我國(guó)數(shù)控專(zhuān)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)與問(wèn)題

李 俊

西安職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，陜西西安 710032

我國(guó)數(shù)控專(zhuān)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)與問(wèn)題

李 俊

西安職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，陜西西安 710032

本文闡述了我國(guó)數(shù)控專(zhuān)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)我國(guó)數(shù)控加工存在的問(wèn)題進(jìn)行了綜合的分析，并提出了幾點(diǎn)改革的建議。

.數(shù)控；趨勢(shì)；建議

1 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展

世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床誕生于1952年。在1946年世界上出現(xiàn)第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)以后，美國(guó)一家公司，將計(jì)算機(jī)技術(shù)和剛剛發(fā)展起來(lái)的伺服技術(shù)“嫁接”到一臺(tái)傳統(tǒng)銑床上，加工用傳統(tǒng)機(jī)床無(wú)法精確加工的軍用直升機(jī)螺旋槳曲線截面的樣板，取得驚人成功。從此，數(shù)控技術(shù)與機(jī)械制造業(yè)相結(jié)合，開(kāi)創(chuàng)了裝備工業(yè)的新紀(jì)元。盡管早期數(shù)控系統(tǒng)存在可靠性低、編程極為困難、造價(jià)高昂和占地面積數(shù)倍于機(jī)床等一系列不足之處，但是，美國(guó)、日本及其他一些西方國(guó)家，還是看到了其誘人的前景，爭(zhēng)先恐后進(jìn)行研制和開(kāi)發(fā)，不斷投入科研力量，并從計(jì)算機(jī)硬件、軟件技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展中吸取可為數(shù)控系統(tǒng)所用的成果。到70年代末、80年代初，也就是經(jīng)歷了近30年的研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的漫長(zhǎng)過(guò)程，基本解決了上述一系列問(wèn)題，使數(shù)控技術(shù)逐步走向成熟。與此同時(shí)，日本及一些西方國(guó)家政府不失時(shí)機(jī)地采取各種支持措施，大規(guī)模地開(kāi)始了數(shù)控機(jī)床應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。

2 我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展與趨勢(shì)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開(kāi)始了根本性變革，各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家投入巨資，對(duì)現(xiàn)代制造技術(shù)進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，提出了全新的制造模式。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，它集微電子、計(jì)算機(jī)、信息處理、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動(dòng)化等特點(diǎn)，對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前，數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革，由專(zhuān)用型封閉式開(kāi)環(huán)控制模式向通用型開(kāi)放式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎(chǔ)上，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎(chǔ)上，綜合了計(jì)算機(jī)、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù)，數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高速、高精、高效控制，加工過(guò)程中可以自動(dòng)修正、調(diào)節(jié)與補(bǔ)償各項(xiàng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理；在網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上，CAD/CAM與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體，機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了中央集中控制的群控加工。

1）我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展。我國(guó)的數(shù)控技術(shù)發(fā)展過(guò)程可分為四個(gè)階段：第一個(gè)階段是1958到1965年，開(kāi)始研究數(shù)控銑床（電子管控制、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和液力放大器拖動(dòng)的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)），處于試制、試用階段。第二階段是從1965年開(kāi)始，研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)，直到20世紀(jì)60年代末和70年代初。這個(gè)階段的特點(diǎn)是，雖然數(shù)控機(jī)床的數(shù)量和品種不多，但是在少數(shù)復(fù)雜零件的加工中，已開(kāi)始從試驗(yàn)階段進(jìn)入生產(chǎn)試用階段。第三階段為1972年到1979年，是數(shù)控技術(shù)的生產(chǎn)和試用階段，數(shù)控技術(shù)在車(chē)、銑、鉆、鏜、齒輪加工、電加工領(lǐng)域開(kāi)始研究和應(yīng)用；數(shù)控加工中心機(jī)床研制成功；數(shù)控線切割機(jī)床也取得了較大的發(fā)展。第四個(gè)階段是1980年以后，是穩(wěn)定發(fā)展的階段在這個(gè)階段中我國(guó)的數(shù)控技術(shù)水平發(fā)展的很快，研發(fā)出三軸、四軸和五軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控系統(tǒng)，研制了具有工藝處理能力的加工中心，數(shù)控機(jī)床的品種已超過(guò)了600多種，其中金屬切屑機(jī)床的品種的數(shù)控化率已經(jīng)達(dá)到20%以上；2）我國(guó)數(shù)控發(fā)展的趨勢(shì)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，促使常規(guī)的機(jī)械制造；技術(shù)與精密檢測(cè)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)的相互結(jié)合，機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)越來(lái)越合理。其性能、精度和效率更新?lián)Q代加快，這就對(duì)我們的數(shù)控加工提出了更高的要求，使數(shù)控加工不斷朝著高速高精高效化、工藝復(fù)合性和多軸化和智能化的方向發(fā)展。

（1）高速高精高效化。速度、精度和效率是機(jī)械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標(biāo)。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對(duì)式檢測(cè)元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時(shí)采取了改善機(jī)床動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機(jī)床的高速高精高效化已大大提高；

（2）柔性化。包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，功能覆蓋面大，可裁剪性強(qiáng)，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能；

（3）工藝復(fù)合性和多軸化。以減少工序、輔助時(shí)間為主要目的復(fù)合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數(shù)控機(jī)床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺(tái)機(jī)床上一次裝夾后，通過(guò)自動(dòng)換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺(tái)等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工；

（4）智能化。早期的實(shí)時(shí)系統(tǒng)通常針對(duì)相對(duì)簡(jiǎn)單的理想環(huán)境，其作用是如何調(diào)度任務(wù)，以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能則試圖用計(jì)算模型實(shí)現(xiàn)人類(lèi)的各種智能行為?？茖W(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，實(shí)時(shí)系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合，人工智能向著具有實(shí)時(shí)響應(yīng)的、更現(xiàn)實(shí)的領(lǐng)域發(fā)展，而實(shí)時(shí)系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復(fù)雜的應(yīng)用發(fā)展，由此產(chǎn)生了實(shí)時(shí)智能控制這一新的領(lǐng)域。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)時(shí)智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個(gè)主要分支發(fā)展：自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專(zhuān)家控制、學(xué)習(xí)控制、前饋控制等。例如在數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專(zhuān)家系統(tǒng)、故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)、參數(shù)自動(dòng)設(shè)定和刀具自動(dòng)管理及補(bǔ)償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時(shí)的綜合運(yùn)動(dòng)控制中引入提前預(yù)測(cè)和預(yù)算功能、動(dòng)態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達(dá)到最佳控制的目的。

3 我國(guó)數(shù)控發(fā)展的現(xiàn)狀和遇到的問(wèn)題

1）數(shù)控發(fā)展的現(xiàn)狀。目前，中國(guó)機(jī)床工業(yè)廠多人眾。2000年，金切機(jī)床制造廠約358家（20.6萬(wàn)人），成形機(jī)床制造廠191家（約6.5萬(wàn)人），共計(jì)549家（27.1萬(wàn)人）。其中生產(chǎn)數(shù)控金切機(jī)床的約150家，生產(chǎn)數(shù)控成形機(jī)床的約30家，共計(jì)約180家，占廠家總數(shù)的1/3。2001年金切機(jī)床產(chǎn)量19.2萬(wàn)臺(tái)，內(nèi)數(shù)控金切機(jī)床17 521臺(tái)，約占9%?？偟膩?lái)說(shuō)，數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量不斷增長(zhǎng)，2001年為1991年的3.6倍；進(jìn)口量增長(zhǎng)較快，達(dá)29倍，出口量有所增加，但數(shù)目較小，為4.8倍；數(shù)控機(jī)床消費(fèi)量增加較快，達(dá)7.9倍。產(chǎn)量滿足不了社會(huì)發(fā)展的需求。從金額上看，2001年數(shù)控機(jī)床進(jìn)口17 679臺(tái)，計(jì)14.1億美元，出口2 509臺(tái)，計(jì)0.44億美元，進(jìn)口額為出口額之32倍。進(jìn)口大、出口??；

2）我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展遇到的問(wèn)題。我國(guó)數(shù)控機(jī)床經(jīng)歷了多年的發(fā)展，取得了一定的成就，低檔經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床基本實(shí)現(xiàn)自給，但中高檔數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)占有率不高，高檔重型數(shù)控機(jī)床大部分仍然依靠進(jìn)口。的發(fā)展步伐。數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品與發(fā)達(dá)國(guó)家著名企業(yè)相比仍存在一定差距，產(chǎn)品水平的差距主要體現(xiàn)在：（1）技術(shù)創(chuàng)新開(kāi)發(fā)能力薄弱，高級(jí)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)人才嚴(yán)重缺乏。自80年代初至今20余年來(lái)，由國(guó)家支持多家主機(jī)骨干廠（包括齊二機(jī)床），采取引進(jìn)技術(shù)、合作生產(chǎn)，以市場(chǎng)換技術(shù)方式對(duì)我國(guó)機(jī)床產(chǎn)品技術(shù)水平的提高取得了一定的效果，但由于產(chǎn)品理論支撐不夠，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)條件缺乏，高級(jí)科技人才匱乏，新產(chǎn)品研發(fā)仍然主要依靠經(jīng)驗(yàn)及模仿等手段，尖端核心技術(shù)絕大部分還控制在“老外”手里，特別是中高檔產(chǎn)品差距依然明顯；（2）對(duì)行業(yè)總體來(lái)說(shuō)，數(shù)控產(chǎn)品技術(shù)含量不高，產(chǎn)品附加值低，結(jié)構(gòu)不合理，產(chǎn)業(yè)化能力不強(qiáng)；（3）機(jī)床是工作母機(jī)，是裝備工業(yè)的基礎(chǔ)，機(jī)床制造企業(yè)的裝備在裝備制造業(yè)中理應(yīng)是最先進(jìn)的。而實(shí)際是，機(jī)床企業(yè)裝備陳舊落后，行業(yè)裝備數(shù)控化率僅是5%，落后于許多行業(yè)如：汽車(chē)制造、輕紡機(jī)械、電站設(shè)備、重型通用、工程機(jī)械、交通車(chē)輛等機(jī)械加工制造領(lǐng)域企業(yè)。許多大型骨干企業(yè)設(shè)備平均使用超過(guò)20年，用生產(chǎn)普通機(jī)床的裝備來(lái)生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床難以滿足要求；（4）由于產(chǎn)品整體質(zhì)量與國(guó)際先進(jìn)水多年來(lái)我國(guó)國(guó)產(chǎn)機(jī)床市場(chǎng)占有率一直不足50%，2006年進(jìn)口機(jī)床的市場(chǎng)占有率仍達(dá)55.18%，而數(shù)控機(jī)床高達(dá)70%，特別是高檔數(shù)控機(jī)床高達(dá)約90%，這也說(shuō)明我國(guó)機(jī)床產(chǎn)業(yè)在與國(guó)外同行的競(jìng)爭(zhēng)中仍處于劣勢(shì)，機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展步伐滯后于我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)總體水平存在的差距，目前尚沒(méi)有一個(gè)具有國(guó)際知名度的名牌；（5）企業(yè)的服務(wù)意識(shí)不強(qiáng)，服務(wù)體系不健全，對(duì)于中高檔數(shù)控機(jī)床售前售后的服務(wù)要求很高，與國(guó)外廠商相比，市場(chǎng)開(kāi)發(fā)、研究用戶工藝、成套服務(wù)、快速反應(yīng)能力等服務(wù)水平均存在很多差距；（6）為主機(jī)配套的關(guān)鍵功能部件基礎(chǔ)薄弱，質(zhì)量可靠性差，影響國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)業(yè)化。

因此，由于差距的存在，只能說(shuō)明中國(guó)是機(jī)床制造大國(guó)，但不是機(jī)床制造強(qiáng)國(guó)。對(duì)我們機(jī)床制造企業(yè)來(lái)說(shuō)，目前的發(fā)展機(jī)遇非常寶貴，但面臨的挑戰(zhàn)十分嚴(yán)峻，加快發(fā)展國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化已刻不容緩。

4 對(duì)于我國(guó)數(shù)控發(fā)展的建議

中國(guó)今后要加速發(fā)展數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)，既要深入總結(jié)過(guò)往的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，切實(shí)改善存在的問(wèn)題，又要認(rèn)真學(xué)習(xí)國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，沿正確的道路前進(jìn)。建議切實(shí)做好以下幾個(gè)方面：中國(guó)廠多人眾，極需正確的方針、政策對(duì)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展進(jìn)行有力的指引。應(yīng)學(xué)習(xí)美、德、日經(jīng)驗(yàn)，政府高度重視、正確決策、大力扶植。在方針政策上，應(yīng)講究科學(xué)精神、經(jīng)濟(jì)實(shí)效，以切實(shí)提高生產(chǎn)率、勞動(dòng)生產(chǎn)率為原則。在方法上，深入用戶，精通工藝，低中高檔并舉，學(xué)習(xí)日本，首先解決量大而廣的中檔數(shù)控機(jī)床，批量生產(chǎn)，占領(lǐng)市場(chǎng)，減少進(jìn)口，擴(kuò)大出口。在步驟措施上，必須使國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)先進(jìn)、可靠，狠抓產(chǎn)品質(zhì)量與配套件過(guò)關(guān)，打好技術(shù)基礎(chǔ)。近期重在打基礎(chǔ)，建立信譽(yù)，擴(kuò)大國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額，遠(yuǎn)期謀求趕超世界先進(jìn)水平，大步走向世界市場(chǎng)；必須狠抓根本，堅(jiān)持"以人為本"，加速提高人員素質(zhì)、培養(yǎng)各種專(zhuān)家人才，從根本上改變目前低效、落后的狀態(tài)。人是一切事業(yè)成敗的根本，層層都要重視"培才、選才、用才"，建立學(xué)習(xí)型企業(yè)，樹(shù)立企業(yè)文化，加速培育新人，培訓(xùn)在職人員，建立師徒相傳制度，舉辦各種技術(shù)講座、訓(xùn)練班和專(zhuān)題討論會(huì)，甚至聘請(qǐng)外國(guó)專(zhuān)家、顧問(wèn)等，盡力提高數(shù)控。

5 結(jié)論

當(dāng)今世界各國(guó)制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對(duì)動(dòng)態(tài)多變的市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力。此外、世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國(guó)家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來(lái)發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對(duì)我國(guó)實(shí)行封鎖和限制政策。總之，大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國(guó)家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合力。

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