“工業(yè)母機(jī)”的危與機(jī)

阿明哥哥資料區(qū) 2023-07-12 發(fā)布于上海

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編者按：

工業(yè)的基礎(chǔ)是裝備制造業(yè)，裝備制造業(yè)的“母機(jī)”是數(shù)控加工設(shè)備，數(shù)控加工設(shè)備最為核心的關(guān)鍵部件是號(hào)稱“大腦”的數(shù)控系統(tǒng)，而五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床又被稱為數(shù)控機(jī)床領(lǐng)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(jí)關(guān)鍵裝備。

在國務(wù)院國有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會(huì)指出應(yīng)加強(qiáng)的關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)領(lǐng)域中，“工業(yè)母機(jī)”排在高端芯片、新能源汽車之前，重要性不言而喻。面對(duì)日趨復(fù)雜的國際環(huán)境，唯有通過自主創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)突破，真正完成高端“工業(yè)母機(jī)”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(jī)床看作人體，那么傳感器群組相當(dāng)于神經(jīng)系統(tǒng)與感官，床體結(jié)構(gòu)相當(dāng)于骨骼，電機(jī)及驅(qū)動(dòng)相當(dāng)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(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)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(dòng)裝置的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。通過利用數(shù)字、文字和符號(hào)組成的數(shù)字指令來實(shí)現(xiàn)一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)械設(shè)備動(dòng)作控制，它所控制的通常是位置、角度、速度等機(jī)械量和開關(guān)量。

數(shù)控系統(tǒng)的起源可以追溯到20世紀(jì)50年代初，迄今已經(jīng)歷了半個(gè)多世紀(jì)、六個(gè)階段的發(fā)展歷程，六個(gè)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(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)、第五代微型計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)及IT的發(fā)展歷程緊密相關(guān)。

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(gè)人計(jì)算機(jī)）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(shù)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(shí)現(xiàn)，其NC單元實(shí)時(shí)性較高，實(shí)時(shí)控制周期可以達(dá)到0.5ms。PC只完成必需的人機(jī)交互、數(shù)據(jù)通信和較少一部分計(jì)算功能。采用這一結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)算能力和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力偏弱，較難實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的智能算法，且開放性、擴(kuò)展性、兼容性均有較大限制。

另有部分?jǐn)?shù)控系統(tǒng)采用PC+現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)，通過PC完成主要的數(shù)控計(jì)算功能，再將指令通過現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)送到電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制。該結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)場(chǎng)總線的方式，在分布式控制方面有一定優(yōu)勢(shì)，但現(xiàn)場(chǎng)總線軟件定時(shí)的實(shí)時(shí)性能不高，能實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)控制周期在1ms以上，對(duì)比主流高檔數(shù)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制周期達(dá)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(shí)，該結(jié)構(gòu)在智能算法的實(shí)現(xiàn)，以及開放性、擴(kuò)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(gè)重要的基本性能，第一是強(qiáng)實(shí)時(shí)性，第二是強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，第三是強(qiáng)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(kuò)展性、兼容性與集成性。此外，第六代PC數(shù)控系統(tǒng)對(duì)于軟件實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)要求很高，基于DOS、Linux或Android最多達(dá)到1ms的實(shí)時(shí)控制周期要求，Windows實(shí)時(shí)性只能到55ms以上，因此選擇合適的實(shí)時(shí)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(chǔ)。

高檔數(shù)控系統(tǒng)是高端數(shù)控機(jī)床的控制核心，其作為高端數(shù)控機(jī)床的大腦，是國外眾多高端數(shù)控機(jī)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(shù)性極強(qiáng)，一直被西方國家作為重要的“戰(zhàn)略物資”實(shí)施出口限制。根據(jù)中國機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)，目前我國整機(jī)配套的中高檔功能部件大量依賴進(jìn)口，國內(nèi)高檔系統(tǒng)自給率不到10%，約90%依賴進(jìn)口，其中從日本進(jìn)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(lǐng)域的發(fā)展提供了很大的“運(yùn)作空間”。從根源扭轉(zhuǎn)被動(dòng)，成為我國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的當(dāng)務(wù)之急。

消除隱患時(shí)不我待

在國務(wù)院國有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會(huì)指出應(yīng)加強(qiáng)的關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)領(lǐng)域中，“工業(yè)母機(jī)”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(jī)，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(jī)”，高端制造業(yè)的升級(jí)就無從談起，航空航天、導(dǎo)彈等所有高端裝備都將備受掣肘。

在一般的機(jī)器制造中，“工業(yè)母機(jī)”所擔(dān)負(fù)的加工工作量占機(jī)器總制造工作量的40%~60%。下游客戶包括傳統(tǒng)機(jī)械工業(yè)、模具行業(yè)、汽車工業(yè)、電力設(shè)備、鐵路機(jī)車、船舶制造、航空航天工業(yè)、石油化工、工程機(jī)械、電子信息技術(shù)工業(yè)，以及其他加工工業(yè)，涉及加工制造的金屬領(lǐng)域都需要“工業(yè)母機(jī)”。

數(shù)控機(jī)床的品種、質(zhì)量和加工效率直接影響著其他機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)水平，因此，機(jī)床工業(yè)的現(xiàn)代化水平和規(guī)模，是衡量一個(gè)國家核心制造能力的標(biāo)準(zhǔn)之一。高端數(shù)控機(jī)床更被譽(yù)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(jī)”之上，承載的是中國高端制造業(yè)的星辰大海?！肮I(yè)母機(jī)”被“卡脖子”，就是中國制造業(yè)被“卡脖子”。

當(dāng)前，由于美國牽頭并聯(lián)合40余個(gè)國家共同制訂“瓦森納協(xié)定”的嚴(yán)格限制，在以五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床為代表的高檔數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域持續(xù)對(duì)我國實(shí)行技術(shù)封鎖和產(chǎn)品禁運(yùn)，其他部分高檔數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品雖可通過正常渠道進(jìn)入我國相關(guān)行業(yè)，但仍具有很多隱患。

第一，進(jìn)口的高端設(shè)備中基本都配備有GPS模塊，嚴(yán)格限制了設(shè)備的使用地點(diǎn)，同時(shí)具有“遠(yuǎn)程操控后門”的隱患；第二，進(jìn)口高端設(shè)備通常需要提供設(shè)備的國家嚴(yán)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(yán)格限制應(yīng)用于軍工等重點(diǎn)行業(yè)；第三，進(jìn)口的設(shè)備一般都會(huì)在功能和性能上做出限制，無法達(dá)到全功能和高端性能的使用狀態(tài)；第四，高端設(shè)備配套的軟件和工具包同樣受限，嚴(yán)重影響使用效果；第五，設(shè)備的維護(hù)維修很困難，費(fèi)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(jī)床設(shè)備的企業(yè)，必須允許機(jī)床企業(yè)的人員隨時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)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(yùn)輸?shù)戎е袠I(yè)長期依靠從國外進(jìn)口的高檔數(shù)控機(jī)床來完成核心關(guān)鍵部件的加工制造，由于國外在此領(lǐng)域長期對(duì)我國進(jìn)行技術(shù)封鎖和產(chǎn)品禁運(yùn)，為獲得相關(guān)設(shè)備，需耗費(fèi)大量資金和各類資源，對(duì)我國高端制造業(yè)發(fā)展一直具有極大限制，嚴(yán)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(shí)現(xiàn)突破，真正完成高端“工業(yè)母機(jī)”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(yīng)盡快通過制定相應(yīng)政策及措施來積極應(yīng)對(duì)。

革故鼎新對(duì)癥下藥

近十余年，國家在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域進(jìn)行了長期的科研提升支持計(jì)劃，雖然取得一定進(jìn)步，但仍未能實(shí)現(xiàn)高檔數(shù)控機(jī)床的本地化發(fā)展目標(biāo)。特別是最近兩年，隨著國際政治局勢(shì)的風(fēng)云突變，“工業(yè)母機(jī)”的關(guān)鍵性愈發(fā)凸顯。必須客觀承認(rèn)，高檔數(shù)控機(jī)床技術(shù)從細(xì)分技術(shù)點(diǎn)到整體技術(shù)體系確實(shí)非常難突破，但這不應(yīng)成為相關(guān)從業(yè)者的理由和借口，所以深入一線調(diào)研，進(jìn)一步剖析深層次原因，是“工業(yè)母機(jī)”技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)提升所需的第一步重點(diǎn)工作，只有找到“病根”才能對(duì)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(jī)床企業(yè)和相關(guān)科研團(tuán)隊(duì)一直以機(jī)械設(shè)計(jì)、制造和裝配技術(shù)（機(jī)械床身結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)）為核心，以仿制國外先進(jìn)技術(shù)為目標(biāo)，忽視了對(duì)數(shù)控機(jī)床的“大腦”——數(shù)控系統(tǒng)，以及電機(jī)、傳感器、軟件等關(guān)鍵內(nèi)容的深入研究。而國外的相關(guān)技術(shù)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(jī)”全部自主可控且實(shí)現(xiàn)本地化發(fā)展的目標(biāo)，但在當(dāng)前的基礎(chǔ)上，想要在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，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(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，切實(shí)找到在關(guān)鍵軟硬件領(lǐng)域已經(jīng)取得實(shí)質(zhì)突破的企業(yè)和科研團(tuán)隊(duì)，針對(duì)我國制造業(yè)急需的各層級(jí)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(jí)、分目標(biāo)的攻堅(jiān)團(tuán)隊(duì)，充分發(fā)揮企業(yè)、科研院所和大專院校的已有優(yōu)勢(shì)，明確分工，全力實(shí)現(xiàn)突破。

有效整合現(xiàn)有資源形成合力開展攻堅(jiān)

以近期全新建立的中國機(jī)床產(chǎn)業(yè)鏈為基礎(chǔ)，依托國家相關(guān)部門的深度支持，在深入調(diào)研和分析的基礎(chǔ)上，整合數(shù)控機(jī)床企業(yè)和關(guān)鍵部件企業(yè)，集中優(yōu)勢(shì)兵力，在高檔數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)全新突破。建立關(guān)鍵部件攻堅(jiān)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(shè)計(jì)組、質(zhì)量監(jiān)控組等具體攻堅(jiān)團(tuán)隊(duì)，各組內(nèi)合理配備項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、總體專家、研發(fā)工程師、應(yīng)用工程師、高級(jí)技工，形成完整建制，并建立長效溝通機(jī)制，針對(duì)我國制造業(yè)急需的重點(diǎn)“卡脖子”裝備，開展全面攻堅(jiān)工作。

針對(duì)“工業(yè)母機(jī)”的擴(kuò)展領(lǐng)域，進(jìn)一步整合國內(nèi)相關(guān)企業(yè)、科研院所和大專院校的優(yōu)勢(shì)資源，推動(dòng)特種專用數(shù)控加工設(shè)備、高端電子產(chǎn)品制造設(shè)備等方面的高質(zhì)量發(fā)展，形成廣義的“工業(yè)母機(jī)”技術(shù)攻關(guān)發(fā)展機(jī)制，逐步實(shí)現(xiàn)“換道超車”的創(chuàng)新發(fā)展體系，為在更多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)對(duì)國外技術(shù)的“超越”打下良好的科研基礎(chǔ)。

充分利用現(xiàn)有成果實(shí)現(xiàn)快速突破

在充分調(diào)研的基礎(chǔ)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(píng)價(jià)，甄別出相關(guān)技術(shù)的真實(shí)科研成果，動(dòng)員擁有成果的企業(yè)或科研團(tuán)隊(duì)，通過政府和社會(huì)力量聯(lián)合推動(dòng)體制，采用“混改”或其他方式，并提供合理的回報(bào)，形成協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制，快速集成和組合，在“工業(yè)母機(jī)”的各個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品化和產(chǎn)業(yè)化。

對(duì)于具備基礎(chǔ)科研成果，但尚未直接落地的科研成果，政府和社會(huì)資本可以進(jìn)行投資和扶持工作，幫助成果持有方進(jìn)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(jī)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(chǔ)。通過建立長效的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)策略，合理推動(dòng)“工業(yè)母機(jī)”領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展。

針對(duì)不同需求細(xì)分市場(chǎng)定位

“工業(yè)母機(jī)”的分類廣泛，拓展領(lǐng)域具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景，但若將目光匯聚在高端領(lǐng)域這一根“獨(dú)木橋”，必定會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的資源浪費(fèi)、惡性競(jìng)爭(zhēng)、排斥異己、拔苗助長等問題，因此引導(dǎo)相關(guān)從業(yè)人員發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，針對(duì)不同層面需求，細(xì)分市場(chǎng)定位，專注發(fā)力于各自擅長領(lǐng)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(shì)、各企業(yè)掌握的市場(chǎng)信息和具體行業(yè)的需求信息，理清“工業(yè)母機(jī)”的各級(jí)市場(chǎng)需求，確定正確的細(xì)分市場(chǎng)，幫助企業(yè)找到適合自己的市場(chǎng)定位和發(fā)展目標(biāo)。這是一項(xiàng)非常重要但耗時(shí)較多的工作內(nèi)容。做好這項(xiàng)工作，將對(duì)我國“工業(yè)母機(jī)”長期發(fā)展戰(zhàn)略的可行性實(shí)施產(chǎn)生重要影響。

逐步建立人才梯隊(duì) 針對(duì)性持續(xù)發(fā)展

我國目前的教育分類體制，在“數(shù)控技術(shù)”方面存在一定的不足之處?！皵?shù)控技術(shù)”專業(yè)，一方面出現(xiàn)在中專技校階段，但是以應(yīng)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(xué)本科階段的專業(yè)缺失是一個(gè)嚴(yán)重的問題，沒有系統(tǒng)的理論教學(xué)，研究生階段也只能靠自學(xué)為主，短短兩三年時(shí)間的學(xué)習(xí)不足以支持在數(shù)控領(lǐng)域開展相關(guān)科研工作。

沒有系統(tǒng)的理論學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，進(jìn)入工作崗位后從事相關(guān)的技術(shù)研發(fā)，同樣會(huì)出現(xiàn)“捉襟見肘”的情況。沒有良好且數(shù)量足夠的基礎(chǔ)人才隊(duì)伍，很難篩選出優(yōu)秀的“苗子”進(jìn)行持續(xù)創(chuàng)新科研，這種局面也是阻礙我國“工業(yè)母機(jī)”快速發(fā)展的嚴(yán)重制約因素。根據(jù)市場(chǎng)需求和企業(yè)發(fā)展的實(shí)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(jī)”的科研人才梯隊(duì)建設(shè)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(duì)建設(shè)，保證我國“工業(yè)母機(jī)”技術(shù)的長效提升。

精誠所至金石為開

6月30日，本報(bào)記者前往陜西華拓科技有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱“華拓科技”），實(shí)地參觀了該公司自主研制的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的整個(gè)工作流程，并與華拓科技董事長兼總經(jīng)理石毅就“工業(yè)母機(jī)”的相關(guān)話題展開深入交流。

陜西華拓科技有限責(zé)任公司董事長兼總經(jīng)理石毅

石毅于1990年進(jìn)入西安交通大學(xué)，連續(xù)攻讀10年，先后獲得流體傳動(dòng)及控制專業(yè)學(xué)士學(xué)位，機(jī)電控制及自動(dòng)化專業(yè)碩士學(xué)位和機(jī)械電子工程專業(yè)博士學(xué)位，畢業(yè)之后，曾參與多項(xiàng)國家級(jí)重點(diǎn)項(xiàng)目及子課題的研發(fā)與生產(chǎn)，作為第一發(fā)明人申請(qǐng)國家發(fā)明專利多項(xiàng)，已獲十余項(xiàng)授權(quán)（含美國發(fā)明專利1項(xiàng)），在國內(nèi)核心期刊發(fā)表論文10余篇。在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域積累了豐富的工作經(jīng)驗(yàn)。2004年創(chuàng)立陜西華拓科技有限責(zé)任公司，并出任董事長兼總經(jīng)理。

為改變中國在高檔數(shù)控系統(tǒng)與機(jī)床領(lǐng)域長期受制于人的被動(dòng)局面，石毅帶領(lǐng)他的創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)從2008年開始埋頭于高檔數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機(jī)床技術(shù)領(lǐng)域，歷盡千辛萬苦，最終以完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)突破了國外的封鎖，經(jīng)國內(nèi)權(quán)威專家鑒定為“具有國際先進(jìn)水平”；最新一代的“云數(shù)控系統(tǒng)”技術(shù)獲得美國發(fā)明專利授權(quán)，成為國內(nèi)在數(shù)控系統(tǒng)領(lǐng)域唯一獲得國外發(fā)明專利的技術(shù)，直接具備與國外同類技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)并進(jìn)一步超越的潛力；進(jìn)一步自主研制的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系列產(chǎn)品，打破了國外壟斷，目前已具備批量生產(chǎn)能力，系列產(chǎn)品將會(huì)為國內(nèi)制造業(yè)普及提升起到極大的推動(dòng)作用。

在深入研發(fā)和多專業(yè)融合的基礎(chǔ)上，石毅和他的團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)了全球首創(chuàng)的數(shù)字曲面微滴噴射設(shè)備，將“數(shù)字印刷技術(shù)”直接從平面躍升到立體曲面，不僅可以完成具有復(fù)雜形狀工件表面的全彩色立體噴墨打印，還可以深入擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)許多特殊材料在復(fù)雜曲面形狀（包括大曲率凹面）基材表面對(duì)液體、膠體、融溶物質(zhì)等多種流體進(jìn)行微滴噴射的工作，且相比傳統(tǒng)噴涂方式更加環(huán)保。

曲面電路鼠標(biāo)

該設(shè)備在復(fù)雜曲面彩色無遮蔽精密噴涂及打印、曲面打印電路、微機(jī)械、微電子、生物醫(yī)療、化學(xué)檢驗(yàn)及生產(chǎn)等眾多領(lǐng)域具有極為廣闊的應(yīng)用前景。全球獨(dú)創(chuàng)的技術(shù)獲得國內(nèi)外廣泛關(guān)注，目前已經(jīng)與中國商飛、沈飛、一汽等國內(nèi)頂尖公司開展系列合作。華拓科技獨(dú)立提交并由中國電子學(xué)會(huì)推薦的“如何實(shí)現(xiàn)高精密復(fù)雜硬曲面隨形電路？”課題通過一百多位院士評(píng)審成功入選中國科協(xié)2022年十大“工程技術(shù)難題”，目前正在牽頭制定中國電子學(xué)會(huì)相關(guān)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。

整車車身無遮蔽、無人自動(dòng)化、精密、彩色噴涂樣車

談及國內(nèi)數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，石毅認(rèn)為，國內(nèi)機(jī)床企業(yè)幾十年來在機(jī)械設(shè)計(jì)和制造方面積累了很多經(jīng)驗(yàn)，在中低端數(shù)控機(jī)床方面經(jīng)驗(yàn)豐富，但在高端數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域，由于缺乏基礎(chǔ)知識(shí)和技術(shù)的有效應(yīng)用，過分偏重了在機(jī)械方面的投入。首先，由于沒有合適的自主可控高檔數(shù)控系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)，長期忽視了數(shù)控系統(tǒng)與床身結(jié)構(gòu)和電氣系統(tǒng)的匹配特性優(yōu)化內(nèi)容，造成整體裝配后無法有效保證設(shè)計(jì)要求的精度和動(dòng)態(tài)特性等嚴(yán)重問題；其次，在生產(chǎn)加工部件的過程中存在“偷工減料”的行為（如國外高端設(shè)備在底座和機(jī)械部件鑄造和粗加工后，要進(jìn)行長達(dá)兩三年的風(fēng)吹日曬，甚至沉入海底的“自然時(shí)效”工序，即充分釋放由于鑄造和大切削量的粗加工帶來的內(nèi)部熱應(yīng)力，有效保證數(shù)控機(jī)床的機(jī)械部分長期不出現(xiàn)熱應(yīng)力釋放不完全造成的變形問題；而我國部分機(jī)床企業(yè)采用短時(shí)間內(nèi)簡(jiǎn)單熱處理和超聲波照射的人工時(shí)效方式，無法徹底釋放熱應(yīng)力，長時(shí)間使用會(huì)出現(xiàn)床身變形，無法長期保持機(jī)床精度）；最后，在整體裝調(diào)階段，上述問題逐步顯露出來，影響機(jī)床整體性能。

石毅表示，華拓科技格外重視數(shù)控系統(tǒng)的研發(fā)，從源頭掌握數(shù)控機(jī)床技術(shù)的主動(dòng)權(quán)。與國內(nèi)多數(shù)數(shù)控企業(yè)研發(fā)思路不同，華拓科技采用多通用PC并行+通用數(shù)字I/O板卡構(gòu)建了開放式、軟件化的PC數(shù)控系統(tǒng)，既有PC采用多任務(wù)操作系統(tǒng)來完成大量計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)通信等功能，又有并行實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制（實(shí)時(shí)控制周期至少0.5ms，甚至更短）；最新的“云數(shù)控系統(tǒng)”技術(shù)進(jìn)一步提升了設(shè)備智能性和配合精度的保證能力。

該系統(tǒng)擁有以下特性：第一，以多工業(yè)PC并行計(jì)算完成多軸聯(lián)動(dòng)控制、分級(jí)插補(bǔ)、刀具補(bǔ)償、螺距補(bǔ)償、RTCP（旋轉(zhuǎn)刀具中心點(diǎn)管理）、S曲線加減速平滑、萬行加工程序前瞻預(yù)處理等復(fù)雜計(jì)算功能；第二，主操作PC運(yùn)行在Windows操作系統(tǒng)下，與IT同步發(fā)展，具有很強(qiáng)的CPU運(yùn)算能力、大內(nèi)存、大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，還具有完整的有線或無線網(wǎng)絡(luò)通信能力，同時(shí)可與CAD/CAPP/CAM/CAT軟件直接集成，配合相關(guān)I/O板卡及傳感器還可以完成在線狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能；第三，實(shí)時(shí)控制PC運(yùn)行在強(qiáng)實(shí)時(shí)軟件操作系統(tǒng)下，具備最小0.1ms的實(shí)時(shí)插補(bǔ)周期，配合通用I/O板卡即可完成驅(qū)動(dòng)控制、實(shí)時(shí)反饋的功能，有效保證各種實(shí)時(shí)控制功能的實(shí)現(xiàn)；第四，可以有效擴(kuò)展遠(yuǎn)程服務(wù)PC和冗余控制PC，以進(jìn)一步支持實(shí)現(xiàn)基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的各類遠(yuǎn)程服務(wù)和冗余能力；第五，各PC間通過工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)連接，具有進(jìn)一步擴(kuò)展到多臺(tái)PC和多塊I/O板卡的集成能力，開放性強(qiáng)，可以有效實(shí)現(xiàn)更多通道、更多軸的聯(lián)動(dòng)能力，甚至可以同時(shí)控制多臺(tái)設(shè)備的協(xié)同工作，配合不同的現(xiàn)場(chǎng)總線通信板卡，即可具有集成更多工業(yè)自動(dòng)化功能的能力，成為更為靈活的通用控制器；第六，全軟件化的實(shí)現(xiàn)方式更便于實(shí)現(xiàn)開放性、兼容性和擴(kuò)展性，開放式的通用網(wǎng)絡(luò)通信接口和軟件擴(kuò)展能力具備直接與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能有效融合的機(jī)會(huì)。

從多足昆蟲的仿生學(xué)原理獲得啟發(fā)，“云數(shù)控系統(tǒng)”分為“小云數(shù)控系統(tǒng)”和“大云數(shù)控系統(tǒng)”兩層，二者組合成為針對(duì)智能加工設(shè)備內(nèi)部和多設(shè)備之間交互式協(xié)同加工方式的整體控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用多個(gè)PC并行完成數(shù)控主模塊功能，并結(jié)合多個(gè)嵌入式測(cè)控單元（云測(cè)控子節(jié)點(diǎn)）實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控加工設(shè)備各部件的微調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)了智能化“云結(jié)構(gòu)”機(jī)床控制系統(tǒng)的基本硬件框架，將智能部件、部件間協(xié)同工作、內(nèi)部“云網(wǎng)絡(luò)”引入設(shè)備內(nèi)部，有效實(shí)現(xiàn)了具備自調(diào)整、自優(yōu)化功能的智能加工設(shè)備控制結(jié)構(gòu)，大大提高了加工性能。

在生產(chǎn)車間，石毅為記者演示了桌面式微型五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的操作流程，基于先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和配套的數(shù)字化軟件，工作人員可以如使用個(gè)人電腦一樣，對(duì)機(jī)床進(jìn)行實(shí)時(shí)操控、監(jiān)控，極大降低了操作先進(jìn)數(shù)控機(jī)床的培訓(xùn)成本。

華拓科技桌面式微型五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床

驅(qū)動(dòng)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器是數(shù)控機(jī)床中使用最多且要求最高的零部件之一，直線驅(qū)動(dòng)主要采用伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器或直線電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器。目前，國內(nèi)伺服電機(jī)及配套產(chǎn)品在電機(jī)本體方面已有長足進(jìn)步，但在伺服驅(qū)動(dòng)器方面（尤其是自適應(yīng)控制驅(qū)動(dòng)能力）仍有較大差距，影響機(jī)床加工性能。直線電機(jī)方面國內(nèi)差距更大，尚處于起步階段。

石毅介紹，華拓科技正在采用自主原創(chuàng)且獨(dú)有的曲面電路直接打印技術(shù)試制電磁線圈直接打印技術(shù)，目前的電磁線圈漆包線直徑最小為0.1mm左右，曲面電路的厚度最小則為0.01mm，一旦突破，在保證電磁力的前提下，伺服電機(jī)電磁線圈的體積將大為減小，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也將有效優(yōu)化，極有可能為我國高端電機(jī)的發(fā)展開辟一條“換道超車”的途徑。

采訪最后，石毅不無感慨地對(duì)記者表示，這些擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)技術(shù)背后，是創(chuàng)業(yè)近二十年間遇到的不計(jì)其數(shù)的困難和打擊，在資金有限和疫情影響的情況下堅(jiān)守到今天并不容易，但整個(gè)團(tuán)隊(duì)“希望中國的裝備制造業(yè)能夠騰飛，為中國的偉大復(fù)興事業(yè)做出貢獻(xiàn)”的初衷始終未曾改變，“我們這些從業(yè)人員真心愿意以錢學(xué)森、鄧稼先等前輩為榜樣，全力以赴做好自己的工作”。

編后語：

近期，多項(xiàng)政策與會(huì)議聚焦“工業(yè)母機(jī)”產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，為行業(yè)發(fā)展送來“春風(fēng)”。

在今年5月召開的“第三屆工業(yè)母機(jī)高質(zhì)量發(fā)展論壇”上，工業(yè)和信息化部表示將堅(jiān)持“需求導(dǎo)向、場(chǎng)景牽引、中試驗(yàn)證、串珠成鏈”，著力提升自主創(chuàng)新能力，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)提質(zhì)升級(jí)，加強(qiáng)市場(chǎng)應(yīng)用推廣，培育完整產(chǎn)業(yè)生態(tài)，推動(dòng)“工業(yè)母機(jī)”產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

國務(wù)院國有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會(huì)黨委在近期召開的擴(kuò)大會(huì)議上強(qiáng)調(diào)，要指導(dǎo)推動(dòng)中央企業(yè)加大在新一代信息技術(shù)、人工智能、集成電路、工業(yè)母機(jī)等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)布局力度，推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、智能化、綠色化轉(zhuǎn)型升級(jí)。

與此同時(shí)，一些民營企業(yè)抓住行業(yè)轉(zhuǎn)型機(jī)遇，定位中高檔數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品，圍繞汽車、消費(fèi)電子、高端裝備等下游行業(yè)需求進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)，機(jī)床品質(zhì)逐漸提升，與同等進(jìn)口機(jī)床相比兼具價(jià)格優(yōu)勢(shì)，已逐漸在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中嶄露頭角。

未來，這股來自民營企業(yè)的力量不應(yīng)被忽視，它們很有可能成為本土機(jī)床行業(yè)的骨干企業(yè)，并為我國高端數(shù)控機(jī)床帶來新的成長機(jī)會(huì)。

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來自：阿明哥哥資料區(qū) > 《10.國產(chǎn)數(shù)控.華中.廣數(shù)》

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