數控前沿

高檔數控機床“中國腦”突圍,替代進口在望

發布日期:2016-08-05    【字號:  
    多位中國工程院院士在全國科技創新大會期間向中央高層遞交了關于支持中國高檔數控機床國產化的建議。

  2009年以來,國家通過實施重大科技專項“高檔數控機床與基礎制造裝備”(04專項),大力推動高檔機床國產化技術攻關。目前,中國高檔數控機床的數控系統軟、硬件技術都取得了重大突破,已經可以應用。但是,大規模應用卻遭遇市場推廣的難題。 

  因此,院士們建言,出臺系列扶持政策,包括在航空航天軍工領域推動政府采購,取消部分國產化已經突破的進口產品的免稅政策等。

  數據顯示,高檔數控機床中,國產數控系統(也就是“中國腦”)市場占有率只有5%。分析人士認為,高端數控機床國產化的市場推廣是當前行業發展瓶頸所在,一旦突破,替代進口在望。接下來國家有望出臺推動國產數控技術走向應用的扶持政策。

  數控系統中國夢
  
  按照規劃,到2020年,我國要通過技術攻關,形成高檔數控機床與基礎制造裝備主要產品的自主開發能力,形成國產數控系統與主機的批量配套體系

  數控機床是工業母機,其技術水平代表著一個國家的綜合競爭力,尤其是五軸聯動高檔數控機床對一個國家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫療設備等行業有著舉足輕重的影響力。《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020)》確定了16個科技重大專項。“高檔數控機床與基礎制造裝備”是16個科技重大專項之一,也即2009年啟動的04科技重大專項,這是與集成電路、大飛機、載人航天等項目同等重要的國家科技重大項目。

  按照規劃,到2020年,我國要通過技術攻關,形成高檔數控機床與基礎制造裝備主要產品的自主開發能力,形成國產數控系統與主機的批量配套體系。其中,數控系統是機床裝備的“大腦”,是決定數控機床功能、性能、可靠性、成本價格的關鍵因素,也是制約我國數控機床行業發展的瓶頸。

  04科技重大專項提出,要瞄準國外數控系統先進技術,強力支持“中國制造”的短板——國產數控系統企業自主研發高檔型、標準型數控系統、伺服驅動和伺服電機等最重要的關鍵基礎部件。通過在航空航天、汽車、發電裝備、船舶和數控機床制造重點企業的應用示范,推動國產數控系統的技術進步和產業化。

  機床數控系統發端于上世紀五十年代的美國。日本企業引進該項技術后,應用于廉價的普通機床上,使得數控機床在20世紀70年代后期得到普及。與計算機一樣,歷史上機床數控系統的控制元件大致經歷了三次變化:電子管——晶體管——集成電路。由于中國在計算機和集成電路領域遠遠落后于發達國家,中國機床數控系統技術也徹底落后了。

  改革開放以后,機床數控產業經歷了“六五”期間技術引進、“七五”期間技術消化吸收、“八五”期間技術自主開發、“九五”到“十二五”期間中低檔數控技術產業化和高檔數控系統縮小差距的艱難發展過程。

  數控技術是戰略性核心技術,五軸聯動以上高檔數控系統和機床裝備一直是重要的國際戰略物資,受到西方國家嚴格的出口限制。一個典型案例是“東芝事件”:1983年,日本東芝公司賣給前蘇聯幾臺五軸聯動數控銑床,前蘇聯將其用于制造核潛艇推進螺旋槳,以至于美國的聲納無法偵測到前蘇聯核潛艇的動向。后來,美國國防部追究責任,東芝的相關高層都進了監獄。

  我國曾經引進日本發那科和德國西門子的數控系統技術,但對方都采取了“高附加值產品銷售——落后技術轉讓——合資辦廠”等占領中國市場的手段。凡是中國沒有的技術,凡是中國需要的技術,對方都不賣。至今,我國高檔數控機床還是以國外數控系統為主。

  先消化外國先進技術,再走“自主開發”路子的設想并沒有實現。從中國機床產量峰值時的2010年數據看,中國低檔經濟型機床占比60%,其中95%是國產數控系統;中檔標準型機床占比38%,其中國產數控系統占20%;高檔機床占比2%,其中國產高檔數控系統僅占2%。

  數控系統技術獲突破
  
  中國工程院院士、西安交通大學教授盧秉恒告訴記者,中國在高檔數控機床技術上實現了重大突破,正在走向應用

  華中數控董事長陳吉紅是04科技重大專項總體組專家。據他介紹,2009年,04科技重大專項立項支持華中數控、廣州數控、大連光洋、沈陽高精和航天數控等5家數控系統企業,自主研發高檔數控系統關鍵技術。

  經過兩年多的努力,5家企業均攻克了數控系統軟硬件平臺、高速高精、多軸聯動、總線技術、納米插補等一批高檔數控系統關鍵技術,研制出全數字總線式高檔數控系統產品樣機,實現從模擬接口、脈沖接口到全數字總線控制、高速高精的技術跨越。

  2012年,04科技重大專項數控系統的任務部署轉向重點對標。課題的考核指標確立兩個標靶:高檔數控系統瞄準的是西門子840D——它就像機床行業的F22戰斗機,具有五軸聯動、多通道、高速高精、車銑復合等功效;中檔普及性、標準型技術瞄準的是市場上量大面廣的發那科0i系統。技術攻關單位公開招標的結果,華中數控、大連光洋承擔了高檔型數控系統開發和應用驗證;廣州數控、華中數控承擔了標準型數控系統開發及產業化課題。這四項課題累計投入國撥經費達5億多元。而此前,類似課題的撥款支持力度不超過1000萬元。

  2015年6月到2016年2月間,國家機床質量監督檢驗中心組織專家組對04專項數控系統課題的研究成果和產品進行了評測。華中8型數控系統、廣州數控系統通過了全部633項標準型對標評測項,通過率100%。華中8型數控系統通過了1952項高檔型對標評測項,通過率達98%。這大大超出課題考核指標所要求的達到國外同類數控系統90%以上的要求。

  大連光洋承擔的兩科技項目——五軸立式銑車復合加工中心,高可靠性光纖總線開放式高檔數控系統、精密測量系統、伺服裝置和電機技術及產品成套系統工程也通過了專家鑒定。

  2016年4月10日,中國機械工業聯合會組織了行業內知名專家,對華中數控的“高性能數控系統關鍵技術及應用”成果進行了鑒定。鑒定委員會認為:華中數控成功研制出具有自主知識產權的系列化華中8型高性能數控裝置、伺服驅動和伺服電機成套產品。經測試,該系統各項功能均達到國際主流高檔數控系統的指標。經用戶使用驗證,功能、性能和可靠性達到國外同類系統水平,可替代進口。

  為了推動國產數控系統的應用示范和產業化,04科技重大專項還立項支持了一批航空航天、汽車、發電裝備和船舶制造企業應用國產數控機床和數控系統。華中數控、廣州數控、大連光洋、沈陽高精所研制的高檔型數控系統與10多類600多臺高速、精密、5軸聯動高檔數控機床實現了配套。國產高檔數控系統已在沈飛、成飛、航天8院、東汽等航空航天、汽車、發電裝備制造等一批重點領域批量應用,其功能、性能、可靠性經受了用戶的考驗,受到用戶的好評。中國數控系統產業迎來了快速發展的曙光。

  中國工程院院士、西安交通大學教授盧秉恒是04科技重大專項的技術總師。他在接受上海證券報記者采訪時說,中國在高檔數控機床技術上實現了重大突破,正在走向應用,如在五軸聯動、高精密等領域都有突破。

  與國外最先進技術相比,目前國產中高檔數控系統在性能上、可靠性上還有一些差距。但盧院士認為,研究是無法預測應用中可能遇到的所有問題的,中國高檔數控系統瓶頸是缺乏大量應用,沒有大量應用就發現不了問題,就無法優化。中國已經能夠做高檔數控機床和系統,接下來必須加速應用,用得越多,國產技術才能越好。

  艱難開拓高檔市場應用
  
  目前國產數控系統較大問題是高端客戶認同度低,尤其是國防軍工企業,還不信任國產高檔數控系統在可靠性、功能方面能滿足要求

  推動商業應用,開拓市場,成為當下發展數控系統產業最現實的問題。

  04科技重大專項對此有明確要求:到2020年,高檔數控系統、關鍵功能部件與主機實現批量配套,并得到應用示范;國產標準型數控系統市場占有率從30%提高到60%以上;國產高檔數控系統的市場占有率將從現在的2%提高到20%左右。

  04科技重大專項數控系統技術取得突破后,在市場拓展方面取得了不小成績。以廣州數控為例,其在高檔數控專項支持開發的高檔數控系統成果27i、25i已經實現配套近百臺,用于沈陽巨浪特種機床、廣州宏力立加、江陽貝爾滾齒機、寧國飛鷹專機改造、哈斯機床舊機改造等。與上海航天八院聯合研制的攪拌摩擦焊已經成功應用,其配套的廣數高檔數控系統得到好評。

  民營企業大連光洋集團只做高端五軸數控機床,其控制系統、伺服電機、主軸、傳感器都是自主研發。2009年參與04科技重大專項后,公司技術取得很大進步。在6月北京國際機床展上,該公司人士透露,目前公司每年機床銷量100臺左右,在國內高端市場做得較大。

  而華中數控利用04科技重大專項支持所取得的技術積累,針對3C(計算機、通訊和消費電子)制造行業的巨大需求,研制和批量銷售了具有高速高精、高速主軸控制等關鍵技術的鉆攻中心數控系統,其加工效率優于國外同類產品,并且建立了3C加工智能工廠。目前,華中8型鉆攻中心數控系統已經銷售7000多臺套。另外,大連機床集團與華中數控合作,自主開發了大連機床自己的DMTG數控系統,近年來累計銷售了近萬臺套。

  根據04專項總體組的數據統計,2012年至今,04專項支持研發的高檔型數控系統已累計銷售近千臺,標準型數控系統已累計銷售5萬多臺。

  據統計,國產高檔數控系統的市場占有率已從04專項啟動前的2%提升到目前的5%,中檔、標準型數控系統的市場占有率已從04專項啟動前的20%提升到目前的約40%。

  國產數控系統最近兩年取得的成績有目共睹,但華中數控董事長陳吉紅認為,雖然國產機床數控系統技術上與國外的差距在縮小,但技術突破不等于市場突破。目前國產數控系統較大問題是高端客戶認同度低,包括國防軍工企業,還不信任國產高檔數控系統在可靠性、功能方面能滿足它們的要求。有企業反映:去向軍工企業推銷時,都說“我們從來不用國產設備,除非國防科工局發文。如果影響了軍品交貨誰負責?”

  記者在6月北京機床展期間,隨機采訪了昆明機床、秦川機床等企業,這些核心機床企業都沒有批量選用國產數控系統,主要認為國產系統在功能等方面和國外系統還有差距。

  陳吉紅列舉了市場拓展的難處:國外數控系統在中國市場耕耘了四十多年,其產品在技術上、性能上的優勢,形成了很好的市場品牌與客戶美譽度,大量的客戶已經習慣使用它們的產品,形成了一個“市場生態圈”。

  同時,當中國技術突破后,國外企業就解除技術封鎖或者大幅降價,沖擊中國新技術。

  以3C領域廣泛使用的鉆攻中心數控系統為例,當國內技術沒突破時,日本發那科公司31i數控系統在中國市場賣28萬元一套,而且部分功能還是屏蔽的。當華中數控等國內數控系統的鉆攻中心數控系統推向市場后,發那科公司把31i數控系統的算法、功能移植到0imate系統上,以5萬元一套的價格在市場上與中國國產數控系統競爭,保持市場優勢。

  中國機床行業協會一位專家稱,有的行業如汽車,由外資品牌主導市場,均采購國外設備。而據統計,汽車行業機床銷量占機床總量的40%。這些實際情況也讓國產數控系統難以打破國外產品的市場生態圈。

  “沒有市場就無法形成數控產業規模,沒有產業規模,就不會有好的經濟效益,也就留不住優秀人才,影響資金的再投入,形成惡性循環。”陳吉紅說。

  正是看到了中國高檔數控機床拓展市場的困境,中國工程院院士才聯合寫報告,向高層建言大力推動高檔數控機床的國產化,希望國家從多個層面,全力支持產業化關鍵期的中國中高檔數控機床。院士們希望改變當前數控機床采購中的“不平等”狀態——即政府采購中,往往指定采購國外品牌,而不是理直氣壯地支持國產貨。“日本、韓國,全部是用自己的數控機床,而中國寧愿用國外的。”

  參與建言的盧秉恒院士稱,接下來有望出臺推動國產技術走向應用的扶持政策。

  “中國機床數控系統,技術上如華為、小米一樣,已經形成自己的特色,可以堵槍眼、拼刺刀了。我相信,中國數控系統會像當年中國彩電行業、現在華為手機一樣,一旦市場認可了,國外品牌就會出局。”陳吉紅說。

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