工業(yè)的基礎是裝備制造業(yè)，裝備制造業(yè)的“母機”是數(shù)控加工設備，數(shù)控加工設備最為核心的關鍵部件是號稱“大腦”的數(shù)控系統(tǒng)，而五軸聯(lián)動數(shù)控機床又被稱為數(shù)控機床領域“皇冠上的明珠”，是各國核心支柱制造行業(yè)不可或缺的“戰(zhàn)略物資”級關鍵裝備。
在國務院國有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會指出應加強的關鍵核心技術攻關領域中，“工業(yè)母機”排在高端芯片、新能源汽車之前，重要性不言而喻。面對日趨復雜的國際環(huán)境，唯有通過自主創(chuàng)新實現(xiàn)突破，真正完成高端“工業(yè)母機”的自主可控，才能有效助力我國制造業(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)控機床看作人體，那么傳感器群組相當于神經(jīng)系統(tǒng)與感官，床體結(jié)構(gòu)相當于骨骼，電機及驅(qū)動相當于肌肉，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)計算機存儲器中存儲的控制程序，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)動裝置的專用計算機系統(tǒng)。
通過利用數(shù)字、文字和符號組成的數(shù)字指令來實現(xiàn)一臺或多臺機械設備動作控制，它所控制的通常是位置、角度、速度等機械量和開關量。數(shù)控系統(tǒng)的起源可以追溯到20世紀50年代初，迄今已經(jīng)歷了半個多世紀、六個階段的發(fā)展歷程，六個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)、第四代小型計算機數(shù)控系統(tǒng)、第五代微型計算機數(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)與計算機及IT的發(fā)展歷程緊密相關。目前，國際主流高檔數(shù)控系統(tǒng)基本采用NC（Numeric Control，數(shù)值控制）+PC（Personal Computer，個人計算機）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實現(xiàn)，其NC單元實時性較高，實時控制周期可以達到0.5ms。
PC只完成必需的人機交互、數(shù)據(jù)通信和較少一部分計算功能。采用這一結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)運算能力和數(shù)據(jù)存儲能力偏弱，較難實現(xiàn)復雜的智能算法，且開放性、擴展性、兼容性均有較大限制。另有部分數(shù)控系統(tǒng)采用PC+現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)，通過PC完成主要的數(shù)控計算功能，再將指令通過現(xiàn)場總線發(fā)送到電機驅(qū)動單元，進一步實現(xiàn)運動控制。
該結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)場總線的方式，在分布式控制方面有一定優(yōu)勢，但現(xiàn)場總線軟件定時的實時性能不高，能實現(xiàn)的實時控制周期在1ms以上，對比主流高檔數(shù)控系統(tǒng)實時控制周期達到的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，該結(jié)構(gòu)在智能算法的實現(xiàn)，以及開放性、擴展性、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)上必定具備五個重要的基本性能，第一是強實時性，第二是強大的數(shù)值計算和數(shù)據(jù)存儲能力，第三是強大的數(shù)據(jù)通信能力，第四是智能性，第五是兼具開放性、擴展性、兼容性與集成性。此外，第六代PC數(shù)控系統(tǒng)對于軟件實時操作系統(tǒng)要求很高，基于DOS、Linux或Android最多達到1ms的實時控制周期要求，Windows實時性只能到55ms以上，因此選擇合適的實時軟件操作系統(tǒng)是自主研制高檔數(shù)控系統(tǒng)的根本基礎。
高檔數(shù)控系統(tǒng)是高端數(shù)控機床的控制核心，其作為高端數(shù)控機床的大腦，是國外眾多高端數(shù)控機床企業(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、技術性極強，一直被西方國家作為重要的“戰(zhàn)略物資”實施出口限制。
根據(jù)中國機床工具工業(yè)協(xié)會的數(shù)據(jù)，目前我國整機配套的中高檔功能部件大量依賴進口，國內(nèi)高檔系統(tǒng)自給率不到10%，約90%依賴進口，其中從日本進口最多，約占三分之一，國產(chǎn)中高檔數(shù)控系統(tǒng)加起來不到30%。
這就為西方國家牽制我國制造業(yè)重要領域的發(fā)展提供了很大的“運作空間”。從根源扭轉(zhuǎn)被動，成為我國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的當務之急。
消除隱患 時不我待
在國務院國有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會指出應加強的關鍵核心技術攻關領域中，“工業(yè)母機”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，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”，高端制造業(yè)的升級就無從談起，航空航天、導彈等所有高端裝備都將備受掣肘。在一般的機器制造中，“工業(yè)母機”所擔負的加工工作量占機器總制造工作量的40%~60%。下游客戶包括傳統(tǒng)機械工業(yè)、模具行業(yè)、汽車工業(yè)、電力設備、鐵路機車、船舶制造、航空航天工業(yè)、石油化工、工程機械、電子信息技術工業(yè)，以及其他加工工業(yè)，涉及加工制造的金屬領域都需要“工業(yè)母機”。
數(shù)控機床的品種、質(zhì)量和加工效率直接影響著其他機械產(chǎn)品的生產(chǎn)技術水平，因此，機床工業(yè)的現(xiàn)代化水平和規(guī)模，是衡量一個國家核心制造能力的標準之一。高端數(shù)控機床更被譽為“國之重器”，但目前國內(nèi)高端產(chǎn)品自給率不足10%。
“工業(yè)母機”之上，承載的是中國高端制造業(yè)的星辰大海?！肮I(yè)母機”被“卡脖子”，就是中國制造業(yè)被“卡脖子”。當前，由于美國牽頭并聯(lián)合40余個國家共同制訂“瓦森納協(xié)定”的嚴格限制，在以五軸聯(lián)動數(shù)控機床為代表的高檔數(shù)控機床領域持續(xù)對我國實行技術封鎖和產(chǎn)品禁運，其他部分高檔數(shù)控機床產(chǎn)品雖可通過正常渠道進入我國相關行業(yè)，但仍具有很多隱患。
第一，進口的高端設備中基本都配備有GPS模塊，嚴格限制了設備的使用地點，同時具有“遠程操控后門”的隱患；
第二，進口高端設備通常需要提供設備的國家嚴格審查，基本上只能用于民用產(chǎn)品和普通工業(yè)品生產(chǎn)，嚴格限制應用于軍工等重點行業(yè)；
第三，進口的設備一般都會在功能和性能上做出限制，無法達到全功能和高端性能的使用狀態(tài)；
第四，高端設備配套的軟件和工具包同樣受限，嚴重影響使用效果；
第五，設備的維護維修很困難，費用也極高，造成高額使用成本的問題；
第六，購買高檔數(shù)控機床設備的企業(yè)，必須允許機床企業(yè)的人員隨時到現(xiàn)場考察。我國軍事工業(yè)、航空航天、船舶重工、發(fā)電能源、交通運輸?shù)戎е袠I(yè)長期依靠從國外進口的高檔數(shù)控機床來完成核心關鍵部件的加工制造，由于國外在此領域長期對我國進行技術封鎖和產(chǎn)品禁運，為獲得相關設備，需耗費大量資金和各類資源，對我國高端制造業(yè)發(fā)展一直具有極大限制，嚴重制約著我國高端制造業(yè)的快速提升和發(fā)展。
唯有通過自主創(chuàng)新實現(xiàn)突破，真正完成高端“工業(yè)母機”的自主可控，才能有效助力我國制造業(yè)的整體提升與發(fā)展。因此，應盡快通過制定相應政策及措施來積極應對。
革故鼎新 對癥下藥
近十余年，國家在數(shù)控機床領域進行了長期的科研提升支持計劃，雖然取得一定進步，但仍未能實現(xiàn)高檔數(shù)控機床的本地化發(fā)展目標。
特別是最近兩年，隨著國際政治局勢的風云突變，“工業(yè)母機”的關鍵性愈發(fā)凸顯。必須客觀承認，高檔數(shù)控機床技術從細分技術點到整體技術體系確實非常難突破，但這不應成為相關從業(yè)者的理由和借口，所以深入一線調(diào)研，進一步剖析深層次原因，是“工業(yè)母機”技術突破和產(chǎn)業(yè)提升所需的第一步重點工作，只有找到“病根”才能對癥下藥。
開展深度調(diào)研 制定合理規(guī)劃
長期以來，國內(nèi)機床企業(yè)和相關科研團隊一直以機械設計、制造和裝配技術（機械床身結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)技術）為核心，以仿制國外先進技術為目標，忽視了對數(shù)控機床的“大腦”——數(shù)控系統(tǒng)，以及電機、傳感器、軟件等關鍵內(nèi)容的深入研究。
而國外的相關技術是連續(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。我國政府從國家發(fā)展戰(zhàn)略的高度定下了“工業(yè)母機”全部自主可控且實現(xiàn)本地化發(fā)展的目標，但在當前的基礎上，想要在短期內(nèi)實現(xiàn)這一目標，只有在充分且深入調(diào)研國內(nèi)基本情況的前提下，不以“出身”“頭銜”和“規(guī)?！睘樵u價標準，切實找到在關鍵軟硬件領域已經(jīng)取得實質(zhì)突破的企業(yè)和科研團隊，針對我國制造業(yè)急需的各層級裝備需求，以國家利益為首，打破阻礙和限制，重新建立分層級、分目標的攻堅團隊，充分發(fā)揮企業(yè)、科研院所和大專院校的已有優(yōu)勢，明確分工，全力實現(xiàn)突破。
有效整合現(xiàn)有資源 形成合力開展攻堅
以近期全新建立的中國機床產(chǎn)業(yè)鏈為基礎，依托國家相關部門的深度支持，在深入調(diào)研和分析的基礎上，整合數(shù)控機床企業(yè)和關鍵部件企業(yè)，集中優(yōu)勢兵力，在高檔數(shù)控機床領域?qū)崿F(xiàn)全新突破。
建立關鍵部件攻堅小組、床身結(jié)構(gòu)創(chuàng)新組、加工制造工藝優(yōu)化組、新產(chǎn)品設計組、質(zhì)量監(jiān)控組等具體攻堅團隊，各組內(nèi)合理配備項目負責人、總體專家、研發(fā)工程師、應用工程師、高級技工，形成完整建制，并建立長效溝通機制，針對我國制造業(yè)急需的重點“卡脖子”裝備，開展全面攻堅工作。
針對“工業(yè)母機”的擴展領域，進一步整合國內(nèi)相關企業(yè)、科研院所和大專院校的優(yōu)勢資源，推動特種專用數(shù)控加工設備、高端電子產(chǎn)品制造設備等方面的高質(zhì)量發(fā)展，形成廣義的“工業(yè)母機”技術攻關發(fā)展機制，逐步實現(xiàn)“換道超車”的創(chuàng)新發(fā)展體系，為在更多領域?qū)崿F(xiàn)對國外技術的“超越”打下良好的科研基礎。
充分利用現(xiàn)有成果 實現(xiàn)快速突破
在充分調(diào)研的基礎上，企業(yè)一線專家聯(lián)合科研院所與大專院校專家，通過全面評價，甄別出相關技術的真實科研成果，動員擁有成果的企業(yè)或科研團隊，通過政府和社會力量聯(lián)合推動體制，采用“混改”或其他方式，并提供合理的回報，形成協(xié)同創(chuàng)新機制，快速集成和組合，在“工業(yè)母機”的各個領域?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品化和產(chǎn)業(yè)化。
對于具備基礎科研成果，但尚未直接落地的科研成果，政府和社會資本可以進行投資和扶持工作，幫助成果持有方進一步孵化落地，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。通過建立長效的創(chuàng)新驅(qū)動策略，合理推動“工業(yè)母機”領域的創(chuàng)新發(fā)展。
針對不同需求 細分市場定位
“工業(yè)母機”的分類廣泛，拓展領域具有廣闊的市場應用前景，但若將目光匯聚在高端領域這一根“獨木橋”，必定會出現(xiàn)嚴重的資源浪費、惡性競爭、排斥異己、拔苗助長等問題，因此引導相關從業(yè)人員發(fā)揮各自優(yōu)勢，針對不同層面需求，細分市場定位，專注發(fā)力于各自擅長領域，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、各企業(yè)掌握的市場信息和具體行業(yè)的需求信息，理清“工業(yè)母機”的各級市場需求，確定正確的細分市場，幫助企業(yè)找到適合自己的市場定位和發(fā)展目標。
這是一項非常重要但耗時較多的工作內(nèi)容。做好這項工作，將對我國“工業(yè)母機”長期發(fā)展戰(zhàn)略的可行性實施產(chǎn)生重要影響。
逐步建立人才梯隊 針對性持續(xù)發(fā)展
我國目前的教育分類體制，在“數(shù)控技術”方面存在一定的不足之處。
“數(shù)控技術”專業(yè)，一方面出現(xiàn)在中專技校階段，但是以應用型人才培養(yǎng)為主；另一方面出現(xiàn)在碩士研究生以上階段，大學本科階段的專業(yè)缺失是一個嚴重的問題，沒有系統(tǒng)的理論教學，研究生階段也只能靠自學為主，短短兩三年時間的學習不足以支持在數(shù)控領域開展相關科研工作。
沒有系統(tǒng)的理論學習基礎，進入工作崗位后從事相關的技術研發(fā)，同樣會出現(xiàn)“捉襟見肘”的情況。沒有良好且數(shù)量足夠的基礎人才隊伍，很難篩選出優(yōu)秀的“苗子”進行持續(xù)創(chuàng)新科研，這種局面也是阻礙我國“工業(yè)母機”快速發(fā)展的嚴重制約因素。
根據(jù)市場需求和企業(yè)發(fā)展的實際需求，企業(yè)內(nèi)部的研發(fā)部門更適合從事長期持續(xù)的科研工作，因此“工業(yè)母機”的科研人才梯隊建設可以考慮企業(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建設，保證我國“工業(yè)母機”技術的長效提升。
