用于實(shí)訓(xùn)教學(xué)的數(shù)控機(jī)床選型策略分析

北京勞動(dòng)保障職業(yè)學(xué)院 魏 巍

前言

根據(jù)教育部最新頒布的《普通高等學(xué)校高等職業(yè)教育（專科）專業(yè)目錄》和《中等職業(yè)學(xué)校專業(yè)目錄》統(tǒng)計(jì)，數(shù)控加工技術(shù)的教學(xué)與實(shí)訓(xùn)所涉及的專業(yè)至少涵蓋高職的裝備制造大類的6類18個(gè)重點(diǎn)專業(yè)以及中職的加工制造類的9個(gè)重點(diǎn)專業(yè)。順應(yīng)我國(guó)從“制造大國(guó)”向“制造強(qiáng)國(guó)”轉(zhuǎn)變的歷史機(jī)遇，幾乎所有中高職院校的機(jī)電類院系都已經(jīng)建設(shè)或正在籌建自有數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)基地（中心、室）項(xiàng)目，規(guī)模雖大小不一，但均需要采購(gòu)批量不等的以數(shù)控機(jī)床為主的實(shí)訓(xùn)設(shè)備，該部分的資金投入一般會(huì)占到數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目建設(shè)總預(yù)算（不含土地費(fèi)用）的60%~70%。而數(shù)控系統(tǒng)堪稱數(shù)控機(jī)床的“大腦”，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到數(shù)控機(jī)床的有效使用。因此，如何為用于數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)教學(xué)的機(jī)床設(shè)備配置最合適的數(shù)控系統(tǒng)及選擇哪些數(shù)控功能選項(xiàng)，一直是中高職院校的機(jī)電類專業(yè)教師在籌建數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)時(shí)最關(guān)注的核心問題之一。在本文中，筆者將結(jié)合國(guó)內(nèi)外主要種類的數(shù)控系統(tǒng)特點(diǎn)，從滿足數(shù)控加工技術(shù)相關(guān)專業(yè)群實(shí)訓(xùn)教學(xué)的課程建設(shè)需求出發(fā)，針對(duì)以機(jī)床為主的職教實(shí)訓(xùn)設(shè)備的數(shù)控系統(tǒng)和功能選型問題作出策略性的分析和探討。

一、國(guó)內(nèi)外主要數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)分析

1.國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)

譬如華中數(shù)控、南方數(shù)控、航天數(shù)控、大森數(shù)控等，發(fā)展至今在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)方面實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)，中檔數(shù)控系統(tǒng)的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化也取得了較大突破。國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)主要應(yīng)用于舊設(shè)備的數(shù)控化改造領(lǐng)域及車、銑類中低端經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)。

2.進(jìn)口品牌數(shù)控系統(tǒng)

大致可分為日系和歐系兩大類。

日系以發(fā)那科為主，輔以三菱、大偎、馬扎克等品牌，在國(guó)內(nèi)的數(shù)控車、銑床和加工中心市場(chǎng)目前擁有較大的市場(chǎng)份額；歐系則以西門子為代表，加上發(fā)格、海德漢、力士樂等品牌，目前占據(jù)國(guó)內(nèi)中高端數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)的主流地位。

3.機(jī)床制造商自行開發(fā)的專用數(shù)控系統(tǒng)

如美國(guó)的哈斯、格里森；日本的馬扎克等公司，他們大多開發(fā)出自己的數(shù)控系統(tǒng)軟件，且擁有專屬的數(shù)控硬件平臺(tái)。

4.以PMAC為代表的開放式數(shù)控系統(tǒng)

它們一般都是在普通的PC工控機(jī)上插入相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)控制卡，可運(yùn)行于Microsoft windows環(huán)境下，用戶可以自由的配置數(shù)控系統(tǒng)的其它軟硬件。適用作研發(fā)專用設(shè)備的系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行二次開發(fā)，很受一些科研院所的實(shí)驗(yàn)室歡迎。

客觀的說，簡(jiǎn)單評(píng)價(jià)某種數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)劣好壞并不科學(xué)。各類數(shù)控系統(tǒng)有其各自特定的市場(chǎng)定位和優(yōu)勢(shì)特色，區(qū)別僅在于市場(chǎng)份額的大小不同而已。

二、影響實(shí)訓(xùn)機(jī)床數(shù)控選型的功能性因素

用于實(shí)訓(xùn)的數(shù)控機(jī)床選型實(shí)質(zhì)上是機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)型號(hào)及其控制功能的選擇的決策過程，應(yīng)與中高職院校相關(guān)專業(yè)系列課程的實(shí)訓(xùn)教學(xué)目標(biāo)和具體需求密切相關(guān)。數(shù)控系統(tǒng)一般由控制單元、伺服驅(qū)動(dòng)和測(cè)量系統(tǒng)三部分組成，所有的數(shù)控功能也是依托這三個(gè)部分的軟硬件配置實(shí)現(xiàn)的。即最終的功能需求決定了機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)軟硬件配置（即招標(biāo)文件中的技術(shù)要求）。一般而言，影響實(shí)訓(xùn)機(jī)床數(shù)控選型的功能性因素包括以下幾點(diǎn)。

1.符合相關(guān)專業(yè)（群）的專業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)和系列課程標(biāo)準(zhǔn)要求

數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)教學(xué)并不簡(jiǎn)單針對(duì)單一專業(yè)或課程，而是涉及多個(gè)專業(yè)門類和系列課程，在數(shù)控選型時(shí)應(yīng)結(jié)合本校的專業(yè)設(shè)置及院系發(fā)展規(guī)劃通盤考慮，注重前置、同步和后續(xù)課程的銜接和匹配。例如：僅就高職專業(yè)的裝備制造大類的機(jī)械設(shè)計(jì)制造類而言，數(shù)控加工就涉及機(jī)械設(shè)計(jì)與制造、機(jī)械制造與自動(dòng)化、數(shù)控技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)、特種加工技術(shù)、材料成型與控制技術(shù)、模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)、機(jī)械裝備制造技術(shù)等9個(gè)專業(yè)；又如，中職的數(shù)控技術(shù)應(yīng)用專業(yè)所開設(shè)的專業(yè)技能課程“數(shù)控車削/銑削技術(shù)訓(xùn)練”的前置課程均包括“CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用”課程，實(shí)訓(xùn)機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)具有與CAD/CAM軟件進(jìn)行通訊和數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌诤凸δ?；此外，該專業(yè)的數(shù)控機(jī)床裝調(diào)與維護(hù)方向課程“數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與維護(hù)”要求實(shí)訓(xùn)機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)硬件應(yīng)最好采用模塊化配置，而盡量回避采用一體機(jī)結(jié)構(gòu)。

2.滿足相關(guān)專業(yè)（群）的職業(yè)技能資格認(rèn)證培訓(xùn)需求

目前，中高級(jí)職業(yè)院校的數(shù)控相關(guān)專業(yè)普遍推行“課證融合”的教學(xué)模式，要求學(xué)生在完成本專業(yè)理論知識(shí)學(xué)習(xí)的同時(shí)，獲取相關(guān)工種不同層次的職業(yè)技能資格證書，如“數(shù)控銑工”“數(shù)控車工”“ 數(shù)控機(jī)床裝調(diào)”等工種的中級(jí)工、高級(jí)工證書。這就要求實(shí)訓(xùn)機(jī)床設(shè)備的數(shù)控功能應(yīng)滿足相關(guān)職業(yè)技能鑒定及相關(guān)培訓(xùn)的需求。例如，數(shù)控系統(tǒng)的位置控制方式（測(cè)量系統(tǒng)）包括開環(huán)、半閉環(huán)、全閉環(huán)三種，“數(shù)控機(jī)床裝調(diào)維修工”的職業(yè)技能鑒定要求學(xué)員能夠正確識(shí)別和區(qū)分這三種測(cè)量系統(tǒng)；所以實(shí)訓(xùn)機(jī)床的測(cè)量系統(tǒng)配置應(yīng)在主機(jī)一致的基礎(chǔ)上按比例選配不同的測(cè)量系統(tǒng)供學(xué)生認(rèn)知。又如，部分?jǐn)?shù)控系統(tǒng)提供的“示教”功能，經(jīng)實(shí)踐證明對(duì)迅速提高學(xué)生的數(shù)控加工操作技能和數(shù)控編程水平效果明顯。

3.執(zhí)行強(qiáng)制性或推薦性的國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求

GB 5226.1-2008 《機(jī)械電氣安全 機(jī)械電氣設(shè)備 第1部分：通用技術(shù)條件》是國(guó)內(nèi)機(jī)床行業(yè)正規(guī)廠商的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品普遍執(zhí)行的國(guó)家強(qiáng)制性安全標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)也被作為目前市場(chǎng)上選購(gòu)機(jī)床產(chǎn)品時(shí)考核機(jī)床安全性的主要依據(jù)。但對(duì)于職業(yè)院校用戶而言，實(shí)訓(xùn)機(jī)床的操作者都是剛剛接觸數(shù)控加工的學(xué)生，無論從安全意識(shí)還是技術(shù)水平考量，均與機(jī)械加工企業(yè)的熟練工人無法比較。因此，職業(yè)院校在對(duì)數(shù)控實(shí)訓(xùn)設(shè)備選型時(shí)應(yīng)同時(shí)參考執(zhí)行原勞動(dòng)和社會(huì)保障部2006年頒布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LD/T 81.1-2006《職業(yè)技能實(shí)訓(xùn)和鑒定設(shè)備通用技術(shù)規(guī)范》，該標(biāo)準(zhǔn)雖不是專為機(jī)床類產(chǎn)品制訂，但適用于所有職業(yè)技能實(shí)訓(xùn)和鑒定設(shè)備。標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于安全、環(huán)保、知識(shí)產(chǎn)權(quán)以及計(jì)算機(jī)輔助實(shí)訓(xùn)軟件等方面的要求，對(duì)實(shí)訓(xùn)機(jī)床設(shè)備的數(shù)控選型具有重要的指導(dǎo)意義。

4.有利于“工學(xué)結(jié)合”教育模式下學(xué)生操作技能的提升

實(shí)訓(xùn)機(jī)床設(shè)備的數(shù)控功能選型應(yīng)符合中高職階段學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)課程的學(xué)情特點(diǎn)，有利于他們實(shí)踐數(shù)控機(jī)床操作技能的提升。中高職學(xué)生的英語水平普遍較差，因此在選擇國(guó)外品牌的數(shù)控系統(tǒng)功能時(shí)，應(yīng)要求提供可中英文切換的操作界面。如果需要在實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所組態(tài)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)選擇數(shù)控系統(tǒng)的工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)接口和軟件。對(duì)于模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)的實(shí)訓(xùn)機(jī)床，則應(yīng)定制數(shù)控系統(tǒng)的多程序預(yù)讀、光滑控制、輪廓優(yōu)化等高級(jí)選項(xiàng)功能，以適應(yīng)該專業(yè)對(duì)工件表面粗糙度的較高要求。

三、影響實(shí)訓(xùn)機(jī)床數(shù)控選型的非功能性因素

實(shí)訓(xùn)機(jī)床的數(shù)控功能適用性雖然是選型時(shí)重要的限制性因素，但目前市場(chǎng)同檔次數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品的性能指標(biāo)高度趨同，所以最終決定實(shí)訓(xùn)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)配置的往往是一些非功能性因素。

1.品牌因素

國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的數(shù)控系統(tǒng)兩大品牌都來自國(guó)外：FANUC和SIEMENS。前者在整個(gè)機(jī)床行業(yè)占有六成以上的市場(chǎng)份額，但主要局限在中低端市場(chǎng)；后者占據(jù)了高中端市場(chǎng)的多數(shù)份額。從區(qū)域上看，南方民營(yíng)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)對(duì)日系數(shù)控系統(tǒng)較為青睞；而北方地區(qū)則偏重于歐系數(shù)控系統(tǒng)。國(guó)產(chǎn)系統(tǒng)中，以華中數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)水平較高。

2.價(jià)格因素

激烈競(jìng)爭(zhēng)的數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)，迫使機(jī)床制造廠家的設(shè)計(jì)人員在面對(duì)檔次和性能接近的數(shù)控系統(tǒng)時(shí)，必然傾向于選擇價(jià)格較低的品牌。尤其是對(duì)經(jīng)濟(jì)型或普及型數(shù)控機(jī)床而言，其數(shù)控系統(tǒng)價(jià)值在整機(jī)售價(jià)中所占的成本比例已接近30%~40%。價(jià)格因素在實(shí)訓(xùn)機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)選型時(shí)就顯得尤其敏感。

3.系統(tǒng)可靠性

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，與數(shù)控系統(tǒng)相關(guān)的故障是數(shù)控機(jī)床主要的故障源之一。因此，數(shù)控系統(tǒng)的可靠性問題是設(shè)備采購(gòu)是系統(tǒng)選型時(shí)必須考慮的因素，特別是對(duì)數(shù)控系統(tǒng)在惡劣電磁環(huán)境中的抗干擾能力以及系統(tǒng)的自診斷功能。應(yīng)向機(jī)床制造商提出專門的數(shù)控系統(tǒng)可靠性指標(biāo)要求，如機(jī)床的平均無故障時(shí)間（MTBF）。

4.系統(tǒng)開放性

數(shù)控系統(tǒng)的開放性，既體現(xiàn)在與周邊輔助設(shè)備的兼容上，也體現(xiàn)在能否方便地在數(shù)控系統(tǒng)的硬件平臺(tái)上集成第三方軟件。如果后期有對(duì)實(shí)訓(xùn)設(shè)備升級(jí)改造的需求，應(yīng)要求機(jī)床制造商在數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)置CPU的配置及可擴(kuò)展的外部I/O點(diǎn)數(shù)等預(yù)留足夠的設(shè)計(jì)裕量。這些預(yù)留配置也可以作為數(shù)控系統(tǒng)調(diào)試維修、PLC控制技術(shù)等專業(yè)課程實(shí)訓(xùn)的硬件平臺(tái)。

5.貿(mào)易條件

除上述價(jià)格因素外，機(jī)床制造商在標(biāo)書及合同中對(duì)不同數(shù)控系統(tǒng)配置所承諾的其它貿(mào)易條件，如交貨期，付款方式，質(zhì)保期，出口許可證，售后服務(wù)，技術(shù)支持等也在相當(dāng)程度上影響到數(shù)控選型。

在現(xiàn)實(shí)中，影響機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)選型的因素還有很多，譬如機(jī)床廠商的資質(zhì)，市場(chǎng)占有率（壟斷程度），交易各方的合作關(guān)系，國(guó)家的政策導(dǎo)向，技能大賽的設(shè)備系統(tǒng)配置等。

四、對(duì)職業(yè)院校的實(shí)訓(xùn)機(jī)床設(shè)備采購(gòu)提出幾點(diǎn)建議

很多職業(yè)院校在籌建數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)時(shí)，對(duì)于擬采購(gòu)數(shù)控機(jī)床的種類、數(shù)量、機(jī)械性能，工藝要求等均已有了相當(dāng)程度的了解。但對(duì)于機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)及其功能選型則存在一定的盲目性。在此，筆者提出幾點(diǎn)建議，謹(jǐn)供參考。

1.重視前期的市場(chǎng)調(diào)研；

數(shù)控實(shí)訓(xùn)設(shè)備的招標(biāo)采購(gòu)前，一般應(yīng)該做廣泛深入的市場(chǎng)調(diào)研，調(diào)研的對(duì)象包括主要備選的機(jī)床制造商、學(xué)生就業(yè)區(qū)域范圍內(nèi)的機(jī)械加工企業(yè)、兄弟院校已建成的數(shù)控實(shí)訓(xùn)基地、當(dāng)?shù)芈殬I(yè)技能鑒定機(jī)構(gòu)、國(guó)家及省級(jí)職業(yè)技能大賽的組織方與承辦單位等。

2.合理配置各種數(shù)控系統(tǒng)的比例

基于目前國(guó)內(nèi)主要數(shù)控系統(tǒng)的市場(chǎng)占有率現(xiàn)狀，不宜選用單一品牌的數(shù)控系統(tǒng)配置，更不能搞成“萬國(guó)博覽會(huì)”。建議按4∶4∶2的比例配置FANUC、SIEMENS和其他數(shù)控系統(tǒng)，其中FANUC或SIEMENS兩種系統(tǒng)應(yīng)盡量集中在某一種類的數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控車床全部采用FANUC系統(tǒng)，數(shù)控銑床（或加工中心）全部采用SIEMENS系統(tǒng)；剩余的20%份額主要用于采購(gòu)諸如五軸加工中心等高端數(shù)控設(shè)備，也可以部分選擇華中等國(guó)產(chǎn)品牌的數(shù)控系統(tǒng)，用于國(guó)家職業(yè)技能大賽的培訓(xùn)用機(jī)。

3.根據(jù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)與培訓(xùn)的實(shí)際需求恰當(dāng)選擇數(shù)控系統(tǒng)的功能配置

數(shù)控機(jī)床的功能配置高低往往與價(jià)格密切相關(guān)。既要避免片面追求配置高、功能全；又要為后期的功能擴(kuò)展留有接口和I/O資源。應(yīng)將必需的數(shù)控選項(xiàng)功能訂全，不能遺漏，同時(shí)也要避免因片面追求過高的性能指標(biāo)，以致造成不必要的資金浪費(fèi)。

4.在數(shù)控機(jī)床選型時(shí)注重其長(zhǎng)期運(yùn)行成本的估算；

在計(jì)算數(shù)控機(jī)床的投資回報(bào)率時(shí)，既要計(jì)算一次性采購(gòu)成本，還要加上其長(zhǎng)期的運(yùn)行成本，包括能耗費(fèi)用，人員工資，維修費(fèi)用等。技術(shù)成熟的主流系統(tǒng)，雖然初次購(gòu)置費(fèi)用會(huì)有所增加，但可以保證相對(duì)較長(zhǎng)時(shí)期的備件供應(yīng)。同樣道理，應(yīng)盡量避免選購(gòu)二手的進(jìn)口數(shù)控設(shè)備。

5.盡量選擇與原有數(shù)控設(shè)備相同的數(shù)控系統(tǒng)品牌

采購(gòu)新機(jī)床設(shè)備時(shí)，優(yōu)先考慮選擇與原有數(shù)控設(shè)備相同的數(shù)控系統(tǒng)品牌?？梢詼p少原有操作人員和維修人員的培訓(xùn)費(fèi)用和時(shí)間，盡早使新機(jī)床投入使用產(chǎn)生效益；因人為操作原因造成的機(jī)床故障發(fā)生幾率也會(huì)大大降低；原有的零件程序一般都可以不經(jīng)修改直接調(diào)用。

6.數(shù)控系統(tǒng)的可靠性和售后服務(wù)質(zhì)量對(duì)院校用戶至關(guān)重要

對(duì)于職業(yè)院校實(shí)訓(xùn)用的數(shù)控機(jī)床而言，可靠性和售后服務(wù)質(zhì)量往往比精度和剛性更重要，因?yàn)閷?shí)訓(xùn)用的試件多為鑄鐵件、鋁件甚至蠟件，切削負(fù)載很小。建議院校用戶在設(shè)備采購(gòu)前的調(diào)研中重視用戶對(duì)相關(guān)數(shù)控機(jī)床的可靠性評(píng)價(jià)，并以此作為選型的重要參考依據(jù)。盡量選擇信譽(yù)度較好的機(jī)床廠商，以保證獲得快捷專業(yè)的售后服務(wù)保障。

[1] 李程.數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)應(yīng)注意的問題及相關(guān)對(duì)策向[J].新教育時(shí)代電子雜志（教師版）,2014(8).

[2] 高文會(huì).關(guān)于高職院校數(shù)控實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)的探討[J].長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2007(6).

[3] 魏巍.機(jī)床產(chǎn)品的數(shù)控系統(tǒng)選型策略分析[J].現(xiàn)代模具,2007(1).