数控系统技术领域

三、数控系统技术领域

1.案例简述

作为“工业母机”机床的“大脑”的数控系统是传统装备制造业与现代信息技术相结合的高技术产品，数控技术水平高低直接决定一个国家工业发展的核心竞争力，是关系国家安全和发展的战略性产业。长期以来，我国装备制造业（国家五大战略重点之一）一直落后，国外在设备和关键技术上对我国进行技术封锁。

武汉华中数控股份有限公司（简称华中数控）创立于1994年，是华中科技大学的校办企业。华中数控攻克了一批高档数控系统关键技术，研制的五轴联动高档数控系统^[24]填补了国内空白，打破了国外技术封锁，在世界尖端数控技术领域确立了自己的地位。华中数控80%员工具有大学以上学历，有近百名硕士、博士研究生常年从事前沿技术研究和开发。华中数控与国内机床企业合作创新推动了我国数控技术的不断突破和科技成果的产业化，是产学研结合创新的典范。

2009年9月华中数控入选建国60周年成就展，成为机械行业入选的唯一的数控系统企业，体现了华中数控在国产数控系统行业中的领先地位，以及对我国装备制造业作出的巨大贡献。

公司的标准化战略定位是做国际上没有的，也就是在数控系统领域实现根本性创新。通过根本性技术创新形成的技术标准通常解决的是数控系统产业共性的关键技术，一旦大规模扩散，将会为国家装备制造业的产业升级带来不可估量的战略意义。

2.分析

（1）国有资本。

华中数控的一大特点即它是由华中科技大学校办企业发展而来的，从一开始就是一个公共知识基础——高校内部的产学研结合创新型高技术企业。目前武汉华中科技大学产业集团有限公司是华中数控的控股股东（见图7－9）。

图7－9　华中数控股东构成^[25]

（2）产业化。

华中数控的技术创新具有明显的用户集成特征。公司始终以用户——机床企业的技术瓶颈作为NPD概念来源，通过与用户的密切合作，发挥自身的研发优势，在满足用户需求的同时在较短的时间内发展成为年产10 000台套高性能数控系统的龙头企业，并建成国内规模最大、技术领先的高性能数控系统产业基地。华中数控研发并生产的具有自主知识产权（专利和版权）的产品对我国装备制造业的技术改造和产业升级发挥了关键的作用^[26]，并由此确立和巩固了公司的市场地位。用户基础与市场地位优势将为华中数控自主知识产权的标准化奠定良好的市场选择基础。

（3）产业共性关键技术。

华中数控拥有三类主导产品，分别为数控系统（数控装置、数控机床）、伺服驱动和红外热像仪（红外人体测温）。已广泛应用于我国装备制造业及其他相关战略性产业的具有自主知识产权（专利或版权）的产业共性关键技术有数控系统的“华中Ⅰ型数控系统”、华中“世纪星”高、中档及普及型系列数控系统产品、五轴联动数控产品，伺服驱动的数字交流伺服驱动单元和主轴伺服驱动单元系列产品、大功率伺服电机与伺服主轴、GK6和GM7系列交流伺服主轴以及焦平面红外热像仪。并且，公司的10个产品获得国家级重点新产品称号，形成车床、铣床、加工中心、仿形、轧辊磨、非圆齿扇插齿机、齿条插齿机、镗床、激光加工、玻璃机械、纺织机械、医疗机械等40多个数控系统应用品种，被科技部、国资委授予首批103家创新型企业建设试点单位。

华中科技大学的数控技术学科已发展成为世界一流水平的学科^[27]。华中数控以该知识基础为研发平台，以不断突破产业技术瓶颈为目标，以使我国在下一代高档数控系统的知识产权以及标准化竞争中占有一席之地。

（4）高效的研发程序。

华中数控的研发系统是华中科技大学相关学科的延伸，因而具有高校科研管理的特点，有近百名硕士、博士研究生常年在公司从事研发活动；公司董事长本人也是华中科技大学的教授和博士生导师，并且是多项国家级科研项目的承担者^[28]。这一特点是公司承担诸多国家级科研项目以及取得丰硕科研成果的决定因素。

此外，华中数控与华中科技大学共同组建了全国唯一的国家数控系统工程技术研究中心，被科技部命名为“国家高新技术产业化基地”，国家发改委制造装备数字化国家工程研究中心也成功组建。进一步提高了公司在技术创新过程中集成大学知识资源以及政府资源的能力。

（5）承担政府资助的科研项目。

基于华中数控的研发能力和产业化推广能力，公司承担了多项国家级、省级科技攻关项目，荣获多项科技奖励。五轴联动系统“华中Ⅰ型”高性能数控系统是国家“八五”攻关项目；工程中心“十五”期间累计实现科研经费收入3 671万元，其中国家自然科学基金、国家“973”项目、国家“863”项目、国家科技攻关项目、国家高技术产业化示范工程等国家级项目27项，累计完成科技成果鉴定8项，申报专利5项。工程中心建成并通过科技部的验收并被评为优秀。

（6）高效的标准化程序。

华中数控重点对研发部门人员进行标准化知识和技能的培养，形成了标准化程序与技术创新过程，特别是NPD各个阶段的融合。这种融合促进了标准对研发的及时的反馈作用，并且能够使标准化人员的缄默知识更有效地集成到新的研发项目中。同时，这种融合也有助于减少新技术（新产品）标准化过程所需的时间。

华中数控已将技术标准化提升至标准化战略的高度，承担了国家高端数控系统创新的使命。公司承担的国家重大科研攻关项目都有专利和标准的产出要求，这些项目通常涉及产业共性关键技术的根本性创新。如公司先后起草了“开放式数控系统标准”、“数控系统可靠性标准”（“十一五”重大专项）等标准，其中“开放式数控系统标准”是国际首创。

华中数控是全国机床数控系统标准化技术委员会（简称数控系统标委会）副主任委员（主任委员空缺，由副主任委员单位轮流负责主持工作）和秘书处的承担单位，参与我国机床数控系统领域的国家标准的制订、修订等工作。2008年公司牵头成立“数控系统现场总线技术标准联盟”，参与下一代高速、高精、多通道数控系统的技术创新及标准化的国际竞争。此外，华中数控还是全国工业机械电气系统标准化技术委员会的会员单位。

（7）产学研结合。

华中数控的最大特点是产学研结合创新（即所谓“华中数控现象”）。1958年，华中科技大学（当时的华中工学院）就开始致力于数控技术的研究，取得了不少有价值的科研成果；1994年，为了将这些科研成果转化为生产力，华中科技大学（当时的华中理工大学）发起组建了武汉华中数控股份有限公司，开始面向市场开发、生产数控产品。在研发和产业化过程中，华中数控围绕国家重大装备急需的高档数控战略性关键技术，将校办企业型的产学研结合扩展到国家装备制造业的产学研大结合并取得很好的业绩，如公司与桂林机床合作开发的配国产XK2316五轴联动高档数控系统的大型龙门加工中心，成为我国军工企业选用的首台国产高档数控系统。2006年，华中数控以技术入股的形式与大连机床集团紧密合作，共同推动中高档数控系统的国产化。同年，大连机床集团与华中数控共同研发的国产中高档数控系统销售1 000多套，销售量相当于过去10年的总和。2007年，华中数控与武汉重型机床集团有限公司合作，开发了加工8米船用螺旋桨的七轴五联动立式车铣复合加工中心，被镇江推进器厂选购，引起外国同行的高度关注。2007年，华中数控与东方汽轮机厂联合研制的九轴控制六轴联动的数控砂带磨床应用于大型叶片精密加工，该技术实现了国际首创。华中数控还与国内企业联合开发高技术含量新产品，填补了一批国内空白，如成功开发出具有自主知识产权的数控玻璃刻花机，填补了国内空白。华中数控与长江机床厂、武汉机床厂、浙江精工等单位共同开发的数控非圆齿扇插齿机、数控拉刀磨床、数控自动钻床等产品也填补了国内空白，为传统机械产品的结构调整和技术升级作出了贡献。华中数控研制的特种伺服驱动系统填补了国内空白，已经开始替代国外产品，用于我国特种装备的配套。

由此可见，华中数控的技术创新是内部集成与外部集成的联合应用（见图7－10）。

图7－10　华中数控研发（专利）和标准化

（8）政府扶持。

华中数控受到国家及省市地方政府的重视。2007年，武汉市经济委员会在武汉市人民政府大礼堂召开华中数控技术应用推介会，落实湖北省、武汉市主要领导关于加快振兴湖北机床产业和发展先进制造业的指示精神，以促进湖北省装备制造业的改造和产业升级。2009年，华中数控研制的华中“世纪星”HNC－21数控系统根据《国家自主创新产品认定管理办法（试行）》，被认定为首批先进制造类国家自主创新产品，将在政府采购、国家重大工程采购等财政性资金采购中被优先购买，并在高新技术企业认定，促进科技成果转化和相关产业化政策中得到重点支持。

（9）产业联盟。

华中数控牵头组织或参加的产业联盟有两类，一是基于技术创新的产业链合作联盟，如华中数控与大连机床集团、北京第一机床厂等数十家国内一流的机床主机厂建立的“集团创新”联盟。该联盟旨在高档数控系统机床领域进行技术突破。二是数控系统现场总线技术标准联盟，该联盟是基于根本性创新的技术标准联盟，参与下一代高速、高精、多通道数控系统（即工业实时以太网技术引入数控系统）的国际技术和标准竞争，发展我国数控系统现场总线技术和标准及其产业化，打破国外技术壁垒。该联盟在国家发改委支持下，由华中数控牵头联合国内数控系统和现场总线等方面技术领先的五家单位发起成立。五家单位分别是武汉华中数控股份有限公司、大连光洋科技工程有限公司、沈阳高精数控技术有限公司、广州数控设备有限公司和浙江中控电气技术有限公司。联盟成员单位之间达成已有技术专利在联盟内部无偿使用的知识产权谅解协议。联盟内两大具有竞争优势的企业分别是在制定EPA标准^[29]方面已有很好积累的浙大中控和在高档数控系统技术研发和生产居于领先地位的华中数控。可见，该联盟集成了国内数控系统的主要知识资源与产业化平台，将研发与标准化过程及产业化结合在了一起。

（10）市场需求。

国内对低、中、高端数控系统需求巨大。此外，受国际金融危机的影响，机床行业低端产品市场需求急剧下降，而中高档产品发展势头良好。巨大的市场需求是公司创新的动力来源；同时，也为公司提供了研发与需求相结合的大量的实践机会，为产学研结合创新提供了实验平台。

（11）高层次标准化人才。

华中数控快速增强的创新能力使公司标准化战略目标已经上升至参与国际标准的制定，而这一战略目标的实现需要熟悉国际标准化的高层次综合型人才。而事实上，高层次标准化人才缺乏，特别是熟悉国际标准化工作的人才奇缺已成为制约标准化发展的障碍。

（12）国际技术壁垒。

华中数控一直致力于突破国外技术封锁，如五轴联动系统高性能数控系统就是在国外技术封锁的情况下，通过自主创新实现的根本性技术突破^[30]。而高档数控系统技术一直是领先国对我国进行技术封锁的主要技术领域，而由于我国数控系统长期落后，在专利和标准研究方面也非常滞后^[31]，我国的数控系统产业（特别是高档数控系统）的自主创新依然面临着很大的困难。