高档数控机床“中国脑”突围

5月30日,多位中国工程院院士在全国科技创新大会期间向中央高层递交了关于支持中国高档数控机床国产化的建议。

2009年以来,国家通过实施重大科技专项“高档数控机床与基础制造装备”(04专项),大力推动高档机床国产化技术攻关。目前,中国高档数控机床的数控系统软、硬件技术都取得了重大突破,已经可以应用。但是,大规模应用却遭遇市场推广的难题。

因此,院士们建言,出台系列扶持政策,包括在航空航天军工领域推动政府采购,取消部分国产化已经突破的进口产品的免税政策等。

数据显示,高档数控机床中,国产数控系统(也就是“中国脑”)市场占有率只有5%。分析人士认为,高端数控机床国产化的市场推广是当前行业发展瓶颈所在,一旦突破,替代进口在望。接下来国家有望出台推动国产数控技术走向应用的扶持政策。

数控系统中国梦

按照规划,到2020年,我国要通过技术攻关,形成高档数控机床与基础制造装备主要产品的自主开发能力,形成国产数控系统与主机的批量配套体系

数控机床是工业母机,其技术水平代表着一个国家的综合竞争力,尤其是五轴联动高档数控机床对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等行业有着举足轻重的影响力。《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》确定了16个科技重大专项。“高档数控机床与基础制造装备”是16个科技重大专项之一,也即2009年启动的04科技重大专项,这是与集成电路、大飞机、载人航天等项目同等重要的国家科技重大项目。

按照规划,到2020年,我国要通过技术攻关,形成高档数控机床与基础制造装备主要产品的自主开发能力,形成国产数控系统与主机的批量配套体系。其中,数控系统是机床装备的“大脑”,是决定数控机床功能、性能、可靠性、成本价格的关键因素,也是制约我国数控机床行业发展的瓶颈。

04科技重大专项提出,要瞄准国外数控系统先进技术,强力支持“中国制造”的短板——国产数控系统企业自主研发高档型、标准型数控系统、伺服驱动和伺服电机等最重要的关键基础部件。通过在航空航天、汽车、发电装备、船舶和数控机床制造重点企业的应用示范,推动国产数控系统的技术进步和产业化。

机床数控系统发端于上世纪五十年代的美国。日本企业引进该项技术后,应用于廉价的普通机床上,使得数控机床在20世纪70年代后期得到普及。与计算机一样,历史上机床数控系统的控制元件大致经历了三次变化:电子管——晶体管——集成电路。由于中国在计算机和集成电路领域远远落后于发达国家,中国机床数控系统技术也彻底落后了。

改革开放以后,机床数控产业经历了“六五”期间技术引进、“七五”期间技术消化吸收、“八五”期间技术自主开发、“九五”到“十二五”期间中低档数控技术产业化和高档数控系统缩小差距的艰难发展过程。

数控技术是战略性核心技术,五轴联动以上高档数控系统和机床装备一直是重要的国际战略物资,受到西方国家严格的出口限制。一个典型案例是“东芝事件”:1983年,日本东芝公司卖给前苏联几台五轴联动数控铣床,前苏联将其用于制造核潜艇推进螺旋桨,以至于美国的声纳无法侦测到前苏联核潜艇的动向。后来,美国国防部追究责任,东芝的相关高层都进了监狱。

我国曾经引进日本发那科和德国西门子的数控系统技术,但对方都采取了“高附加值产品销售——落后技术转让——合资办厂”等占领中国市场的手段。凡是中国没有的技术,凡是中国需要的技术,对方都不卖。至今,我国高档数控机床还是以国外数控系统为主。

先消化外国先进技术,再走“自主开发”路子的设想并没有实现。从中国机床产量峰值时的2010年数据看,中国低档经济型机床占比60%,其中95%是国产数控系统;中档标准型机床占比38%,其中国产数控系统占20%;高档机床占比2%,其中国产高档数控系统仅占2%。

数控系统技术获突破

中国工程院院士、西安交通大学教授卢秉恒告诉记者,中国在高档数控机床技术上实现了重大突破,正在走向应用

华中数控董事长陈吉红是04科技重大专项总体组专家。据他介绍,2009年,04科技重大专项立项支持华中数控、广州数控、大连光洋、沈阳高精和航天数控等5家数控系统企业,自主研发高档数控系统关键技术。

经过两年多的努力,5家企业均攻克了数控系统软硬件平台、高速高精、多轴联动、总线技术、纳米插补等一批高档数控系统关键技术,研制出全数字总线式高档数控系统产品样机,实现从模拟接口、脉冲接口到全数字总线控制、高速高精的技术跨越。

2012年,04科技重大专项数控系统的任务部署转向重点对标。课题的考核指标确立两个标靶:高档数控系统瞄准的是西门子840D——它就像机床行业的F22战斗机,具有五轴联动、多通道、高速高精、车铣复合等功效;中档普及性、标准型技术瞄准的是市场上量大面广的发那科0i系统。技术攻关单位公开招标的结果,华中数控、大连光洋承担了高档型数控系统开发和应用验证;广州数控、华中数控承担了标准型数控系统开发及产业化课题。这四项课题累计投入国拨经费达5亿多元。而此前,类似课题的拨款支持力度不超过1000万元。

2015年6月到2016年2月间,国家机床质量监督检验中心组织专家组对04专项数控系统课题的研究成果和产品进行了评测。华中8型数控系统、广州数控系统通过了全部633项标准型对标评测项,通过率100%。华中8型数控系统通过了1952项高档型对标评测项,通过率达98%。这大大超出课题考核指标所要求的达到国外同类数控系统 90%以上的要求。

大连光洋承担的两科技项目——五轴立式铣车复合加工中心,高可靠性光纤总线开放式高档数控系统、精密测量系统、伺服装置和电机技术及产品成套系统工程也通过了专家鉴定。

2016年4月10日,中国机械工业联合会组织了行业内知名专家,对华中数控的“高性能数控系统关键技术及应用”成果进行了鉴定。鉴定委员会认为:华中数控成功研制出具有自主知识产权的系列化华中8型高性能数控装置、伺服驱动和伺服电机成套产品。经测试,该系统各项功能均达到国际主流高档数控系统的指标。经用户使用验证,功能、性能和可靠性达到国外同类系统水平,可替代进口。

为了推动国产数控系统的应用示范和产业化,04科技重大专项还立项支持了一批航空航天、汽车、发电装备和船舶制造企业应用国产数控机床和数控系统。华中数控、广州数控、大连光洋、沈阳高精所研制的高档型数控系统与10多类600多台高速、精密、5轴联动高档数控机床实现了配套。国产高档数控系统已在沈飞、成飞、航天8院、东汽等航空航天、汽车、发电装备制造等一批重点领域批量应用,其功能、性能、可靠性经受了用户的考验,受到用户的好评。中国数控系统产业迎来了快速发展的曙光。

中国工程院院士、西安交通大学教授卢秉恒是04科技重大专项的技术总师。他在接受上海证券报记者采访时说,中国在高档数控机床技术上实现了重大突破,正在走向应用,如在五轴联动、高精密等领域都有突破。

与国外最先进技术相比,目前国产中高档数控系统在性能上、可靠性上还有一些差距。但卢院士认为,研究是无法预测应用中可能遇到的所有问题的,中国高档数控系统瓶颈是缺乏大量应用,没有大量应用就发现不了问题,就无法优化。中国已经能够做高档数控机床和系统,接下来必须加速应用,用得越多,国产技术才能越好。

艰难开拓高档市场应用

目前国产数控系统较大问题是高端客户认同度低,尤其是国防军工企业,还不信任国产高档数控系统在可靠性、功能方面能满足要求

推动商业应用,开拓市场,成为当下发展数控系统产业最现实的问题。

04科技重大专项对此有明确要求:到2020年,高档数控系统、关键功能部件与主机实现批量配套,并得到应用示范;国产标准型数控系统市场占有率从30%提高到60%以上;国产高档数控系统的市场占有率将从现在的2%提高到20%左右。

04科技重大专项数控系统技术取得突破后,在市场拓展方面取得了不小成绩。以广州数控为例,其在高档数控专项支持开发的高档数控系统成果 27i、25i 已经实现配套近百台,用于沈阳巨浪特种机床、广州宏力立加、江阳贝尔滚齿机、宁国飞鹰专机改造、哈斯机床旧机改造等。与上海航天八院联合研制的搅拌摩擦焊已经成功应用,其配套的广数高档数控系统得到好评。

民营企业大连光洋集团只做高端五轴数控机床,其控制系统、伺服电机、主轴、传感器都是自主研发。2009年参与04科技重大专项后,公司技术取得很大进步。在6月北京国际机床展上,该公司人士透露,目前公司每年机床销量100台左右,在国内高端市场做得较大。

而华中数控利用04科技重大专项支持所取得的技术积累,针对3C(计算机、通讯和消费电子)制造行业的巨大需求,研制和批量销售了具有高速高精、高速主轴控制等关键技术的钻攻中心数控系统,其加工效率优于国外同类产品,并且建立了3C加工智能工厂。目前,华中8型钻攻中心数控系统已经销售7000多台套。另外,大连机床集团与华中数控合作,自主开发了大连机床自己的DMTG数控系统,近年来累计销售了近万台套。

根据04专项总体组的数据统计,2012年至今,04专项支持研发的高档型数控系统已累计销售近千台,标准型数控系统已累计销售5万多台。

据统计,国产高档数控系统的市场占有率已从04专项启动前的2%提升到目前的5%,中档、标准型数控系统的市场占有率已从04专项启动前的20%提升到目前的约40%。

国产数控系统最近两年取得的成绩有目共睹,但华中数控董事长陈吉红认为,虽然国产机床数控系统技术上与国外的差距在缩小,但技术突破不等于市场突破。目前国产数控系统较大问题是高端客户认同度低,包括国防军工企业,还不信任国产高档数控系统在可靠性、功能方面能满足它们的要求。有企业反映:去向军工企业推销时,都说“我们从来不用国产设备,除非国防科工局发文。如果影响了军品交货谁负责?”

记者在6月北京机床展期间,随机采访了昆明机床、秦川机床等企业,这些核心机床企业都没有批量选用国产数控系统,主要认为国产系统在功能等方面和国外系统还有差距。

陈吉红列举了市场拓展的难处:国外数控系统在中国市场耕耘了四十多年,其产品在技术上、性能上的优势,形成了很好的市场品牌与客户美誉度,大量的客户已经习惯使用它们的产品,形成了一个“市场生态圈”。

同时,当中国技术突破后,国外企业就解除技术封锁或者大幅降价,冲击中国新技术。

以3C领域广泛使用的钻攻中心数控系统为例,当国内技术没突破时,日本发那科公司31i数控系统在中国市场卖28万元一套,而且部分功能还是屏蔽的。当华中数控等国内数控系统的钻攻中心数控系统推向市场后,发那科公司把31i数控系统的算法、功能移植到0imate系统上,以5万元一套的价格在市场上与中国国产数控系统竞争,保持市场优势。

中国机床行业协会一位专家称,有的行业如汽车,由外资品牌主导市场,均采购国外设备。而据统计,汽车行业机床销量占机床总量的40%。这些实际情况也让国产数控系统难以打破国外产品的市场生态圈。

“没有市场就无法形成数控产业规模,没有产业规模,就不会有好的经济效益,也就留不住优秀人才,影响资金的再投入,形成恶性循环。” 陈吉红说。

正是看到了中国高档数控机床拓展市场的困境,中国工程院院士才联合写报告,向高层建言大力推动高档数控机床的国产化,希望国家从多个层面,全力支持产业化关键期的中国中高档数控机床。院士们希望改变当前数控机床采购中的“不平等”状态——即政府采购中,往往指定采购国外品牌,而不是理直气壮地支持国产货。“日本、韩国,全部是用自己的数控机床,而中国宁愿用国外的。”

参与建言的卢秉恒院士称,接下来有望出台推动国产技术走向应用的扶持政策。

“中国机床数控系统,技术上如华为、小米一样,已经形成自己的特色,可以堵枪眼、拼刺刀了。我相信,中国数控系统会像当年中国彩电行业、现在华为手机一样,一旦市场认可了,国外品牌就会出局。”陈吉红说。