武漢金嘉數控企宣部：裝備制造業(yè)的崛起是對中國工業(yè)現代化和國家綜合國力提升的重要支持。制造業(yè)進步一方面提升物質生產能力，解決關鍵裝備的制造問題，另一方面制造業(yè)的共性技術軍民兩用，對國防和國家安全意義重大。數控技術是支持現代裝備制造業(yè)的關鍵技術群，直接決定制造裝備的功能和性能，是信息化帶動工業(yè)化進程中裝備層的關鍵技術，屬于支持先進制造技術的重要基礎技術群。而且數控技術以高精度隨動控制和多運動協同控制為主要特征，與自動火炮控制、雷達控制以及陀螺導航控制技術具有共性的技術基礎，具有典型的軍民兩用的應用特征。
　　一、國際競爭環(huán)境對中國數控技術崛起的遏制
　　正是因為數控技術軍民兩用的特征，國際競爭環(huán)境對中國數控技術崛起的遏制意圖明顯。從“巴統(tǒng)”到考克斯報告的技術封鎖階段，到通過合資辦廠，本地化生產，低端產品傾銷，渙散中國國內的自主研發(fā)力量均可體現遏制意圖。相當多的事實證明我們試圖通過引進技術，“以市場換技術”的美好愿望只是一廂情愿，結果往往是市場也丟了，技術卻沒換回來。目前以日本FANUC和SIEMENS為首的控制器巨頭的產品壟斷市場80%以上，高端產品不僅壟斷，而且限制中國進口。中國通過近20年持續(xù)不斷的技術攻關和市場培育，誕生了一批數控廠商，在中低端市場打開局面，形成了一定市場規(guī)模；但在技術密集的中高端控制器市場，國產控制器規(guī)模始終處于被壓縮的狀態(tài)，利潤空間被壓縮，研發(fā)體系不能支持可持續(xù)技術進步。
　　行業(yè)專家坦言“中國數控機床技術水平與世界發(fā)達國家相差起碼15年”。日本國際經濟學家長谷川慶太郎，在日本《呼聲》月刊2005年5月號上發(fā)表了一篇題為《中國的未來取決于日本》的文章。文章說，在汽車制造業(yè)，生產汽車部件的機床年均工作時間高達3500小時，也只有日本制造的機床能保證連續(xù)5年性能不變?！皼]有日本的機床，中國的汽車產業(yè)將寸步難行”。 長谷川慶太郎預測：中國對日本的依賴只會越來越加強而不會越來越削弱。這就意味著“日本越來越有能力控制中國”?？陀^分析這篇文章，拋棄日本少數學者狂躁的心態(tài)，僅就裝備制造業(yè)中以數控系統(tǒng)為代表的制造裝備關鍵部件技術和產品上的差距上看，文章的觀點是應當喚起我們的憂患意識。
　　二、數控技術具有突破遏制的技術條件和產業(yè)條件
　　打破國外對我們數控技術遏制的主要手段就是降低對國外技術的依存度，選擇有技術支持條件的關鍵技術作為突破口，主動突破，才能爭取競爭上的主動。數控技術在近十年計算機軟硬件技術和通信技術進步的支持下，具備關鍵技術突破口的條件。從產業(yè)的角度看數控控制器產品的基本特征，可以概括為專用的工業(yè)計算機；伺服驅動系統(tǒng)產品的特征是驅動電機專用的工業(yè)電源；伺服電機產品的特征是裝有高精度位置反饋原件的高精度電機。針對這些產品特征，從產業(yè)角度看，中國完全具備高端數控系統(tǒng)產業(yè)條件的，有些具有類似產業(yè)特征的產品的產能是世界領先的。因此，跳出狹義的運動控制器制造領域，從中國產業(yè)全局看，數控系統(tǒng)產業(yè)突破是具有產業(yè)支持條件的。數控系統(tǒng)產業(yè)的另一個特征是技術的軟件化。運行在數字控制器和伺服驅動器上的軟件承載了系統(tǒng)的主要功能和性能的實現。因此在這一產業(yè)領域的競爭將更多轉化為基于軟件技術、控制技術和制造技術的智力層面的比拼和以技術融合為特征的工程層面的比拼。
　　三、突破技術遏制的關鍵是建立適合核心技術體系生長的自主創(chuàng)新平臺
　　反遏制的關鍵是構建適合核心技術體系生長的自主創(chuàng)新平臺，從被動的技術追趕變?yōu)橹鲃拥募夹g對抗。高端數控技術不僅僅是控制器的問題，而是關聯電機、驅動、測量、通訊、計算機軟硬件技術以及機床測試、仿真等技術的技術學科群。這些技術環(huán)節(jié)都將對最終的設備控制效果產生影響。
　　以高速高精度高響應運動控制為例來說明這個問題。從FANUC公開的材料上看，控制分辨率提升到納米可以將被加工產品的精度提高一倍，表面質量提高一倍。但這一結果需要控制器全面的技術提升。對于高速度運動控制技術的實現而言，基于超前讀機制的運動軌跡分析和預測是必需的。這一機制將對系統(tǒng)的體系結構提出更高的要求。軌跡平滑和加加速度控制都是在高速運動控制中避免沖擊的必要技術手段。插補器的計算精度要從1個um提升到1個nm，計算字長要增加三位，有效計算精度要提升3個數量級。軟件平臺要支持相應字長的計算。另一方面控制節(jié)拍也需要相應提高，否則單純的指令精度提高沒有意義。這當然對系統(tǒng)的計算負荷有更高的需求，系統(tǒng)硬件平臺要具有更高的速度。僅在控制器內實現這個分辨率是不夠的，還要將這個控制量送給伺服驅動裝置。由于有效字長的擴充，控制節(jié)拍的提高，相應通訊代寬的需求也要提高。對伺服通訊問題一定要采用數字方式，脈沖方式和模擬加位置脈沖反饋的都不能符合要求。在伺服側很顯然要追求更高精度的控制問題。首先就是需要更高精度的位置反饋原件。目前國際上高精度伺服裝置傳感器已經提升到200萬線～400萬線了，這樣才能夠與現有的機械裝置配合實現納米級控制。我們國內的控制能夠保證控制器同步采樣的高速數字通訊協議是必須要解決的問題。伺服本身高精度控制的問題也是必須要解決的問題。FANUC強調HRV（高響應矢量控制），三菱強調OMR（優(yōu)化機械響應控制）都將問題直指高精度伺服控制的核心問題——高精度、快速響應的電流環(huán)設計。只有良好的電流環(huán)特性才能為良好的速度控制和位置控制奠定基礎。在解決這一核心矛盾的過程中許多控制技術都可以有所作為，包括各種狀態(tài)識別、滑膜控制和變參數控制等等。 實現高精度控制，僅依靠控制器和伺服驅動裝置是不夠的。電機設計本身就是直接影響運動控制效果的重要因素。對于永磁同步伺服電機而言，良好的反電勢正旋性，很小的齒槽力將非常有利于伺服驅動器實現低速的平穩(wěn)控制。許多高精度驅動裝置的廠商本身也是電機制造商。在很多國內的研究機構中，電機技術與伺服驅動技術是部門割裂的，有的甚至沒有電機技術支持單搞伺服驅動。在研究高精度運動控制中，仿真技術將極大的縮短我們在控制算法的相關研究中的時間和實施成本。在仿真技術支持的同時，還需要研制有關的試驗平臺，用來評價運動控制的效果，評價伺服驅動和電機的性能。例如，如何評價低速平穩(wěn)性和剛度等。
　　上面僅以高速高精度運動控制技術為例說明高檔控制器技術是一個耦合緊密的技術學科群。作為高端數控技術的技術創(chuàng)新體系應當具有技術鏈的完整性，因此我們稱這樣的技術創(chuàng)新體系為“技術創(chuàng)新平臺”。這樣的技術創(chuàng)新平臺建設投入是巨大的。以日本FANUC公司為例，在技術上保持領先，在產量上居世界第一，該公司現有職工3674人，科研人員超過600人，月產能力7000套，銷售額在世界市場上占50％，研發(fā)投入為銷售額的10%，每年投入研發(fā)費用上億美元。很顯然，支持上述平臺在中國現有的科研條件下，依靠一家企業(yè)或單位是非常困難的。我們只有通過包括高等院校和其他研究機構在內，以產業(yè)鏈和技術聯為內在聯系的企業(yè)技術創(chuàng)新聯盟，整合技術資源，形成新型的產學研創(chuàng)新組織，在國家有關政策支持和指導下實現相關多技術緊密耦合的創(chuàng)新技術平臺，才可能實現技術跨越