數(shù)控技術(shù)以其高效柔性化和加工精度穩(wěn)定的特點已成為一

1、        數(shù)控技術(shù)以其高效柔性化和加工精度穩(wěn)定的特點已成為一項應(yīng)用廣泛的先進(jìn)制造技術(shù)，它的深化發(fā)展將促進(jìn)數(shù)控機(jī)床性能和質(zhì)量的進(jìn)一步提升，為國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)發(fā)展提供優(yōu)異、適用的基礎(chǔ)制造設(shè)備。         從1999年起中國數(shù)控金切機(jī)床（簡稱數(shù)控機(jī)床）產(chǎn)量一直保持較高增長速度，至2005年7年內(nèi)平均年增長超過35%，2004年產(chǎn)量為51860臺，同比年增長飆升至40.8%，處于“十五”期末的2005年增幅雖回落至15%，但產(chǎn)量仍高達(dá)59636臺，與1980年的600臺產(chǎn)量相比，

2、25年間數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量已增至100倍。2005年數(shù)控機(jī)床的消費量86000余臺，同比年增長約15%。數(shù)控機(jī)床消費金額達(dá)64.3億美元，同比年增長16.3%。2006年為“十一五”起始年，數(shù)控機(jī)床產(chǎn)銷呈現(xiàn)出高開高走的良好態(tài)勢，預(yù)計增幅將超過25%。         但是另一方面，進(jìn)口數(shù)控機(jī)床數(shù)量也在逐年增加，而且進(jìn)口數(shù)控機(jī)床金額的增長趨勢更快。2005年數(shù)控機(jī)床的進(jìn)口數(shù)量同比年增長僅1%，而進(jìn)口金額的增長卻達(dá)11%，從而導(dǎo)致國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床在國內(nèi)市場消費額中的所占比例仍僅30%左右。這一現(xiàn)象的主要原因在于，國內(nèi)市場對技術(shù)和附加值高的高效精密數(shù)控機(jī)床和高性能大重

3、型數(shù)控機(jī)床需求增長，要依靠進(jìn)口解決。         本文將在分析中國數(shù)控機(jī)床持續(xù)平穩(wěn)快速發(fā)展形成原因的基礎(chǔ)上，探討所面臨的挑戰(zhàn)，并從振興中國數(shù)控機(jī)床市場占有率的角度著重于剖析數(shù)控機(jī)床及由其組成的制造系統(tǒng)（生產(chǎn)線）的技術(shù)現(xiàn)況及發(fā)展趨勢，并初步探討使其能適應(yīng)變批量、多品種、高效優(yōu)質(zhì)、低成本以及具有快速響應(yīng)的柔性的技術(shù)創(chuàng)新道路。 一、數(shù)控機(jī)床市場發(fā)展的動力剖析         促進(jìn)中國數(shù)控機(jī)床市場發(fā)展的條件是國內(nèi)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的平穩(wěn)快速增長和進(jìn)入?yún)⑴c全球化市場競爭的大環(huán)境。中國已成為制造大國，并

4、在政策和“十一五”規(guī)劃引導(dǎo)下正向著具有創(chuàng)新活力的制造強(qiáng)國邁進(jìn)。為此將從國內(nèi)制造業(yè)發(fā)展需求拉動和產(chǎn)業(yè)投資拉動兩方面來分析數(shù)控機(jī)床持續(xù)快速增長的一些內(nèi)在原因。  1.汽車工業(yè)高速發(fā)展的需求拉動分析         現(xiàn)代汽車工業(yè)為適應(yīng)全球化競爭對制造裝備的選用趨向于更加高效柔性化的數(shù)控機(jī)床?！笆濉逼陂g中國數(shù)控機(jī)床累計總消費金額為205.8億美元，同期汽車工業(yè)購置機(jī)床消費金額約1000億元人民幣,其中90%為數(shù)控機(jī)床，折合為112.5億美元，約占國內(nèi)數(shù)控機(jī)床消費的55%，居各制造業(yè)消費數(shù)控機(jī)床之首（圖1）。 圖1 中國各

5、制造業(yè)消費的數(shù)控機(jī)床金額比例        汽車工業(yè)的快速發(fā)展不僅占有了中國數(shù)控機(jī)床市場消費的“半壁江山”，而且其銷售收入的排名序位已由1990年的第15位躍升至2002年的第5位，僅次于信息電子、電力、冶金和化工之后，成為國民經(jīng)濟(jì)的一個主要支柱。因此汽車工業(yè)的增長必然會有力地拉動數(shù)控機(jī)床的市場消費的增長。表1列出了自1996年至2005年10年內(nèi)汽車產(chǎn)量和數(shù)控機(jī)床消費量的數(shù)據(jù)。 表1 1996-2005年歷年的汽車產(chǎn)量和數(shù)控機(jī)床消費量       

6、60; 表1中可看出，進(jìn)入1999年以后汽車的產(chǎn)量和數(shù)控機(jī)床的消費量均出現(xiàn)持續(xù)平穩(wěn)的快速增長，汽車產(chǎn)量的年增幅大于20萬輛，數(shù)控機(jī)床消費量也未再出現(xiàn)負(fù)增長現(xiàn)象，兩者間具有明顯的相關(guān)性。         通過對歷年汽車產(chǎn)量的年增長率（A）和數(shù)控機(jī)床消費量年增長率（B）間的回歸分析得出數(shù)控機(jī)床年消費量的增長率為： B=1.35A(1)          2006年汽車產(chǎn)量預(yù)計可達(dá)700萬輛，增幅超過20%，按上述關(guān)系式預(yù)測數(shù)控機(jī)床的消費量的增幅大于2

7、8%。 2.產(chǎn)業(yè)投資拉動分析         數(shù)控機(jī)床作為先進(jìn)的基礎(chǔ)制造裝備，它可廣泛用于各個制造領(lǐng)域來提高制造業(yè)的勞動生產(chǎn)率，因此它與產(chǎn)業(yè)的投資存在著非常密切的關(guān)系。將從以下兩個步驟得出投資與數(shù)控機(jī)床消費量增長率的關(guān)系。         首先，分析投資率對提高勞動生產(chǎn)率的關(guān)系。         其次，再推導(dǎo)出為獲得一定的勞動生產(chǎn)率的增長率需要有相應(yīng)的數(shù)控機(jī)床年消費量的增長率。 圖2 制

8、造業(yè)生產(chǎn)率增長率與產(chǎn)業(yè)投資的關(guān)系（資料引自日本工業(yè)調(diào)查會1982）         投資率與勞動生產(chǎn)率增長率的關(guān)系是通過對世界各先進(jìn)工業(yè)國在發(fā)展制造業(yè)階段的綜合分析后得出。為了在宏觀上有一定的相似性和可比性，選取了歐美先進(jìn)工業(yè)國在大力發(fā)展制造業(yè)時期(上世紀(jì)60年代)的平均數(shù)據(jù)，圖示出了一些國家的勞動生產(chǎn)率的增長率與產(chǎn)業(yè)投資占比例間的關(guān)系。由此可得出： （1）制造業(yè)生產(chǎn)率的增長率r與產(chǎn)業(yè)投資占比率Ie間存在線性關(guān)系，對圖數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，其方程式為： r(60Ie-8) /100(2)   

9、60;     隨著產(chǎn)業(yè)投資比率Ie的增加將提升生產(chǎn)率的增長率。這里的產(chǎn)業(yè)投資不僅包括購買制造設(shè)備投資，也包括生產(chǎn)技術(shù)與設(shè)備創(chuàng)新研究開發(fā)的投資。從1998年以來中國產(chǎn)業(yè)投資比例一直保持在38%40%，高于韓國的35%和日本在上世紀(jì)70年代的33%和90年代的30%。較高的投資率必然會拉動與制造業(yè)增長密切相關(guān)的先進(jìn)的基礎(chǔ)制造裝備數(shù)控機(jī)床的較快增長。 （2）從式(2)可知當(dāng)投資率為40%時，生產(chǎn)率增長率可達(dá)1%，而當(dāng)生產(chǎn)率為零增長，即Pr=0時，則投資率Ie仍需13%，這說明即使不擴(kuò)大再生產(chǎn)，仍需有一定的投資以補(bǔ)償由于設(shè)備損耗和人口增長等降低勞動生產(chǎn)率的因素

10、。         設(shè)備的投資對生產(chǎn)率增長率的作用，反映出作為加工設(shè)備的機(jī)床的消費量也將隨生產(chǎn)率增長率作相應(yīng)的增長，為簡化分析在不考慮機(jī)床的創(chuàng)新所引起其生產(chǎn)能力提升的條件下，則機(jī)床消費量的增長率（）將包含生產(chǎn)率增長率Pr以及補(bǔ)償機(jī)床更新所需的機(jī)床消費量增加率（），即：         式中，為機(jī)床更新率，如=0.1，則為每年更新1/10使用至年限t0后的機(jī)床。由于=f(Pr)為指數(shù)方程式，為便于直觀分析在圖3示出了t0=10年，1=0.1和2=0.2的兩條

11、曲線。根據(jù)式(2)和圖3可以預(yù)測機(jī)床消費量的增長率。例如：當(dāng)投資占GDP比率Ie=40%，預(yù)計制造業(yè)生產(chǎn)增長率Pr=16%，并可由圖3推出機(jī)床消費量的增長率24%。 圖3 機(jī)床消費量增長率與制造業(yè)生產(chǎn)率增長率的關(guān)系         通過需求拉動和投資拉動分析，均表明它們是形成中國數(shù)控機(jī)床消費量強(qiáng)勁增長的主要原因，使中國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展的最好機(jī)遇。但是在這大好形勢下，同樣面臨著數(shù)控機(jī)床市場消費中進(jìn)口比例居高不下的局面。 二、快速發(fā)展的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)     &

12、#160;   從20世紀(jì)90年代后期起，由于工業(yè)現(xiàn)代化和國防與高技術(shù)工業(yè)的快速發(fā)展，對表徵先進(jìn)制造裝備的數(shù)控機(jī)床提出了旺盛的需求。在數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平方面，由于市場需求的拉動和國家科技計劃引導(dǎo)與支持，中高檔數(shù)控機(jī)床的開發(fā)也取得了較大的進(jìn)展，在五軸聯(lián)動、復(fù)合加工、高速加工、超精密加工和數(shù)字化設(shè)計等一批關(guān)鍵技術(shù)上取得了突破，自主開發(fā)了包括大型、五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床，精密及超精密數(shù)控機(jī)床和一些成套生產(chǎn)線，并形成了一批中檔數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)化基地。表2示出中檔數(shù)控機(jī)床在產(chǎn)量中的比重由2000年的25%增至2004年的43.5%，提升了74%，同時高檔數(shù)控機(jī)床也取得了可喜的進(jìn)展。 表2 各技

13、術(shù)檔次國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床占年產(chǎn)量比例 在上述提及的良好發(fā)展形勢下，一些統(tǒng)計數(shù)據(jù)也預(yù)示著需要注意的現(xiàn)象：         首先，從2000年起數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量雖有大幅增長，但從數(shù)量的滿足率來講，近年來一直徘徊在60%左右，而未呈現(xiàn)進(jìn)一步增長的趨勢。         其次，從市場消費額來看，進(jìn)口數(shù)控機(jī)床的金額近幾年一直約占消費額的70%左右（表3），進(jìn)口的高檔數(shù)控機(jī)床占全部進(jìn)口金額的75%，達(dá)中國數(shù)控機(jī)床消費總額的57.5%。 表3 進(jìn)口數(shù)控機(jī)床的數(shù)量和金額

14、占市場消費的比例（編者注：由于對高檔和低檔數(shù)控機(jī)床的劃分缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)等原因，不同人對高、中、低檔在數(shù)控機(jī)床消費量和額中所占的比重的估算存在較大差異）          大量的高檔數(shù)控機(jī)床的進(jìn)口，主要由于以下三個領(lǐng)域發(fā)展的需求：         高新技術(shù)和國防工業(yè)領(lǐng)域，如航空航天、艦船、軌道交通和核工業(yè)等關(guān)鍵零件加工需用的五軸聯(lián)動高速大重型專門化或?qū)Ｓ脭?shù)控機(jī)床，渦輪盤高速銑床、激光陀螺和核聚變用鏡片的超精密數(shù)控機(jī)床等。  &#

15、160;      重大基礎(chǔ)裝備制造領(lǐng)域，如大型發(fā)電設(shè)備、大型工程機(jī)械、石化和冶金裝備所需的大重型復(fù)合加工數(shù)控機(jī)床、高效五軸聯(lián)動葉片加工數(shù)控機(jī)床等。         國民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，如汽車制造業(yè)、IT制造業(yè)和模具制造業(yè)等關(guān)鍵零件加工需用的高效精密數(shù)控機(jī)床、高速五軸聯(lián)動模具銑床和磁盤磁鼓超精密數(shù)控機(jī)床等。        上述領(lǐng)域中汽車發(fā)動機(jī)及關(guān)鍵零件加工的成套生產(chǎn)線設(shè)備80%以上消費金額用于進(jìn)口，一些大重型專門化

16、或?qū)Ｓ玫母咝阅軘?shù)控機(jī)床基本上從國外引進(jìn)。        為此，突破高檔數(shù)控機(jī)床及相應(yīng)的高性能功能部件的關(guān)鍵技術(shù)，加強(qiáng)高性能大重型數(shù)控機(jī)床和高效精密數(shù)控機(jī)床以及超精密數(shù)控機(jī)床的研發(fā)和生產(chǎn)能力建設(shè)將成為“十一五”期間急需關(guān)注的任務(wù)。 三、數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展趨勢         以數(shù)控技術(shù)為核心的制造裝備包含了控制系統(tǒng)、伺服驅(qū)動系統(tǒng)、編程系統(tǒng)、測量裝置、刀具、物流和刀具自動輸送系統(tǒng)、加工知識及其技藝以及生產(chǎn)規(guī)劃和管理系統(tǒng)等技術(shù)。它們的發(fā)展趨勢主要可歸納為如下： 1.持續(xù)提高經(jīng)濟(jì)加工精度