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先進機床制造技術與數控裝備

日期：2009年09月24　來源：本站原創　關鍵字：機床
在2005年國家制定的“十一五”規劃中，把提高裝備制造業的國產化和自主化水平提升到國家戰略的高度。根據“十一五”規劃、{我國中長期科技發展綱要》和《國務院加快振興裝備制造業若干意見》，裝備制造業在突出“自主創新”原則的基礎上，確立了“發展一大批具有自主知識產權的裝備制造企業集團，滿足工業、能源、交通、國防等方面的需要”的發展目標。鼓勵通過兼并收購、參與企業改革及企業聯合等方式，形成一批科技領先、產品先進、跨領域、跨區域、具有較強綜合實力的大型企業集團，使整個行業的集中程度、盈利能力、國際競爭力和抗風險能力都得到明顯的提高。同時，通過進口替代也有助于提高龍頭企業的盈利能力。由于進口產品基本上是中高端產品及附加值較高的核心部件，在國家提高產品自主化的背景下，技術較為先進的龍頭企業的高端產品將逐步被國內用戶采用，使其市場份額和盈利能力明顯得到提升。
未來15年先進制造領域對我國產業發展最關鍵的核心技術有以下14項。
1．高檔數控機床及基礎制造裝備關鍵技術
高檔數控機床與基礎制造裝備是工業現代化的基石，也是保證國防工業和高技術產業發展的戰略物資。我國工業的現代化，特別是制造業的現代化，需要裝備制造業提供先進的制造手段。我國在數控機床共性關鍵技術研究、數控機床開發數控系統和普及型數控機床產業化工程研究等方面取得了一定的進展，在一些共性技術和關鍵技術上有重大突破，但整體上與工業發達國家相比，仍存在比較大的差距。按價值計，數控機床70%依賴進口，高檔數控機床幾乎全部依賴進口，電子工業專用設備90％依賴進口。因此，專家建議將高檔數控機床及基礎制造裝備作為核心技術，以增強我國制造基礎裝備的水平，提高我國制造業的國際競爭力。 
2．數字化、智能化設計制造與管理技術
21世紀初期的制造業，正在從以機器為特征的傳統技術時代向數字化、智能化和系統化技術時代邁進，將進入增強企業在不可預見的多變環境中快速響應能力的敏捷制造以及合理開發利用資源、保護生態環境、實現經濟一社會一壞境相互協調和可持續發展的綠色制造階段．數字化、智能化設計、制造和管理技術是以信息化帶動工業化的突破口，是提高產品質量、生產效率、降低消耗、帶動產品設計方法和工具創新的重要手段，是推動產業發展的核心技術。
3.小于45nm極大規模集成電路專用設備關鍵技術
目前，國產90nm成套設備已投入使用，65nm以下設備正在逐步進入市場。300 mn晶片生產設備已成熟并供應市場；適應65~90nm工藝要求的一代新設備已開發成功。我國制造的集成電路專用設備總體上為0．5m技術水平，與國外相差5個技術檔次；在加工晶片片徑方面，國外12英寸設備已經成熱，我國8英寸產品尚處于試制階段；從產業發展看，當前我國新建的集成電路制造廠幾乎都是從國外進口設備。面對集成電路需求量大、應用面廣、帶動作用強、經濟效益顯著的發展趨勢，必須打破技術限制，把振興我國的集成電路專用設備產業作為信息產業發展中的重中之重。
4．微米／納米機床制造技術
隨著人們對許多工業產品的功能集成化和外形小型化的需求，  使零部件的尺寸日趨微小化。進入人體的醫療機械和管道自動檢測裝置等都需要微型的齒鴕、電動機、傳感29和控制電路，這些需求帶動了微細加工和納米制造技術的發展，也促使微型機械向系統化方向發展，并形成有廣闊發展前景的微機電系統(MEMS)。我國在微機械研究方面，先后研制出靜電、電壓和電磁式的微電動機，微泵與微閥、壓電與形狀記憶合金微夾鉗以及微操作系統模型等，直立了兩個微加工基地(1C，LIGA)和一個項目研究中心。
微型機械在國外已受到政府部門的重視。世界上納米科技水下最先進的國家是美國、日本、德國、英國。目前世界上已實現商品規模生產的納米材料有金剛石、磁性材料、金屬、陶瓷、復合材料、半導體材料、生物醫用材料等。因此，我國應重視發展微米／納米制造技術，并從戰略高度部署微納系統的設計技術、微型裝配與封裝技術、微納測試與表征技術等方面的研究，提高我國未來10年乃至20年在國際上的競爭地位。
5．百萬千瓦級核電動機組設計制造技術
核能是一種清潔的可以大規模開發利用的能源。目前，國際上核能廣泛采用的壓水堆屬于熱中子反應堆。世界核電技術發展經過了第二代及第二代改進型商業運營后，研究開發了采用非能動安全技術的第三代技術，目前己開發了100萬千瓦、150萬千瓦大容量的第三代核電動機組。此外，美、英、德、瑞士、日、法等國，正共同合作研究開發第四代核電技術，以滿足固有安全性、可持續發展、防止核擴散和核材料丟失等為原則，預計在2030年后才能得到商業化的發展。
我國核電站建設已由起步階段步入小批量建設階段。目前，我國已能自主設計和制造30萬千瓦的壓水堆核電站，具備了自主設計60萬千瓦壓水堆核電站的能力，但還不具備獨立設計、制造百萬級核電站的能力。與國際核電發展先進國家相比尚有較大差距。為此，從建立我國多元、穩定、安全、合理的能源結構角度出發，發展和掌握100萬千瓦核電動機組設計制造技術，形成自主創新能力，無論從國家的宏觀政策、電力市場需求、保護資源、改善環境，以及能源的可靠供應及核能的安全性考慮，還是從發展和穩定核工業體系和人才隊伍的角度來看，都是十分必要的。
6．機床流程工業綠色制造與自動化技術
當前，我國鋼鐵、有色金屑、石油化工及輕紡工業和建材工業等大多數資源加工工業，正在研究開發若干共性平臺技術、界面匹配技術、流程集成新技術和動態運行技術(包括信息化、智能化調控系統)的基礎上優化集成，形成新一代綠色制造流程，為國民經濟和人民生活提供各種高性能和低成本的綠色材料。在流程工業綠色制造與自動化技術方面，根據我國國情，專家建議的重點技術項目包括以下5項：
(1)新一代煉焦爐(sCOPE--21)關鍵技術；
(2)熔融還原——薄帶連鑄技求低成本、高效、綠色的結晶鋼生產平臺；
(3)百萬噸級乙烯生產工藝及關鍵設備成套技術；
(4)節能型建筑材料綠色制造技術與設備；
(5)輕紡新材料綠色制造技術與設備。
7．機床節能轎車和新能源汽車技術
(1)發展安全、環保、節能型汽車。
(2)注重柴油車、電動汽車和代用燃料汽車的研究。在這方面，動力蓄電池的技術突破使純電動汽車在特定領域得到應用；混合動力汽車開始批量生產，投放市場；氫能燃料電池汽車技術不斷取得新的突破，開始步入商業化示范階段。
(3)汽車電子技術引發汽車拄術的全面變革。
(4)汽車輕量化促進材料、結構和制造技術的發展。
(5)各國政府積極通過技術法規引導汽車技術的發展方向。
我國汽車工業的研究開發能力和產品綜合技術水平經過凹多年的發展有了較大提高，已經取得了許多重要成果，但仍然沒有改變我國在世界汽車工業發展中的弱勢地位，尤其是不具備發動機自主開發能力和關鍵零部件基礎薄弱的狀況正在成為制約我國汽車產業持續發展的瓶頸．要解決上述問題就必須從基礎入手，迅速建立我國自主產品開發基礎平臺，提高應用研究技術實力和對核心關鍵技術的掌控能力。
8．高速鐵路成套裝備設計制造技術
國際高速鐵路的發展主要是在快速、高速客運裝備等方面。客運快速化、高速化是近半個世紀以來世界鐵路客運發展的重要趨勢，快捷、重載貨物運輸是世界鐵路貨運發展的兩個重要方向。其中，快捷貨物運輸自20世紀80年代起在世界各主要路網逐步發展起來，走在前列并具有代表性的是德國和法國，當時的列車最高速度達到160kndl。重載貨物運輸主要利用鐵路現代化裝備，大幅度增加貨物列車編組輛數，提高列車重量，采用一臺或多臺大功率內燃或電力機車牽引的組織方式，有效地提高鐵路的運輸效率和效益，形成了以美、加鐵路為代表的重載單元列車和以前蘇聯鐵路為代表的超長超重組合列車兩種形式。
我國在貨運重載、客運提速裝備以及鐵路信息化和建立行車安全保障體系等方面取得了重大的成就，但我國軌道交通裝備與國外存在較大差距。其中，在高速客運干線列車最高運行速度和牽引動力裝備等方面，遠遠落后于世界先進國家。另外，在線路維修裝備、信息化裝備、信號和行車安全保障裝備、安全保障體系等方面，我國尚處于起步研究階段，自主產業基礎技術遠未達到國際最先進水平。因此，將高速鐵路成套裝備設計制造技術作為核心技術發展，提升我國高速鐵路成套技術水平與裝備的產業化能力，從根本上解決鐵路運能與需求的矛盾。
9．機床網絡家電技術
智能網絡家電是將數字技術、網絡技術和智能控制技術應用到傳統家電而形成的，主要是研究開發模糊控制技術、模糊控制傳感器、變頻技術、數字技術和網絡技術等在家電產品中的應用，也就是說，形成一個智能的、可以遙控的家庭網絡。近年來，全球范圍內掀起了研究開發家庭網絡技術的熱潮，如中國通信標準化協會正在研究制定相關的技術標準，海爾等企業也在積極開發網絡家電產品。家用電器與人民生活密切相關，具有巨大的市場空間。
我國己成為家用電器的生產大國，因此面對正在興起的網絡家電熱潮，只有盡快構造出網絡家用電器的體系結構，形成我國自己的系統專有技術，才能與發達國家在未來網絡家用電器的國際競爭中取得優勢地位。
10．機床網絡制造技術
網絡化制造是指面對市場機遇，針對某一市場需要，利用以因特網為標志的信息高速公路，靈活而迅速地組織國際和國內的制造資源，把分散在不同地區的現有生產設備資源、智力資源和各種核心能力，按資源優勢互補的原則，迅速地組合成一種沒有“圍墻”的、超越空間約束的、靠電子手段聯系的、統一指揮的經營實體——網絡聯盟企業，以便快速推出高質量、低成本的新產品，迅速占領市場。
實踐證明，諸如網絡制造等先進生產模式的應用比硬件技術的進步對經濟增長的貢獻更大．
11．超臨界和重型燃氣乾機發電設備設計制造技術
目前，美、俄、日、西歐等國家設計制造的超臨界機組和高效超臨界機組已成為火力發電的主力機組，美國最大單機超臨界機組容量達到130萬千瓦，日本100萬千瓦。目前，國際上整體煤氣化聯合循環(1GCC)、增壓流化床燃燒(PFBC)技術發展也很快，井已經過多  年示范運行，開始進入商業化應用階段。
我國發電設備制造業經歷了半個多世紀的建設與發展，取得了重大的成就。具備丁批量生產30萬千瓦機組和60萬千瓦機組的條件和能力，其性能參數和機組可靠性己達到國際先進水平。在燃氣輪機關鎮技術研究方面，引進了國外的重型燃氣輪機聯合循環機組制造技術，目前正處于消化吸收階段。今后應加大自主開發的力度。
12．機床綠色制造技術
20世紀如年代，國際上提出了綠色制造(又稱清潔生產)和面向環境的制造。目前，
世界各國在綠色產品設計、綠色潔掙生產、廢舊產品的回收利用和再制造等方面開展了大量研究和開發工作，并取得初步成果。美國于90年代初建立了國家再制造與資源回收中心、再制造研究所、再制造工業協會。歐盟也通過了支持再制造的相關法律法規。日本富士施樂公司建立廢棄復印機回收點�？梢灶A見，21世紀的制造業將是清潔化的制造業，誰掌握了綠色生產技術．誰的產品符合綠色產品標準，誰就掌握了主動權，就會在競爭中取得優勢地位。
13．深海資源開發裝備設計制造技術
21世紀是人類全面認識、開發、利用和保護海洋的新世紀。據不完全統計，2000年世界海洋產業總產值近1．5萬億美元，預計2010年將超過3萬億美元。海洋經濟必將成為世界經濟中引入注目的新的增長點。隨著全球性海洋資源開發的展開，深海資源的開發備受關注，世界各國對海洋裝備(包括探測裝備、開采裝備及大型與超大型海洋結構物(VLFS)及海洋工程裝備)的深水化技術的需求與日俱增。
據預測．中國石油需求量2010年將達3＼，億噸，2020年近5億噸。海洋油氣田開發將是我國油氣產量的主要增長點。面對世界海洋經濟的發展勢態，面對我國經濟持續發展對能源的迫切需求，發展海洋工程裝備對我國未來經濟、社會長期持續穩定發展具有重大戰略意義。
14．關鍵基礎件設計制造技術
基礎元器件(簡稱基礎件)是組成產品的最小功能單元，其性能、質量、壽命和可靠性直接關系主機的性能、質量、壽命和可靠性，它的技術水平決定主機的水平，沒有高水平的基礎件就沒有高水平的主機。關鍵基礎件主要是指傳感器、功能材料、軸承、齒輪、液壓件、  氣動件、密封件等。著基礎件的不斷發展，呈現如下發展趨勢：
1）以新原理、新功能、新結構、先進制造和新工藝為主的新一代基礎元器件不斷涌現，引領主機產品技術發展；
(2)產品設計向個性化、多樣化方向發展，以滿足各行各業主機發展的需要；
(3)產品質量向更高性能、更高壽命、更高可靠性方向發展，促使主機性能、質量和可靠性的不斷提高；
(4)制造技術向系統化、自動化和智能化的方向發展，確保產品質量，降低成本，爭奪市場；
(5)為實現節能、節材和環境保護、無污染的目標，不斷研究新技術、開發新產品。
因此，把關鍵基礎件設計制造技術作為核心技術，對提高我國主機的性能和水平，從而提高我國制造業的國際競爭力具有重要意義。

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