裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現代化程度決定著(zhù)整個(gè)國民經(jīng)濟的水平和現代化程度，數控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)（如信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè)）的使能技術(shù)和最基本的裝備。馬克思曾經(jīng)說(shuō)過(guò)“各種經(jīng)濟時(shí)代的區別，不在于生產(chǎn)什么，而在于怎樣生產(chǎn)，用什么勞動(dòng)資料生產(chǎn)”。制造技術(shù)和裝備就是人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)的最基本的生產(chǎn)資料，而數控技術(shù)又是當今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。當今世界各國制造業(yè)廣泛采用數控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對動(dòng)態(tài)多變市場(chǎng)的適應能力和競爭能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達國家還將數控技術(shù)及數控裝備列為國家的戰略物資，不僅采取重大措施來(lái)發(fā)展自己的數控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖”數控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對我國實(shí)行封鎖和限制政策?？傊?，大力發(fā)展以數控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達國家加速經(jīng)濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。
    數控技術(shù)是用數字信息對機械運動(dòng)和工作過(guò)程進(jìn)行控制的技術(shù)，數控裝備是以數控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產(chǎn)品，即所謂的數字化裝備，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域：(1)機械制造技術(shù)；(2)信息處理、加工、傳輸技術(shù)；(3)自動(dòng)控制技術(shù)；(4)伺服驅動(dòng)技術(shù)；(5)傳感器技術(shù)；(6)軟件技術(shù)等。
    1 數控技術(shù)的發(fā)展趨勢
    數控技術(shù)的應用不但給傳統制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著(zhù)數控技術(shù)的不斷發(fā)展和應用領(lǐng)域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車(chē)、輕工、醫療等）的發(fā)展起著(zhù)越來(lái)越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數字化已是現代發(fā)展的大趨勢。從目前世界上數控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來(lái)看，其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面［1～4］。
    1．1 高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢
    效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場(chǎng)競爭能力。為此日本先端技術(shù)研究會(huì )將其列為5大現代制造技術(shù)之一，國際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì )（CIRP）將其確定為21世紀的中心研究方向之一。
    在轎車(chē)工業(yè)領(lǐng)域，年產(chǎn)30萬(wàn)輛的生產(chǎn)節拍是40秒/輛，而且多品種加工是轎車(chē)裝備必須解決的重點(diǎn)問(wèn)題之一；在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)域，其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對這些筋、壁進(jìn)行加工。近來(lái)采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來(lái)制造機翼、機身等大型零件來(lái)替代多個(gè)零件通過(guò)眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結方式拼裝，使構件的強度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。
    從EMO2001展會(huì )情況來(lái)看，高速加工中心進(jìn)給速度可達80m/min，甚至更高，空運行速度可達100m/min左右。目前世界上許多汽車(chē)廠(chǎng)，包括我國的上海通用汽車(chē)公司，已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線(xiàn)部分替代組合機床。美國CINCINNATI公司的HyperMach機床進(jìn)給速度最大達60m/min，快速為100m/min，加速度達2g，主軸轉速已達60 000r/min。加工一薄壁飛機零件，只用30min，而同樣的零件在一般高速銑床加工需3h，在普通銑床加工需8h；德國DMG公司的雙主軸車(chē)床的主軸速度及加速度分別達12*!000r/mm和1g。
    在加工精度方面，近10年來(lái)，普通級數控機床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密級加工中心則從3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已開(kāi)始進(jìn)入納米級(0.01μm)。
    在可靠性方面，國外數控裝置的MTBF值已達6 000h以上，伺服系統的MTBF值達到30000h以上，表現出非常高的可靠性。
為了實(shí)現高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線(xiàn)電機得到了快速的發(fā)展，應用領(lǐng)域進(jìn)一步擴大。
    1.2 5軸聯(lián)動(dòng)加工和復合加工機床快速發(fā)展
    采用5軸聯(lián)動(dòng)對三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認為，1臺5軸聯(lián)動(dòng)機床的效率可以等于2臺3軸聯(lián)動(dòng)機床，特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進(jìn)行高速銑削淬硬鋼零件時(shí)，5軸聯(lián)動(dòng)加工可比3軸聯(lián)動(dòng)加工發(fā)揮更高的效益。但過(guò)去因5軸聯(lián)動(dòng)數控系統、主機結構復雜等原因，其價(jià)格要比3軸聯(lián)動(dòng)數控機床高出數倍，加之編程技術(shù)難度較大，制約了5軸聯(lián)動(dòng)機床的發(fā)展。
    當前由于電主軸的出現，使得實(shí)現5軸聯(lián)動(dòng)加工的復合主軸頭結構大為簡(jiǎn)化，其制造難度和成本大幅度降低，數控系統的價(jià)格差距縮小。因此促進(jìn)了復合主軸頭類(lèi)型5軸聯(lián)動(dòng)機床和復合加工機床（含5面加工機床）的發(fā)展。
    在EMO2001展會(huì )上，新日本工機的5面加工機床采用復合主軸頭，可實(shí)現4個(gè)垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5軸加工可在同一臺機床上實(shí)現，還可實(shí)現傾斜面和倒錐孔的加工。德國DMG公司展出DMUVoution系列加工中心，可在一次裝夾下5面加工和5軸聯(lián)動(dòng)加工，可由CNC系統控制或CAD/CAM直接或間接控制。
    1.3 智能化、開(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò )化成為當代數控系統發(fā)展的主要趨勢
    21世紀的數控裝備將是具有一定智能化的系統，智能化的內容包括在數控系統中的各個(gè)方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過(guò)程的自適應控制，工藝參數自動(dòng)生成；為提高驅動(dòng)性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數的自適應運算、自動(dòng)識別負載自動(dòng)選定模型、自整定等；簡(jiǎn)化編程、簡(jiǎn)化操作方面的智能化，如智能化的自動(dòng)編程、智能化的人機界面等；還有智能診斷、智能監控方面的內容、方便系統的診斷及維修等。
    為解決傳統的數控系統封閉性和數控應用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問(wèn)題。目前許多國家對開(kāi)放式數控系統進(jìn)行研究，如美國的NGC(The Next Generation Work-Station/Machine Control)、歐共體的OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Systems)、日本的OSEC(Open System Environment for Controller)，中國的ONC(Open Numerical Control System)等。數控系統開(kāi)放化已經(jīng)成為數控系統的未來(lái)之路。所謂開(kāi)放式數控系統就是數控系統的開(kāi)發(fā)可以在統一的運行平臺上，面向機床廠(chǎng)家和最終用戶(hù)，通過(guò)改變、增加或剪裁結構對象（數控功能），形成系列化，并可方便地將用戶(hù)的特殊應用和技術(shù)訣竅集成到控制系統中，快速實(shí)現不同品種、不同檔次的開(kāi)放式數控系統，形成具有鮮明個(gè)性的名牌產(chǎn)品。目前開(kāi)放式數控系統的體系結構規范、通信規范、配置規范、運行平臺、數控系統功能庫以及數控系統功能軟件開(kāi)發(fā)工具等是當前研究的核心。
    網(wǎng)絡(luò )化數控裝備是近兩年國際著(zhù)名機床博覽會(huì )的一個(gè)新亮點(diǎn)。數控裝備的網(wǎng)絡(luò )化將極大地滿(mǎn)足生產(chǎn)線(xiàn)、制造系統、制造企業(yè)對信息集成的需求，也是實(shí)現新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎單元。國內外一些著(zhù)名數控機床和數控系統制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機，如在EMO2001展中，日本山崎馬扎克（Mazak)公司展出的“CyberProduction Center”（智能生產(chǎn)控制中心，簡(jiǎn)稱(chēng)CPC)；日本大隈（Okuma）機床公司展出“IT plaza”（信息技術(shù)廣場(chǎng)，簡(jiǎn)稱(chēng)IT廣場(chǎng))；德國西門(mén)子(Siemens)公司展出的Open Manufacturing Environment（開(kāi)放制造環(huán)境，簡(jiǎn)稱(chēng)OME）等，反映了數控機床加工向網(wǎng)絡(luò )化方向發(fā)展的趨勢。
    1.4 重視新技術(shù)標準、規范的建立
    1.4.1 關(guān)于數控系統設計開(kāi)發(fā)規范
    如前所述，開(kāi)放式數控系統有更好的通用性、柔性、適應性、擴展性，美國、歐共體和日本等國紛紛實(shí)施戰略發(fā)展計劃，并進(jìn)行開(kāi)放式體系結構數控系統規范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界3個(gè)最大的經(jīng)濟體在短期內進(jìn)行了幾乎相同的科學(xué)計劃和規范的制定，預示了數控技術(shù)的一個(gè)新的變革時(shí)期的來(lái)臨。我國在2000年也開(kāi)始進(jìn)行中國的ONC數控系統的規范框架的研究和制定。
   1.4.2 關(guān)于數控標準
    數控標準是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢。數控技術(shù)誕生后的50年間的信息交換都是基于ISO6983標準，即采用G，M代碼描述如何（how）加工，其本質(zhì)特征是面向加工過(guò)程，顯然，他已越來(lái)越不能滿(mǎn)足現代數控技術(shù)高速發(fā)展的需要。為此，國際上正在研究和制定一種新的CNC系統標準ISO14649（STEP－NC)，其目的是提供一種不依賴(lài)于具體系統的中性機制，能夠描述產(chǎn)品整個(gè)生命周期內的統一數據模型，從而實(shí)現整個(gè)制造過(guò)程，乃至各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標準化。
    STEP-NC的出現可能是數控技術(shù)領(lǐng)域的一次革命，對于數控技術(shù)的發(fā)展乃至整個(gè)制造業(yè)，將產(chǎn)生深遠的影響。首先，STEP-NC提出一種嶄新的制造理念，傳統的制造理念中，NC加工程序都集中在單個(gè)計算機上。而在新標準下，NC程序可以分散在互聯(lián)網(wǎng)上，這正是數控技術(shù)開(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò )化發(fā)展的方向。其次，STEP-NC數控系統還可大大減少加工圖紙（約75％）、加工程序編制時(shí)間（約35％）和加工時(shí)間（約50％）。
    目前，歐美國家非常重視STEP-NC的研究，歐洲發(fā)起了STEP-NC的IMS計劃(1999.1.1～2001.12.31)。參加這項計劃的有來(lái)自歐洲和日本的20個(gè)CAD/CAM/CAPP/CNC用戶(hù)、廠(chǎng)商和學(xué)術(shù)機構。美國的STEP Tools公司是全球范圍內制造業(yè)數據交換軟件的開(kāi)發(fā)者，他已經(jīng)開(kāi)發(fā)了用作數控機床加工信息交換的超級模型(Super Model)，其目標是用統一的規范描述所有加工過(guò)程。目前這種新的數據交換格式已經(jīng)在配備了SIEMENS、FIDIA以及歐洲OSACA-NC數控系統的原型樣機上進(jìn)行了驗證。
    2 對我國數控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本估計
    我國數控技術(shù)起步于1958年，近50年的發(fā)展歷程大致可分為3個(gè)階段：第一階段從1958年到1979年，即封閉式發(fā)展階段。在此階段，由于國外的技術(shù)封鎖和我國的基礎條件的限制，數控技術(shù)的發(fā)展較為緩慢。第二階段是在國家的“六五”、“七五”期間以及“八五”的前期，即引進(jìn)技術(shù)，消化吸收，初步建立起國產(chǎn)化體系階段。在此階段，由于改革開(kāi)放和國家的重視，以及研究開(kāi)發(fā)環(huán)境和國際環(huán)境的改善，我國數控技術(shù)的研究、開(kāi)發(fā)以及在產(chǎn)品的國產(chǎn)化方面都取得了長(cháng)足的進(jìn)步。第三階段是在國家的“八五”的后期和“九五”期間，即實(shí)施產(chǎn)業(yè)化的研究，進(jìn)入市場(chǎng)競爭階段。在此階段，我國國產(chǎn)數控裝備的產(chǎn)業(yè)化取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)步。在“九五”末期，國產(chǎn)數控機床的國內市場(chǎng)占有率達50％，配國產(chǎn)數控系統（普及型）也達到了10％。
    縱觀(guān)我國數控技術(shù)近50年的發(fā)展歷程，特別是經(jīng)過(guò)4個(gè)5年計劃的攻關(guān)，總體來(lái)看取得了以下成績(jì)。
    a.奠定了數控技術(shù)發(fā)展的基礎，基本掌握了現代數控技術(shù)。我國現在已基本掌握了從數控系統、伺服驅動(dòng)、數控主機、專(zhuān)機及其配套件的基礎技術(shù)，其中大部分技術(shù)已具備進(jìn)行商品化開(kāi)發(fā)的基礎，部分技術(shù)已商品化、產(chǎn)業(yè)化。
    b.初步形成了數控產(chǎn)業(yè)基地。在攻關(guān)成果和部分技術(shù)商品化的基礎上，建立了諸如華中數控、航天數控等具有批量生產(chǎn)能力的數控系統生產(chǎn)廠(chǎng)。蘭州電機廠(chǎng)、華中數控等一批伺服系統和伺服電機生產(chǎn)廠(chǎng)以及北京第一機床廠(chǎng)、濟南第一機床廠(chǎng)等若干數控主機生產(chǎn)廠(chǎng)。這些生產(chǎn)廠(chǎng)基本形成了我國的數控產(chǎn)業(yè)基地。
    c.建立了一支數控研究、開(kāi)發(fā)、管理人才的基本隊伍。
雖然在數控技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)以及產(chǎn)業(yè)化方面取得了長(cháng)足的進(jìn)步，但我們也要清醒地認識到，我國高端數控技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)，尤其是在產(chǎn)業(yè)化方面的技術(shù)水平現狀與我國的現實(shí)需求還有較大的差距。雖然從縱向看我國的發(fā)展速度很快，但橫向比（與國外對比）不僅技術(shù)水平有差距，在某些方面發(fā)展速度也有差距，即一些高精尖的數控裝備的技術(shù)水平差距有擴大趨勢。從國際上來(lái)看，對我國數控技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化水平估計大致如下。
    a.技術(shù)水平上，與國外先進(jìn)水平大約落后10～15年，在高精尖技術(shù)方面則更大。
    b.產(chǎn)業(yè)化水平上，市場(chǎng)占有率低，品種覆蓋率小，還沒(méi)有形成規模生產(chǎn)；功能部件專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)水平及成套能力較低；外觀(guān)質(zhì)量相對差；可靠性不高，商品化程度不足；國產(chǎn)數控系統尚未建立自己的品牌效應，用戶(hù)信心不足。
    c.可持續發(fā)展的能力上，對競爭前數控技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)、工程化能力較弱；數控技術(shù)應用領(lǐng)域拓展力度不強；相關(guān)標準規范的研究、制定滯后。
    分析存在上述差距的主要原因有以下幾個(gè)方面。
    a.認識方面。對國產(chǎn)數控產(chǎn)業(yè)進(jìn)程艱巨性、復雜性和長(cháng)期性的特點(diǎn)認識不足；對市場(chǎng)的不規范、國外的封鎖加扼殺、體制等困難估計不足；對我國數控技術(shù)應用水平及能力分析不夠。
    b.體系方面。從技術(shù)的角度關(guān)注數控產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題的時(shí)候多，從系統的、產(chǎn)業(yè)鏈的角度綜合考慮數控產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題的時(shí)候少；沒(méi)有建立完整的高質(zhì)量的配套體系、完善的培訓、服務(wù)網(wǎng)絡(luò )等支撐體系。
    c.機制方面。不良機制造成人才流失，又制約了技術(shù)及技術(shù)路線(xiàn)創(chuàng )新、產(chǎn)品創(chuàng )新，且制約了規劃的有效實(shí)施，往往規劃理想，實(shí)施困難。
    d.技術(shù)方面。企業(yè)在技術(shù)方面自主創(chuàng )新能力不強，核心技術(shù)的工程化能力不強。機床標準落后，水平較低，數控系統新標準研究不夠。
    3 對我國數控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的戰略思考
    3.1 戰略考慮
    我國是制造大國，在世界產(chǎn)業(yè)轉移中要盡量接受前端而不是后端的轉移，即要掌握先進(jìn)制造核心技術(shù)，否則在新一輪國際產(chǎn)業(yè)結構調整中，我國制造業(yè)將進(jìn)一步“空芯”。我們以資源、環(huán)境、市場(chǎng)為代價(jià)，交換得到的可能僅僅是世界新經(jīng)濟格局中的國際“加工中心”和“組裝中心”，而非掌握核心技術(shù)的制造中心的地位，這樣將會(huì )嚴重影響我國現代制造業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。
    我們應站在國家安全戰略的高度來(lái)重視數控技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問(wèn)題，首先從社會(huì )安全看，因為制造業(yè)是我國就業(yè)人口最多的行業(yè)，制造業(yè)發(fā)展不僅可提高人民的生活水平，而且還可緩解我國就業(yè)的壓力，保障社會(huì )的穩定；其次從國防安全看，西方發(fā)達國家把高精尖數控產(chǎn)品都列為國家的戰略物質(zhì)，對我國實(shí)現禁運和限制，“東芝事件”和“考克斯報告”就是最好的例證。
    3.2 發(fā)展策略
    從我國基本國情的角度出發(fā)，以國家的戰略需求和國民經(jīng)濟的市場(chǎng)需求為導向，以提高我國制造裝備業(yè)綜合競爭能力和產(chǎn)業(yè)化水平為目標，用系統的方法，選擇能夠主導21世紀初期我國制造裝備業(yè)發(fā)展升級的關(guān)鍵技術(shù)以及支持產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的支撐技術(shù)、配套技術(shù)作為研究開(kāi)發(fā)的內容，實(shí)現制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展。
    強調市場(chǎng)需求為導向，即以數控終端產(chǎn)品為主，以整機（如量大面廣的數控車(chē)床、銑床、高速高精高性能數控機床、典型數字化機械、重點(diǎn)行業(yè)關(guān)鍵設備等）帶動(dòng)數控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。重點(diǎn)解決數控系統和相關(guān)功能部件（數字化伺服系統與電機、高速電主軸系統和新型裝備的附件等）的可靠性和生產(chǎn)規模問(wèn)題。沒(méi)有規模就不會(huì )有高可靠性的產(chǎn)品；沒(méi)有規模就不會(huì )有價(jià)格低廉而富有競爭力的產(chǎn)品；當然，沒(méi)有規模中國的數控裝備最終難以有出頭之日。
    在高精尖裝備研發(fā)方面，要強調產(chǎn)、學(xué)、研以及最終用戶(hù)的緊密結合，以“做得出、用得上、賣(mài)得掉”為目標，按國家意志實(shí)施攻關(guān)，以解決國家之急需。
    在競爭前數控技術(shù)方面，強調創(chuàng )新，強調研究開(kāi)發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的技術(shù)和產(chǎn)品，為我國數控產(chǎn)業(yè)、裝備制造業(yè)乃至整個(gè)制造業(yè)的可持續發(fā)展奠定基礎。