高檔數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)作為工業(yè)母機(jī)領(lǐng)域的核心關(guān)鍵技術(shù)，長期以來一直被三菱、西門子、海德漢、發(fā)那科等國際品牌所壟斷。面對激烈的市場競爭，國外品牌不斷推出技術(shù)升級的新產(chǎn)品，以保持其技術(shù)領(lǐng)先地位。盡管在國家政策的扶持與引導(dǎo)下，國內(nèi)已涌現(xiàn)出一批致力于高檔數(shù)控系統(tǒng)研發(fā)的企業(yè)并實現(xiàn)部分國產(chǎn)化，但目前市場占有率仍不足10%，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的控制精度、算法、穩(wěn)定性等方面和國際巨頭仍有差距。因此，要想搶占我國數(shù)控系統(tǒng)市場的巨大商機(jī)，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)企業(yè)仍需提升技術(shù)水平，才能在激烈的市場競爭中立于不敗之地。
01
數(shù)控系統(tǒng)占據(jù)數(shù)控機(jī)床20-40%的成本
1）數(shù)控系統(tǒng)主要由硬件、軟件和PLC等構(gòu)成
數(shù)控系統(tǒng)又被稱為計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（CNC），指能將零件加工程序的數(shù)值信息轉(zhuǎn)化成各進(jìn)給軸的位移、主軸轉(zhuǎn)速和輔助動作指令，并對加工軌跡和邏輯動作進(jìn)行控制，使機(jī)床完成工作運動的控制系統(tǒng)。通常數(shù)控系統(tǒng)由三大部分構(gòu)成：硬件、軟件和可編輯控制器（PLC）。
CNC硬件部分主要由微處理器和總線、存儲器、I/O接口、MDI接口以及位置控制器等核心組件構(gòu)成。其中位置控制器用于控制機(jī)床運動位置的組件，它根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令，控制機(jī)床的伺服系統(tǒng)，使機(jī)床能夠按照預(yù)設(shè)的路徑和參數(shù)進(jìn)行加工。
CNC軟件部分則主要分為管理軟件和控制軟件兩部分，它們共同協(xié)作以實現(xiàn)對數(shù)控系統(tǒng)的全面控制。
PLC主要作用為實現(xiàn)機(jī)床的各項輔助功能，如主軸的正反轉(zhuǎn)與起停、工件的夾緊與松開、切削液開關(guān)、刀具更換、工件與工件臺交換、液壓與氣動控制以及潤滑等。
2）數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的控制中樞
數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的控制中樞，決定了數(shù)控機(jī)床的功能、性能和技術(shù)水平的高低。數(shù)控系統(tǒng)將工業(yè)控制縮放到機(jī)床體內(nèi)，通過設(shè)定圖樣形成數(shù)控加工程序，從而控制機(jī)床中的功能部件進(jìn)行相應(yīng)的精密運動和位移反饋，從而達(dá)到機(jī)械加工的目的。海天精工（601882）招股書顯示，數(shù)控系統(tǒng)為第二大成本中心，占比約22%。行業(yè)內(nèi)人士表示，高檔數(shù)控系統(tǒng)價值約占高端數(shù)控機(jī)床成本的20%-40%。
3）數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)門檻體現(xiàn)在算法優(yōu)化、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、可靠性設(shè)計等方面
算法優(yōu)化方面，需要在保證精度的前提下，盡可能地提高加工效率，同時還需要考慮熱誤差、切削力誤差等影響因素。
硬件設(shè)計方面，數(shù)控系統(tǒng)需要具備高性能的處理器和高效的硬件架構(gòu)，以滿足實時性、可靠性和擴(kuò)展性的要求。
軟件設(shè)計方面，數(shù)控系統(tǒng)的軟件部分涉及到多個模塊，如系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)采集、運動控制、插補計算等。這些模塊需要協(xié)同工作，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。此外，為了方便用戶使用，還需要設(shè)計友好的人機(jī)界面。
可靠性方面，數(shù)控系統(tǒng)在加工過程中需要連續(xù)工作，因此需要具備較高的可靠性和穩(wěn)定性。
目前最先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)主要掌握在德國的西門子和日本的發(fā)那科等公司手中。這些公司在數(shù)控系統(tǒng)領(lǐng)域擁有多年的研發(fā)和應(yīng)用經(jīng)驗，不斷推出新的技術(shù)和產(chǎn)品，引領(lǐng)著數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展潮流。
4）數(shù)控系統(tǒng)分為通用型數(shù)控系統(tǒng)和專用型數(shù)控系統(tǒng)
通用型數(shù)控系統(tǒng)是以PC作為其技術(shù)支撐平臺，各機(jī)床制造廠家會根據(jù)用戶的具體需求，有針對性地開發(fā)數(shù)控軟件和控制卡等。該數(shù)控系統(tǒng)是所有數(shù)控機(jī)床和基礎(chǔ)制造裝備的控制平臺和指揮“大腦”，但在滿足特殊工藝需求和應(yīng)用背景方面可能存在局限性，因此需要在通用型數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行個性化的專業(yè)深度開發(fā)。
專用型數(shù)控系統(tǒng)是指面向不同行業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用需求而推出的控制系統(tǒng)的成套解決方案，其專用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)合理、硬件通用性差，但其控制功能齊全、穩(wěn)定性好，包括電加工數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控磨床、齒輪機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)等。
02
我國數(shù)控系統(tǒng)市場規(guī)模超144億元
頭豹研究院數(shù)據(jù)顯示，2023年我國數(shù)控系統(tǒng)市場規(guī)模預(yù)計將達(dá)到144.8億元，從2024年到2027年的增長率保持在5%-10%，2027年市場規(guī)模將達(dá)到178億人民幣。數(shù)控系統(tǒng)行業(yè)受到下游需求的顯著影響，隨著機(jī)床行業(yè)的轉(zhuǎn)型，數(shù)控系統(tǒng)的下游市場將隨著航空航天、汽車、3C通信等行業(yè)對數(shù)控機(jī)床的需求持續(xù)提升。
3C加工領(lǐng)域，中國產(chǎn)能占全球的70%，隨著制造業(yè)向數(shù)字化和智能化轉(zhuǎn)型，在精密性、表面質(zhì)量等方面對加工設(shè)備提出了更高的要求，促使加工技術(shù)向高進(jìn)給加工、高壽命加工、高精密加工、多軸加工等方向發(fā)展，如高速高精度切削加工、五軸打磨拋光、玻璃雕銑加工等，這對數(shù)控系統(tǒng)的高速、高精、多軸多通道技術(shù)提出了更高的需求。
新能源汽車領(lǐng)域，基于電動化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化的技術(shù)變革，市場消費需求繼續(xù)呈現(xiàn)提質(zhì)升級趨勢。隨著汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，2022年新能源汽車銷量達(dá)到688.7萬輛，同比增長93.4%，市場占有率已經(jīng)達(dá)到25.6%。新能源汽車（純電動汽車、混合動力汽車等）的電驅(qū)、電池、電控等“三電”產(chǎn)品和副車架、減震塔、輪轂等零部件的加工需要大量的多軸、多通道、高速數(shù)控機(jī)床，這些都將給國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)行業(yè)帶來巨大的發(fā)展空間。
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我國高檔數(shù)控系統(tǒng)仍存在“卡脖子”風(fēng)險
在通用高檔數(shù)控系統(tǒng)領(lǐng)域，我國產(chǎn)品仍面臨著市場認(rèn)可度不夠，數(shù)控系統(tǒng)研發(fā)難度大、投入大以及成功研制產(chǎn)品成熟度仍不高的現(xiàn)狀。數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)難點為對可靠性要求高、多學(xué)科技術(shù)交叉性高、且配套機(jī)械設(shè)備品種多，自主研制幾臺高檔數(shù)控系統(tǒng)在試驗室和實際生產(chǎn)中完成各種測試驗證并不難，難的是如何實現(xiàn)國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的大批量、長期應(yīng)用驗證。
在高檔專用數(shù)控系統(tǒng)領(lǐng)域，我國自主研發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品只實現(xiàn)了滾齒、銑齒、插齒數(shù)控系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，但幾乎沒有齒輪數(shù)控機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)企業(yè)完全掌握核心工藝技術(shù)(尤其是齒輪精加工和特殊修形工藝技術(shù))，限制了設(shè)備性能的最優(yōu)發(fā)揮。因此，高檔齒輪數(shù)控系統(tǒng)(剮、磨、珩齒)仍主要依賴于國外進(jìn)口，但國外高檔數(shù)控系統(tǒng)的功能通常無法完全開放甚至是禁止對中國出口，從而使我國高端數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)受制于國外。
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我國高檔激光切割機(jī)專用數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)“曙光在前頭”
目前我國數(shù)控系統(tǒng)行業(yè)競爭格局呈現(xiàn)出外資企業(yè)占據(jù)高端市場、國內(nèi)企業(yè)如華中數(shù)控、廣州數(shù)控、北京精雕等公司逐步崛起于中端市場、并在低端市場占據(jù)優(yōu)勢的特點。
以高端激光行業(yè)為例，華工激光科技有限公司研制的三維五軸激光切割機(jī)打破了高端三維五軸激光切割機(jī)被國外企業(yè)壟斷的局面，但其數(shù)控系統(tǒng)仍依賴進(jìn)口。目前高端激光切割機(jī)專用數(shù)控系統(tǒng)主要以德國Trumpf公司使用的SIEMENS 840D、REXROTH MTX等數(shù)控系統(tǒng)，瑞士Bystronic公司以及德國 Beckhoff TwinCAT公司的數(shù)控系統(tǒng)為主。國內(nèi)幾乎沒有自主品牌的數(shù)控系統(tǒng)和提供全套解決方案的公司，高端設(shè)備的OEM大都依靠進(jìn)口數(shù)控系統(tǒng)以及其他部件組裝成需要的產(chǎn)品，國產(chǎn)化率很低。
“十二五”以來，我國國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)取得了顯著進(jìn)步，與國外的技術(shù)差距逐步縮小。在國家對“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技專項的大力支持下，我國涌現(xiàn)了一批優(yōu)秀產(chǎn)業(yè)化人才，這些人才在吸收海外成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上，積極開展進(jìn)口替代類產(chǎn)品的開發(fā)工作，并努力彌補我國數(shù)控系統(tǒng)在控制精度、算法和穩(wěn)定性等方面的不足。
