工業(yè)的基礎(chǔ)是裝備制造業(yè)，裝備制造業(yè)的“母機(jī)”是數(shù)控加工設(shè)備，數(shù)控加工設(shè)備最為核心的關(guān)鍵部件是號(hào)稱“大腦”的數(shù)控系統(tǒng)，而五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床又被稱為數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域“皇冠上的明珠”，是各國(guó)核心支柱制造行業(yè)不可或缺的“戰(zhàn)略物資”級(jí)關(guān)鍵裝備。
在國(guó)務(wù)院國(guó)有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會(huì)指出應(yīng)加強(qiáng)的關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)領(lǐng)域中，“工業(yè)母機(jī)”排在高端芯片、新能源汽車之前，重要性不言而喻。面對(duì)日趨復(fù)雜的國(guó)際環(huán)境，唯有通過自主創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)突破，真正完成高端“工業(yè)母機(jī)”的自主可控，才能有效助力我國(guó)制造業(yè)的整體提升與發(fā)展。
數(shù)控系統(tǒng) 破局之源
如果將替代人工的數(shù)控機(jī)床看作人體，那么傳感器群組相當(dāng)于神經(jīng)系統(tǒng)與感官，床體結(jié)構(gòu)相當(dāng)于骨骼，電機(jī)及驅(qū)動(dòng)相當(dāng)于肌肉，而數(shù)控系統(tǒng)，則扮演著大腦的重要角色。數(shù)控系統(tǒng)（Numerical Control System）是根據(jù)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的控制程序，執(zhí)行部分或全部數(shù)值控制功能，并配有接口電路和伺服驅(qū)動(dòng)裝置的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
通過利用數(shù)字、文字和符號(hào)組成的數(shù)字指令來實(shí)現(xiàn)一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)械設(shè)備動(dòng)作控制，它所控制的通常是位置、角度、速度等機(jī)械量和開關(guān)量。數(shù)控系統(tǒng)的起源可以追溯到20世紀(jì)50年代初，迄今已經(jīng)歷了半個(gè)多世紀(jì)、六個(gè)階段的發(fā)展歷程，六個(gè)階段分別是第一代電子管數(shù)控系統(tǒng)、第二代晶體管數(shù)控系統(tǒng)、第三代集成電路數(shù)控系統(tǒng)、第四代小型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)、第五代微型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，目前正在發(fā)展第六代PC數(shù)控系統(tǒng)。
不難看出，數(shù)控系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)及IT的發(fā)展歷程緊密相關(guān)。目前，國(guó)際主流高檔數(shù)控系統(tǒng)基本采用NC（Numeric Control，數(shù)值控制）+PC（Personal Computer，個(gè)人計(jì)算機(jī)）結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是第五代數(shù)控系統(tǒng)向第六代數(shù)控系統(tǒng)的過渡型技術(shù)之一，其核心仍是第五代數(shù)控系統(tǒng)的嵌入式NC結(jié)構(gòu)，80%以上的數(shù)控系統(tǒng)功能通過NC實(shí)現(xiàn)，其NC單元實(shí)時(shí)性較高，實(shí)時(shí)控制周期可以達(dá)到0.5ms。
PC只完成必需的人機(jī)交互、數(shù)據(jù)通信和較少一部分計(jì)算功能。采用這一結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)算能力和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力偏弱，較難實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的智能算法，且開放性、擴(kuò)展性、兼容性均有較大限制。另有部分?jǐn)?shù)控系統(tǒng)采用PC+現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)，通過PC完成主要的數(shù)控計(jì)算功能，再將指令通過現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)送到電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制。
該結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)場(chǎng)總線的方式，在分布式控制方面有一定優(yōu)勢(shì)，但現(xiàn)場(chǎng)總線軟件定時(shí)的實(shí)時(shí)性能不高，能實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)控制周期在1ms以上，對(duì)比主流高檔數(shù)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制周期達(dá)到的0.5ms，差距很大，這直接影響著數(shù)控系統(tǒng)的高精度和高速性能。與此同時(shí)，該結(jié)構(gòu)在智能算法的實(shí)現(xiàn)，以及開放性、擴(kuò)展性、兼容性方面同樣存在短板。
由此可見，在基于高性能PC的第六代PC數(shù)控系統(tǒng)上必定具備五個(gè)重要的基本性能，第一是強(qiáng)實(shí)時(shí)性，第二是強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，第三是強(qiáng)大的數(shù)據(jù)通信能力，第四是智能性，第五是兼具開放性、擴(kuò)展性、兼容性與集成性。此外，第六代PC數(shù)控系統(tǒng)對(duì)于軟件實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)要求很高，基于DOS、Linux或Android最多達(dá)到1ms的實(shí)時(shí)控制周期要求，Windows實(shí)時(shí)性只能到55ms以上，因此選擇合適的實(shí)時(shí)軟件操作系統(tǒng)是自主研制高檔數(shù)控系統(tǒng)的根本基礎(chǔ)。
高檔數(shù)控系統(tǒng)是高端數(shù)控機(jī)床的控制核心，其作為高端數(shù)控機(jī)床的大腦，是國(guó)外眾多高端數(shù)控機(jī)床企業(yè)的重要戰(zhàn)略布局方向。高檔數(shù)控系統(tǒng)研制難度極高、技術(shù)性極強(qiáng)，一直被西方國(guó)家作為重要的“戰(zhàn)略物資”實(shí)施出口限制。
根據(jù)中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)，目前我國(guó)整機(jī)配套的中高檔功能部件大量依賴進(jìn)口，國(guó)內(nèi)高檔系統(tǒng)自給率不到10%，約90%依賴進(jìn)口，其中從日本進(jìn)口最多，約占三分之一，國(guó)產(chǎn)中高檔數(shù)控系統(tǒng)加起來不到30%。
這就為西方國(guó)家牽制我國(guó)制造業(yè)重要領(lǐng)域的發(fā)展提供了很大的“運(yùn)作空間”。從根源扭轉(zhuǎn)被動(dòng)，成為我國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的當(dāng)務(wù)之急。
消除隱患 時(shí)不我待
在國(guó)務(wù)院國(guó)有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會(huì)指出應(yīng)加強(qiáng)的關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)領(lǐng)域中，“工業(yè)母機(jī)”排在高端芯片、新能源汽車之前，其重要性和緊迫性可見一斑。沒有EUV（極紫外線）光刻機(jī)，無法生產(chǎn)7nm以下的芯片，但至少可以采用28nm~90nm的芯片從事生產(chǎn)。
但若沒有“工業(yè)母機(jī)”，高端制造業(yè)的升級(jí)就無從談起，航空航天、導(dǎo)彈等所有高端裝備都將備受掣肘。在一般的機(jī)器制造中，“工業(yè)母機(jī)”所擔(dān)負(fù)的加工工作量占機(jī)器總制造工作量的40%~60%。下游客戶包括傳統(tǒng)機(jī)械工業(yè)、模具行業(yè)、汽車工業(yè)、電力設(shè)備、鐵路機(jī)車、船舶制造、航空航天工業(yè)、石油化工、工程機(jī)械、電子信息技術(shù)工業(yè)，以及其他加工工業(yè)，涉及加工制造的金屬領(lǐng)域都需要“工業(yè)母機(jī)”。
數(shù)控機(jī)床的品種、質(zhì)量和加工效率直接影響著其他機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)水平，因此，機(jī)床工業(yè)的現(xiàn)代化水平和規(guī)模，是衡量一個(gè)國(guó)家核心制造能力的標(biāo)準(zhǔn)之一。高端數(shù)控機(jī)床更被譽(yù)為“國(guó)之重器”，但目前國(guó)內(nèi)高端產(chǎn)品自給率不足10%。
“工業(yè)母機(jī)”之上，承載的是中國(guó)高端制造業(yè)的星辰大海?！肮I(yè)母機(jī)”被“卡脖子”，就是中國(guó)制造業(yè)被“卡脖子”。當(dāng)前，由于美國(guó)牽頭并聯(lián)合40余個(gè)國(guó)家共同制訂“瓦森納協(xié)定”的嚴(yán)格限制，在以五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床為代表的高檔數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域持續(xù)對(duì)我國(guó)實(shí)行技術(shù)封鎖和產(chǎn)品禁運(yùn)，其他部分高檔數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品雖可通過正常渠道進(jìn)入我國(guó)相關(guān)行業(yè)，但仍具有很多隱患。
第一，進(jìn)口的高端設(shè)備中基本都配備有GPS模塊，嚴(yán)格限制了設(shè)備的使用地點(diǎn)，同時(shí)具有“遠(yuǎn)程操控后門”的隱患；
第二，進(jìn)口高端設(shè)備通常需要提供設(shè)備的國(guó)家嚴(yán)格審查，基本上只能用于民用產(chǎn)品和普通工業(yè)品生產(chǎn)，嚴(yán)格限制應(yīng)用于軍工等重點(diǎn)行業(yè)；
第三，進(jìn)口的設(shè)備一般都會(huì)在功能和性能上做出限制，無法達(dá)到全功能和高端性能的使用狀態(tài)；
第四，高端設(shè)備配套的軟件和工具包同樣受限，嚴(yán)重影響使用效果；
第五，設(shè)備的維護(hù)維修很困難，費(fèi)用也極高，造成高額使用成本的問題；
第六，購(gòu)買高檔數(shù)控機(jī)床設(shè)備的企業(yè)，必須允許機(jī)床企業(yè)的人員隨時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)考察。我國(guó)軍事工業(yè)、航空航天、船舶重工、發(fā)電能源、交通運(yùn)輸?shù)戎е袠I(yè)長(zhǎng)期依靠從國(guó)外進(jìn)口的高檔數(shù)控機(jī)床來完成核心關(guān)鍵部件的加工制造，由于國(guó)外在此領(lǐng)域長(zhǎng)期對(duì)我國(guó)進(jìn)行技術(shù)封鎖和產(chǎn)品禁運(yùn)，為獲得相關(guān)設(shè)備，需耗費(fèi)大量資金和各類資源，對(duì)我國(guó)高端制造業(yè)發(fā)展一直具有極大限制，嚴(yán)重制約著我國(guó)高端制造業(yè)的快速提升和發(fā)展。
唯有通過自主創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)突破，真正完成高端“工業(yè)母機(jī)”的自主可控，才能有效助力我國(guó)制造業(yè)的整體提升與發(fā)展。因此，應(yīng)盡快通過制定相應(yīng)政策及措施來積極應(yīng)對(duì)。
革故鼎新 對(duì)癥下藥
近十余年，國(guó)家在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域進(jìn)行了長(zhǎng)期的科研提升支持計(jì)劃，雖然取得一定進(jìn)步，但仍未能實(shí)現(xiàn)高檔數(shù)控機(jī)床的本地化發(fā)展目標(biāo)。
特別是最近兩年，隨著國(guó)際政治局勢(shì)的風(fēng)云突變，“工業(yè)母機(jī)”的關(guān)鍵性愈發(fā)凸顯。必須客觀承認(rèn)，高檔數(shù)控機(jī)床技術(shù)從細(xì)分技術(shù)點(diǎn)到整體技術(shù)體系確實(shí)非常難突破，但這不應(yīng)成為相關(guān)從業(yè)者的理由和借口，所以深入一線調(diào)研，進(jìn)一步剖析深層次原因，是“工業(yè)母機(jī)”技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)提升所需的第一步重點(diǎn)工作，只有找到“病根”才能對(duì)癥下藥。
開展深度調(diào)研 制定合理規(guī)劃
長(zhǎng)期以來，國(guó)內(nèi)機(jī)床企業(yè)和相關(guān)科研團(tuán)隊(duì)一直以機(jī)械設(shè)計(jì)、制造和裝配技術(shù)（機(jī)械床身結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)）為核心，以仿制國(guó)外先進(jìn)技術(shù)為目標(biāo)，忽視了對(duì)數(shù)控機(jī)床的“大腦”——數(shù)控系統(tǒng)，以及電機(jī)、傳感器、軟件等關(guān)鍵內(nèi)容的深入研究。
而國(guó)外的相關(guān)技術(shù)是連續(xù)幾十年積累，從低端起步逐步上升至現(xiàn)有水平的結(jié)果，無法在短期內(nèi)快速仿制成功。我國(guó)政府從國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略的高度定下了“工業(yè)母機(jī)”全部自主可控且實(shí)現(xiàn)本地化發(fā)展的目標(biāo)，但在當(dāng)前的基礎(chǔ)上，想要在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，只有在充分且深入調(diào)研國(guó)內(nèi)基本情況的前提下，不以“出身”“頭銜”和“規(guī)?！睘樵u(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，切實(shí)找到在關(guān)鍵軟硬件領(lǐng)域已經(jīng)取得實(shí)質(zhì)突破的企業(yè)和科研團(tuán)隊(duì)，針對(duì)我國(guó)制造業(yè)急需的各層級(jí)裝備需求，以國(guó)家利益為首，打破阻礙和限制，重新建立分層級(jí)、分目標(biāo)的攻堅(jiān)團(tuán)隊(duì)，充分發(fā)揮企業(yè)、科研院所和大專院校的已有優(yōu)勢(shì)，明確分工，全力實(shí)現(xiàn)突破。
有效整合現(xiàn)有資源 形成合力開展攻堅(jiān)
以近期全新建立的中國(guó)機(jī)床產(chǎn)業(yè)鏈為基礎(chǔ)，依托國(guó)家相關(guān)部門的深度支持，在深入調(diào)研和分析的基礎(chǔ)上，整合數(shù)控機(jī)床企業(yè)和關(guān)鍵部件企業(yè)，集中優(yōu)勢(shì)兵力，在高檔數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)全新突破。
建立關(guān)鍵部件攻堅(jiān)小組、床身結(jié)構(gòu)創(chuàng)新組、加工制造工藝優(yōu)化組、新產(chǎn)品設(shè)計(jì)組、質(zhì)量監(jiān)控組等具體攻堅(jiān)團(tuán)隊(duì)，各組內(nèi)合理配備項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、總體專家、研發(fā)工程師、應(yīng)用工程師、高級(jí)技工，形成完整建制，并建立長(zhǎng)效溝通機(jī)制，針對(duì)我國(guó)制造業(yè)急需的重點(diǎn)“卡脖子”裝備，開展全面攻堅(jiān)工作。
針對(duì)“工業(yè)母機(jī)”的擴(kuò)展領(lǐng)域，進(jìn)一步整合國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)、科研院所和大專院校的優(yōu)勢(shì)資源，推動(dòng)特種專用數(shù)控加工設(shè)備、高端電子產(chǎn)品制造設(shè)備等方面的高質(zhì)量發(fā)展，形成廣義的“工業(yè)母機(jī)”技術(shù)攻關(guān)發(fā)展機(jī)制，逐步實(shí)現(xiàn)“換道超車”的創(chuàng)新發(fā)展體系，為在更多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)對(duì)國(guó)外技術(shù)的“超越”打下良好的科研基礎(chǔ)。
充分利用現(xiàn)有成果 實(shí)現(xiàn)快速突破
在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，企業(yè)一線專家聯(lián)合科研院所與大專院校專家，通過全面評(píng)價(jià)，甄別出相關(guān)技術(shù)的真實(shí)科研成果，動(dòng)員擁有成果的企業(yè)或科研團(tuán)隊(duì)，通過政府和社會(huì)力量聯(lián)合推動(dòng)體制，采用“混改”或其他方式，并提供合理的回報(bào)，形成協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制，快速集成和組合，在“工業(yè)母機(jī)”的各個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品化和產(chǎn)業(yè)化。
對(duì)于具備基礎(chǔ)科研成果，但尚未直接落地的科研成果，政府和社會(huì)資本可以進(jìn)行投資和扶持工作，幫助成果持有方進(jìn)一步孵化落地，形成具有“碗里的、盤里的、鍋里的、地里的”不同成熟度的科研成果催化機(jī)制，為持續(xù)提升的“專精特新”階梯型創(chuàng)新體系打下良好基礎(chǔ)。通過建立長(zhǎng)效的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)策略，合理推動(dòng)“工業(yè)母機(jī)”領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展。
針對(duì)不同需求 細(xì)分市場(chǎng)定位
“工業(yè)母機(jī)”的分類廣泛，拓展領(lǐng)域具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景，但若將目光匯聚在高端領(lǐng)域這一根“獨(dú)木橋”，必定會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的資源浪費(fèi)、惡性競(jìng)爭(zhēng)、排斥異己、拔苗助長(zhǎng)等問題，因此引導(dǎo)相關(guān)從業(yè)人員發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，針對(duì)不同層面需求，細(xì)分市場(chǎng)定位，專注發(fā)力于各自擅長(zhǎng)領(lǐng)域，才是最為合理和有效的方式之一。
通過緊密結(jié)合制造業(yè)發(fā)展趨勢(shì)、各企業(yè)掌握的市場(chǎng)信息和具體行業(yè)的需求信息，理清“工業(yè)母機(jī)”的各級(jí)市場(chǎng)需求，確定正確的細(xì)分市場(chǎng)，幫助企業(yè)找到適合自己的市場(chǎng)定位和發(fā)展目標(biāo)。
這是一項(xiàng)非常重要但耗時(shí)較多的工作內(nèi)容。做好這項(xiàng)工作，將對(duì)我國(guó)“工業(yè)母機(jī)”長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略的可行性實(shí)施產(chǎn)生重要影響。
逐步建立人才梯隊(duì) 針對(duì)性持續(xù)發(fā)展
我國(guó)目前的教育分類體制，在“數(shù)控技術(shù)”方面存在一定的不足之處。
“數(shù)控技術(shù)”專業(yè)，一方面出現(xiàn)在中專技校階段，但是以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為主；另一方面出現(xiàn)在碩士研究生以上階段，大學(xué)本科階段的專業(yè)缺失是一個(gè)嚴(yán)重的問題，沒有系統(tǒng)的理論教學(xué)，研究生階段也只能靠自學(xué)為主，短短兩三年時(shí)間的學(xué)習(xí)不足以支持在數(shù)控領(lǐng)域開展相關(guān)科研工作。
沒有系統(tǒng)的理論學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，進(jìn)入工作崗位后從事相關(guān)的技術(shù)研發(fā)，同樣會(huì)出現(xiàn)“捉襟見肘”的情況。沒有良好且數(shù)量足夠的基礎(chǔ)人才隊(duì)伍，很難篩選出優(yōu)秀的“苗子”進(jìn)行持續(xù)創(chuàng)新科研，這種局面也是阻礙我國(guó)“工業(yè)母機(jī)”快速發(fā)展的嚴(yán)重制約因素。
根據(jù)市場(chǎng)需求和企業(yè)發(fā)展的實(shí)際需求，企業(yè)內(nèi)部的研發(fā)部門更適合從事長(zhǎng)期持續(xù)的科研工作，因此“工業(yè)母機(jī)”的科研人才梯隊(duì)建設(shè)可以考慮企業(yè)合理聯(lián)合科研院所和大專院校的方式，通過深入開展人才梯隊(duì)建設(shè)，保證我國(guó)“工業(yè)母機(jī)”技術(shù)的長(zhǎng)效提升。
