投入市场的国产高档数控系统有一定的性价比优势，正不断打破国外品牌系统垄断中国市场上的局面。

1.3 国外品牌出现了战略调整

2011年国务院下发“十二五”工业转型升级规划，要求继续推进数控机床重大专项的进一步实施。现在，国内约有6%的机床采用全闭环数控系统而发达国家已接近70%。很明显，国内机床转型升级已成为制造业发展的热门方向。在世界经济不景气的大环境下，2011年我国数控机床进口额同比增长了42%，极大地鼓励了国外数控公司服务国内机床市场的热情，他们有针对性地调整了对我国的销售策略。如海德汉公司加速高端数控系统的推广，将iTNC530型等先进数控系统引进到我国，再配以他们的光栅尺和编码器，为国内高端机床应用提供了全套服务平台，推进了国内高档机床数控化的发展;西门子数控公司除了进一步推广应用840D系列高档数控系统外，还将未来工作重点转向我国中低端市场，如828D BASIC M/T复合加工数控系统等的二次开发功能进一步拉近了和国内制造商、用户间的实用距离。我国机床数控系统配套率现阶段还是较低的，而该公司更看中了用户注重系统品牌、稳定性、易开放性、易维护性等特点，大量的销售网点增强了他们快速响应用户需求的能力，其系列系统不断占有国内所有档次机床配套市场，使其成为了国内机床市场配套强者，对国内数控厂家冲击很大，进一步加剧了数控系统市场的竞争性。

2 机床数控化发展的制约因素

2.1 研制力量分散的制约

多年前，不少单位看准机床配套数控系统市场需求，短期内开发出了有自主知识产权、自成特色功能但并非都能做到很完善的数百种国产型号数控系统。这些系统缺少规划、无法制定统一设计理念，功能不全、用户认可度不高的局面加大了国家对数控厂家的监管难度和资金的重复浪费;技术方面表现在改进周期长、功能不够完善、通用性和可靠性差;在高速度、高精度、多通道、多轴同步技术等方面算法不理想;产品的应用验证过程不够完善、监督标准不清晰等;稳定性差、批量生产难度大、产品的系列化不足。上述现象极大限制了国产数控系统的推广市场。现阶段，国产中低档次数控机床市场占有率不到50%，而高档数控系统市场占有率只有5%左右，主要份额仍被国外系统占据。

2.2 配套市场竞争激烈

2011年数控整机机床产销台数不到当年机床总数的1/3，机床对数控系统尤其是经济型数控系统的配套需求量仍很大。国内数控系统品牌多、水平差异性很大，不利于数控机床制造业配套水平的真正提高;国外中低档次数控系统引进并被大量集成应用更突出映衬了国内系统与其差距;一些用户盲目必选国外品牌作为普通机床数控系统配套，限制了部分国产数控系统市场;数控整机产能需求大增，进一步降低了中低档机床数控化改造的力度。经过长期打拼，数控机床厂家面对用户市场的竞争已相当激烈。

2.3 用户机床的制约

上个世纪从德国等外国引进的部分先进机床系统早已老化但主机部分机械精度仍很高，机床的数控系统升级换代再利用价值大，系统厂家和用户都觉得划算。国内机床用户大部分加工零件只要求一般精度，并不需要配套高精尖的数控系统，这就为国产数控系统提供了广阔的市场。但量大面广且役期长的国产机床规格繁多、精度恢复难度大，造成机床数控化改造成本增加、难度不小而用户希望达到的改造精度还不低，最终导致这类市场成为了“鸡肋”，进一步压制了改造的积极性，对国家机床数控化率的提高影响很大。

2.4 国家监管、推广力度需要加强

虽然“十一五”期间国家启动了“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项，在“总线技术”和“共性技术”等方面提升了数控系统水平，推进了国产中高档数控系统的建设，打破了数控系统先进国家对我国引进先进数控技术的长期限制、封锁。但光靠这部分厂家自己推广显然力度不够，应将该类技术成果通过国家调控政策、资金和监管等手段强力推广到国内其他数控厂家，让国内中高档机床都能享受到该成果。上述实施过程有难度但坚持长期推动应能收到成效。

3 机床数控化发展的未来对策

未来世界机床数控技术及其装备正朝着下述几个方向发展:①高速、高效、高精度、高可靠性;②模块化、智能化、柔性化和集成化;③开放式体系结构;④出现新一代数控加工工艺与装备。按照上述方向思考，近20年来我国机床数控化进程总体来看是顺利的。通过自主研制数控系统到引进国外先进数控系统，再到完善自己数控系统的应用过程，为我国成为制造大国奠定了基石。预计“十二五”期间我国数控机床市场的发展前景是光明的，市场竞争也相当残酷。我们不得不考虑未来如何提升国内数控系统整体水平和发展的策略，进一步满足我国机床制造能力的整体提升和行业的生存、发展。

3.1 数控产业的兼并重组成为必然

国内数控系统厂家众多。在市场竞争变数很大的情况下，用户选型数控系统考虑更多的会是系统的功能先进性、可靠性、品牌排名、技术维护等因素。在转变产业结构和发展方向的大环境下，国家可制定政策鼓励先进的数控企业完善行规并整合市场，有重点地打造民族数控品牌，做大做强，具备更强的抗风险能力。2008年开始，国内数控系统现场总线联盟制定了高档数控系统NCUC－BUS标准协议，他们研制出的型号系统性价比很高并已逐步推广，应是中高档数控系统的成功范例;优胜劣汰的市场规则必然会在未来经济形势大环境中得到体现。部分有实力的数控厂家为了创立品牌、降低成本、吸引人才技术、提升市场竞争力，直接整体兼并有片区市场、有补充自身不足能力的数控厂家，逐步淘汰低端厂家不断充实自己，将先进的数控型号系列推广市场补充得更全面，这些捷径会成为未来发展的必然;实力强劲的数控机床厂家之间应经常互通有无、技术资源共享、互相借鉴，共同推进国内数控系统配套机床制造业的新发展。

3.2 取长补短，共同进步

部分数控厂家通过引进国外中低档次品牌数控系统集成服务国内机床的数控化需求，为国内机床制造业不断提升数控化率具有积极作用;用户通过选择国外高档先进配套数控系统，去实现超重型、高精度、高速度、特种加工等机床特殊功能的控制需求;通过借鉴先进系统的控制思想不断改进我们自己数控系统，不断提升数控系统的创新性、专用性和可靠性，获取更多用户市场应为必然。

3.3 提升功能模块优化技术

近几年，国外数控系统年进口率百分比维持在较大的两位数增长，远高于国内新机床产量的增速，刺激国内数控系统厂家功能模块优化技术发展应有更高更快更强的改进要求［2］。作为机床装备制造业重要支撑的数控系统功能模块包括系统模块、操作显示模块、伺服驱动模块、I/O接口模块等。系统模块是数控技术的核心模块，选择新型号、快速度、性能稳定、接口丰富的多片CPU去优化控制算法和相关资源，充分接轨NCUC－BUS现场总线技术思想，进一步快速规范、完善该模块的控制功能;按键快速准确被采集，显示器界面功能的进一步丰富和智能化，其物理寿命的延长等是操作显示模块未来必须再完善的性能;作为执行机构的关键部件，交流伺服驱动模块技术的研究一直被所有数控厂家重视。国家可组织行内专家制定新的驱动技术规范和协议标准，形成驱动方向的研究行规，加大研制政策的支持力度以形成国产伺服驱动器的通用系列。该系列模块的闭环算法先进性、精度指标和性能稳定可靠性的大力提高应成为突破国内数控系统和功能部件快速发展瓶颈、决定数控厂家生存发展的关键所在;I/O接口模块的网络通讯、结构精简、抗干扰性的可靠提升是需要进一步优化的环节。只有在国家政策鼓励下进一步提高上述模块性能的可靠性，数控系统的整体性能和推广性才会真正提高，国内数控厂家才有可能生存、发展并进一步壮大，才可能成就我国数控行业的真正崛起。

3.4 大力提升国内机床市场数控化率

3.4.1 低端机床数控化市场仍然巨大

机床数控化改造是个“永恒”的课题且市场潜力巨大。超过10年以上役龄的国内旧机床配套数控系统改造市场巨大，数控化技术随着国家制造业的进程越来越成熟;旧机床淘汰率大增，购买普通型号数控整机的用户会越来越多，批量会越来越大，价位也会越来越低;随着机床数控系统升级换代时代的到来，如何进一步提升数控系统性能、降低系统价格、降低改造成本、减少恢复机床精度成本、强化系统试验检测过程、不断挖掘市场潜力等仍是一般数控厂家必须要面对的综合性课题。否则数控厂家的获利空间和投入热情会受到限制，在用户需求已出现增长乏力的形势下其发展前景会不妙。

3.4.2 复合型数控机床是未来机床发展的一大趋势

复合型数控系统机床功能（如车铣数控复合加工机床等）硬成本增加不多，功能增强不少而用户产品生产中间环节的大量减少、成本降低，成品效率、自动化程度和机床利用率大幅提升能让数控厂家和机床用户收获双赢。

3.4.3 专用机床的数控化应用有前途

目前我国可供市场需求的机床有2 000多种。市场需求的专用机床具有型号多、批量少、每一专机的数控系统必须具有专用特殊控制功能、具有二次开发功能等特点。因专用性太强，一般数控厂家不愿涉足该类机床配套，这为具有机电一体化设计制造能力的数控厂家提供了开发独创数控功能、解决差异化机床数控需求、创造可观经济利益和社会效益等机遇;为了降低数控系统的研制成本，具备二次开发功能接口的数控系统越来越被数控制造商青睐，这为许多非标准机床依托已有数控系统提供的平台（诸如西门子标准HMI人机接口平台）再开发创造了条件，从而提升系统制造商的竞争力。

3.4.4 加工中心配套会形成规模

国内加工中心发展迅速、整机成本不断降低、功能不断增强，用途广泛，未来推广市场应很广阔;机器人与加工中心机床配套成柔性一体化加工生产线，前途光明。

3.5 提高国产机床主机产品配套水平

机床有了高水准数控系统配套，高质量的主机产品装备也必须进一步完善，如精密高速滚珠丝杠副、机床直线导轨、高速精密数控转台、大型刀库及自动换刀装置、高速主轴、精密动力卡盘等;国产刀具的性价比如同国产数控系统一样也必须改进材质、工艺、推陈出新去适应数控系统发展的加工需要。只有机床主机的相关产品水平共同提高，国产机床的数控化水平才能达到较理想的境界，从而实现我国数控化率的快速提高并能不断降低国外数控产品的进口率。

3.6 提升国际化经营规模

通过长期学习、借鉴、创新和发展，国内已有一批数控厂家技术水平和推广实力达到或接近国际先进水平。近几年，一些制造企业已在开展国际化机床推广业务并取得了实效。将部分优秀国产数控系统及整机远销需要的国家地区，价廉物美、国家间的政策推动等优势正逐步为这些产品出口打开销路;部分有实力的企业并购境外拥有先进技术和市场的数控企业，或直接将国内数控技术和生产厂房建在对应国家，国内机床直接在国外配套先进数控系统就地发展用户市场。我国的民族数控系统必须大量销出国门才能得到世界承认并真正成为世界名牌。加大机床主机零部件的外配力度。制造大国逐渐转变为出口大国应成为数控机床行业以后发展的方向之一。

4 结语

挑战和机遇并存。了解现状，有了对策，未来我们就有了努力的方向和动力。只要我们选准机床数控系统未来发展方向，在国家主管部门、机床数控厂家、相关研究院所、加工企业等共同努力下，我国机床数控化的前景应相当美好!

［1］陈吉红.国产数控系统产业升级之我见［J］.金属加工:冷加工，2012（6）:10－12.

［2］陈小明.探索国产机床功能部件发展之路［J］.金属加工:冷加工，2012（5）:03－06.