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化被动为主动,国产数控系统自主创新求发展

  机床是工业的“工作母机”,其技术水平代表这一个国家工业的综合竞争力。数控系统是数控机床的“大脑”,是决定数控机床技术、质量水平和社会经济效益的关键因素。在中国,中、高端机床使用的数控系统几乎全部被国外垄断,严重制约了我国数控机床行业的自主发展。因此发展数控系统迫在眉睫。
    在04专项的推动下,国产高档数控系统在关键技术研发和示范应用等方面取得了显著成绩,行业应用水平逐步提高。
    工业和信息化部部长苗圩在参加高档数控机床与基础制造装备科技重大专项成果应用推广现场会时指出,04专项实施8年多来,广大机床企业、用户企业和专家们齐心协力、攻坚克难,取得了一批可喜成果。数控系统等核心零部件取得明显突破。国产数控系统在功能、性能方面的差距已大幅缩小,滚珠丝杠、导轨、动力刀架等关键功能部件在精度、可靠性等关键指标上已接近国际先进水平。
    据记者了解,随着华中8型数控系统的推出,使得日本发那科五轴联动数控系统已由48万元降为22万元,同时发那科最高端的31i系统也在裁剪个别功能后大幅降价。
    国产数控系统之痛
    数控系统是数控机床的“大脑”,是数控机床功能部件中技术含量最高的核心部件,长久以来,国产中、高档数控系统的发展举步维艰,使得直到目前为止,80%以上的国产中、高档数控机床仍配套国外数控系统。
    更为严峻的是,国外先进的高档数控系统至今仍对中国封锁,导致机床企业在新产品开发上受制于人。
    这些年来,国内数控系统企业也并不是没有新品问世,而是数控机床厂不愿配套使用国产数控系统。原因在于,对于高端机床动辄几百万元上千万元的投资,很少会有终端用户敢于冒风险尝试安装国产新系统。
    与此同时,国内企业不愿意使用国产系统还与信誉有关。历史上,我国数控系统产业还有过两次大范围内性能不可靠的信誉影响,用户至今仍心有余悸。一次是上世纪80年代中后期,我国自主开发的普及型数控系统可靠性在未经充分验证的条件下,大面积推广使用,造成在市场上“倒牌子”的恶劣影响。还有一次是在后来一段时期,由于国际形势变化,引进技术生产的数控系统所需要的电子元器件来源受阻,被迫采取电子元器件国产化的措施,由于质量不过关而影响系统的可靠性,再次在市场上影响了全行业的信誉。
    坦诚地说,近年来国产数控系统的性能、功能和可靠性已大幅提高,与国外的差距也不断缩小。从技术层面看,国产中档数控系统已基本满足国内生产的数控机床的技术要求,国产高档数控系统也实现了零的突破。
    然而技术上的突破并不等于市场上的突破。
    特别是在数控系统正朝着智能化、开放式、网络化方向发展的今天,日本发那科和德国西门子等国际数控系统厂商生产的能够实现多轴、多通道、高速和高精度切削、复合化加工的数控系统已经在市场上畅销,而我国数控系统的产业化却依然无法消除国内用户对国产数控系统可靠性的疑虑。
    “用户认可度低,一直是制约国产数控系统发展的主要瓶颈。”华中科技大学国家数控系统工程技术研究中心研究员宋宝说:数控系统靠花钱引进根本办不到;盲目效仿国外,也只会落后挨打,受制于人。
    出路在于自主创新
    宋宝说,中国数控产业的惟一出路,就是走自主创新之路,用中国人自己的核心技术振兴中国数控产业。
    可以说,04专项为国产数控系统开创了新的发展局面。
    2009年,04专项的实施为国产数控系统的发展带来了契机。通过采用政、产、学、研、用的创新发展模式,下达一系列研究课题,04专项支持了武汉华中数控股份有限公司、广州数控设备有限公司和大连光洋科技集团有限公司等一些重点数控系统研制企业与主机企业一起,开展联合攻关,攻克了数控系统软硬件平台、高速高精、多轴联动、总线技术等一批高档数控系统关键技术,研制出了全数字总线式高档数控系统产品样机,实现了从模拟接口、脉冲接口到全数字总线控制和高速高精度的技术跨越。目前,联合研制的、具有自主知识产权的CNUC-Bus铣床总线技术,已获批5项国家标准。
    在04专项的支持和推进下,国产数控系统的成套性和适应能力快速提升,已能够满足大多数普通机床和部分特殊机床的应用需要,数控系统的技术性能和国际先进水平及国际标准相比,差距不断缩小。如,数控控制器、驱动装置和伺服电机等核心部件的硬件先进性、控制性能和可靠性明显提高;控制软件的工作稳定性、适应性、宜人性以及二次开发平台的易用性不断完善;数控系统企业的技术服务能力日益增强。
    不可否认,正是在04专项的推动下,在国内数控系统研发企业的共同努力下,国产高档数控系统在关键技术研发和示范应用等方面取得了显著成绩,行业应用水平逐步提高。
    以华中数控为例,该公司在面临更严苛要求的应战压力下,历经几代技术攻关,开发出了以华中8型为代表的自主可控的数控系统,为高档数控机床重大专项做出了突出贡献。同时,围绕华中8型高性能数控系统的研制,华中数控攻克了运动控制技术、平台化技术和网络化技术等关键核心技术,全面缩小了与国外的差距。
    沈阳机床集团组建自己的研究院,从底层技术源代码算法做起,历时5年,投入巨资,研制成功i5数控系统。沈阳机床i5数控系统在2014年一经推出,便引来众多关注,有人称之为工业4.0的范例,更难能可贵的是,前期市场取得了良好的成绩。
    大连光洋自主研发了数控系统、伺服电机、主轴、传感器,于2013年5月与航天科工集团3院31所合作,交付了2台高速、高精度五轴立式加工中心,已经完成了多个批次,多个品种的航发关键零部件的加工。
    此外,通过在航空航天、能源等领域的批量应用,华中8型数控系统开始全面进入高档数控系统应用的主战场;在国家“十二五”科技创新成就展中,沈阳机床集团配置华中8型高性能数控系统,全部采用国产功能部件的大型五轴联动加工中心,达到了S试件多轴联动数控机床国际标准。
    总之,在04专项的支持下,国内数控系统企业取得了巨大成就。
    配套应用是关键
    在取得成就的同时,与国外最先进的高性能数控系统相比,国内数控系统在功能、性能、可靠性、成套性和市场认同度方面仍存在一定的差距。
    例如,在一些用户的典型零件加工中,不逊色于国外系统,但对于一些性能指标要求更高的零件国产数控系统还存在差距,特别是伺服驱动和电机的性能差距较明显,表现在诸如伺服的参数自适应控制,以及电机的高速、高刚度、高精度、高加速度和功能密度等方面。
    业内人士分析,国产数控系统与国外竞争对手在硬件方面基本上已处于同一水平,当前竞争的焦点是软件技术。而我们在软件的创新方面具有很大的潜力,应用软件创新,对于发展我国数控系统的生产和营销,更符合国情也更具有实际意义。
    “强化配套应用,才是国产数控系统发展的关键。”一位不愿具名的沈飞工作人员告诉记者,目前,国产数控系统应用示范正在沈飞稳步推进,但仍存在一些不足。一方面,针对航空零件加工的个别关键工序提供了解决方案,已正式投入生产使用,后续仍需加强对零件全工序的应用验证;另一方面,虽然利用专项成果组成了生产线,但生产线上采用国产数控系统的机床数量不多,尚未完全覆盖整个生产车间的产品生产,有待进一步扩大国产数控系统的配套应用,提升集群优势和规模效应。
    业内专家表示,国产高档数控系统在关键技术研发和示范应用等方面取得了显著成绩的同时,还有以下问题亟须解决。
    一是,人才满足度不够。从航空航天到汽车、3C等应用领域,对高性能数控系统的需求巨大。但面对广阔的市场需求,项目开发人员明显不足,目前,行业内的技术开发人员无论是数量还是专业技术水平,都难以更好的满足市场的需求。
    二是,产业化推广阻力较大。在实施04专项课题的过程中,国产高性能数控系统已日益得到市场的认可:一方面,中、低端用户普遍接受甚至优选国产数控系统;另一方面,中、高端用户从“不了解、不考虑”,到“有兴趣,可以尝试”,再到“配套后有惊喜”。但是,用户长期以来形成的惯性认识,导致国产数控系统在市场推广中相比进口数控系统总处于劣势地位,销售阻力较大,尤其是在中、高端市场。因此,市场推广还需要长期不懈努力。
    从某种意义上而言,作为机床主机企业还应多支持应用国产数控系统。一方面,采用国产数控系统,有利于机床主机企业降低机床产品的配套成本,提高对数控系统的应用水平,通过增加国产数控系统的配套方案,满足用户的多样化需求;另一方面,机床主机企业在应用国产数控系统的过程中,通过与进口数控系统对比,不断反馈国产数控系统存在的问题,促进国内数控系统企业快速改进和提高。

    事实上,通过国内的机床企业与数控系统企业之间的协同创新,有助于打造快速发展的产业配套链,推动国产数控系统的发展,实现进口替代,使得服务维修快捷可控,这对于打破国外垄断,确保国防安全和经济安全都意义重大。


(来源:互联网)