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    高端数控机床,是中国的命门

    一、数控产业对基础工业与制造业的影响

    (一)数控产业基本内容

    什么是数控?通常意义上认为是计算机数字控制的简称,即CNC(Computer Numerical Control);

    什么是数控机床?数字控制机床,一种装有程序控制系统的自动化机床;被尊称为“工业母机”;

    什么是数控系统?利用数字指令控制机器动作的系统,常用受控对象包括位移、角度、速度、力等模拟量和电流、功率、扭矩等数字量;也就是说,用数控系统控制加工的机床,就是数控机床。数控机床应该算是工业自动化基本的制造单元了。

    什么是数控产业?一般泛指数控机床产业。但本人认为,除数控机床外,数控产业还应包括数控系统、伺服驱动器、电机、传感器、执行部件、机床本体和机床制造工艺、机床加工工艺等内容,涵盖了机械、电子、控制、自动化、软件、材料、工艺等学科。数控产业是一个集资金密集型、劳动力密集型、知识密集型等于一体的产业,如果把数控机床比作一个人的话,数控系统是人的大脑,伺服驱动器是人的肌肉,电机是人的关节,传感器是人的眼睛,执行部件(回转工作台或摆角铣头)是人的手脚,机床本体(床身/裸机)是人的骨架。通俗地讲,数控机床的出现就是替代了人的手工操作,使得生产制造更规范、更专业、一致性好,不依赖于人力。但其为工艺服务的本质是不变的。

    高端数控机床 才是中国的命门


    什么是机床制造工艺?机床制造工艺是指机床的生产制造过程,机床加工工艺是指机床加工零部件的使用过程,其中有一些关键概念,常见包括:1) 五轴联动:准确地说是五坐标联动。核心是刀尖点旋转编程(RTCP),意思是刀尖点可以到达空间中任意位置,作用是可实现空间任意曲面的加工,例如船用推进器的螺旋桨,汽车增压器叶轮、飞机发动机整体叶盘、汽轮机和燃机用叶片等关键工业零件。换句话说,就是复杂的自由曲面,没有这个功能就不能由图纸变成实物。2) 复合加工:多种工艺手段在工件一次装卡下完成,例如车铣复合、车削复合、铣削复合、磨削复合、增材制造(3D打印)与金切制造复合(加减一体化制造)等,是大限度地提升工艺能力、保证加工精度的制造方式;尤其是加减一体化制造,对未来的影响极其重要,例如飞机异形结构件、yu雷推进器等。

    很多军事工业技术的源头都有数控产业技术的身影,例如:航母用的电磁弹射技术,其技术原型就是数控产业的直线电机技术;中国的直线电机技术,现在已经基本成熟了。

    所以我们新建的航母采用电磁弹射,完全没有技术障碍,只存在工程解决方案的问题。美国IPG(阿帕奇)公司生产的1KW小型激光器禁止对华出口,因为它的另一个用途是具备杀伤性的激光枪。这种1KW小型激光器的大小,比我们常用的激光笔大不了多少。

    抗日战争时期,日本对东北三省进行的精度测绘。其jingque度非常之高,因为它采用了一个叫光栅的测量元件。目前,全球光栅产业商业化成熟的两家公司,一家是德国的海德汉公司,一家是英国的雷尼绍公司。这两家公司几乎垄断了光栅技术的全球市场。而当下中国的数控产业只能采购到基本测量水平的光栅,高精度的光栅是对华禁售的。

    (二)数控产业现状和趋势

    数控产业目前以美国、德国、日本、瑞士等国家为先。

    美国在电子信息方面占据垄断地位,全球的芯片和实时控制软件几乎都来自于美国。同时,美国制造业的发展得益于军事工业,尤其是航空航天产业发展的拉动。德国的制造业由大量掌握技术诀窍的中小企业支撑,由西门子等大型企业牵引,机械、电子、材料、工艺等各方面技术都发展非常均衡。也得益于战争经济的驱动。日本的制造业是在模仿创新(学习英国、德国、美国等)的基础上,由战争驱动的典型,尤其是其二战后,在美国的帮助下,技术经济得以快速发展。

    如果说德国是精密和品质的代名词,那么瑞士的代名词就是jizhi。在数控产业,同种类、同规格的系列产品中,瑞士产品的价格基本是德国产品价格的2~3倍左右。其它接近阵营的还有英国、法国、意大利、奥地利、瑞典和部分前独联体国家等。

    从市场上看,中国是全球机床产量大的、采购额高的国家,但销售额却不是前列。因为在机床领域,中国尚不能实现自给自足。所以中国主要是从上述国家进口机床,尤其是美日德。

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    (三)数控产业与制造业企业的系统性影响

    制造业企业的生产制造饱和能力是由数控产业决定的。不论何种制造业企业,其生产工具或生产资料,都直接或间接的需要数控机床作为母机,参与生产过程。因此,制造业企业的生产极限,主要由数控产业决定。例如,汽车工业,汽车的产能受制于零部件的产能和装配效率,而零部件则几乎全部是由数控机床加工生产的,国内汽车整车厂和零部件厂,凡是精密加工环节,几乎都来自于进口机床,所以数控机床的产出效率和质量,决定了汽车的产能和质量。

    制造业企业的生产制造工艺体系是由数控产业决定的。由于我国不具备成熟的高数控机床研制能力,因此,制造业企业在制定生产制造工艺的时候,只能选择进口机床或者装配了进口数控系统的国产机床来加工工件。因此,用户制定的制造工艺直接受制于数控系统的功能开放程度。简言之,我们的想法再好,还需要进口产品的支持,想法才能变成现实。

    制造业企业的技术改造升级或者技术产品迭代受制于数控产业。在利用原有数控机床实现技术改造升级或者技术产品迭代的过程中,数控系统软件功能和开放程度直接影响其实现;而在数控机床或数控机床核心部件改进升级的时候,制造业企业为了保障自身的制造能力和制造优势,往往不得不对现有的生产装备进行改造升级或者新购置。

    制造业企业的基础技术工人队伍的知识和技能体系受制于数控产业。数控系统的品牌体系和功能体系直接决定了基础技术工人队伍的知识体系和操作技能,例如使用日本发那科(FANUC)习惯的技工,同样方法就操作不了德国西门子(Siemens)产品。为了降低管理成本,积累技工经验和进行知识系统集成管理,企业所有数控产品可能全部采用同一个品牌的数控系统,技术工人只能掌握和使用同一品牌系统的功能。这一条是很致命的。我们很多的现场技术工人,如果给他换一个品牌的数控系统,他就真的不会干活了,所以,我们的产业工人都成为了国外技术的“奴隶”。

    制造业企业的生产制造安全受制于数控产业。制造业企业的生产制造安全,尤其是信息和数据安全,一切都是由数控机床决定的,所有的加工过程、加工数据、产量信息等等,一切都没有秘密可言,完全被数控系统所掌握。

    古语云:“工欲善其事,必先利其器。”此“器”即为数控机床,尤其是高数控机床。没有制造高机床的能力,在所有后发制造的环节上,我们都会受制于人。

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    二、数控产业关系国家战略、经济、工业安全

    (一)国家战略安全:主要反映在军事安全上。高数控机床以及其关键部件(高数控系统等)都属于国家战略物资,禁止公开国际采购。我们国家军工企业进口的高数控机床,少则倒手两三次,多则倒手五六次,方才能够买回,而且没有任何售后服务。一旦爆发战事,我们的军工厂应该如何应对?

    (二)国家经济安全:我们国家的制造业虽然门类齐全,但是并不具备独立自主的生产能力,关键部件和关键装备、设备依然大量依赖进口。经济体系不能独立稳定运行,例如外采的铁矿石、yuan油、民航大飞机、高数控机床、特种钢材、高轴承、减速机等。禁止进口等同于经济制裁。

    (三)国家工业安全:我们国家的工业现场,到处都有各种进口的PLC、现场总线、工控系统(ARM结构或X86结构)、数采系统、数控系统等产品。所有工业数据的记录、采集、传输、存储、分析等工作,完全在进口产品研制国家的掌控之下。也许,美国的一条指令,就可以让中国的工业经济瘫痪。

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