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编者按：
虽然起步并不晚，但差距巨大，我国数控机床的发展何以艰难曲折如此？04专项实施以来，高端数控机床的产业化情况又到底如何？本篇为一直心系我国机床行业发展的原机械I业部副部长沈烈初，在深入行业调研后悉心推出的调研报告。篇幅较长，本刊特分为上下篇推出，以飨读者。
中国数控机床起步于五十年代
1952年8月7日，中央人民政府决定成立第一机械工业部，下设专业局，其中二局主管机床工具行业（后一直将二局称之谓机床工具局），划给二局1 8个厂管辖，其业务范围涵盖金切机床、锻压设备、锻造机械、木工机床、机床附件、工具（含量仪、刃具）、磨料磨具、机床电器8大类。
1956年，按行业划分，成立北京机床研究所等7个直属研究所（称之谓一类所）以及郑州第六设计院，后来又在主导厂设立面向分行业的十余个专业研究所（称之谓二类所）。据不完全统计，当时一类所及二类所共计37个，构成了完整的科研开发体系。以后，六十年代开始三线建设，老厂一分为二，或一分为三，在西部地区成立一批国营机床工具企业。改革开放后，在市场经济机制的优胜劣汰中，一大批国企或转制或淘汰破产，一大批民营企业及外资企业迅速崛起。
我国数控系统及数控机床的研发起步于上世纪五十年代，但为什么到现在与世界先进水平的差距，特别是高端数控机床工具还这么大呢？原因很复杂，笔者也说不清楚，但至少有两点：一是机床工具行业在探索研发数控系统的发展路线上走了一些弯路，如用于运动控制的芯片（CPU），是采用专用芯片，还是通用芯片，几次反复，因此在引进技术、合作生产、消化吸收、再创新等方面多花了一些时间：二是中国的半导体工业起步太晚、太弱，特别是集成电路LSI、VLSI包含专用及通用芯片在内，差距太大，不得不受制于人，不仅是硬件，包括操作系统等软件也大大落后于世界先进水平，就是一般PCB板常用的片装式电阻、电容元器件也基本需要进口。因为国产的元器件性能、质量不稳定，因此在上世纪九十年代前后，很多研究院所及企业单位选择通用芯片作为CPU进行运动控制与逻辑控制，因为芯片技术发展速度太快，性价比按摩尔定律发展。
正像中国机床工具工业协会陈吉红副理事长在文章中写到的：数控系统经历了“六五”期间的技术引进，“七五”期间技术消化吸收，“八五”期間技术自主开发，“九五”到“十二五”用了20年的时间才使低、中、高档数控产业化。其中，高档数控系统缩小了与世界先进水平的差距，市场占有率也提高到7%，以后的道路更加任重道远。
至于数控机床的机床本体，由于数控系统+伺服驱动系统+驱动伺服电机+机床的运动部件+位置测量装置（光删、磁栅、同步感应尺等），再加上各种机床部件物理量变化（温度、振动、位置等）的传感器信息采集，构成一个全闭环或半闭环系统，因而机床本体的结构设计有质的突破。
改革开放初期，机床工具工业走了合作生产返销的道路，成绩显著，大大提高了机床企业的工艺水平。其中，有的进行贴牌生产光机，国外经销商在境内加上数控系统后再在国外销售，一来可赚取外汇，二来锻炼了企业的内功，如济一与马扎克的合作，南京机床厂与Traub合作等。但后来国营企业改制或因种种原因没有转化为自主开发及创新，以后不了了之，造成今天中低档劳动技术密集型机床工具出口，高档数控机床大量进口的局面。
“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项（简称04专项）资助的很多机床企业研发的高档数控机床难以产业化，根本问题在于机床厂对用户的使用工艺，含工艺参数及刀具、量具、夹具加工对象的使用要求极不熟悉，没有话语权，至于所谓多轴、多联动、复合加工中心大部分则是抄来的。虽然04专项发展了一批功能部件，其中不少部件产业化程度较低，性价比不高，加上机床厂及终端用户对国产功能部件认知度低，市场占有率较低，甚至敌不过我国台湾省产的部分功能部件。高档的功能部件大都从日本、德国、瑞士、意大利、西班牙等发达国家进口。
上世纪八十年代，出现一股盲目追求“数控化率”的现象，进口一批质量没有过关的数控系统及伺服电机系统，造成了一度走“红”的，受到市、省、部表扬的沈阳第三机床厂最终因数控机床在用户处不能开机、维保又不及时，纷纷要求退货及索赔而破产。这是“十八罗汉厂”第一个破产的机床企业，也是中国数控机床发展史上不能抹杀的败笔。
笔者看来，数控机床主机存在的问题，包括精度、可靠性、精度保持性都不很高。因此目前来看，主机的问题多于数控系统，这要引起主管部门及主机厂的注意。
两类数控系统生产企业及其生产、销售模式
生产数控系统及驱动系统（含伺服电机）的企业分两类：一类是专业生产厂供机床厂配套使用，如广州数控、华中数控、沈阳高精、凯恩帝数控、维宏数控等：另一类是既生产机床主机，又生产自配的数控系统、伺服驱动系统和伺服电机，如大连光洋、北京精雕、沈阳i5、大族激光等。
数控系统专业生产厂可供应不同需求的主机厂因而产品涵盖高、中、低档，品种多、产量大，便于专业化生产。但是，出现了如何与不同主机厂实现无缝衔接的问题。广州数控采取了一些措施：
（]）每年改造与再制造不同型号的旧数控机床约300台，其中部分是五轴联动：
（2）针对近百台不同主机厂生产不同型号的主机，配上不同型号的广州数控的数控系统与驱动系统，进行长期可靠性试验，获得大量的数据，进行系统的升级优化：
（3）自己厂内使用的数控机床全部替换成广州数控的数控系统及伺服驱动系统，进行生产考验，也便于信息化管理、设备层的互联互通;
（4）自己开发了高精度注塑机及工业机器人，扩展了数控系统的功能、性能和用途。广州数控是全国生产规模最大的专业数控系统的研发生产企业，最高年产量曾达十二、三万台套。因为是针对不同行业主机厂不同需求设计开发的数控系统，由不同产品主管设计师负责，又因时间上有先后顺序，因而模块化、标准化考虑较少，增加了生产组织的难度，阻碍了生产效率的提升，因此亏损点较高。华中数控的8系列，即808（通用型）、828（标准型）、848（高端型），已升级换代多次。它既考虑到现实的需求，也考虑将来扩展的可能性，硬软件都采用模块化设计，其双代码功能（G代码、l代码）可圈可点。因而各项性能指标已接近或达到目前世界水平，满足了用户对高、中、低档数控系统的不同需求，特别是具有前瞻性的技术路线及发展路线，与国家数控系统工程技术研究中心联手，向智能数控系统及智能数控机床发展。 华中数控作为一家上市企业，旗下有数十家全资、合资子公司，管理难度很大，需要向管理要质量、向管理要效益，保证企业顺利发展。
数控系统配套自产主机的企业，即为自己生产的主机配套的研发生产数控系统、伺服驱动系统和伺服电机，如大连光洋，专为子公司科德数控机床公司配套，其特点是：机（械）、电（子）、仪（传感器）高度一体化，并使系统与主机高度匹配，其特点为采用多核CPU芯片，有自己的算法与架构，全部采用光纤通讯传导信息数据，采用多通道，控制的轴数很多，有能源回收功能、电子细分功能等，软件已经过约十个版本的升级换代，主要做多轴五联动的高档数控机床，因此数控系统产量较少。
又如北京精雕，高、中、低档数控系统都有，从雕刻机到高精高光洁度五联动的数控系统都有，年产量数千套，仅为自己配套之用。特别要提出的沈阳i5，媒体已经作了大量报道，认为是最新技术集成，互联网+的数控系统，已生产了几万套，专为沈机各种型号机床配套，i5研发生产在上海基地，主机在沈阳生产。
生产模式：华中数控、广州数控、光洋数控等数控系统完全由自己生产有自己的SMT车间且自己生产伺服驱动系统及伺服电机（包括力矩电机及直线电机），因此匹配比较优化。
而沈机i5系统、维宏数控系统，因地处上海，完全采用专业化代工模式，没有自己的生產基地。
销售模式：其他数控系统企业都是直销方式，只有沈机的i5机床除部分直销外，大部分采取租赁的方式，即组织一个合资的优尼斯融资租赁公司。沈机把i5机床卖给优尼斯租赁，优尼斯租赁寻找地方合作伙伴（_-般地方给予不少优惠政策）成立i5加工企业，再租赁给终端用户使用，可按加工时间收费。在这种模式中，上海的智能云科（沈机控股的合资公司）开发的iSESOL就十分重要，提供云平台，并进行管理收费，实践结果如何？因笔者没有视察过，不得而知。以上所述也是从不同媒体上得知，至少这是用共建、共享、新的商业模式，已引起国务院领导及各方面的关注。
数控系统一些值得关注的功能
1.采用Intel （X86）或ARM通用芯片，后者运算速度较慢，国外的主流品牌如日本的FANUC、三菱，德国的西门子都是采用专用芯片，这可能与德、日等发达国家芯片的设计、制造、封装等高技术都已过关有关。我国因受制于VLSI的产业，不得不用通用芯片，如我国VLSI产业发展了，可能会重新走专用芯片的技术道路，因为专用芯片还是有很多优点的。
2.有的系统采用单芯片或双芯片，有的采用单核芯片或多核芯片，如光洋就采用InteI（X86）的四核芯片，这是企业根据需要决定的。芯片用于运动控制及逻辑控制，各系统的算法各有自己的Know How.
3.操作系统都采用Windows、Linux或其组合，有的企业说已开发了自己的操作系统。
4光洋全部采用多模的光纤传输信息。华中系统也支持光纤接口，但考虑到成本因素，实际销售光纤接口的数控系统很少（其他系统我可能不清楚）。
5、有单通道、双通道、多通道输出信号供不同用户需求之用，可扩展在FMC、FML之用，既可控制主机，也可控制机器人，及线上各部分物流的动作。
6、常用功能之外，还有不少较先进的功能：
（1） RTCP。（2）位置反馈、速度反馈、加速度反馈，甚至听说个别系统还有加加速度反馈，如此又要调节增益，既高速、高精，而无超调，这十分困难。（3）电子细分，可达纳米级插补。（4）有预读程序功能，据说最多可读3000段，进行优化后，控制刀具运动轨迹，使加工面更平滑。（5）有能量回收功能。（6）热变形、机械系统的系统误差可以实时补偿。（7）加上高精度测头，可以锁住定位的高精度，也可以在线进行测量与补偿等等。
虽然起步并不晚，但差距巨大，我国数控机床的发展何以艰难曲折如此？04专项实施以来，高端数控机床的产业化情况又到底如何？本篇为一直心系我国机床行业发展的原机械I业部副部长沈烈初，在深入行业调研后悉心推出的调研报告。篇幅较长，本刊特分为上下篇推出，以飨读者。
中国数控机床起步于五十年代
1952年8月7日，中央人民政府决定成立第一机械工业部，下设专业局，其中二局主管机床工具行业（后一直将二局称之谓机床工具局），划给二局1 8个厂管辖，其业务范围涵盖金切机床、锻压设备、锻造机械、木工机床、机床附件、工具（含量仪、刃具）、磨料磨具、机床电器8大类。
1956年，按行业划分，成立北京机床研究所等7个直属研究所（称之谓一类所）以及郑州第六设计院，后来又在主导厂设立面向分行业的十余个专业研究所（称之谓二类所）。据不完全统计，当时一类所及二类所共计37个，构成了完整的科研开发体系。以后，六十年代开始三线建设，老厂一分为二，或一分为三，在西部地区成立一批国营机床工具企业。改革开放后，在市场经济机制的优胜劣汰中，一大批国企或转制或淘汰破产，一大批民营企业及外资企业迅速崛起。
我国数控系统及数控机床的研发起步于上世纪五十年代，但为什么到现在与世界先进水平的差距，特别是高端数控机床工具还这么大呢？原因很复杂，笔者也说不清楚，但至少有两点：一是机床工具行业在探索研发数控系统的发展路线上走了一些弯路，如用于运动控制的芯片（CPU），是采用专用芯片，还是通用芯片，几次反复，因此在引进技术、合作生产、消化吸收、再创新等方面多花了一些时间：二是中国的半导体工业起步太晚、太弱，特别是集成电路LSI、VLSI包含专用及通用芯片在内，差距太大，不得不受制于人，不仅是硬件，包括操作系统等软件也大大落后于世界先进水平，就是一般PCB板常用的片装式电阻、电容元器件也基本需要进口。因为国产的元器件性能、质量不稳定，因此在上世纪九十年代前后，很多研究院所及企业单位选择通用芯片作为CPU进行运动控制与逻辑控制，因为芯片技术发展速度太快，性价比按摩尔定律发展。
正像中国机床工具工业协会陈吉红副理事长在文章中写到的：数控系统经历了“六五”期间的技术引进，“七五”期间技术消化吸收，“八五”期間技术自主开发，“九五”到“十二五”用了20年的时间才使低、中、高档数控产业化。其中，高档数控系统缩小了与世界先进水平的差距，市场占有率也提高到7%，以后的道路更加任重道远。
至于数控机床的机床本体，由于数控系统+伺服驱动系统+驱动伺服电机+机床的运动部件+位置测量装置（光删、磁栅、同步感应尺等），再加上各种机床部件物理量变化（温度、振动、位置等）的传感器信息采集，构成一个全闭环或半闭环系统，因而机床本体的结构设计有质的突破。
改革开放初期，机床工具工业走了合作生产返销的道路，成绩显著，大大提高了机床企业的工艺水平。其中，有的进行贴牌生产光机，国外经销商在境内加上数控系统后再在国外销售，一来可赚取外汇，二来锻炼了企业的内功，如济一与马扎克的合作，南京机床厂与Traub合作等。但后来国营企业改制或因种种原因没有转化为自主开发及创新，以后不了了之，造成今天中低档劳动技术密集型机床工具出口，高档数控机床大量进口的局面。
“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项（简称04专项）资助的很多机床企业研发的高档数控机床难以产业化，根本问题在于机床厂对用户的使用工艺，含工艺参数及刀具、量具、夹具加工对象的使用要求极不熟悉，没有话语权，至于所谓多轴、多联动、复合加工中心大部分则是抄来的。虽然04专项发展了一批功能部件，其中不少部件产业化程度较低，性价比不高，加上机床厂及终端用户对国产功能部件认知度低，市场占有率较低，甚至敌不过我国台湾省产的部分功能部件。高档的功能部件大都从日本、德国、瑞士、意大利、西班牙等发达国家进口。
上世纪八十年代，出现一股盲目追求“数控化率”的现象，进口一批质量没有过关的数控系统及伺服电机系统，造成了一度走“红”的，受到市、省、部表扬的沈阳第三机床厂最终因数控机床在用户处不能开机、维保又不及时，纷纷要求退货及索赔而破产。这是“十八罗汉厂”第一个破产的机床企业，也是中国数控机床发展史上不能抹杀的败笔。
笔者看来，数控机床主机存在的问题，包括精度、可靠性、精度保持性都不很高。因此目前来看，主机的问题多于数控系统，这要引起主管部门及主机厂的注意。
两类数控系统生产企业及其生产、销售模式
生产数控系统及驱动系统（含伺服电机）的企业分两类：一类是专业生产厂供机床厂配套使用，如广州数控、华中数控、沈阳高精、凯恩帝数控、维宏数控等：另一类是既生产机床主机，又生产自配的数控系统、伺服驱动系统和伺服电机，如大连光洋、北京精雕、沈阳i5、大族激光等。
数控系统专业生产厂可供应不同需求的主机厂因而产品涵盖高、中、低档，品种多、产量大，便于专业化生产。但是，出现了如何与不同主机厂实现无缝衔接的问题。广州数控采取了一些措施：
（]）每年改造与再制造不同型号的旧数控机床约300台，其中部分是五轴联动：
（2）针对近百台不同主机厂生产不同型号的主机，配上不同型号的广州数控的数控系统与驱动系统，进行长期可靠性试验，获得大量的数据，进行系统的升级优化：
（3）自己厂内使用的数控机床全部替换成广州数控的数控系统及伺服驱动系统，进行生产考验，也便于信息化管理、设备层的互联互通;
（4）自己开发了高精度注塑机及工业机器人，扩展了数控系统的功能、性能和用途。广州数控是全国生产规模最大的专业数控系统的研发生产企业，最高年产量曾达十二、三万台套。因为是针对不同行业主机厂不同需求设计开发的数控系统，由不同产品主管设计师负责，又因时间上有先后顺序，因而模块化、标准化考虑较少，增加了生产组织的难度，阻碍了生产效率的提升，因此亏损点较高。华中数控的8系列，即808（通用型）、828（标准型）、848（高端型），已升级换代多次。它既考虑到现实的需求，也考虑将来扩展的可能性，硬软件都采用模块化设计，其双代码功能（G代码、l代码）可圈可点。因而各项性能指标已接近或达到目前世界水平，满足了用户对高、中、低档数控系统的不同需求，特别是具有前瞻性的技术路线及发展路线，与国家数控系统工程技术研究中心联手，向智能数控系统及智能数控机床发展。 华中数控作为一家上市企业，旗下有数十家全资、合资子公司，管理难度很大，需要向管理要质量、向管理要效益，保证企业顺利发展。
数控系统配套自产主机的企业，即为自己生产的主机配套的研发生产数控系统、伺服驱动系统和伺服电机，如大连光洋，专为子公司科德数控机床公司配套，其特点是：机（械）、电（子）、仪（传感器）高度一体化，并使系统与主机高度匹配，其特点为采用多核CPU芯片，有自己的算法与架构，全部采用光纤通讯传导信息数据，采用多通道，控制的轴数很多，有能源回收功能、电子细分功能等，软件已经过约十个版本的升级换代，主要做多轴五联动的高档数控机床，因此数控系统产量较少。
又如北京精雕，高、中、低档数控系统都有，从雕刻机到高精高光洁度五联动的数控系统都有，年产量数千套，仅为自己配套之用。特别要提出的沈阳i5，媒体已经作了大量报道，认为是最新技术集成，互联网+的数控系统，已生产了几万套，专为沈机各种型号机床配套，i5研发生产在上海基地，主机在沈阳生产。
生产模式：华中数控、广州数控、光洋数控等数控系统完全由自己生产有自己的SMT车间且自己生产伺服驱动系统及伺服电机（包括力矩电机及直线电机），因此匹配比较优化。
而沈机i5系统、维宏数控系统，因地处上海，完全采用专业化代工模式，没有自己的生產基地。
销售模式：其他数控系统企业都是直销方式，只有沈机的i5机床除部分直销外，大部分采取租赁的方式，即组织一个合资的优尼斯融资租赁公司。沈机把i5机床卖给优尼斯租赁，优尼斯租赁寻找地方合作伙伴（_-般地方给予不少优惠政策）成立i5加工企业，再租赁给终端用户使用，可按加工时间收费。在这种模式中，上海的智能云科（沈机控股的合资公司）开发的iSESOL就十分重要，提供云平台，并进行管理收费，实践结果如何？因笔者没有视察过，不得而知。以上所述也是从不同媒体上得知，至少这是用共建、共享、新的商业模式，已引起国务院领导及各方面的关注。
数控系统一些值得关注的功能
1.采用Intel （X86）或ARM通用芯片，后者运算速度较慢，国外的主流品牌如日本的FANUC、三菱，德国的西门子都是采用专用芯片，这可能与德、日等发达国家芯片的设计、制造、封装等高技术都已过关有关。我国因受制于VLSI的产业，不得不用通用芯片，如我国VLSI产业发展了，可能会重新走专用芯片的技术道路，因为专用芯片还是有很多优点的。
2.有的系统采用单芯片或双芯片，有的采用单核芯片或多核芯片，如光洋就采用InteI（X86）的四核芯片，这是企业根据需要决定的。芯片用于运动控制及逻辑控制，各系统的算法各有自己的Know How.
3.操作系统都采用Windows、Linux或其组合，有的企业说已开发了自己的操作系统。
4光洋全部采用多模的光纤传输信息。华中系统也支持光纤接口，但考虑到成本因素，实际销售光纤接口的数控系统很少（其他系统我可能不清楚）。
5、有单通道、双通道、多通道输出信号供不同用户需求之用，可扩展在FMC、FML之用，既可控制主机，也可控制机器人，及线上各部分物流的动作。
6、常用功能之外，还有不少较先进的功能：
（1） RTCP。（2）位置反馈、速度反馈、加速度反馈，甚至听说个别系统还有加加速度反馈，如此又要调节增益，既高速、高精，而无超调，这十分困难。（3）电子细分，可达纳米级插补。（4）有预读程序功能，据说最多可读3000段，进行优化后，控制刀具运动轨迹，使加工面更平滑。（5）有能量回收功能。（6）热变形、机械系统的系统误差可以实时补偿。（7）加上高精度测头，可以锁住定位的高精度，也可以在线进行测量与补偿等等。