㈠ 國內外數控機床的發展情況分析論文
當今世界，工業發達國家對機床工業高度重視，競相發展機電一體化、高精、高效、高自動化先進機床，以加速工業和國民經濟的發展。長期以來，歐、美、亞在國際市場上相互展開激烈競爭，已形成一條無形戰線，特別是隨微電子、計算機技術的進步，數控機床在20世紀80年代以後加速發展，各方用戶提出更多需求，早已成為四大國際機床展上各國機床製造商競相展示先進技術、爭奪用戶、擴大市場的焦點。中國加入WTO後，正式參與世界市場激烈競爭，今後如何加強機床工業實力、加速數控機床產業發展，實是緊迫而又艱巨的任務。
數控機床的技術特點及其發展條件
1948年美國空軍部門為製造飛機雜零件，提供設備研經費，由G&L公司與MIT合作研究四年，於1952年試制出世界第一台數控銑床，立即生產100台交付軍工使用。在成果上顯示了它是社會需求、科技水平、人員素質三者的結晶；在技術上則顯示出機電一體化機床在控制方面的巨大創新。
數控機床的技術特點
數控機床具有以下三大突出的特點：
利用二進制數學方式輸入，加工過程可任意編程，主軸及進給速度可按加工工藝需要變化，且能實現多座標聯動，易加工雜曲面。對於加工對象具有「易變、多變、善變」的特點，換批調整方便，可實現雜件多品種中小批柔性生產，適應社會對產品多樣化的需求。但價格較昂貴，需要正確分析其使用的經濟合理性；
利用硬體和軟體相組合，能實現信息反饋、補償、自動加減速等功能，可進一步提高機床的加工精度、效率、自動化程度；
是以電子控制為主的機電一體化機床，充分發揮了微電子、計算機技術特有的優點，易於實現信息化、智能化、網路化，可較易地組成各種先進製造系統，如FMS、FTL、FA，甚至將來的CIMS，能最大限度地提高工業的生產率、勞動生產率。
數控機床發展的條件
任何事物都有其特點與發展條件，人們掌握後才能加速其發展。數控機床的發展條件主要包括：
它是機、電、液、氣、光多學科各種高科技的綜合性組合，特別是以電子、計算機等現代先進技術為基石，必須具有鞏固的技術基礎，互相配套，缺一不可。如不齊備，則數控機床難以順利發展；
數控機床是由主機、各種元部件(功能部件)和數控系統三大部分組成，還需先進的自動化刀具配合，才能實現加工，各個環節在技術上、質量上必須切實過關，確保工作可靠、穩定，才能保數控機床工作的精度、效率和自動化，否則，難以在生產實際中使用；
它是社會需求、科技水平和人員素質三者的結合，缺一不成。如果人員素質差、科技水平達不到，則難以滿足社會需求。人是一切活動的主體，需要各種精通業務的專家、人才和熟練技術工人，互相配合，共同完成。否則，數控機床難以順利發展。
工業發達國家發展數控機床的主要經驗
數控機床出現至今的50年，隨科技、特別是微電子、計算機技術的進步而不斷發展。美、德、日三國是當今世上在數控機床科研、設計、製造和使用上，技術最先進、經驗最多的國家。因其社會條件不同，各有特點。
美國的特點是，政府重視機床工業，美國國防部等部門不斷提出機床的發展方向、科研任務和提供充足的經費，且網羅世界人才，特別講究「效率」和「創新」，注重基礎科研。因而在機床技術上不斷創新，如1952年研製出世界第一台數控機床、1958年創制出加工中心、70年代初研製成FMS、1987年首創開放式數控系統等。由於美國首先結合汽車、軸承生產需求，充分發展了大量大批生產自動化所需的自動線，而且電子、計算機技術在世界上領先，因此其數控機床的主機設計、製造及數控系統基礎扎實，且一貫重視科研和創新，故其高性能數控機床技術在世界也一直領先。當今美國不僅生產宇航等使用的高性能數控機床，也為中小企業生產廉價實用的數控機床(如Haas、Fadal公司等)。其存在的教訓是，偏重於基礎科研，忽視應用技術，且在上世紀80代政府一度放鬆了引導，致使數控機床產量增加緩慢，於1982年被後進的日本超過，並大量進口。從90年代起，糾正過去偏向，數控機床技術上轉向實用，產量又逐漸上升。
德國政府一貫重視機床工業的重要戰略地位，在多方面大力扶植。特別講究「實際」與「實效」，堅持「以人為本」，師徒相傳，不斷提高人員素質。在發展大量大批生產自動化的基礎上，於1956年研製出第一台數控機床後，一直堅持實事求是，講求科學精神，不斷穩步前進。德國特別注重科學試驗，理論與實際相結合，基礎科研與應用技術科研並重。企業與大學科研部門緊密合作，對用戶產品、加工工藝、機床布局結構、數控機床的共性和特性問題進行深入的研究，在質量上精益求精。德國的數控機床質量及性能良好、先進實用、貨真價實，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密數控機床。德國特別重視數控機床主機及配套件之先進實用，其機、電、液、氣、光、刀具、測量、數控系統、各種功能部件，在質量、性能上居世界前列。如西門子公司之數控系統和Heidenhain公司之精密光柵，均為世界聞名，競相採用。
日本政府對機床工業之發展異常重視，通過規劃、法規(如「機振法」、「機電法」、「機信法」等)引導發展。在重視人才及機床元部件配套上學習德國，在質量管理及數控機床技術上學習美國，甚至青出於藍而勝於藍。日本也和美、德兩國相似，充分發展大量大批生產自動化，繼而全力發展中小批柔性生產自動化的數控機床。自1958年研製出第一台數控機床後，1978年產量(7,342台)超過美國(5,688台)，至今產量、出口量一直居世界首位(2001年產量46,604台，出口27,409台，佔59%)。戰略上先仿後創，先生產量大而廣的中檔數控機床，大量出口，佔去世界廣大市場。在上世紀80年代開始進一步加強科研，向高性能數控機床發展。在策略上，首先通過學習美國全面質量管理(TQC)，變為職工自覺群體活動，保產品質量。進而加速發展電子、計算機技術，進入世界前列，為發展機電一體化的數控機床開道。日本在發展數控機床的過程中，狠抓關鍵，突出發展數控系統。日本FANUC公司戰略正確，仿創結合，針對性地發展市場所需各種低中高檔數控系統，在技術上領先，在產量上居世界第一。該公司現有職工3,674人，科研人員超過600人，月產能力7,000套，銷售額在世界市場上佔50%，在國內約佔70%，對加速日本和世界數控機床的發展起了重大促進作用。
中國數控機床現狀及發展中的主要問題
數控機床的現狀
目前，中國機床工業廠多人眾。2000年，金切機床製造廠約358家(20.6萬人)，成形機床製造廠191家(約6.5萬人)，共計549家(27.1萬人)。其中生產數控金切機床的約150家，生產數控成形機床的約30家，共計約180家，占廠家總數的1/3。2001年金切機床產量19.2萬台，內數控金切機床17,521台，約佔9%。
總的來說：數控機床產量不斷增長，2001年為1991年的3.6倍；進口量增長較快，達29倍，出口量有所增加，但數目較小，為4.8倍；數控機床消費量增加較快，達7.9倍。產量滿足不了社會發展的需求。
從金額上看，2001年數控機床進口17,679台，計14.1億美元，出口2,509台，計0.44億美元，進口額為出口額之32倍。進口大、出口小。
中國發展數控機床存在的主要問題
中國於1958年研製出第一台數控機床，發展過程大致可分為兩大階段。在1958～1979年間為第一階段，從1979年至今為第二階段。第一階段中對數控機床特點、發展條件缺乏認識，在人員素質差、基礎薄弱、配套件不過關的情況下，一哄而上又一哄而下，曾三起三落、終因表現欠佳，無法用於生產而停頓。主要存在的問題是盲目性大，缺乏實事求是的科學精神。在第二階段從日、德、美、西班牙先後引進數控系統技術，從日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奧、韓國、台灣省共11國(地區)引進數控機床先進技術和合作、合資生產，解決了可靠性、穩定性問題，數控機床開始正式生產和使用，並逐步向前發展。
在20餘年間，數控機床的設計和製造技術有較大提高，主要表現在三大方面：培訓一批設計、製造、使用和維護的人才；通過合作生產先進數控機床，使設計、製造、使用水平大大提高，縮小了與世界先進技術的差距；通過利用國外先進元部件、數控系統配套，開始能自行設計及製造高速、高性能、五面或五軸聯動加工的數控機床，供應國內市場的需求，但對關鍵技術的試驗、消化、掌握及創新卻較差。至今許多重要功能部件、自動化刀具、數控系統依靠國外技術支撐，不能獨立發展，基本上處於從仿製走向自行開發階段，與日本數控機床的水平差距很大。存在的主要問題包括：缺乏象日本「機電法」、「機信法」那樣的指引；嚴重缺乏各方面專家人才和熟練技術工人；缺少深入系統的科研工作；元部件和數控系統不配套；企業和專業間缺乏合作，基本上孤軍作戰，雖然廠多人眾，但形成不了合力。
中國加速數控機床產業發展之路
中國今後要加速發展數控機床產業，既要深入總結過往的經驗教訓，切實改善存在的問題，又要認真學習國外的先進經驗，沿正確的道路前進。建議切實做好以下幾點：
中國廠多人眾，極需正確的方針、政策對數控機床的發展進行有力的指引。應學習美、德、日經驗，政府高度重視、正確決策、大力扶植。在方針政策上，應講究科學精神、經濟實效，以切實提高生產率、勞動生產率為原則。在方法上，深入用戶，精通工藝，低中高檔並舉，學習日本，首先解決量大而廣的中檔數控機床，批量生產，佔領市場，減少進口，擴大出口。在步驟措施上，必須使國產數控系統先進、可靠，狠抓產品質量與配套件過關，打好技術基礎。近期重在打基礎，建立信譽，擴大國產數控機床的國內市場份額，遠期謀求趕超世界先進水平，大步走向世界市場；
必須狠抓根本，堅持「以人為本」，加速提高人員素質、培養各種專家人才，從根本上改變目前低效、落後的狀態。人是一切事業成敗的根本，層層都要重視「培才、選才、用才」，建立學習型企業，樹立企業文化，加速培育新人，培訓在職人員，建立師徒相傳制度，舉辦各種技術講座、訓練班和專題討論會，甚至聘請外國專家、顧問等，盡力提高數控。300家機械廠技術改進 數控機床需求高
根國家計委投資研究所預測：「十五」期間，我國固定資產總投資額達到22萬億元，年平均增長幅度為37%。按以往固定資產投資與機械市場消費之間的互動關系推斷，「十五」期間，我國機械市場所孕育的商機高達320～400億元。
據預測，至2010年：
汽車市場將達4400～8000萬輛規模，其中轎車產量每增加1%，機械市場可增長0.54%；
交通方面，「十五」期間僅西部鐵路開發就將投入1000億元，未來10年西部交通則將投資7000～8000億元，車輪車床、勾舌銑床、2m大型鋸床、螺旋焊管擴徑機械等專用設備大有用武之地；
水利工程未來5年將投資5300億元，環保一期投資1888億元，二期投資2600億元，相應機械設備需求巨大；
300家機械廠商將進行技改，求購數控機床數量十分可觀；
目前，國內有模具廠1.7萬家，年產值約220億元，預計到2005年產值將達到460億元，所需的機械偏向於高精度、高效率、高速化銑削設備、虛擬軸機床、復合加工機及慢走絲切割機等。 國產數控機床市場佔有率下滑即將有轉機。
隨著世界科技進步和機床工業的發展，數控機床作為機床工業的主流產品，已成為實現裝備製造業現代化的關鍵設備，是國防軍工裝備發展的戰略物資。數控機床的擁有量及其性能水平的高低，是衡量一個國家綜合實力的重要標志。加快發展數控機床產業也是我國裝備製造業發展的現實要求。
根據中國機床工具工業協會組織用戶調查表明，航天航空、國防軍工製造業需要大型、高速、精密、多軸、高效數控機床；汽車、摩托車、家電製造業需求高效、高可靠性、高自動化的數控機床和成套柔性生產線；電站設備、造船、冶金石化設備、軌道交通設備製造業需求高精度、重型為特徵的數控機床；IT業、生物工程等高技術產業需求納米級亞微米級超精密加工數控機床；工程機械、農業機械等傳統製造行業的產業升級，特別是民營企業的蓬勃發展，需要大量數控機床進行裝備。
目前我國數控機床的數量和品種，尚不能完全滿足國內市場需求。據中國機床工具工業協會總幹事長吳柏林(右圖)近日透露，《國家數控機床產業發展專項規劃》草案已經制訂完成，目前正由國家發改委修改，修改完成後，將報國務院領導審閱批准，然後正式施行。據了解，《規劃》施行以後，困擾我國機床工具業發展的數控機床產業化和自主開發能力偏低的問題將得到一定程度的解決，國產數控機床國內市場佔有率連年下滑的局面將被扭轉。
國家政策扶持數控機床產業化基地建設
按照《規劃》，未來5年機床工具行業將營造20個數控機床產業化基地和為之配套的10個基礎功能零部件產業基地，基地企業將享受國家政策和資金上的支持。《規劃》中明確指出，數控機床產業化基地企業所開發生產的新產品和高檔數控機床產品實行增值稅返還政策。當問及在東北老工業基地改造中已經實行了消費型增值稅的大連和沈陽的企業是否會因此享受雙重稅收優惠時，吳柏林給予了肯定的回答。東北地區增值稅改革以後，全國其他地區，尤其是中西部地區增值稅轉型的呼聲很高。《規劃》實施後，東北以外地區的數控機床產業化基地企業很可能率先實行消費型增值稅，從而也得到雙重稅收優惠。
事實上，國家已經對機床工具行業的部分企業給予了增值稅返還政策，只是力度太小，新政策有望加大力度。但是吳柏林認為，應該按照企業生產新產品和高檔數控機床產品銷售額的比例進行返還，並且返還比例在3%~5%。
吳柏林還談到了進口關稅問題。「做功能部件，需要進口一些零件和散件，目前零件和散件的進口關稅還是很高，這就增加了企業的生產成本。但是另一方面，整機進口關稅卻可以大幅度地往下降，甚至可以免稅。」他說，「在若干關稅政策方面還有待調整。」 另據了解，《規劃》還將對進入產業化基地的企業給予國債項目資金的支持。對企業技術開發中心和技術工程研究中心的初期建設，以及首台、首套新產品，也將給予一定的風險補貼。
調整產業結構 加強功能部件開發製造能力
中檔數控機床產業化程度低是《規劃》要解決的問題之一。「中檔數控機床我們能做，但是我們做出來的東西，從質量、交貨期，到售後服務，都缺乏市場競爭力。」吳柏林說，「不要說跟歐美比，就連中國台灣我們現在都比不過。他以中檔數控機床中典型的普通立式加工中心作例子：2004年內地約消耗了1萬台，但是大陸所有企業加起來共生產2000台左右，而只有八九個生產加工中心工廠的台灣竟向大陸銷售了3300台。這說明我們的競爭能力差，產業化水平低。」
在發展專業化生產方面，吳柏林認為，提高產業化水平，從政府導向來說，還是要大力提倡專業化生產。「搞機床，尤其是普及型或經濟型機床，大而全、小而全的生產方法是不行的。」 他還特別提到我國機床產業結構中的一個問題，就是主機廠多，關鍵功能部件專業生產廠少且弱。以數控系統來說，我們的數控系統80%以上是進口的。不僅價格高，進口周期也不能滿足主機廠的要求。而且，使用進口的東西組裝起來的機床，可靠性和質量也會受到影響。
吳柏林因此認為，提高產業化水平，首先要調整產業結構，加強功能部件的開發和製造能力。其次，企業的技術改造也要加強，而這方面過去企業欠賬太多。「製造高精度的機床，用低精度的普通機床去做，難度是很大的。」
提升高檔數控機床開發能力
如果說中檔數控機床我們還能做，只是產業化水平低的話，那麼在高檔數控機床方面，開發能力不足的問題就顯得尤為突出。《規劃》明確了以企業為主體提高開發能力的方針。吳柏林提到有希望進入國家數控機床產業化基地的企業，像大連、沈陽、北京、上海、濟南、秦川、齊齊哈爾的幾家企業，都具備一定的水平，而且這幾年發展勢頭很好。「如果國家再扶持一下，它們可能很快就能上來。」
但是，提高開發能力並不是一件容易的事情。就拿數控系統來說，現在西方大的公司對我們採取封鎖加傾銷的市場戰略。首先是封鎖，封鎖不成就傾銷。其數控系統在中國市場以十分昂貴的價格出售，獲取了高額利潤。一但中國企業開發出同樣產品，他們就立即大幅降價，甚至降到中國企業的成本價以下。在這種情況下，國家就更要給國內企業以扶持，就像當初美、德、日等扶持本國企業那樣。
另一方面，吳柏林提醒企業也要從主觀上重視開發的投入。「前幾年國內機床企業多數處於虧損狀態，無力進行科研和技術開發，現在過上了紅紅火火的好日子。但是你不能只顧生產那些萬元一台的小機床。那樣的話，幾百萬美元、幾百萬歐元一台的機床你永遠都開發不出來。」
專家指出，機床企業如欲進入產業化基地，其技術開發投入不得低於產品銷售收入的5%。如果達到了這個指標，將可每年享受國家給予的一定程度的補貼。按照《規劃》的目標，到「十一五」末期，國產數控機床以銷售額計的國內市場佔有率將提高到50%以上，同時，國產全部機床產品的國內市場佔有率也將提高到60%以上。