一径瘪、數(shù)控產(chǎn)業(yè)對基礎工業(yè)與制造業(yè)的影響
數(shù)控產(chǎn)業(yè)基本內(nèi)容
什么是數(shù)控谅璧?通常意義上認為是計算機數(shù)字控制的簡稱,即CNC(Computer Numerical Control)铅惋;
什么是數(shù)控機床绅拢?數(shù)字控制機床,一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床泪滥;被尊稱為“工業(yè)母機”濒聪;
什么是數(shù)控系統(tǒng)?利用數(shù)字指令控制機器動作的系統(tǒng)园凫,常用受控對象包括位移砍没、角度、速度十碗、力等模擬量和電流鸥司、功率、扭矩等數(shù)字量汉惫;也就是說培愁,用數(shù)控系統(tǒng)控制加工的機床著摔,就是數(shù)控機床。數(shù)控機床應該算是工業(yè)自動化最基本的制造單元了定续。
什么是數(shù)控產(chǎn)業(yè)谍咆?一般泛指數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)。但本人認為香罐,除數(shù)控機床外卧波,數(shù)控產(chǎn)業(yè)還應包括數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅動器庇茫、電機港粱、傳感器、執(zhí)行部件旦签、機床本體和機床制造工藝查坪、機床加工工藝等內(nèi)容,涵蓋了機械宁炫、電子偿曙、控制、自動化羔巢、軟件附直、材料、工藝等學科霹早。數(shù)控產(chǎn)業(yè)是一個集資金密集型矢锯、勞動力密集型、知識密集型等于一體的產(chǎn)業(yè)秋贤,如果把數(shù)控機床比作一個人的話跛猛,數(shù)控系統(tǒng)是人的大腦,伺服驅動器是人的肌肉爬喝,電機是人的關節(jié)儡绩,傳感器是人的眼睛,執(zhí)行部件(回轉工作臺或擺角銑頭)是人的手腳程鸵,機床本體(床身/裸機)是人的骨架鹿磁。通俗地講,數(shù)控機床的出現(xiàn)就是替代了人的手工操作频僵,使得生產(chǎn)制造更規(guī)范骆喉、更專業(yè)、一致性好享甸,不依賴于人力截碴。但其為工藝服務的本質是不變的。
什么是機床制造工藝?機床制造工藝是指機床的生產(chǎn)制造過程日丹,機床加工工藝是指機床加工零部件的使用過程走哺,其中有一些關鍵概念,常見包括:1) 五軸聯(lián)動:準確地說是五坐標聯(lián)動哲虾。核心是刀尖點旋轉編程(RTCP)丙躏,意思是刀尖點可以到達空間中任意位置,作用是可實現(xiàn)空間任意曲面的加工束凑,例如船用推進器的螺旋槳晒旅,汽車增壓器葉輪、飛機發(fā)動機整體葉盤汪诉、汽輪機和燃機用葉片等關鍵工業(yè)零件废恋。換句話說,就是復雜的自由曲面扒寄,沒有這個功能就不能由圖紙變成實物鱼鼓。2) 復合加工:多種工藝手段在工件一次裝卡下完成,例如車銑復合木冈、車削復合半摔、銑削復合、磨削復合演易、增材制造(3D打釉嗥)與金切制造復合(加減一體化制造)等,是最大限度地提升工藝能力坝偶、保證加工精度的制造方式掺胖;尤其是加減一體化制造,對未來的影響極其重要慰沸,例如飛機異形結構件拷拗、魚雷推進器等槽叮。
很多軍事工業(yè)技術的源頭都有數(shù)控產(chǎn)業(yè)技術的身影磷像,例如:航母用的電磁彈射技術,其技術原型就是數(shù)控產(chǎn)業(yè)的直線電機技術津贩;中國的直線電機技術邦匆,現(xiàn)在已經(jīng)基本成熟了。
所以我國新建的航母采用電磁彈射尝江,完全沒有技術障礙涉波,只存在工程解決方案的問題。美國IPG(阿帕奇)公司生產(chǎn)的1KW小型激光器禁止對華出口炭序,因為它的另一個用途是具備殺傷性的激光槍啤覆。這種1KW小型激光器的大小,比我們常用的激光筆大不了多少惭聂。
抗日戰(zhàn)爭時期窗声,日本對東北三省進行的高精度測繪相恃。其精確度非常之高,因為它采用了一個叫光柵的測量元件笨觅。目前拦耐,全球光柵產(chǎn)業(yè)商業(yè)化最成熟的兩家公司,一家是德國的海德漢公司见剩,一家是英國的雷尼紹公司杀糯。這兩家公司幾乎壟斷了光柵技術的全球市場。而當下中國的數(shù)控產(chǎn)業(yè)只能采購到基本測量水平的光柵苍苞,高精度的光柵是對華禁售的固翰。
二、數(shù)控產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和趨勢
數(shù)控產(chǎn)業(yè)目前以美國耕粪、德國品糯、日本、瑞士等國家為技術領先者居饵。
美國在電子信息方面占據(jù)壟斷地位蛔交,全球的芯片和實時控制軟件幾乎都來自于美國。同時减严,美國制造業(yè)的發(fā)展得益于軍事工業(yè)镐访,尤其是航空航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展的拉動。德國的制造業(yè)由大量掌握技術訣竅的中小企業(yè)支撐肮碗,由西門子等大型企業(yè)牽引限榆,機械、電子始踪、材料笆唧、工藝等各方面技術都發(fā)展非常均衡。也得益于戰(zhàn)爭經(jīng)濟的驅動洁糟。日本的制造業(yè)是在模仿創(chuàng)新(學習英國岸裙、德國、美國等)的基礎上速缆,由戰(zhàn)爭驅動的典型降允,尤其是其二戰(zhàn)后,在美國的幫助下艺糜,技術經(jīng)濟得以快速發(fā)展剧董。
如果說德國是精密和品質的代名詞,那么瑞士的代名詞就是極致破停。在數(shù)控產(chǎn)業(yè)翅楼,同種類、同規(guī)格的系列產(chǎn)品中,瑞士產(chǎn)品的價格基本是德國產(chǎn)品價格的2——3倍左右毅臊。其它接近第一陣營的還有英國边涕、法國、意大利褂微、奧地利功蜓、瑞典和部分前獨聯(lián)體國家等。
從市場上看宠蚂,中國是全球機床產(chǎn)量最大的丑辖、采購額最高的國家,但銷售額卻不是前列夷朽。因為在高檔機床領域咏编,中國尚不能實現(xiàn)自給自足。所以中國主要是從上述國家進口機床熄朴,尤其是美日德理侄。
通常大家都會認為,中國用若干產(chǎn)品換一架波音飛機是很丟臉的事情雾鸠,但是更為可悲是剛才提到的對華禁售限牢。在數(shù)控產(chǎn)業(yè),即便我們愿意出更多的錢纪娄,但一些高精密的數(shù)控機床仍然不會賣給中國戈裳。
盡管如此,但中國仍有95%以上的高檔機床來自于進口启毁。其余5%為自主生產(chǎn)橘蹭,但其數(shù)控系統(tǒng)等關鍵部件仍然有95%來自于進口。再其余的部分關鍵核心部件是100%國產(chǎn)的页衙,并且主要由大連光洋科技集團的子公司——科德數(shù)控股份有限公司生產(chǎn)摊滔。從技術水平的角度來看捣潭,這個企業(yè)擁有國內(nèi)行業(yè)唯一的高檔數(shù)控機床控制集成技術國家工程實驗室寻僧,是國內(nèi)數(shù)控技術的領軍企業(yè)。
未來准给,數(shù)控產(chǎn)業(yè)的趨勢响巢,是要向 “更好地服務于用戶工藝”發(fā)展描滔。它包括但不限于更高精度棒妨、更快速度踪古、更高效率,要向柔性制造券腔、綠色制造伏穆、增材制造和網(wǎng)絡化、信息化、生產(chǎn)化等方面發(fā)展枕扫。但萬變不離其宗陪腌,用戶工藝才是數(shù)控產(chǎn)業(yè)的靈魂所在。
三燥颠、數(shù)控產(chǎn)業(yè)與基礎工業(yè)的關系
這里叼稍,我們重點談一點它的基礎性作用。首先是數(shù)控機床的技術悖論:雞生蛋睛赁?蛋生雞闻荠?它受到工藝精度的制約。具體地說徙祥,機械或者電子設備零部件的生產(chǎn)需要機床加工藻拟。那么,提高了機床的制造精度廉贤,也就提高了零部件的精度卑聚,進而也就提高了機械或者電子設備的水平和精度。但是卧蒂,高精度的機床也只能加工出不超過自身精度水平的零件纽秽。那么,機床產(chǎn)品本身的部件精力如何提高呢圆乡?如此监灌,問題就來了:如何能夠得到更高精度等級的機床呢?這就形成了所謂的雞和蛋击胜,誰產(chǎn)生誰的問題了亏狰。
第二,數(shù)控機床不是普通商品偶摔,高檔數(shù)控機床在“巴統(tǒng)”清單(現(xiàn)稱瓦森納協(xié)定)被列為戰(zhàn)略物資暇唾。典型如“東芝事件”、“考克斯報告”等等辰斋。光洋集團曾從日本大隈株式會社(OKUMA)采購了一臺五軸聯(lián)動臥式車銑復合加工中心策州,機床已經(jīng)入集裝箱裝船了,依然被日本通產(chǎn)省以涉及日本國家戰(zhàn)略安全為由扣留宫仗。自此够挂,光洋集團的核心技術人員禁止以任何公務理由進入日本國境。
第三藕夫,基礎工業(yè)有三基:裝備孽糖、材料、工藝毅贮“煳颍基礎裝備的核心組成部分就是被稱為“工業(yè)母機”的數(shù)控機床尘奏,其次還有工業(yè)機器人等。其它基礎材料還有很多鸦呆,例如稀土材料瓣挂、特種材料、有機材料畔香、生物材料等类埋。而基礎工藝則是利用基礎裝備加工基礎材料,得到基礎零部件和基礎裝備的過程猪褐∧恿荆可以看出,數(shù)控產(chǎn)業(yè)幾乎涵蓋了基礎工業(yè)的大部分內(nèi)容析深。因此可以說华雷,數(shù)控產(chǎn)業(yè)的水平代表了一個國家的工業(yè)水平。從這個角度來看咨锐,我們很容易理解這樣一些現(xiàn)象:
是誰支撐了美國的陸軍持蓄、空軍、海軍等軍事力量系馁?又是誰支撐了英特爾臂外、微軟、高通喇颁、洛馬漏健、波音、GE等等世界級知名公司橘霎?是技術強勁的數(shù)控制造業(yè)蔫浆;
德國發(fā)起了兩次世界大戰(zhàn),并且均以失敗告終姐叁。但至今德國的經(jīng)濟瓦盛、技術力量依然堅挺的原因,是德國堅持以工業(yè)經(jīng)濟為發(fā)展主線外潜,所以它抗風險原环、抗打擊、抗“泡沫”的能力均不同凡響处窥。例如德國蔡司嘱吗,是國際光學領域的絕對領導者;
日本是這個世界上唯一一個把美國打疼了的國家滔驾,也是唯一一個跟美國進行過大規(guī)模海戰(zhàn)的國家谒麦。日本源何有這種能力?因為日本右翼的核心財團之一——三菱株式會社擁有5個世界500強公司乞哀,三菱重工的造船能力是世界領先的谤变;
二戰(zhàn)期間荞谬,在亞平寧半島趣情,有一個中立國與法國适系、德國、意大利都接壤纺辟,但卻未經(jīng)戰(zhàn)事高骑,這個國家叫瑞士。瑞士不僅有美麗的風光脾仁,還有精準的手表辈殃。但如果瑞士沒有強大的制造業(yè),全民皆兵又如何秕栓?
作為老牌資本主義國家债案,目前值得英國和法國驕傲的資本是什么呢?英國有一個羅羅(羅爾斯羅伊斯Rolls-Royce)公司邢入,它的兄弟公司產(chǎn)品是為人們所熟知的勞斯萊斯(Rolls-Royce)汽車截型;法國也有兩個公司,一個是空中客車(Airbus)儒溉,一個是阿爾斯通(ALSTOM)宦焦。它們是大規(guī)模工業(yè)化的代表,并帶給老牌資本主義國家以持續(xù)的工業(yè)發(fā)展后勁顿涣。
還有一例波闹,就是在斯大林格勒保衛(wèi)戰(zhàn)中,斯大林格勒“紅十月”拖拉機廠生產(chǎn)的坦克可以直接上前線投入戰(zhàn)斗涛碑,在那場消耗戰(zhàn)中有效地為蘇軍戰(zhàn)備提供補給精堕。在蘇聯(lián)解體以后,世界上仍然存在唯一 一個可以以軍事力量震懾美國的國家蒲障,它叫俄羅斯锄码。
凡此種種,不勝枚舉晌涕。我想說明的是滋捶,雖然我們中國有衛(wèi)星、火箭余黎、導彈弛镣、飛機、大炮才擒、汽車钩裆、艦船——但我們卻沒有加工這些戰(zhàn)略裝備的關鍵零部件所需的高檔數(shù)控機床!這不得不說善瞧,是極端令人遺憾的图盖。我國的數(shù)控產(chǎn)業(yè)毕蕉,不論是技術水平還是產(chǎn)業(yè)成熟度,與發(fā)達資本主義國家企著、工業(yè)化國家相比乙笛,只能算是初學者。從產(chǎn)業(yè)成熟度來看冒溜,我國并不比上世紀20年代的日本刽室、一戰(zhàn)后的德國、十九世紀末的英美等國強多少(還好中國有核武器)饶辆,這與我們國家一直處于制造業(yè)的底端是相匹配的酪律,我國的工業(yè)化水平亟待提高。
四翻默、數(shù)控產(chǎn)業(yè)與制造業(yè)企業(yè)的系統(tǒng)性影響
制造業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)制造飽和能力是由數(shù)控產(chǎn)業(yè)決定的缸沃。不論何種制造業(yè)企業(yè),其生產(chǎn)工具或生產(chǎn)資料修械,都直接或間接的需要數(shù)控機床作為母機趾牧,參與生產(chǎn)過程。因此祠肥,制造業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)極限武氓,主要由數(shù)控產(chǎn)業(yè)決定。例如仇箱,汽車工業(yè)县恕,汽車的產(chǎn)能受制于零部件的產(chǎn)能和裝配效率,而零部件則幾乎全部是由數(shù)控機床加工生產(chǎn)的剂桥,國內(nèi)汽車整車廠和零部件廠忠烛,凡是精密加工環(huán)節(jié),幾乎都來自于進口機床权逗,所以數(shù)控機床的產(chǎn)出效率和質量美尸,決定了汽車的產(chǎn)能和質量。
制造業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)制造工藝體系是由數(shù)控產(chǎn)業(yè)決定的僵馒。由于我國不具備成熟的高檔數(shù)控機床研制能力幼氏,因此,制造業(yè)企業(yè)在制定生產(chǎn)制造工藝的時候绸秸,只能選擇進口機床或者裝配了進口數(shù)控系統(tǒng)的國產(chǎn)機床來加工工件嬉拾。因此,用戶制定的制造工藝直接受制于數(shù)控系統(tǒng)的功能開放程度匠似。簡言之臊吓,我們的想法再好,還需要進口產(chǎn)品的支持暗沉,想法才能變成現(xiàn)實英谢。
制造業(yè)企業(yè)的技術改造升級或者技術產(chǎn)品迭代受制于數(shù)控產(chǎn)業(yè)讹玉。在利用原有數(shù)控機床實現(xiàn)技術改造升級或者技術產(chǎn)品迭代的過程中,數(shù)控系統(tǒng)軟件功能和開放程度直接影響其實現(xiàn)刃伞;而在數(shù)控機床或數(shù)控機床核心部件改進升級的時候挡辩,制造業(yè)企業(yè)為了保障自身的制造能力和制造優(yōu)勢,往往不得不對現(xiàn)有的生產(chǎn)裝備進行改造升級或者新購置栽斑。
制造業(yè)企業(yè)的基礎技術工人隊伍的知識和技能體系受制于數(shù)控產(chǎn)業(yè)艇挨。數(shù)控系統(tǒng)的品牌體系和功能體系直接決定了基礎技術工人隊伍的知識體系和操作技能残炮,例如使用日本發(fā)那科(FANUC)習慣的技工韭赘,同樣方法就操作不了德國西門子(Siemens)產(chǎn)品。為了降低管理成本势就,積累技工經(jīng)驗和進行知識系統(tǒng)集成管理泉瞻,企業(yè)所有數(shù)控產(chǎn)品可能全部采用同一個品牌的數(shù)控系統(tǒng),技術工人只能掌握和使用同一品牌系統(tǒng)的功能苞冯。這一條是很致命的袖牙。我們很多的現(xiàn)場技術工人,如果給他換一個品牌的數(shù)控系統(tǒng)舅锄,他就真的不會干活了鞭达,所以,我們的產(chǎn)業(yè)工人都成為了國外技術的“奴隸”皇忿。
制造業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)制造安全受制于數(shù)控產(chǎn)業(yè)畴蹭。制造業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)制造安全,尤其是信息和數(shù)據(jù)安全鳍烁,一切都是由數(shù)控機床決定的叨襟,所有的加工過程、加工數(shù)據(jù)羞条、產(chǎn)量信息等等慌缨,一切都沒有秘密可言,完全被數(shù)控系統(tǒng)所掌握资妇。
古語云:“工欲善其事娱背,必先利其器∷福”此“器”即為數(shù)控機床烂秘,尤其是高檔數(shù)控機床。沒有制造高檔機床的能力烈拉,在所有后發(fā)制造的環(huán)節(jié)上偶刃,我們都會受制于人。
五牛拭、數(shù)控產(chǎn)業(yè)關系國家戰(zhàn)略嘹谎、經(jīng)濟大熟、工業(yè)安全
一、國家戰(zhàn)略安全:主要反映在軍事安全上囤恶。高檔數(shù)控機床以及其關鍵部件(高檔數(shù)控系統(tǒng)等)都屬于國家戰(zhàn)略物資偿荷,禁止公開國際采購。我們國家軍工企業(yè)進口的高檔數(shù)控機床唠椭,少則倒手兩三次跳纳,多則倒手五六次,方才能夠買回贪嫂,而且沒有任何售后服務寺庄。一旦爆發(fā)戰(zhàn)事,我們的軍工廠應該如何應對力崇?
二斗塘、國家經(jīng)濟安全:我們國家的制造業(yè)雖然門類齊全,但是并不具備獨立自主的生產(chǎn)能力亮靴,關鍵部件和關鍵裝備馍盟、設備依然大量依賴進口。經(jīng)濟體系不能獨立穩(wěn)定運行茧吊,例如外采的鐵礦石贞岭、原油、民航大飛機搓侄、高檔數(shù)控機床瑞蓉、特種鋼材、高檔軸承装魁、減速機等酷豫。禁止進口等同于經(jīng)濟制裁。
三逐程、國家工業(yè)安全:我們國家的工業(yè)現(xiàn)場雀秤,到處都有各種進口的PLC、現(xiàn)場總線飒自、工控系統(tǒng)(ARM結構或X86結構)缔龟、數(shù)采系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)等產(chǎn)品秘驻。所有工業(yè)數(shù)據(jù)的記錄值豫、采集、傳輸戳明、存儲澈拖、分析等工作,完全在進口產(chǎn)品研制國家的掌控之下。也許参歹,美國的一條指令仰楚,就可以讓中國的工業(yè)經(jīng)濟癱瘓。
數(shù)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展難點
既然存在這么多的問題犬庇,存在如此之多的威脅僧界,既然數(shù)控產(chǎn)業(yè)具有如此之高的戰(zhàn)略地位,那么它的發(fā)展難點到底在哪里呢臭挽?個人認為有如下幾點:
一捂襟、產(chǎn)業(yè)基礎性太強,牽扯的應用領域太寬欢峰。服務用戶工藝的多樣性和復雜性葬荷,是制約國產(chǎn)數(shù)控產(chǎn)業(yè)提高產(chǎn)品成熟度和適應性,實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重要外在因素之一赤赊;
二闯狱、數(shù)控產(chǎn)業(yè)是技術煞赢、人力抛计、資本綜合密集型產(chǎn)業(yè),不是簡單的有錢照筑、有人嫡澄、有技術就能發(fā)展的。三一重工曾經(jīng)投入巨資成立三一精機發(fā)展數(shù)控產(chǎn)業(yè)诽矩,那一年也恰好是三一重工CEO榮登中國富豪榜首位的那年改擂。發(fā)展至今,不但沒有進展租触,而且?guī)捉馍⒔鹤兀昂笾辽偃灏賰|人民幣打了“水漂”。說到底蔽宜,是數(shù)控產(chǎn)業(yè)冗長的人才鏈水亮、技術鏈和產(chǎn)業(yè)鏈,以極強的產(chǎn)業(yè)關聯(lián)度苫颤,建立起了極高的產(chǎn)業(yè)門檻枢菇,而國內(nèi)企業(yè)大部分還沒與跨入這個門檻。
三俯坐、國家在發(fā)展數(shù)控產(chǎn)業(yè)的問題上噩拼,仍不得其道。高層在認識上是清晰和準確的寺晌,各部委在執(zhí)行上卻表面出短視和低效的一面世吨,各地方在發(fā)展上也趨于盲目和急功近利。因此,發(fā)展數(shù)控產(chǎn)業(yè)耘婚,看上去轟轟烈烈像屋,到頭來,依然原地踏步边篮。若與國外相比己莺,則是在退步。
六戈轿、數(shù)控產(chǎn)業(yè)所需的人力資源極度匱乏凌受,這才是當前最難解的題。
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