高端數控機床 才是中國的命門

一、數控產業對基礎工業與製造業的影響

(一)數控產業基本內容

什麼是數控?通常意義上認為是計算機數字控制的簡稱,即CNC(Computer Numerical Control);

什麼是數控機床?數字控制機床,一種裝有程序控制系統的自動化機床;被尊稱為“工業母機”;

什麼是數控系統?利用數字指令控制機器動作的系統,常用受控對象包括位移、角度、速度、力等模擬量和電流、功率、扭矩等數字量;也就是說,用數控系統控制加工的機床,就是數控機床。數控機床應該算是工業自動化最基本的製造單元了。

什麼是數控產業?一般泛指數控機床產業。但本人認為,除數控機床外,數控產業還應包括數控系統、伺服驅動器、電機、傳感器、執行部件、機床本體和機床製造工藝、機床加工工藝等內容,涵蓋了機械、電子、控制、自動化、軟件、材料、工藝等學科。數控產業是一個集資金密集型、勞動力密集型、知識密集型等於一體的產業,如果把數控機床比作一個人的話,數控系統是人的大腦,伺服驅動器是人的肌肉,電機是人的關節,傳感器是人的眼睛,執行部件(迴轉工作臺或擺角銑頭)是人的手腳,機床本體(床身/裸機)是人的骨架。通俗地講,數控機床的出現就是替代了人的手工操作,使得生產製造更規範、更專業、一致性好,不依賴於人力。但其為工藝服務的本質是不變的。

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什麼是機床製造工藝?機床製造工藝是指機床的生產製造過程,機床加工工藝是指機床加工零部件的使用過程,其中有一些關鍵概念,常見包括:1) 五軸聯動:準確地說是五座標聯動。核心是刀尖點旋轉編程(RTCP),意思是刀尖點可以到達空間中任意位置,作用是可實現空間任意曲面的加工,例如船用推進器的螺旋槳,汽車增壓器葉輪、飛機發動機整體葉盤、汽輪機和燃機用葉片等關鍵工業零件。換句話說,就是複雜的自由曲面,沒有這個功能就不能由圖紙變成實物。2) 複合加工:多種工藝手段在工件一次裝卡下完成,例如車銑複合、車削複合、銑削複合、磨削複合、增材製造(3D打印)與金切製造複合(加減一體化製造)等,是最大限度地提升工藝能力、保證加工精度的製造方式;尤其是加減一體化製造,對未來的影響極其重要,例如飛機異形結構件、魚雷推進器等。

很多軍事工業技術的源頭都有數控產業技術的身影,例如:航母用的電磁彈射技術,其技術原型就是數控產業的直線電機技術;中國的直線電機技術,現在已經基本成熟了。

所以我們新建的航母採用電磁彈射,完全沒有技術障礙,只存在工程解決方案的問題。美國IPG(阿帕奇)公司生產的1KW小型激光器禁止對華出口,因為它的另一個用途是具備殺傷性的激光槍。這種1KW小型激光器的大小,比我們常用的激光筆大不了多少。

抗日戰爭時期,日本對東北三省進行的高精度測繪。其精確度非常之高,因為它採用了一個叫光柵的測量元件。目前,全球光柵產業商業化最成熟的兩家公司,一家是德國的海德漢公司,一家是英國的雷尼紹公司。這兩家公司幾乎壟斷了光柵技術的全球市場。而當下中國的數控產業只能採購到基本測量水平的光柵,高精度的光柵是對華禁售的。

(二)數控產業現狀和趨勢

數控產業目前以美國、德國、日本、瑞士等國家為技術領先者。

美國在電子信息方面佔據壟斷地位,全球的芯片和實時控制軟件幾乎都來自於美國。同時,美國製造業的發展得益於軍事工業,尤其是航空航天產業發展的拉動。德國的製造業由大量掌握技術訣竅的中小企業支撐,由西門子等大型企業牽引,機械、電子、材料、工藝等各方面技術都發展非常均衡。也得益於戰爭經濟的驅動。日本的製造業是在模仿創新(學習英國、德國、美國等)的基礎上,由戰爭驅動的典型,尤其是其二戰後,在美國的幫助下,技術經濟得以快速發展。

如果說德國是精密和品質的代名詞,那麼瑞士的代名詞就是極致。在數控產業,同種類、同規格的系列產品中,瑞士產品的價格基本是德國產品價格的2~3倍左右。其它接近第一陣營的還有英國、法國、意大利、奧地利、瑞典和部分前獨聯體國家等。

從市場上看,中國是全球機床產量最大的、採購額最高的國家,但銷售額卻不是前列。因為在高檔機床領域,中國尚不能實現自給自足。所以中國主要是從上述國家進口機床,尤其是美日德。

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(三)數控產業與製造業企業的系統性影響

製造業企業的生產製造飽和能力是由數控產業決定的。不論何種製造業企業,其生產工具或生產資料,都直接或間接的需要數控機床作為母機,參與生產過程。因此,製造業企業的生產極限,主要由數控產業決定。例如,汽車工業,汽車的產能受制於零部件的產能和裝配效率,而零部件則幾乎全部是由數控機床加工生產的,國內汽車整車廠和零部件廠,凡是精密加工環節,幾乎都來自於進口機床,所以數控機床的產出效率和質量,決定了汽車的產能和質量。

製造業企業的生產製造工藝體系是由數控產業決定的。由於我國不具備成熟的高檔數控機床研製能力,因此,製造業企業在制定生產製造工藝的時候,只能選擇進口機床或者裝配了進口數控系統的國產機床來加工工件。因此,用戶制定的製造工藝直接受制於數控系統的功能開放程度。簡言之,我們的想法再好,還需要進口產品的支持,想法才能變成現實。

製造業企業的技術改造升級或者技術產品迭代受制於數控產業。在利用原有數控機床實現技術改造升級或者技術產品迭代的過程中,數控系統軟件功能和開放程度直接影響其實現;而在數控機床或數控機床核心部件改進升級的時候,製造業企業為了保障自身的製造能力和製造優勢,往往不得不對現有的生產裝備進行改造升級或者新購置。

製造業企業的基礎技術工人隊伍的知識和技能體系受制於數控產業。數控系統的品牌體系和功能體系直接決定了基礎技術工人隊伍的知識體系和操作技能,例如使用日本發那科(FANUC)習慣的技工,同樣方法就操作不了德國西門子(Siemens)產品。為了降低管理成本,積累技工經驗和進行知識系統集成管理,企業所有數控產品可能全部採用同一個品牌的數控系統,技術工人只能掌握和使用同一品牌系統的功能。這一條是很致命的。我們很多的現場技術工人,如果給他換一個品牌的數控系統,他就真的不會幹活了,所以,我們的產業工人都成為了國外技術的“奴隸”。

製造業企業的生產製造安全受制於數控產業。製造業企業的生產製造安全,尤其是信息和數據安全,一切都是由數控機床決定的,所有的加工過程、加工數據、產量信息等等,一切都沒有祕密可言,完全被數控系統所掌握。

古語云:“工欲善其事,必先利其器。”此“器”即為數控機床,尤其是高檔數控機床。沒有製造高檔機床的能力,在所有後發製造的環節上,我們都會受制於人。

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二、數控產業關係國家戰略、經濟、工業安全

(一)國家戰略安全:主要反映在軍事安全上。高檔數控機床以及其關鍵部件(高檔數控系統等)都屬於國家戰略物資,禁止公開國際採購。我們國家軍工企業進口的高檔數控機床,少則倒手兩三次,多則倒手五六次,方才能夠買回,而且沒有任何售後服務。一旦爆發戰事,我們的軍工廠應該如何應對?

(二)國家經濟安全:我們國家的製造業雖然門類齊全,但是並不具備獨立自主的生產能力,關鍵部件和關鍵裝備、設備依然大量依賴進口。經濟體系不能獨立穩定運行,例如外採的鐵礦石、原油、民航大飛機、高檔數控機床、特種鋼材、高檔軸承、減速機等。禁止進口等同於經濟制裁。

(三)國家工業安全:我們國家的工業現場,到處都有各種進口的PLC、現場總線、工控系統(ARM結構或X86結構)、數採系統、數控系統等產品。所有工業數據的記錄、採集、傳輸、存儲、分析等工作,完全在進口產品研製國家的掌控之下。也許,美國的一條指令,就可以讓中國的工業經濟癱瘓。

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