先进装备技术内涵和广东省装备行业发展态势与突破口*

柳宁，王高（暨南大学信息科学技术学院，广东广州510632）

先进装备技术内涵和广东省装备行业发展态势与突破口*

柳宁，王高
（暨南大学信息科学技术学院，广东广州510632）

装备技术是国家工业的心脏，是制造业的核心要件。明确装备技术内涵，摸清广东省装备行业发展态势，找准行业发展突破口，制订科学的技术发展策略，是促进装备技术健康快速发展的重要基础。

先进装备；技术内涵；发展态势

0　前言

装备制造业作为实体经济的主体，以及我国“工业的心脏”和制造业的核心要件，一直是我国社会物质生产的基本力量[1]。广东省是一个制造大省，装备产业对广东省制造能力、制造水平、制造业发展潜力都有决定性的支撑作用。2014年，广东专门召开了加快先进装备制造业发展工作会议，胡春华书记强调，要把技术改造作为广东省推动产业转型升级、实现“凤凰涅槃”的主要抓手来抓。要对行业先进水平，力争用3年左右时间，使全省50%以上的工业企业完成新一轮技术改造[2]。搞清先进装备的技术内涵，摸清广东省装备技术水平与态势，找准行业突破口，制订相关的发展策略是促进广东省装备技术发展的重要措施。

1　先进装备技术内涵

装备制造业是我国独有的概念，虽然其他国家的产业分类中也存在装备制造业对应的产业部门，但世界其他国家和经济组织并没有明确提出“装备制造业”这个概念。从官方来看，我国最早在1998年的中央经济工作会议“要大力发展装备制造业”中正式提出这个概念[1]。

装备制造业主要包含三个方面:一是重大先进的基础机械，即制造装备的装备--工业“母机”，包括数控机床(NC)、柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统( CIMS)、工业机器人、大规模集成电路及电子制造设备等；二是重要的机械、电子基础件，主要是先进的液压、气动、轴承、密封、模具、刀具、低压电器、微电子和电力电子器件、仪器仪表及自动化控制系统等；三是国民经济各部门的科学技术、军工生产所需的重大成套技术装备，如矿产资源的开采及露天开采设备，大型火电、水电、核电的成套设备，航空、铁路、公路及航运等所需的先进交通运输设备等[3]。概括地讲，装备制造业包括整机、核心零部件和成套装备三部分。

整机装备按行业可以分为电子制造装备、陶瓷与建材装备、食品装备、包装装备等；适用多种产品生产的装备叫通用装备，只适用某种产品生产的装备叫专用装备；针对企业某种产品专门设计的机器叫非标设备或专机。

先进装备制造业也叫高端装备制造业，国务院《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》明确了高端装备的内容，特指航空装备、卫星及应用、轨道交通装备、海洋工程装备、智能制造装备。智能装备中的智能是指机器具有感知与识别、学习、推理、决策等智力能力，智能装备的核心在于控制与信息技术。机械装备、数控装备和智能装备是装备技术发展的三个阶段，智能装备有其严格的学术内涵，将机械装备全部归入智能装备领域是错误的。

概括地讲，整机装备技术包括三个部分：第一，工作原理和工艺，生产装备是制造工艺的执行者，同一种产品，不同的制造工艺，可以衍生出不同的制造装备；第二，机械本体，装备就是机器，机器就有机架和机构组成的机械本体，机构的运动就实现了其制造的功能；第三、控制与信息系统，所谓的智能装备，本质在于控制与信息技术的应用，实现其自动化、智能化的功能。

装备的原理与工艺技术的革命性创新，可以产生颠覆性的装备，但这种情形太难，试想，如果瓷砖制造技术可以从烧结改为粘接的话，制砖设备的节能问题将从根本上解决，相应的制砖装备将是革命性的变化；装备的机械本体技术要依赖新型材料、新的制造工艺、新的机构设计实现创新，这种技术进步对装备的升级换代也是革命性的，但是，机械本体的革命是零星分散式的，多表现在某一种装备的机架或机构创新；与之相反，装备的控制与信息技术的创新应用是全局式的，由于智能控制、现代感知技术、网络与大数据等智能技术的技术原理与基础理论已经形成，各种装备的数控化、智能化应用创新有着广泛的需求与发展空间，这种先进的智能控制与信息管理技术可以在各种生产装备中进行应用创新，通过装备的数控一代、智能一代创新驱动可以提升整个装备行业的技术水平。

机械装备、数控装备、智能装备是依据装备控制系统的技术水平划分的，数控装备与智能装备是装备发展的方向，发展智能装备的核心就是发展装备的控制与信息技术。

工业机器人是一种通用性非常强的装备，在工业生产中可以用于上下料、搬运、抛光打磨、焊接等各种工序，从控制特性上分，当机器人只能执行一种固定的循环动作时，叫机械手；当它可以通过程序实现多种动作时，叫程控机器人，当它自带感知系统，具有感知、学习、决策能力时，叫智能机器人；当它用于不同行业，执行不同工艺时，又划分为3C机器人、焊接机器人、搬运机器人等。

2　广东省装备优势领域与发展态势

2.1装备重点领域筛选准则

广东省装备重点领域的筛选准则有三个：第一，体量大，形成了产业集群；第二，有广东特色，品牌效应与地域特色鲜明；第三，有发展潜力，未来3-5年可以形成较大产业，为经济发展做出重大贡献的领域。相应地，这些先进装备重点领域分别被称为传统重点领域、特色重点领域、高成长性重点领域。

2.2广东省先进装备重点领域

（1）电子制造装备

电子制造装备体量大，品种多，技术含量高，技术更新快，是广东省传统的优势装备领域。

电子制造的产业链特别长，电子制造装备包括电子材料制备装备、电子元件制造装备、IC制造装备、IC封装装备、PCB装备、PCBA装备、3C电子产品制造装备、电子辅件（线缆和接插件）制造装备等。一般说来，电子制造产业链前端的装备多为进口，国内的电子制造装备集中在电子制造链的后端。电子制造装备的企业主要分布在深圳、东莞、广州、佛山、肇庆、中山等地。

电子装备的重点企业有大族数控、升力智能、深圳金洲、东莞市凯格精密机械有限公司、东莞市新泽谷机械有限公司、惠州市华阳多媒体、科隆威自动化设备有限公司等。

电子装备的关键核心部件多为进口件，但控制算法、精密制造、机器视觉软件等软件、算法、集成技术都是自有技术。目前，在控制算法上与国际先进水平还有一定的差距。

（2）工业机器人

一般来讲，工业机器人要和制造主机、生产线集成使用，形成制造单元或自动生产线，机器人是标准的，其结构形式有6DOF关节机器人、四边形机构的搬运机器人、直角坐标机器人、SCARA机器人和Delta机器人及它们的衍生及变种类型。当机器人用于不同产品的生产时，针对不同的工艺过程，要配置不同的辅助设备与治具，配置不同的检测传感系统，配置不同的控制与信息管理软件，以完成某种产品的自动化、智能化生产，这种集成应用叫机器人的应用解决方案，当这种集成应用是针对一种行业规模时，我们称其为机器人的行业解决方案。

标准工业机器人是一种跨行业应用的智能制造装备，它结构简洁，核心技术集中在减速机、伺服电机、控制系统和传感器上。工业机器人的行业解决方案是机器人扩大应用，发挥效能的关键，行业解决方案中的工艺技术、集成技术、控制与信息技术、检测传感技术是工业机器人行业解决方案的核心技术。

广东省的机器人产业规模较大，它是一个高成长性的领域。

由于劳动力成本的上升，“机器换人”成为中国制造业的一个共识，机器人的市场空间不可估量。

（3）建材与陶瓷装备

建材与陶瓷装备是广东省特色装备行业。广东省建筑与陶瓷装备主要包括石材加工与瓷砖加工成套设备。这类设备厂商集中在佛山和云浮。

佛山柯达机电公司是大型瓷砖、人工石材成套设备的供应商。

由于房地产行业增长放缓，建材与陶瓷装备行业市场需求不会有暴发性增长。建材与陶瓷成套装备的核心技术，特别是整机及工艺技术的核心知识产权在国内，在广东省的建材与陶瓷装备骨干企业中。

（4）塑料成形装备

塑料成形装备包括挤塑成型设备、注塑成型设备、压延成型设备三大主力设备及塑料原料及废料预处理设备。塑料成形装备是广东省传统优势装备领域。博创、伊之密、东华机械有限公司、东莞亿东机器有限公司、金明精机、联塑机器、乐善等是广东省塑料成形装备的骨干企业。

注塑设备面临着一场节能降耗的革命，全电动注塑机是这种设备的发展方向。在自动化方面，塑料成形装备将进一步与机器人集成，与控制与信息化技术集成，形成柔性生产单元。

塑料成形装备有小型精密、中型、大型三种类型，小型精密和大型塑料成形装备的技术在国外，中型塑料成形装备市场需求最大，工艺参数技术、控制技术等主要的核心技术在国内，但全电动注塑机的丝杆、电机目前主要依靠进口。

（5）包装装备

广东省的包装装备主要包括汕头的软包装自动线、广州的液态产品包装自动线、珠三角地区的纸箱、纸盒等包装容器制造设备。包装装备是广东省的特色领域。

包装设备有传统的行业专机设备和机器人包装生产线与生产单元两种类型。机器人包装生产线与生产单元柔性好，应用适应性强，是这个行业的发展方向。

广东省包装装备骨干企业有达意隆、中山松德、顺德东方精工、顺德万联、广州南联、万世德、东莞新望包装、汕头粤东机械、潮州隆兴等。

包装设备的核心技术是整线集成技术，早期是专机包装线，更换产品时调试比较麻烦，现代大量采用机器人包装线，产品的适应性大大增强。包装生产线的控制器技术、高速相机主要依赖进口，工艺技术、集成技术、检测技术都在国内。

（6）数控机床

广东省的数控机床以工作母机为主，包括金属成形机床、金属切削机床等，近年来由于3C产品的外壳采用了金属材料，雕铣机类的数控机床作为生产设备得到了大力的发展。数控机床是广东省的传统优势行业。广东省的数控机床企业集中在深圳、东莞、广州、佛山、惠州等地。

数控机床是一种通用装备，相对技术含量较高，入行的门槛也高，市场需求比较稳定。广东省的数控机床骨干企业有广州数控、东莞润星公司、佛山中南机械公司、广州机床厂、广州敏嘉、惠州博赛公司等。

广东省的数控机床行业技术实力相对较高，整机技术有相当的优势，但核心零部件、数控系统、电机主要依赖进口。

（7）木工装备

木工装备包括圆木制造设备、材料制造设备、家具制造设备三大类，广东省的木工装备集中在家具制造领域，加工的产品包括板式家具、办公家具、实木家具、橱柜、木门等，装备类型从锯切、成型、仿形、钻孔、开榫槽、拼接组合、涂胶、上漆到包装等各个方面。木工装备是广东省的特色领域。

广东省的木工装备企业除东莞的南兴木工外，多集中在佛山顺德。行业聚集度高，品牌效应高。

由于房地产行业发展减缓，木工装备需求主要来源于老旧设备的退役空间，近几年内，这个行业的市场相对稳定。木工装备的核心技术是加工工艺技术、控制系统、生产单元与生产线集成技术。广东省木工装备企业在控制系统、生产单元与生产线集成技术方面不占优势。

（8）广东省装备发展态势

总地说来，电子制造装备、塑料成形装备、数控机床是广东省传统优势装备领域；包装装备、木工装备、建材与陶瓷装备是广东省的特色装备；机器人及基于机器人的柔性生产单元是高成长性领域。

从市场需求来看，近几年房地产行业不会有大的增长，关联的建材、陶瓷、家具产品都是耐用品，需求也不会有暴发式增长，建材与陶瓷装备、家具装备的发展将是平稳的，新型装备只会淘汰老旧装备，没有增加产能的需求时，这类装备的发展空间是有限的，另外，建材、陶瓷、家具的制造原理目前还没有革命性的创新，以节能环保为动力推动的装备增长不太可能出现。

当前，中国制造业最活跃的部分是3C电子产品的制造；另外，传统的制衣制鞋、五金、家电、小型机电产品行业是中国制造的重要组成部分，也是广东制造业的主要组成部分之一，受劳动力成本上升的影响，这些对自动化的要求十分迫切。智能控制系统+数控机床（或数控专机）+控制与信息技术将形成各种行业生产的柔性生产单元，通过智能控制技术与信息技术研发，机械本体的创新研发，特别是柔性制造单元集成工艺的创新，电子装备领域、数控机床领域、机器人领域、包装装备领域、智能控制系统领域会以柔性生产单元的集成创新为驱动，化解人工成本的压力，形成新型智能装备的暴发式增长。

3　先进装备核心关键技术

3.1基础与平台技术

概括地讲，先进装备核心关键技术包括原理与工艺技术、机械本体技术、控制与信息技术三大部分。

装备的原理技术是其最核心的技术之一，比如家具制造，传统的制造方式是裁切→装配的制造方式，如果3D打印的表面质量、经济性、产品安全性可以满足家具的要求，用于家具的3D打印装备就是一种革命性的家具装备。再比如IC制造中的光刻“掩膜”处理技术，当激光直接刻写技术成熟并满足经济性要求后，采用光刻“掩膜”处理的IC制造装备光刻机将被淘汰。但是，目前来看，这种原理性的革命在上述7个装备行业中未见端倪。在制造领域中，原理性的技术革命周期很长，从原理研究、工艺探索、技术规范成形往往要十几年到几十年，原理性的创新往往是不确定的。

装备的工艺技术是指装备的各种性能参数，以车床为例，当其转速1 000～3 000 r/min时，切削表面有刀痕存在，属于普通车床，当转速到10 000～30 000 r/min时，这种高速超精加工的表面就是镜面，根本看不到刀痕，属于高精密车床，所以，工艺技术的变革，也会给装备带来革命性的变化。装备工艺的演化方向是确定的，但它也是一个渐进式的过程，周期很长。生产装备的原理与工艺技术与装备应用行业密切相关。

装备的机械本体部分包括床身（机架）结构件、传动件、执行机构三大部分。大型装备的床身（机架）结构件的共性技术是材料及热处理技术和有限元分析技术，包括静力学分析、动力学分析、热分析等）；传动件是标准件；执行机构和设备的功能直接相关，重载执行机构、高速运动执行机构、高加速度执行机构、高精密执行机构所面临的问题与设计目标完全不同，但其共性技术是机构学、材料及处理技术、仿真技术及有限元分析技术。

控制与信息技术范围较广，它主要包括控制平台技术（控制计算机及网络）、控制算法技术（先进控制与优化技术、运动控制算法、图象处理算法）、新型传感技术（机器视觉识别、多传感器融合）、系统协同与决策技术（任务调度、系统组织、故障诊断、人机交互与决策）、信息管理大数据技术（信息管理、知识挖掘）。

3.2核心部件

装备的核心部件包括机械与电控两大部分，机械核心部件有大型重载装备的结构件、精密装备的床身、传动件与执行机构，装备的执行机构千差万别。通用装备的核心部件已经标准化，如机床的电主轴、丝杆、导轨等，有专门的供应商，专用装备或非标专机的核心部件、特别是执行机构多由整机厂自主研发。电控系统的核心部件包括控制器、驱动与电机、传感器三个部分，这些核心部件已经标准化。当装备的控制系统有特殊功能、特殊算法时，可以自行开发控制系统。

3.3柔性生产单元集成技术

如前所述，预计近3年内，数控加工装备+机器人+控制与信息管理软件的柔性生产单元将会有突破性的发展。支撑这种突破的是行业机器人应用解决方案的研发，集成工艺技术的研发，控制软件与信息管理系统的研发，也就是数控专机+机器人+控制与信息管理软件和装备的原理与工艺技术的集成。核心是工艺方案与控制和信息管理软件。

4　发展广东省先进装备的突破口

（1）广东省传统优势装备领域体量很大，在工艺技术、整机技术、整线技术领域有一定的技术优势，但装备的核心部件如控制器可靠性、精密丝杆、精密导轨、智能传感器等方面仍依赖进口。必须转变思路，不要指望所有装备的关键零部件都是中国制造，中国制造的基础工业和核心部件的发展还有很长的路要走。发展整机集成技术、发展制造管理软件技术、发展机器人技术与制造主机的集成应用，是广东省装备行业发展的突破口之一。

（2）常规装备可以视为装备技术的开阔地，广东省在木工装备、建材与陶瓷装备、中型塑料成形装备、常规数控机床领域，从技术到市场均占有较大优势，但精密、大型塑料成形装备、重型数控机床、高精密数控机床、五轴联动数控机床技术上并不占优势。“精密、大型、关键、稀有”装备是装备技术的制高点，发展“精、大、关、稀”装备技术，攻占装备技术的制高点是广东省装备行业发展的突破口之一。

（3）装备研发人才缺乏，产学研合作有待深入，近年来，广东省的产学研合作取得了较大的成绩，但合作机制有待创新，高校、研究所的人才评价的学术标准与企业的产业化、市场标准背道而驰，目前的产学研合作形式大于内容。通过合作机制创新，将高校与研究单位的技术力量与企业研发力量融合起来，跑完从技术到产品的最后50米，是产学研合作成败的关键，也是广东省装备发展的支持条件之一。

（4）公共技术平台对企业技术研发支持不够。除强制认证要求的检测服务外，结构件分析、运动仿真、模态分析等现代机械分析技术并未在装备企业中广泛应用，控制系统、控制算法的技术支持与服务也不到位，企业，特别是小微装备企业基本是依靠经验在进行设计。大力发展科技型服务企业，引导装备的小微企业与科技服务型企业合作，细化装备产业分工，是广东省装备产业发展的支撑条件之一。

［1］霍晓姝.我国装备制造业市场势力研究［D］.沈阳：辽宁大学，2014.

［2］南方日报网络版.广东召开加快先进装备制造业发展工作会议胡春华出席［EB/OL］.http://www.gd.gov.cn/ gdgk/gdyw/201410/t20141016_204214.htm.

［3］陈柳钦.加快发展和振兴我国高端装备制造业［J］.郑州航空工业管理学院学报，2011，9（4）：19-27.

(编辑：阮毅)

Advanced Equipment Technology Connotation and Developing Trend& Breakthrough in the Development of Guangdong Equipment Industry

LIU Ning，WANG Gao
（College of Information Science and Technology，Jinan University，Guangzhou510632，China）

Equipment technology is the key partofnational industry and the core elementofmanufacturing.These are the importantbasis of promoting equipment technology healthily and rapidly developping，which are clearing and definiting equipment technology connotation，finding out the situation of the developping trend in Guangdong equipment industry，capturing the industry developping breakthroughs，and formulating scientific technologicaldevelopmentstrategy.

advanced equipment；technology connotation；developing trend

F426

A

1009－9492(2015)06－0007－05

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.06.002

*广东省数控一代项目（编号：2013B011301027）

2015－04－21

柳宁，男，1963年生，教授。研究领域：数控系统与机器人技术。