数控技术崛起中的反遏制和技术对抗

1、国际竞争环境对中国数控技术崛起的遏制

正是因为数控技术军民两用的特征，国际竞争环境对中国数控技术崛起的遏制意图明显。从“巴统”到考克斯报告的技术封锁阶段，到通过合资办厂，本地化生产，低端产品倾销，涣散中国国内的自主研发力量均可体现遏制意图。相当多的事实证明我们试图通过引进技术，“以市场换技术”的美好愿望只是一厢情愿，结果往往是市场也丢了，技术却没换回来。目前以日本FANUC和SIEMENS为首的控制器巨头的产品垄断市场80%以上，高端产品不仅垄断，而且限制中国进口。中国通过近20年持续不断的技术攻关和市场培育，诞生了一批数控厂商，在中低端市场打开局面，形成了一定市场规模；但在技术密集的中高端控制器市场，国产控制器规模始终处于被压缩的状态，利润空间被压缩，研发体系不能支持可持续技术进步。

行业专家坦言“中国数控机床技术水平与世界发达国家相差起码15年”。日本国际经济学家长谷川庆太郎，在日本《呼声》月刊2005年5月号上发表了一篇题为《中国的未来取决于日本》的文章。文章说，在汽车制造业，生产汽车部件的机床年均工作时间高达3500小时，也只有日本制造的机床能保证连续5年性能不变。“没有日本的机床，中国的汽车产业将寸步难行”。 长谷川庆太郎预测：中国对日本的依赖只会越来越加强而不会越来越削弱。这就意味着“日本越来越有能力控制中国”。客观分析这篇文章，抛弃日本少数学者狂躁的心态，仅就装备制造业中以数控系统为代表的制造装备关键部件技术和产品上的差距上看，文章的观点是应当唤起我们的忧患意识。

2、数控技术具有突破遏制的技术条件和产业条件

打破国外对我们数控技术遏制的主要手段就是降低对国外技术的依存度，选择有技术支持条件的关键技术作为突破口，主动突破，才能争取竞争上的主动。数控技术在近十年计算机软硬件技术和通信技术进步的支持下，具备关键技术突破口的条件。从产业的角度看数控控制器产品的基本特征，可以概括为专用的工业计算机；伺服驱动系统产品的特征是驱动电机专用的工业电源；伺服电机产品的特征是装有高精度位置反馈原件的高精度电机。针对这些产品特征，从产业角度看，中国完全具备高端数控系统产业条件的，有些具有类似产业特征的产品的产能是世界领先的。因此，跳出狭义的运动控制器制造领域，从中国产业全局看，数控系统产业突破是具有产业支持条件的。数控系统产业的另一个特征是技术的软件化。运行在数字控制器和伺服驱动器上的软件承载了系统的主要功能和性能的实现。因此在这一产业领域的竞争将更多转化为基于软件技术、控制技术和制造技术的智力层面的比拼和以技术融合为特征的工程层面的比拼。

3、突破技术遏制的关键是建立适合核心技术体系生长的自主创新平台

反遏制的关键是构建适合核心技术体系生长的自主创新平台，从被动的技术追赶变为主动的技术对抗。高端数控技术不仅仅是控制器的问题，而是关联电机、驱动、测量、通讯、计算机软硬件技术以及机床测试、仿真等技术的技术学科群。这些技术环节都将对最终的设备控制效果产生影响。

以高速高精度高响应运动控制为例来说明这个问题。从FANUC公开的材料上看，控制分辨率提升到纳米可以将被加工产品的精度提高一倍，表面质量提高一倍。但这一结果需要控制器全面的技术提升。对于高速度运动控制技术的实现而言，基于超前读机制的运动轨迹分析和预测是必需的。这一机制将对系统的体系结构提出更高的要求。轨迹平滑和加加速度控制都是在高速运动控制中避免冲击的必要技术手段。插补器的计算精度要从1个um提升到1个nm，计算字长要增加三位，有效计算精度要提升3个数量级。软件平台要支持相应字长的计算。另一方面控制节拍也需要相应提高，否则单纯的指令精度提高没有意义。这当然对系统的计算负荷有更高的需求，系统硬件平台要具有更高的速度。仅在控制器内实现这个分辨率是不够的，还要将这个控制量送给伺服驱动装置。由于有效字长的扩充，控制节拍的提高，相应通讯代宽的需求也要提高。对伺服通讯问题一定要采用数字方式，脉冲方式和模拟加位置脉冲反馈的都不能符合要求。在伺服侧很显然要追求更高精度的控制问题。首先就是需要更高精度的位置反馈原件。目前国际上高精度伺服装置传感器已经提升到200万线-400万线了，这样才能够与现有的机械装置配合实现纳米级控制。我们国内的控制器产品的传感器大多在2000或2500左右。这种传感技术的差距直接导致我们的驱动装置的调速比上不去，速度平稳性有差距。高分辨率的传感器还面临另一个问题就是传感器接口问题。显然这种分辨率下不能用AB脉冲形式接口。能够保证控制器同步采样的高速数字通讯协议是必须要解决的问题。伺服本身高精度控制的问题也是必须要解决的问题。FANUC强调HRV（高响应矢量控制），三菱强调OMR（优化机械响应控制）都将问题直指高精度伺服控制的核心问题——高精度、快速响应的电流环设计。只有良好的电流环特性才能为良好的速度控制和位置控制奠定基础。在解决这一核心矛盾的过程中许多控制技术都可以有所作为，包括各种状态识别、滑膜控制和变参数控制等等。

[1] [2] [3] [4] 下一页