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发展数控机床国产功能部件之我见

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数控机床是现代机械制造业使用的主流设备，是国家防务安全的战略物资，是发展高新科技产业所不可缺少的重要手段。数控机床的生产和消费状况已成为衡量一个国家制造技术水平和综合国力的重要标志之一。

现状和问题

近年来，特别是我国加入WTO以后，随着世界制造业向中国转移，我国对机床的需求量大增，国内数控金切机床的生产和消费均有大幅度的增长（表1）。例如，2001至2004年的三年间产量就净增了196%，消费量净增了138.8%。

无疑地，这既表明了我国机械制造技术水平和能力在迅猛提升，同时也表明了我国机床制造业有了长足的进步与发展。

但是，我们并不能满意和乐观。因为只要作进一步的分析与了解，我们就会发现，国产数控机床在消费量的台数中虽占有一半（55%）以上，但它们多是些技术水平较低、价格相对便宜的普通产品，如数控车床、数控铣镗床和线切数机床等，高、中档产品较少，而且这些产品的核心技术或功能部件，如全功能的数控伺服系统，高速电主轴，直线滚动导航，数控刀架，刀库机械手乃至高速安全防护装置等，还多是由中外合资企业提供或是从国外进口的。所以在数控机床消费的金额上，我们所占份额不足30%。而进口的数控机床，在消费量的台数中虽只占有约45%，但由于它们多是我国汽车、航空航天工业、模具行业和发展高新技术产业所需的、价格较昂贵的高中档产品，如主轴转数在万转/分以上至数万转/分的高速加工中心，多轴控制、4~5轴联动的数控机床和高精、高效的复合加工机床以及各种特种加工和专用加工的数控机床等，所以在消费的金额上所占份额略高于70%。

表1 近年我国数控金切机床的生产、进口、出口和消费情况

我国数控机床目前的发展状况──高档产品：生产很少，而且几乎都用境外功能部件配套，有的还是外国品牌中国制造，GPD值算你的，利润分去很多；中档特别是中档偏上产品：中国品牌，外国功能部件和核心技术，你赚小头，他赚大头。这与我们“不仅要做世界制造大国，还要做世界制造强国”的意愿与目标是很不相称的，且差距较大，值得深思！这就是问题。

主因与任务

为甚么会有上述情况的出现？可能主客观原因都是很多的，但是，我国数控机床功能部件的发展落后──品种少，单元技术水平低，性能质量不够稳定，成本居高不下，交货不够及时等──满足不了数控机床主机产品发展的需要，不能不说是最直接、最主要的原因，因为所有的数控机床都是由各种功能部件（包括主轴头、直线滚动导轨、滚珠丝杠副、数控刀架、刀库机械手、回转工作台、数控伺服系统、测量反馈以及安全防护装置等）在床身、立柱等基础机架上集装而成的，功能部件是数控机床的重要组成部份，而且是不可或缺的部份。现在的数控机床主机厂的主要任务就是按产品设计要求生产制造床身、立柱等基础机架件并把所需的功能部件与之集装成完整的数控机床产品，没有功能部件，就没有现在的各种数控机床。

功能部件的性能、质量和品种直接影响着数控机床整机的性能、质量和品种的发展。例如，没有高性能，高品位的全功能型数控及伺服系统，就不可能有高精、高效、高可靠性的多轴联动加工的数控机床，没有每分万转以上的高速电主轴和直线电机或高速滚珠丝杠副，就不可能有高速加工中心；没有数控立、卧转换或带B轴、C轴功能的主轴头，或者没有具备数控回转和倾摆功能的工作台，就没有五轴联动和五面加工的数控铣床；没有刀库和自动换刀的机械手，就不可能有集中工序进行加工的加工中心；没有带Y轴和B轴控制功能的数控刀架就不可能有各种旋转体件的复合加工机床的出现等等。如果回顾历史，我们会发现，数控机床的许多发展和提高，都是与功能部件的改进、提高、发展、创新是分不开的，甚至从某种意义上说，数控机床的发展与创新史主要就是功能部件的发展与创新史。

除此之外，功能部件还是提高数控机床性价比和附加值的重要因素。因为功能部件属于高科技产品，本身就具有较高的附加值；另外功能部件的成本在一台数控机床的总成本中占有很大的比重，根据机床功能配置的不同，一般都占到60%以上。所以采用先进的（如性能提高，制造成本降低的）功能部件，不仅可以提高数控机床的性/价比，也可以提高数控机床的附加值，增加企业经济效益。最终提高产品的市场竞争力。

所以，为了更好地发展我国数控机床产业，达到“做大”、“做强”的目的，我们现在的任务，主要应是集中精力，认真抓紧抓好数控机床功能部件的生产与发展。

策略与措施

既然功能部件是数控机床不可缺少的重要组成部份，同时其本身也是高科技产品，所以对功能部件的生产与发展，首先应受到如同对待数控机床主机生产与发展一样的重视。

其次，发展数控机床功能部件产业，也如同发展其他的高新产业一样，一需要技术，二需要资金，三要有市场的支持。根据我国数控机床功能部件当前的基本情况：品种少，单元技术水平低，但一些产品已有一定的市场份额；欲发展新品种，提高产品质量水平，却又缺乏先进的技术和足够的资金支持。因此我们应采取的策略措施是：

1) 首先是抓好已掌握或初步掌握的为中、低档数控主机配套的功能部件，特别是已拥有一定市场和用户的产品的质量，如普及型和多功能型的数控伺服系统，高精度滚珠丝杠副。万转/分级的电主轴，带动力头的数控刀架，数控可倾的圆转台，链式刀库及机械手等。为此，相关企业需要完善产品质量保证体系和力争通过ISO 9000的质量认证，从而从体系上保证产品质量的稳定性和可靠性，提高用户对产品质量的信任度，巩固并扩大已有市场的占有率。

2) 引进国外先进的单元技术，如万转/分以上的高速电主轴，加速度可达2g的直线电机，高速直线滚动导轨和电滚珠丝杠副。直接驱动用的大力矩伺服电机，换刀时间在1秒以内的快速换刀装置等的单元设计制造技术。通过对引进技术的消化、吸收，以掌握目前国外相关功能部件的先进单元技术，为我自行开发具有自主知识产权的国产品牌功能部件打基础，作准备。

3) 中外合资合作办企业，不仅搞生产，而且要力争搞开发研究。这样既可以解决或部份解决目前我企业发展资金不足的问题，也可以通过学习、借鉴国外先进的企业管理和开拓市场的经验，以提高我国企业自主产品开发和开拓市场的能力，把产业“做大”、“做强”，为走向世界积累宝贵的经验。

4) 通过行业、企业的改革与重组，组织专业化和产业化生产，提高生产集中度，以取得规模经济效益。同时与产品的上游（供应商）、下游（数控机床主机生产厂）企业结成联盟，以便及时相互了解对方的技术要求与发展意图，共同研究解决存在的（包括技术和供货计划方面）问题，达到相互满足对方产品生产发展的需求，从而实现共同发展、共占市场的双赢目标。

5) 提高产品技术服务的能力。既要做到为配套的主机厂服务，主动向主机厂详细介绍产品的性能、特点~使用要求，确保主机厂的合理选用；也要做到为产品的最终用户提供现场服务，以保证产品在现场使用中出现问题时获得及时解决，使用户将停机的损失降到最少，从而消除用户的后顾之忧，放心购买采用，这样也就稳定了原有的用户群，巩固了自己的市场地位。

上述策略措施业已为越来越多的人们所理解和接受，并在实践中取得了明显的效果。从而成了目前业内人士的共识。但是，我们还应清楚地看到，这些策略措施中的引进技术和中、外合资合作办企业、搞开发，一般都只能使我们取得当时相对先进的二、三流水平的产品技术而不可能取得世界最先进的一流技术，也不能自然取得研发先进技术产品的有用的创新理论、方法和工具；其他各项措施，主要只能帮助我们维持或略有扩大现有的市场份额，而不能帮助我们进行产品的研发与创新。也就是说，光有这些策略措施是不够的，它只能帮我们“做大”而不能“做强”，因为我们没有长期可靠的产品技术源泉。因此，为了使功能部件产业也能“做大”“做强”，最关键的一环我们还是要抓具有自主知识产权的产品开发与创新。

关于功能部件的研发与创新

研发与创新，研发指的是进行科学实验研究、开发设计新产品，创新指的是“第一次应用某一事物或方法把发明和创造实用化与商业化。”因此，研发是发展产品的基础，创新才是产品发展的灵魂和关键。创新既是产品进步的最重要标志，也是产品率先抢占市场最有力的手段。

由于科技在进步，社会在发展，国际市场竞争在加剧，加上世界政治风云变幻莫测，因此，加强和加速我国数控机床功能部件的研发与创新，不只是机床行业发展的需要，市场竞争的需要，也是国家经济安全的需要，更是振兴中华，使我们永立于世界民族之林的需要，因而具有非常深远和重大的意义。

数控机床功能部件的研发与创新，由于其产品门类较多，功能又各异，故各类产品的具体研发与创新内容会有所不同，但他们的研发和创新的领域，则大体都可归纳为以下四方面：

1) 功能和性能方面的研发与创新：即研发增添功能部件的有用新功能和提高功能的性能质量。如给数控系统增添更多的CAM系统功能、仿真功能、诊断功能、网络通讯功能和提高系统处理数据信息的精度、速率和分辨能力；给主轴部件增加C轴功能、B轴功能、振动和温升监测功能，提高主轴转速和加速度特性、主轴输出扭矩和主轴回转精度等。

2) 传动和控制原理方面的研发与创新：即研发采用新的科学技术原理来实现功能部件的运动传动与控制。如研发采用新的机械原理，气动、液压原理，机电结合或光电效应、热电效应、磁电效应等原理来实功能部件的运动传输和控制等。

3) 设计理论和结构设计方面的研发与创新：即为了提高产品的性能质量或满足用户的特殊要求而研究提出新的设计理论、原理和开发新型的结构设计。如过去为了提高功能部件的工作精度和可靠性而提出的刚度设计理论、振动设计理论、热对称的结构设计、“重心驱动”（驱动力的作用线应通过被驱动物体的重心）理论和减少中间环节提高可靠性的理论等；又如为了提高部件的运动速度/加速度特性和控制的可靠性，而采用的机电一体化结构设计的高速电主轴、电滚珠丝杠副或直线电机直接驱的工作台，用力矩伺服电机代替蜗轮蜗杆副直接驱动回转工作台等；另外还有许许多多或为了产品的外观美观大方，或为了节材节能，或为了制造简单、使用方便又环保宜人而研发的和采用的新颖结构等。

4) 用材和制造工艺方面的创新：即为了提高产品的性能质量或在保证产品性能质量和满足用户要求的前提下，为了降低成本或更具有环保性而研发采用新的材料、新的制造工艺方法。如为了提高主轴轴承的高速性能研发采用陶瓷球代替传统的钢球作主轴轴承，为了减少高速移动部件的重量采用铝合金材料或钢焊接结构来代替铸铁和铸造工艺制作溜板或工作台等。

所有上述的这些都曾是或正成为功能部件产品创新的例子，相信今后还会有更多类似的创新例子在这些方面出现。

然而，创新并非易事，因为创新是个从构思、经实验研究、到开发出新装置或新方法的漫长而艰苦的劳动过程，中间往往要经历很多的失败与磨难；创新成功，即将发明创造实用化变成商品、推向市场并取得经济效益，就更难。因为这不只是需要时间，还需要有人、财、物等多方面的大力支持才行。因此，为了搞好产品创新并取得创新的成功，从目前和长远考虑，建议至少应做好下列三件事：

第一，人们，特别是直接参与产品创新的人员和有关领导者对创新应有一个正确的认识和充份的精神准备，即应认识到：

任何的人工系统或人参与的系统都是可以进一步改进和发展创新的，而且所有的工程系统都服从于相同的发展规律；

物理、化学和生物效应等以及跨领域的专业知识是产品技术创新的指南与工具，只有学习、掌握了这些工具并应用系统工程的理论和方法去进行产品技术的研究与开发，才有可能减少创新失败的风险；

创新过程是个艰苦的过程，不但需要时间，还要有大量的物力、财力支持，并有累遭失败的可能，但一旦创新成功将为企业和个人带来重大的经济效益，故创新者要有胆识、有勇气、有决心和有毅力，特别是还要有经受寂寞孤独的煎熬和可能被人背后非议和讥讽的思想心理准备。

第二，国家和企业要加大对产品研发与创新的科技投入力度，如将研发费用从目前占销售收入的1%~3%提高到3%~5%以上；同时要建立产品研发与创新的专项风险基金和完善相关的监管和奖励制度，以鼓励人们去搞创新，并保证把有限资金用在产品研发与创新的刀刃上。

第三，加紧开展创新学的研究与教育。创新不只是关系到某种产品、某一行业的事，而是关系到所有类型产品和全民族兴旺发达的大事。经过人们长期对新生事物的追求与探索，特别是二次世界大战后，前苏联人G.S.Altshuller等在对20万个世界发明专利进行研究总结的基础上写出了“发明问题求解理论”（英文音译缩写为TRIZ）一书后，加上美、英等国对它的研究和补充，创新现已（或正在逐渐）成为一门有用的热门的新科学。它有自己的理论系统和解决问题的特殊方法，如TRIZ理论，公理设计原理，设计的数学理论和头脑风暴法，质量功能展开（QFD）法等。运用这些现代的创新理论和方法，不仅可以缩短创新过程，还可减少创新失败的机率。现正受到国内外学者和企业界的很大关注。可是在我国，创新的重要性和重大意义，虽早为人们所认识了，但如何创新，怎样创新，为了创新需具甚么条件，应做哪些工作，恐则知之甚少，可能这正是我们在创新上作为不大、成效较微的重要根源所在。故我们应加紧展开创新学（含理论、方法和工具）的研究和在学校中进行创新的教育，以便有更多的人懂得创新，投身于创新的过程中，在全国全民中形成创新的风尚，只有这样，我们才会有更多的自主品牌的新产品，我们才能实现“既是世界制造大国，也是世界制造强国”的梦！ (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (2/21/2006)


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