六、数控机床

六、数控机床工业篇1999年的考克斯报告，专门提到中国把从美国进口的16台二手四、五轴联动数控机床用于军工生产，要求对我加强禁运。其实，五轴联动高级数控机床的生产技术，在国内已如“一马平川”了。西方国家在高档数控机床（系统）方面，至今严格对我限制出口，这说明数控机床工业在国家经济建设中，具有超越一般市场价值的战略地位。数控化是当代机床行业技术进步的主流。一国数控机床的水平和拥有量是衡量工业现代化程度、衡量国家综合竞争力的重要指标。数控机床的核心技术是电子控制系统（数控系统）。数控机床的使用迅速普及，性能迅速提高，这是和电子技术、电子工业的飞速发展密切相关的。目前，国际数控机床的市场，由日本法那克和德国西门子占据绝对垄断地位。我国工业中，机床拥有量的数控化率仅1.9%，和先进国家90年代水平相比，差了一个数量级。按照技术层次，数控机床可分为高级型、普及型和经济型三种。我国现在对数控机床的需求结构，大体上是1：3：6的比例。这个市场中，数控机床的70%～80%、数控系统（普及型、高级型）的90%，被日、德厂商（含在我国境内的合资企业）及其他外商占领。目前，我国机床产值占GDP的0.17%,其中数控机床产值占机床产值的29%，但它对国民经济的贡献则远高出这一数量概念。装备工业必须赶上国际技术进步的潮流，这对于用高新技术加快装备工业的现代化改造、打破西方在高档数控机床方面对我国的进口限制、加强国防建设，意义重大。经过连续三个五年计划的攻关，以及近10年电子技术的飞速发展，集成电路性能提高、价格下降，我国数控系统的研制水平获得突破性进展。当前，部分国产中高档数控系统，无论就其技术水平还是可靠性，已经与国外产品相差无几。我国已出现了一批多种经济形式、具有较强竞争力的数控系统及数控机床生产企业。但是，由于政策上过分强调对外商优惠，对民族工业造成了一定损害。自身的原因则包括产业的弱小、体制的束缚和竞争策略的失误等多方面因素。我国数控机床行业在中高档领域，还难以扭转跨国公司垄断我国市场的局面。事实上，数控行业目前仍面临着生存危机。要以提高国产数控机床和数控系统的市场占有率为主体目标，以发展普及型数控机床及数控系统为主攻方向，大力发展我国数控机床行业。国家也有必要加大扶持的力度。发展数控机床行业的战略意义数控化是机床行业技术进步的主流机械工业是向国民经济各部门提供装备的部门，是现代经济的支柱产业。当今世界，工业发达国家都是机械工业强国，而且都是机电设备出口大国，这绝不是偶然的。机械工业的发达与否，是一国工业化程度的重要指标。而机床行业又是机械工业的基础行业，是向机械工业（以及其他加工工业、国防工业）提供加工装备的部门，是“支柱的支柱”。当今机床行业，计算机数控化已成为技术进步的大趋势。数控机床是电子信息技术和传统机械加工技术结合的产物，它集现代精密机械、计算机、通讯、液压气动、光电等多学科技术为一体，具有高效率、高精度、高自动化和高柔性的特点，是当代机械制造业的主流装备。数控机床大大提高了机械加工的性能（可以精确加工传统机床无法处理的复杂零件），有效提高了加工质量和效率，实现了柔性自动化（相对于传统技术基础上大批量生产的刚性自动化），并向智能化、集成化方向发展。所以，可以毫不夸张地说，（计算机）数控技术，是现代先进制造技术的基础和核心。一国数控机床的水平和拥有量，已经是衡量当今制造业水平、工业现代化程度的重要指标，也是衡量国家综合竞争力的重要指标。数控机床是国防尖端工业不可缺少的战略物资数控技术是因国防工业的需要而诞生的。国防工业中复杂、高精度零件加工（如飞机发动机叶片、导弹尾喷管、导航系统反射镜等）比例大，一些曲面按照特定理论函数设计，非用多轴联动、高速高精度的数控机床加工不可，故高性能数控机床属于战略物资。冷战时期，高性能高精度数控机床被列入“巴统”禁运清单。1982-1983年著名的“东芝事件”，起因于日本东芝公司卖给前苏联6台大型五轴联动数控铣床，从而大大提高了苏核潜艇螺旋浆加工精度，大幅度降低了潜艇噪声，导致美国对日本制裁。当时，三轴以及三轴以上联动的数控系统，曾先后被列为对我国禁运物资。现在，“巴统”尽管已取消，但西方国家在与我方有关先进数控机床及其重要配套装备的贸易中，仍对我多方歧视和限制。如最近我国有几家企业想进口五轴联动、分辩率为0.1μm的数控系统，对方答复，需要经对方政府批准，而且不得用于军事用途。尽管这部分机床需求总量不大，但属于“卡脖子”产品，战略意义不可小视（部分高性能指标的产品，在“八五”攻关中被我们攻下，不再受到外国限制）。1999年的考克斯报告，特别提到我从美国进口16台二手的四、五轴联动数控机床用于军工生产，叫嚷要加强对我禁运。这说明发展我们自己的高级数控机床，具有超越一般市场价值的战略地位。数控机床是发达国家装备工业争夺技术优势的制高点由于数控机床的优越技术性能以及在国防上的重要意义，从1950年代起，美日德等先进国家竞相投入巨资进行研发，其技术在国际上遥遥领先。数控机床的核心技术是电子控制系统（数控系统），因此，数控机床技术和电子技术的进步与电子工业的发展密切相关。西方国家经过30年的努力，计算机微电子技术进入成熟和推广阶段，故1970年代末80年代初，西方工业发达国家中数控机床的使用不再局限于国防尖端领域，而在民用领域大规模地应用和普及。开始了以数控机床为代表的高新技术对传统机械工业的大规模改造。·数控机床产值的比重迅速超过传统机床，成为主导产品。1989年，日、德、美、意、法、英六国机床产值占世界的61%，这六国也都是数控机床大国。其中日、德是世界数控机床的主要生产国，近年来机床工业的产值数控化率已超过70%（见表6-1）。表6-1日、德、美数控机床生产情况1：产量(台)2：产值(亿美元)3：产值数控化率(%)日本德国美国12312312319812599.69894514.6721.72619843802424.8367.0996649.455817.445.019906169790.0175.72213149.7557.0792713.7657.019954399863.9171.002368853.5373.391705221.9748.3219975956873.5773.692296053.1078.231914126.8153.51·西方国家的机械制造业中数控机床拥有量迅速上升（见表6-2）。表6-2几个主要国家机床拥有量及其数控化率日本（1994）美国（1989）英国（1987）德国（1985）意大利（1985）机床拥有量（万台）100.19231.6273.8312355.04数控机床拥有量（万台）16.7322.235.247.018.37机床拥有量数控化率（%）16.19.67.15.715.2·机械制造业中的技术密集行业，如航空、航天、汽车、机床工业等数控化率高达60%～90%，而且大量使用由数控机床组成的各种生产单元、柔性线、生产线。如FMC（柔性制造单元）、FMS（柔性制造系统）、FTL（柔性传送生产线），可实行二、三班无人看管生产。相比之下，我国工业装备水平和西方的差距，在这20年中明显拉大。1995年我国工业普查表明，我国机床拥有总量383.5万台，其中有7.28万台数控机床（包括以单板机和步进电机为特征的经济型数控机床），机床拥有量数控化率仅1.9%，和先进国家90年代水平相比，差了一个数量级。以上量的比较，所反映的实质内容是：80年代以来，由于数控机床的推广，西方工业在装备水平、加工范围、加工质量和生产效率方面获得革命性的进展，对加工业水平的提高，起到了关键性的作用，从而空前拉大了发达国家与发展中国家的差距。我国机械工业因多年来总体效益水平不断下降，这一差距尤其明显。例如，日本Mazak公司2000年与我合资建立的银川“小巨人机床公司”，全部用数控机床装备，含有三条FMS，实现二、三班无人看管生产，有九台数控车铣复合机床、数控龙门五面铣床和超精密卧式加工中心、四台精密数控折弯机和五台精密数控磨床，实现了智能网络制造。全公司只有135人，年产420台加工中心和数控车床，人均年产值160万元，是我机床工业人均年产值的40倍。国际竞争和国家保护数控机床是投资类产品，市场容量小（目前全世界数控机床的年产销量约10万台），但同时又和国家利益关系密切，它跨越电子、机械等行业，技术含量高，具有技术垄断性质；品种繁多且产品更新换代快，专业化程度高。因此，数控机床的市场竞争具有以下特点。·由于专业化程度高，一国的机床工业不可能供应所有数控机床品种的需求，故行业内部（各功能部件）分工很细，且品种的分工高度国际化。现在，其国际贸易量约占全球总产量的50%以上。·由于市场容量小，故国际垄断性强。数控机床的核心功能部件数控系统，现基本上由两大跨国集团——日本法那克（FANUC,即“富士通自动数字控制”）和德国西门子占据了绝对垄断地位。前者是专业化的数控系统生产厂商，占有国际市场份额的50%左右，后者占国际市场份额的25%。我国数控机床市场份额的70%～80%、数控系统（普及型、高级型）90%的已被外商占领。·由于关键功能部件（特别是数控系统）技术含量高，随着电子技术的快速发展，其技术制高点不断转移，开发周期加快，新产品不断推出，各国在技术方面的竞争十分激烈。当前，在技术上能够与法那克和西门子相抗衡的公司很多（如美国AllenBradley，日本三菱电机，安川电机，德国Heidenhein，Idramat，法国Num，英国ControlTechnology），特别是美国GE曾经是世界数控系统的技术先导，但至今均未能显著改变两巨头的垄断地位。·世界许多国家都对本国数控机床行业采取保护措施。日本、意大利、西班牙、法国、印度等国在不同阶段，都采取过扶持、保护本国数控机床产业的措施。日本制定机械振兴法，法国、西班牙采取特殊贸易补贴。印度实行关税壁垒。美国政府为保护自己的机床工业免受过量机床进口冲击，1986年颁布了总统国内行动计划，与11个国家和台湾地区签订限制向美出口数控机床的所谓“自动约束限制协议（VRA）”，还签订了促进美国本身数控机床的发展计划等。显然，这些措施并非遵循自由贸易原则，而是出于国家战略利益的考虑。所以，数控技术是机床工业各大国竞争的技术制高点，是国际竞争的焦点之一。发展数控机床对于我国的战略意义一国装备工业的实力和国际竞争力，关系到国家整体工业竞争力和综合国力在世界上的位置，而数控机床作为国家装备工业的主流产品和技术方向，在国家经济发展战略中具有重要的地位。尽管从数量上看，该行业在国民经济中所占比重很小（1998年，我国机床产值占GDP的0.17%,数控机床产值占机床产值的29%），但它对国民经济的贡献则远高出这一数量概念，是经济发展战略中不可轻易放弃的重要支柱。发展数控机床行业具有战略意义。一是用高新技术加快装备工业的现代化改造，是优化经济结构的重要环节；二是西方在尖端数控机床品种的进口和技术转让方面，对我实行限制政策，而中高档数控机床的自行研制和国产化对国防建设意义重大。这是我们保持大国地位，保持自己在国际上的自主行动能力的技术后盾。因此，我们必须通过技术的吸收消化和研究发展，在尽可能高的技术档次和尽可能多的品种方面，获得自主知识产权。一种意见认为，既然尖端数控设备的需求量较少，学当年苏联的样子绕道到国外去买就可以，不必花这么大力气去搞自己的数控机床行业。但是，任何行业质的提高都要依靠量的增加。今天培植自己的幼小的以低端系统为主的数控机床行业，正是为了明天自己有强大的足以和国际垄断集团竞争的企业。总之，应该深刻认识到，以数控化为核心的装备工业技术进步，是优化结构、增强国力、保证我国在21世纪现代化建设中实现追赶世界先进水平的中心环节，这是应该放到发展战略高度来认识的。行业构成和技术发展趋势数控机床一般由主机、数控系统（包括伺服及驱动系统）及相关配套件三部分组成，产品包括数控金属切削机床、数控锻压机床等。数控机床产业分为主机制造、功能部件（机械部分、电子数控部分）