数控技术的应用和装备产业化发展的战略思考

宝山 陈举昆

摘要 ：介绍了当今世界数控技术及装备发展的趋势及我国数控装备技术发展和产业化的现状，在此基础上讨论了在我国加入WTO和对外开放进一步深化的新环境下，发展我国数控技术及装备、提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性，并从战略和策略两个层面提出了发展我国数控技术及装备的几点看法。

关键词：数控技术；装备；发展趋势；战略思考

中图分类号：TG519.1 文献标识码：A

引言

装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。

一、数控技术应用领域

（1）制造行业

机械制造行业是最早应用数控技术的行业，它担负着为国民经济各行业提供先装备的重任。应该重点研制开发与生产现代化军事装备用的高性能三轴和五轴高式加工中心，五坐标加工中心，大型五坐标龙门铣等；汽车行业发动机、变速箱曲轴柔性加工生产线上用的数控机床和高速加工中心，以及焊接、装配、喷机器人、板件激光焊接机和激光切割机等；航空、船舶、发电行业加工螺桨发动机、发电机和水轮机叶片零件用的高速五坐标加工中心、重型车铣复合加工中等。

（2）信息行业

在信息产业中，从计算机到网络、移动通信、遥测、遥控等设备，都需要采基于超精技术、纳米技术的制造装备，如芯片制造的引线键合机、晶片键合机和刻机等，这些装备的控制都需要采用数控技术。

（ 3)医疗设备行业

在医疗行业中，许多现代化的医疗诊断、治疗设备都采用了数控技术，如CT诊断仪、全身刀治疗机以及基于视觉引导的微创手术机器人等。

（ 4)军事装备

现代的许多军事装备，都大量采用伺服运动控制技术，如火炮的自动瞄准控制雷达的跟踪控制和导弹的自动跟踪控制等。

（ 5)其他行业

在轻工行业，采用多轴伺服控制(最多可达50个运动轴)的印刷机械、纺织机械、包装机械以及木工机械等；在建材行业，用于石材加工的数控水刀切割机用于玻璃加工的数控玻璃雕花机；用于席梦思加工的数控行缝机和用于服装加工的数控绣花机等

二、数控技术和装备发展趋势及对策

在现代制造系统中.数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前.数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上.数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术.数控系统实现了高速、高精、高效控制。加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD／CAM与数控系统集成为一体.机床联网。实现了中央集中控制的群控加工。长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构，CNC只能作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工式或通过CAD／CAM及自动编程系统进行编制。CAD／CAM和CNC之间没有反馈控制环节。整个制造过程中(2NC只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下。加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数.无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整.更无法通过反馈控制环节随机修正CAD／CAM中的设定量.因而影响CNC的工作效率和产品加工质量。由此可见，传统CN系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构。限制了CNC向多变量智能化控制发展。已不适应日益复杂的制造过程， 因此，对数控技术实行变革势在必行。

（1）智能化、开放式、网络化成为当代数控系统装备发展的主要趋势

21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统.智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化.如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化。如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等：还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上。面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象(数控功能)。形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。

（2）高速、高精加工技术发展的新趋势

高速高精高效化速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPI.J控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施。机床的高速高精高效化已大大提高。最大限度地发挥群控系统的效能。目前，我国的上海通用汽车公司，已经采用以告诉加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大60m／min.快速100m／min加速度为2g.主轴转速高达60000r／rain，加工一薄壁飞机零件只需要30min，而同样的零件在一般高速铣床上加工需要3h。在普通铣床上加工需要8h.在加工精度方面.近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10um提高到了5um.精密级加工中心已从p5una提高到了1～1.5urn，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01urn)。在可靠性方面，国外数控装置的MTBF值已达6000h以上，伺服系统的MTBF值已达到30000h以上，表现出了非常高的可靠性。为了实现高速、高精加工。与之配套的功能部件如：直线电机、电主轴得到了快速发展.应用领域进一步扩大。

（3）数控系统向开放式体系结构发展

20世纪90年代以来。由于计算机技术的飞速发展，推动数控技术更快的更新换代。世界上许多数控系统生产厂家利用Pc机丰富的软、硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系统。开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、可扩展性，井可以较容易的实现智能化、网络化。近几年许多国家纷纷研究开发这种系统，如美国科学制造中心(NCMS)与空军共同领导的“下一代工作站/机床控制器体系结构”NGC,欧共体的“自动化系统中开放式体系结构”OSACA，日本的OSEC计划等。开放式体系结构可以大最采用通用微机技术，使编程、操作以及技术升级和更新变得更加简单快捷。开放式体系结构的新一代数控系统。其硬件、软件和总线规范都是对外开放的，数控系统制造商和用户可以根据这些开放的资源进行的系统集成，同时它也为用户根据实际需要灵活配置数控系统带来极大方便，促进了数控系统多档次、多品种的开发和广泛应用.开发生产周期大大缩短。同时，这种数控系统可随CPI.J升级而升级.而结构可以保持不变。

三、对我国数控技术和产业化发展的战略思考

（1）战略考虑

我国是制造大国，在世界产业转移中要尽量接受前端而不是后端的转移，即要掌握先进制造核心技术，否则在新一轮国际产业结构调整中，我国制造业将进一步“空芯”。我们以资源、环境、市场为代价，交换得到的可能仅仅是世界新经济格局中的国际“加工中心”和“组装中心”，而非掌握核心技术的制造中心的地位，这样将会严重影响我国现代制造业的发展进程。

我们应站在国家安全战略的高度来重视数控技术和产业问题，首先从社会安全看，因为制造业是我国就业人口最多的行业，制造业发展不仅可提高人民的生活水平，而且还可缓解我国就业的压力，保障社会的稳定；其次从国防安全看，西方发达国家把高精尖数控产品都列为国家的战略物质，对我国实现禁运和限制，“东芝事件”和“考克斯报告”就是最好的例证。

（2）发展策略

从我国基本国情的角度出发，以国家的战略需求和国民经济的市场需求为导向，以提高我国制造装备业综合竞争能力和产业化水平为目标，用系统的方法，选择能够主导21世纪初期我国制造装备业发展升级的关键技术以及支持产业化发展的支撑技术、配套技术作为研究开发的内容，实现制造装备业的跨跃式发展。

强调市场需求为导向，即以数控终端产品为主，以整机（如量大面广的数控车床、铣床、高速高精高性能数控机床、典型数字化机械、重点行业关键设备等）带动数控产业的发展。重点解决数控系统和相关功能部件（数字化伺服系统与电机、高速电主轴系统和新型装备的附件等）的可靠性和生产规模问题。没有规模就不会有高可靠性的产品；没有规模就不会有价格低廉而富有竞争力的产品；当然，没有规模中国的数控装备最终难以有出头之日。

在高精尖装备研发方面，要强调产、学、研以及最终用户的紧密结合，以“做得出、用得上、卖得掉”为目标，按国家意志实施攻关，以解决国家之急需。

在竞争前数控技术方面，强调创新，强调研究开发具有自主知识产权的技术和产品，为我国数控产业、装备制造业乃至整个制造业的可持续发展奠定基础。

四、结束语

当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外，世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。