浅析数控技术装备发展趋势
摘要:本文从战略和策略两个层面提出了发展我国数控技术及装备的几点看法。从当今世界数控技术及装备发展的趋势及我国数控装备技术发展和产业化的现状,两方面讨论在我国加入WTO和对外开放进一步深化的新环境下,发展我国数控技术及装备、提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性。
关键词:数控技术 数控装备 发展
装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度,数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业(如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业)的使能技术和最基本的装备。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料,而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。
1 数控技术与数控装备
数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品,即所谓的数字化装备;数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术。
2 数控技术的发展趋势
数控技术的应用对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展起着越来越重要的作用,因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从数控技术及其装备发展的趋势来看,其主要研究热点有以下几个方面:
2.1 高精加工技术、高速及装备的发展趋势 质量、效率是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率,提高产品的质量和档次,缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一,国际生产工程学会(CIRP)将其确定为21世纪的中心研究方向之一。
轿车工业,年产30万辆的生产节拍为40秒/辆,还须解决轿车装备多品种加工;航空和宇航工业,只有在高切削速度和切削力很小的情况下,才能对筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件,使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。
2.2 快速发展的5轴联动加工和复合加工机床 采用5轴联动对三维曲面零件的加工,不仅光洁度高,而且效率也大幅度提高。由于电主轴的出现,使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化,其制造难度和成本大幅度降低,数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床(含5面加工机床)的发展。
在EMO2001展会上,新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头,可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工,使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现,还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国DMG公司展出DMUVoution系列加工中心,可在一次装夹下5面加工和5轴联动加工,可由CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制。
2.3 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势
21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统,智能化的内容包括在数控系统中的各个方面:为追求加工效率和加工质量方面的智能化;为提高驱动性能及使用连接方便的智能化;简化编程、简化操作方面的智能化等;还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。
目前许多国家对开放式数控系统进行研究。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上,面向机床厂家和最终用户,通过改变、增加或剪裁结构对象(数控功能),形成系列化,并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中,快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统,形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。
网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求,也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。
2.4 重视新技术标准、规范的建立
2.4.1 关于数控系统设计开发规范 综上所述,开放式数控系统有更好的柔性、通用性、适应性、扩展性,目前,美国、欧共体和日本等国都针对数控系统设计实施战略发展计划,并进行开放式体系结构数控系统规范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定,世界3个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和规范的制定,预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在2000年也开始进行中国的ONC数控系统的规范框架的研究和制定。
2.4.2 关于数控标准 数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。数控技术诞生后,其本质特征始终是面向加工过程,国际上正在研究和制定一种新的CNC系统标准ISO14649(STEP-NC),其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制,能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型,从而实现整个制造过程,乃至各个工业领域产品信息的标准化。
STEP-NC提出一种崭新的制造理念,它使NC程序可以分散在互联网上,这正是数控技术开放式、网络化发展的方向。其次,STEP-NC数控系统还可大大减少加工图纸(约75%)、加工程序编制时间(约35%)和加工时间(约50%)。
3 对我国数控技术及其产业发展的基本估计
我国数控技术起步于1958年,近60的发展历程,如今,国产数控机床的国内市场占有率达70%,配国产数控系统(普及型)也达到了40%。到目前,我国已经建立了一支数控研究、开发、管理人才的基本队伍。
虽然在数控技术的研究开发以及产业化方面取得了长足的进步,但我国高端数控技术的研究开发,尤其是在产业化方面的技术水平现状与我国的现实需求还有较大的差距。纵向看我国的发展速度很快,横向比(与国外对比)不仅技术水平有差距,在某些方面发展速度也有差距,即一些高精尖的数控装备的技术水平差距有扩大趋势。
4 对我国数控技术和产业化发展的战略思考
4.1 战略考虑 作为制造大国,我们在世界产业转移中要尽量接受前端而不是后端的转移,即要掌握先进制造核心技术,否则在新一轮国际产业结构调整中,我国制造业将徒有其表。我们以资源、环境、市场为代价,得到的可能并非掌握核心技术的制造中心的地位,这样必然严重影响我国现代制造业的发展。
我们要从国家安全战略的高度来重视数控技术和产业问题,首先从社会安全看,因为制造业是我国就业人口最多的行业,制造业发展不仅可提高人民的生活水平,而且还可缓解我国就业的压力,保障社会的稳定;其次从国防安全看,西方发达国家把高精尖数控产品都列为国家的战略物质,对我国实现禁运和限制。
4.2 发展策略 立足于我国的基本国情,以国家的战略需求和国民经济的市场需求为导向,以提高我国制造装备业综合竞争能力和产业化水平为目标,用系统的方法,选择能够主导我国制造装备业发展升级的关键技术以及支持产业化发展的支撑技术、配套技术作为研究开发的内容,实现制造装备业的跨跃式发展。
强调市场需求为导向,即以数控终端产品为主,以整机(如量大面广的数控车床、铣床、高速高精高性能数控机床、典型数字化机械、重点行业关键设备等)带动数控产业的发展。重点解决数控系统和相关功能部件(数字化伺服系统与电机、高速电主轴系统和新型装备的附件等)的可靠性和生产规模问题。没有规模就不会有高可靠性的产品;没有规模就不会有价格低廉而富有竞争力的产品;当然,没有规模中国的数控装备最终难以有出头之日。
在高精尖装备研发方面,要强调产、学、研以及最终用户的紧密结合,以“做出来、用上去、效益高”为目标,按国家意志实施攻关,以解决国家之急需。
在竞争前数控技术方面,强调创新,强调研究开发具有自主知识产权的技术和产品,为我国数控产业、装备制造业乃至整个制造业的可持续发展奠定基础。
参考文献:
[1]中国机床工具工业协会 行业发展部.CIMT2001巡礼[J].世界制造技术与装备市场,2001(3):18-20.
[2]梁训,王宣,周延佑.机床技术发展的新动向[J].世界制造技术与装备市场,2001(3):21-28.
[3]中国机床工具工业协会 数控系统分会.CIMT2001巡礼[J].世界制造技术与装备市场,2001(5):13-17.
[4]杨学桐,李冬茹,何文立,等.跨世纪数控机床技术发展战略研究[M].北京:国家机械工业局,2000.