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【编者按】2011年底，18位院士提出的《“数控一代”机械产品创新工程》正式启动《“数控一代”机械产品创新应用示范工程》。其战略目标是：在机械行业全面推广应用数控技术，在5～8年内，实现各行各业各类各种机械产品的全面创新，使中国的机械产品整体升级为“数控一代”，为我国机械工业从“大”到“强”的跨越式发展做出重大贡献。近日，科技部已确定重庆、湖北、辽宁、广东东莞四个省市为全国“数控一代机械产品创新应用示范工程”首批示范省市。
经过新中国60多年，特别是改革开放30多年的奋斗，中国机械工业实现了历史性的跨越式发展，我国已成为“制造大国”，但是依然不是“制造强国”：机械工业还没有摆脱粗放型、外延式发展的模式，核心技术和关键技术掌握得不多，自主创新的产品少，附加值不高，核心竞争力不强。纵观世界，中国制造既面临其他新兴发展中国家的低中端竞争，又面临西方发达国家重振先进制造业的压力，在全球制造产业新的调整中既面临大好发展机遇，又面临极为严峻的挑战。面临的挑战很多，问题主要有两个：产品质量问题和产品创新问题，因而，产品创新和产品质量应该成为今后一段时期机械工程科技进步的主要方向。
应用数控技术实现我国机械产品的全面创新和升级换代，非常必要，完全可能，对于我国机械工业的科学发展，具有重要的战略意义。
数控化是全面创新机械产品的有效途径
机械产品的创新可以有多种途径，主要的有两种方法：一是创新工作原理或工作装置；二是创新运动的驱动和控制系统。传统机械产品的构成如图1所示，包括动力装置、传动装置、工作装置。工作装置的创新是根本性的，极为重要，千百年来，人们一直在不断创造出各种新的机械，形成了适用于完成各种不同任务的成千上万的机械产品。数控化则是对于机械运动的驱动和控制系统的创新，数控机械产品的构成如图2所示。
数控化是创新机械产品的有效途径，其核心的技术路线是用伺服电机驱动系统取代传统机械中的动力装置与传动装置，更重要的是用计算机控制系统对机械运动与工作过程进行控制。数控技术的核心是数字化，是先进的信息技术与自动控制、机械制造技术相结合的集成技术，是机械产品创新的使能技术。数控技术的应用引起机械产品本身的内涵发生根本性变化，使机械产品的功能极大丰富，性能发生质的变化，可以从根本上提高机械产品的水平和市场竞争力。
当前是中国机械产品升级换代的最佳机遇期
当前，我国机械工业正处于产品数字化发展时期，全世界的机械工业也正处于产品数字化发展时期。由“电气一代”到“数控一代”是一场深刻的变革，必然要经过艰难的攀登过程。在这方面，西方发达国家已经先行了60年，还要经过数十年才能完成这样一个历程。对于中国机械工业来说，“数控一代”是中国机械工业跨越式发展的最佳机遇。主要理由是：
（1）需求强大：需求是最强大的发展动力。由于国民经济持续快速发展，由于国际国内市场的激烈竞争，数控机械产品的市场需求越来越旺盛，企业产品创新积极性越来越高涨。我们现在面临的形势是：一要数控技术应用于中、低档机械产品，以提升产品的市场竞争力：二是要攻克高端数控机械产品，以满足经济、社会、国防等方面日益提高的需求。
（2）技术支持：数控技术的落后是长期以来制约我国机械产品创新与质量的一个重要因素。经过多年来对数控技术的持续攻关，特别是由于电机技术、功率器件技术、控制技术、计算机技术的突破性进展，我国的数控产业已经基本形成，国产经济型数控系统已主导国内市场，中档数控系统形成了产业规模，高档数控系统也已经掌握关键技术。我国的数控技术已发展到了技术成熟、质量可靠的阶段，全面推广应用的条件已经成熟。
（3）人才队伍与应用示范带动：数控机械产品的创新需要掌握数控技术、机械设计与制造技术、产品领域知识等复合型知识结构的人才，这也是长期以来影响我国机械产品创新的一个重要原因。经过多年努力，我们在人才队伍和应用示范方面已具备了良好的基础。
应用数控技术实现机械产品创新的技术路线
数控机械产品的出现是以数控加工机床的诞生为标志的。20世纪40年代未，美国帕森斯公司提出了应用计算机控制机床加工样板曲线的设想，并与麻省理工学院合作，于1952年研制成功世界上第一台三坐标立式数控铣床。它的诞生标志着机械制造数字控制时代的开始。
数控改造是一条可用较少投入有效提高现有机械性能的途径，很能说明数控产品创新的技术路线。以X52K立式铣床的数控改造为例，包括两个方面，首先是机床进给系统的改造，其方案是：将原工作台进给电机与齿轮进给箱拆除，将原普通丝杠替换为滚珠丝杠，然后用三个伺服电机分别驱动机床的升降、纵向和横向坐标轴，不仅机械传动系统大大简化，而且可实现精确的无级变速。
归纳起来，应用数控技术创新机械产品的设计流程如图3所示。先是进行总体方案设计，确定运动与控制方案，再是进行适配伺服驱动系统、适配计算机控制系统、研制应用软件系统以及设计机械、检测系统等方面的设计。
机械产品的全面创新与升级换代
机械产品数以万计，大都可以通过数控化实现产品创新，提升到“数控一代”的水平，从根本上提高产品的功能、性能和竞争力。数控化使机械产品装备了“大脑”，开辟了机械产品创新的广阔空间，不断引领机械产品攀登新的高峰；与此同时，在机械设计理论上和学术上能够做出高水平的贡献。除装备制造业和军工产品等领域，注塑类产品、数控编织机（见图4）、数控木工机械（见图5）、光刻机精密工作台（见图6）等都需全面创新、升级换代。《“数控一代”机械产品创新工程》的组织实施
《“数控一代”机械产品创新工程》既是技术推广工程也是产品创新工程：对数控技术而言是技术推广工程，对于各行各业的机械产品而言是产品创新工程。《“数控一代”机械产品创新工程》是一个复杂的大系统工程，必须依靠有组织创新和协同创新。 一 有组织创新
充分发挥我国的制度优越性，总体规划、分步实施、重点突破、全面推进，动员千军万马，实行有组织的创新。
（1）总体规划、顶层设计：制定国家与各行业、各地方、各企业的数控化机械产品创新升级的总体规划和推广计划（路线图）。国家和行业主管部门与地方科技部门联动，行业和地方组织企业实施，中央和地方共同支持。要努力加强相关行业数控机械产品技术标准的制定，以推进数控技术的普及和提高。
（2）重点突破、典型示范：从全国范围内筛选代表性区域、行业和企业，由国家重点支持实施示范工程，然后进一步在全国范围内全面推广：
企业龙头企业实施、上下产业链互联
行业：典型行业示范、其他行业推广：
区域：重点区域入手、逐步全面铺开。
（3）技术攻关、推广应用：加强对数控机械产品共性关键技术的技术攻关，进而在行业内和地区内进行全面推广应用。
（4）人才培训、技术服务：学校、科研机构全面动员，大力开展数控机械产品创新设计的人才培养与专业培训，特别是要广泛动员与强力组织对广大企业家和设计工程师的培训。组织各方面力量，努力以几种模式提供数控机械产品创新设计的技术服务：1）企业委托设计；2）与企业联合设计；3）为企业进行人员培训，由企业自主设计。
二 协同创新
以企业为主体、市场为导向、政产学研用紧密结合，推进协同创新。
（1）科技部、工信部等国务院有关部门将实行强有力的领导，建立领导机构，推进顶层设计，提供政策和资金支持，加强宏观管理。各行业主管部门和地方科技部门将加强组织实施管理，认真制定行业规划和推广计划，落实各方面保障措施。
（2）建立各个层面的产学研用创新联盟，将各行业、各地方具有技术优势的生产企业，高校、研究院所、用户企业组织起来，形成数控机械产品创新联盟。
（3）企业是面向市场的主体，是财政投入的主体，当然是技术创新的主体。市场的驱动和企业的积极性是产品创新成功的关键，必须从根本上调动企业家，管理者和工程师的积极性。同时，高校和科研院所中蕴藏着为我国机械工业贡献力量的巨大积极性，要采取有力措施，动员他们、组织他们、依靠他们。政产学研用协同创新，形成中国特色的“数控一代”机械产品创新体系，团结奋斗，努力完成这样一个伟大的创新工程。
《“数控一代”机械产品创新工程》奋斗目标是：经过5-8年的时间，中国的机械产品全面升级为“数控一代”，再经过10年左右的时间，到2030年，中国的机械产品全面升级为“智能一代”，整体上走到世界前列，为中国的现代化做出基础性、战略性的贡献。
经过新中国60多年，特别是改革开放30多年的奋斗，中国机械工业实现了历史性的跨越式发展，我国已成为“制造大国”，但是依然不是“制造强国”：机械工业还没有摆脱粗放型、外延式发展的模式，核心技术和关键技术掌握得不多，自主创新的产品少，附加值不高，核心竞争力不强。纵观世界，中国制造既面临其他新兴发展中国家的低中端竞争，又面临西方发达国家重振先进制造业的压力，在全球制造产业新的调整中既面临大好发展机遇，又面临极为严峻的挑战。面临的挑战很多，问题主要有两个：产品质量问题和产品创新问题，因而，产品创新和产品质量应该成为今后一段时期机械工程科技进步的主要方向。
应用数控技术实现我国机械产品的全面创新和升级换代，非常必要，完全可能，对于我国机械工业的科学发展，具有重要的战略意义。
数控化是全面创新机械产品的有效途径
机械产品的创新可以有多种途径，主要的有两种方法：一是创新工作原理或工作装置；二是创新运动的驱动和控制系统。传统机械产品的构成如图1所示，包括动力装置、传动装置、工作装置。工作装置的创新是根本性的，极为重要，千百年来，人们一直在不断创造出各种新的机械，形成了适用于完成各种不同任务的成千上万的机械产品。数控化则是对于机械运动的驱动和控制系统的创新，数控机械产品的构成如图2所示。
数控化是创新机械产品的有效途径，其核心的技术路线是用伺服电机驱动系统取代传统机械中的动力装置与传动装置，更重要的是用计算机控制系统对机械运动与工作过程进行控制。数控技术的核心是数字化，是先进的信息技术与自动控制、机械制造技术相结合的集成技术，是机械产品创新的使能技术。数控技术的应用引起机械产品本身的内涵发生根本性变化，使机械产品的功能极大丰富，性能发生质的变化，可以从根本上提高机械产品的水平和市场竞争力。
当前是中国机械产品升级换代的最佳机遇期
当前，我国机械工业正处于产品数字化发展时期，全世界的机械工业也正处于产品数字化发展时期。由“电气一代”到“数控一代”是一场深刻的变革，必然要经过艰难的攀登过程。在这方面，西方发达国家已经先行了60年，还要经过数十年才能完成这样一个历程。对于中国机械工业来说，“数控一代”是中国机械工业跨越式发展的最佳机遇。主要理由是：
（1）需求强大：需求是最强大的发展动力。由于国民经济持续快速发展，由于国际国内市场的激烈竞争，数控机械产品的市场需求越来越旺盛，企业产品创新积极性越来越高涨。我们现在面临的形势是：一要数控技术应用于中、低档机械产品，以提升产品的市场竞争力：二是要攻克高端数控机械产品，以满足经济、社会、国防等方面日益提高的需求。
（2）技术支持：数控技术的落后是长期以来制约我国机械产品创新与质量的一个重要因素。经过多年来对数控技术的持续攻关，特别是由于电机技术、功率器件技术、控制技术、计算机技术的突破性进展，我国的数控产业已经基本形成，国产经济型数控系统已主导国内市场，中档数控系统形成了产业规模，高档数控系统也已经掌握关键技术。我国的数控技术已发展到了技术成熟、质量可靠的阶段，全面推广应用的条件已经成熟。
（3）人才队伍与应用示范带动：数控机械产品的创新需要掌握数控技术、机械设计与制造技术、产品领域知识等复合型知识结构的人才，这也是长期以来影响我国机械产品创新的一个重要原因。经过多年努力，我们在人才队伍和应用示范方面已具备了良好的基础。
应用数控技术实现机械产品创新的技术路线
数控机械产品的出现是以数控加工机床的诞生为标志的。20世纪40年代未，美国帕森斯公司提出了应用计算机控制机床加工样板曲线的设想，并与麻省理工学院合作，于1952年研制成功世界上第一台三坐标立式数控铣床。它的诞生标志着机械制造数字控制时代的开始。
数控改造是一条可用较少投入有效提高现有机械性能的途径，很能说明数控产品创新的技术路线。以X52K立式铣床的数控改造为例，包括两个方面，首先是机床进给系统的改造，其方案是：将原工作台进给电机与齿轮进给箱拆除，将原普通丝杠替换为滚珠丝杠，然后用三个伺服电机分别驱动机床的升降、纵向和横向坐标轴，不仅机械传动系统大大简化，而且可实现精确的无级变速。
归纳起来，应用数控技术创新机械产品的设计流程如图3所示。先是进行总体方案设计，确定运动与控制方案，再是进行适配伺服驱动系统、适配计算机控制系统、研制应用软件系统以及设计机械、检测系统等方面的设计。
机械产品的全面创新与升级换代
机械产品数以万计，大都可以通过数控化实现产品创新，提升到“数控一代”的水平，从根本上提高产品的功能、性能和竞争力。数控化使机械产品装备了“大脑”，开辟了机械产品创新的广阔空间，不断引领机械产品攀登新的高峰；与此同时，在机械设计理论上和学术上能够做出高水平的贡献。除装备制造业和军工产品等领域，注塑类产品、数控编织机（见图4）、数控木工机械（见图5）、光刻机精密工作台（见图6）等都需全面创新、升级换代。《“数控一代”机械产品创新工程》的组织实施
《“数控一代”机械产品创新工程》既是技术推广工程也是产品创新工程：对数控技术而言是技术推广工程，对于各行各业的机械产品而言是产品创新工程。《“数控一代”机械产品创新工程》是一个复杂的大系统工程，必须依靠有组织创新和协同创新。 一 有组织创新
充分发挥我国的制度优越性，总体规划、分步实施、重点突破、全面推进，动员千军万马，实行有组织的创新。
（1）总体规划、顶层设计：制定国家与各行业、各地方、各企业的数控化机械产品创新升级的总体规划和推广计划（路线图）。国家和行业主管部门与地方科技部门联动，行业和地方组织企业实施，中央和地方共同支持。要努力加强相关行业数控机械产品技术标准的制定，以推进数控技术的普及和提高。
（2）重点突破、典型示范：从全国范围内筛选代表性区域、行业和企业，由国家重点支持实施示范工程，然后进一步在全国范围内全面推广：
企业龙头企业实施、上下产业链互联
行业：典型行业示范、其他行业推广：
区域：重点区域入手、逐步全面铺开。
（3）技术攻关、推广应用：加强对数控机械产品共性关键技术的技术攻关，进而在行业内和地区内进行全面推广应用。
（4）人才培训、技术服务：学校、科研机构全面动员，大力开展数控机械产品创新设计的人才培养与专业培训，特别是要广泛动员与强力组织对广大企业家和设计工程师的培训。组织各方面力量，努力以几种模式提供数控机械产品创新设计的技术服务：1）企业委托设计；2）与企业联合设计；3）为企业进行人员培训，由企业自主设计。
二 协同创新
以企业为主体、市场为导向、政产学研用紧密结合，推进协同创新。
（1）科技部、工信部等国务院有关部门将实行强有力的领导，建立领导机构，推进顶层设计，提供政策和资金支持，加强宏观管理。各行业主管部门和地方科技部门将加强组织实施管理，认真制定行业规划和推广计划，落实各方面保障措施。
（2）建立各个层面的产学研用创新联盟，将各行业、各地方具有技术优势的生产企业，高校、研究院所、用户企业组织起来，形成数控机械产品创新联盟。
（3）企业是面向市场的主体，是财政投入的主体，当然是技术创新的主体。市场的驱动和企业的积极性是产品创新成功的关键，必须从根本上调动企业家，管理者和工程师的积极性。同时，高校和科研院所中蕴藏着为我国机械工业贡献力量的巨大积极性，要采取有力措施，动员他们、组织他们、依靠他们。政产学研用协同创新，形成中国特色的“数控一代”机械产品创新体系，团结奋斗，努力完成这样一个伟大的创新工程。
《“数控一代”机械产品创新工程》奋斗目标是：经过5-8年的时间，中国的机械产品全面升级为“数控一代”，再经过10年左右的时间，到2030年，中国的机械产品全面升级为“智能一代”，整体上走到世界前列，为中国的现代化做出基础性、战略性的贡献。