北京勞動保障職業(yè)學院 魏 巍

前言

根據(jù)教育部最新頒布的《普通高等學校高等職業(yè)教育（?？疲I(yè)目錄》和《中等職業(yè)學校專業(yè)目錄》統(tǒng)計，數(shù)控加工技術(shù)的教學與實訓所涉及的專業(yè)至少涵蓋高職的裝備制造大類的6類18個重點專業(yè)以及中職的加工制造類的9個重點專業(yè)。順應我國從“制造大國”向“制造強國”轉(zhuǎn)變的歷史機遇，幾乎所有中高職院校的機電類院系都已經(jīng)建設(shè)或正在籌建自有數(shù)控加工實訓基地（中心、室）項目，規(guī)模雖大小不一，但均需要采購批量不等的以數(shù)控機床為主的實訓設(shè)備，該部分的資金投入一般會占到數(shù)控加工實訓項目建設(shè)總預算（不含土地費用）的60%~70%。而數(shù)控系統(tǒng)堪稱數(shù)控機床的“大腦”，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到數(shù)控機床的有效使用。因此，如何為用于數(shù)控加工實訓教學的機床設(shè)備配置最合適的數(shù)控系統(tǒng)及選擇哪些數(shù)控功能選項，一直是中高職院校的機電類專業(yè)教師在籌建數(shù)控加工實訓時最關(guān)注的核心問題之一。在本文中，筆者將結(jié)合國內(nèi)外主要種類的數(shù)控系統(tǒng)特點，從滿足數(shù)控加工技術(shù)相關(guān)專業(yè)群實訓教學的課程建設(shè)需求出發(fā)，針對以機床為主的職教實訓設(shè)備的數(shù)控系統(tǒng)和功能選型問題作出策略性的分析和探討。

一、國內(nèi)外主要數(shù)控系統(tǒng)的特點分析

1.國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)

譬如華中數(shù)控、南方數(shù)控、航天數(shù)控、大森數(shù)控等，發(fā)展至今在經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)方面實現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)，中檔數(shù)控系統(tǒng)的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化也取得了較大突破。國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)主要應用于舊設(shè)備的數(shù)控化改造領(lǐng)域及車、銑類中低端經(jīng)濟型數(shù)控機床市場。

2.進口品牌數(shù)控系統(tǒng)

大致可分為日系和歐系兩大類。

日系以發(fā)那科為主，輔以三菱、大偎、馬扎克等品牌，在國內(nèi)的數(shù)控車、銑床和加工中心市場目前擁有較大的市場份額；歐系則以西門子為代表，加上發(fā)格、海德漢、力士樂等品牌，目前占據(jù)國內(nèi)中高端數(shù)控機床市場的主流地位。

3.機床制造商自行開發(fā)的專用數(shù)控系統(tǒng)

如美國的哈斯、格里森；日本的馬扎克等公司，他們大多開發(fā)出自己的數(shù)控系統(tǒng)軟件，且擁有專屬的數(shù)控硬件平臺。

4.以PMAC為代表的開放式數(shù)控系統(tǒng)

它們一般都是在普通的PC工控機上插入相應的運動控制卡，可運行于Microsoft windows環(huán)境下，用戶可以自由的配置數(shù)控系統(tǒng)的其它軟硬件。適用作研發(fā)專用設(shè)備的系統(tǒng)平臺進行二次開發(fā)，很受一些科研院所的實驗室歡迎。

客觀的說，簡單評價某種數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)劣好壞并不科學。各類數(shù)控系統(tǒng)有其各自特定的市場定位和優(yōu)勢特色，區(qū)別僅在于市場份額的大小不同而已。

二、影響實訓機床數(shù)控選型的功能性因素

用于實訓的數(shù)控機床選型實質(zhì)上是機床的數(shù)控系統(tǒng)型號及其控制功能的選擇的決策過程，應與中高職院校相關(guān)專業(yè)系列課程的實訓教學目標和具體需求密切相關(guān)。數(shù)控系統(tǒng)一般由控制單元、伺服驅(qū)動和測量系統(tǒng)三部分組成，所有的數(shù)控功能也是依托這三個部分的軟硬件配置實現(xiàn)的。即最終的功能需求決定了機床的數(shù)控系統(tǒng)軟硬件配置（即招標文件中的技術(shù)要求）。一般而言，影響實訓機床數(shù)控選型的功能性因素包括以下幾點。

1.符合相關(guān)專業(yè)（群）的專業(yè)教學標準和系列課程標準要求

數(shù)控加工實訓教學并不簡單針對單一專業(yè)或課程，而是涉及多個專業(yè)門類和系列課程，在數(shù)控選型時應結(jié)合本校的專業(yè)設(shè)置及院系發(fā)展規(guī)劃通盤考慮，注重前置、同步和后續(xù)課程的銜接和匹配。例如：僅就高職專業(yè)的裝備制造大類的機械設(shè)計制造類而言，數(shù)控加工就涉及機械設(shè)計與制造、機械制造與自動化、數(shù)控技術(shù)、精密機械技術(shù)、特種加工技術(shù)、材料成型與控制技術(shù)、模具設(shè)計與制造專業(yè)、機械裝備制造技術(shù)等9個專業(yè)；又如，中職的數(shù)控技術(shù)應用專業(yè)所開設(shè)的專業(yè)技能課程“數(shù)控車削/銑削技術(shù)訓練”的前置課程均包括“CAD/CAM技術(shù)應用”課程，實訓機床的數(shù)控系統(tǒng)應具有與CAD/CAM軟件進行通訊和數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌诤凸δ?；此外，該專業(yè)的數(shù)控機床裝調(diào)與維護方向課程“數(shù)控機床結(jié)構(gòu)與維護”要求實訓機床的數(shù)控系統(tǒng)硬件應最好采用模塊化配置，而盡量回避采用一體機結(jié)構(gòu)。

2.滿足相關(guān)專業(yè)（群）的職業(yè)技能資格認證培訓需求

目前，中高級職業(yè)院校的數(shù)控相關(guān)專業(yè)普遍推行“課證融合”的教學模式，要求學生在完成本專業(yè)理論知識學習的同時，獲取相關(guān)工種不同層次的職業(yè)技能資格證書，如“數(shù)控銑工”“數(shù)控車工”“ 數(shù)控機床裝調(diào)”等工種的中級工、高級工證書。這就要求實訓機床設(shè)備的數(shù)控功能應滿足相關(guān)職業(yè)技能鑒定及相關(guān)培訓的需求。例如，數(shù)控系統(tǒng)的位置控制方式（測量系統(tǒng)）包括開環(huán)、半閉環(huán)、全閉環(huán)三種，“數(shù)控機床裝調(diào)維修工”的職業(yè)技能鑒定要求學員能夠正確識別和區(qū)分這三種測量系統(tǒng)；所以實訓機床的測量系統(tǒng)配置應在主機一致的基礎(chǔ)上按比例選配不同的測量系統(tǒng)供學生認知。又如，部分數(shù)控系統(tǒng)提供的“示教”功能，經(jīng)實踐證明對迅速提高學生的數(shù)控加工操作技能和數(shù)控編程水平效果明顯。

3.執(zhí)行強制性或推薦性的國家及行業(yè)標準要求

GB 5226.1-2008 《機械電氣安全 機械電氣設(shè)備 第1部分：通用技術(shù)條件》是國內(nèi)機床行業(yè)正規(guī)廠商的數(shù)控機床產(chǎn)品普遍執(zhí)行的國家強制性安全標準，該標準也被作為目前市場上選購機床產(chǎn)品時考核機床安全性的主要依據(jù)。但對于職業(yè)院校用戶而言，實訓機床的操作者都是剛剛接觸數(shù)控加工的學生，無論從安全意識還是技術(shù)水平考量，均與機械加工企業(yè)的熟練工人無法比較。因此，職業(yè)院校在對數(shù)控實訓設(shè)備選型時應同時參考執(zhí)行原勞動和社會保障部2006年頒布的行業(yè)標準LD/T 81.1-2006《職業(yè)技能實訓和鑒定設(shè)備通用技術(shù)規(guī)范》，該標準雖不是專為機床類產(chǎn)品制訂，但適用于所有職業(yè)技能實訓和鑒定設(shè)備。標準中關(guān)于安全、環(huán)保、知識產(chǎn)權(quán)以及計算機輔助實訓軟件等方面的要求，對實訓機床設(shè)備的數(shù)控選型具有重要的指導意義。

4.有利于“工學結(jié)合”教育模式下學生操作技能的提升

實訓機床設(shè)備的數(shù)控功能選型應符合中高職階段學生學習相關(guān)專業(yè)課程的學情特點，有利于他們實踐數(shù)控機床操作技能的提升。中高職學生的英語水平普遍較差，因此在選擇國外品牌的數(shù)控系統(tǒng)功能時，應要求提供可中英文切換的操作界面。如果需要在實訓場所組態(tài)教學網(wǎng)絡，應選擇數(shù)控系統(tǒng)的工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡接口和軟件。對于模具設(shè)計與制造專業(yè)的實訓機床，則應定制數(shù)控系統(tǒng)的多程序預讀、光滑控制、輪廓優(yōu)化等高級選項功能，以適應該專業(yè)對工件表面粗糙度的較高要求。

三、影響實訓機床數(shù)控選型的非功能性因素

實訓機床的數(shù)控功能適用性雖然是選型時重要的限制性因素，但目前市場同檔次數(shù)控機床產(chǎn)品的性能指標高度趨同，所以最終決定實訓機床數(shù)控系統(tǒng)配置的往往是一些非功能性因素。

1.品牌因素

國內(nèi)市場的數(shù)控系統(tǒng)兩大品牌都來自國外：FANUC和SIEMENS。前者在整個機床行業(yè)占有六成以上的市場份額，但主要局限在中低端市場；后者占據(jù)了高中端市場的多數(shù)份額。從區(qū)域上看，南方民營經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)對日系數(shù)控系統(tǒng)較為青睞；而北方地區(qū)則偏重于歐系數(shù)控系統(tǒng)。國產(chǎn)系統(tǒng)中，以華中數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)水平較高。

2.價格因素

激烈競爭的數(shù)控機床市場，迫使機床制造廠家的設(shè)計人員在面對檔次和性能接近的數(shù)控系統(tǒng)時，必然傾向于選擇價格較低的品牌。尤其是對經(jīng)濟型或普及型數(shù)控機床而言，其數(shù)控系統(tǒng)價值在整機售價中所占的成本比例已接近30%~40%。價格因素在實訓機床的數(shù)控系統(tǒng)選型時就顯得尤其敏感。

3.系統(tǒng)可靠性

根據(jù)統(tǒng)計，與數(shù)控系統(tǒng)相關(guān)的故障是數(shù)控機床主要的故障源之一。因此，數(shù)控系統(tǒng)的可靠性問題是設(shè)備采購是系統(tǒng)選型時必須考慮的因素，特別是對數(shù)控系統(tǒng)在惡劣電磁環(huán)境中的抗干擾能力以及系統(tǒng)的自診斷功能。應向機床制造商提出專門的數(shù)控系統(tǒng)可靠性指標要求，如機床的平均無故障時間（MTBF）。

4.系統(tǒng)開放性

數(shù)控系統(tǒng)的開放性，既體現(xiàn)在與周邊輔助設(shè)備的兼容上，也體現(xiàn)在能否方便地在數(shù)控系統(tǒng)的硬件平臺上集成第三方軟件。如果后期有對實訓設(shè)備升級改造的需求，應要求機床制造商在數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)置CPU的配置及可擴展的外部I/O點數(shù)等預留足夠的設(shè)計裕量。這些預留配置也可以作為數(shù)控系統(tǒng)調(diào)試維修、PLC控制技術(shù)等專業(yè)課程實訓的硬件平臺。

5.貿(mào)易條件

除上述價格因素外，機床制造商在標書及合同中對不同數(shù)控系統(tǒng)配置所承諾的其它貿(mào)易條件，如交貨期，付款方式，質(zhì)保期，出口許可證，售后服務，技術(shù)支持等也在相當程度上影響到數(shù)控選型。

在現(xiàn)實中，影響機床數(shù)控系統(tǒng)選型的因素還有很多，譬如機床廠商的資質(zhì)，市場占有率（壟斷程度），交易各方的合作關(guān)系，國家的政策導向，技能大賽的設(shè)備系統(tǒng)配置等。

四、對職業(yè)院校的實訓機床設(shè)備采購提出幾點建議

很多職業(yè)院校在籌建數(shù)控加工實訓基地建設(shè)時，對于擬采購數(shù)控機床的種類、數(shù)量、機械性能，工藝要求等均已有了相當程度的了解。但對于機床的數(shù)控系統(tǒng)及其功能選型則存在一定的盲目性。在此，筆者提出幾點建議，謹供參考。

1.重視前期的市場調(diào)研；

數(shù)控實訓設(shè)備的招標采購前，一般應該做廣泛深入的市場調(diào)研，調(diào)研的對象包括主要備選的機床制造商、學生就業(yè)區(qū)域范圍內(nèi)的機械加工企業(yè)、兄弟院校已建成的數(shù)控實訓基地、當?shù)芈殬I(yè)技能鑒定機構(gòu)、國家及省級職業(yè)技能大賽的組織方與承辦單位等。

2.合理配置各種數(shù)控系統(tǒng)的比例

基于目前國內(nèi)主要數(shù)控系統(tǒng)的市場占有率現(xiàn)狀，不宜選用單一品牌的數(shù)控系統(tǒng)配置，更不能搞成“萬國博覽會”。建議按4∶4∶2的比例配置FANUC、SIEMENS和其他數(shù)控系統(tǒng)，其中FANUC或SIEMENS兩種系統(tǒng)應盡量集中在某一種類的數(shù)控機床，如數(shù)控車床全部采用FANUC系統(tǒng)，數(shù)控銑床（或加工中心）全部采用SIEMENS系統(tǒng)；剩余的20%份額主要用于采購諸如五軸加工中心等高端數(shù)控設(shè)備，也可以部分選擇華中等國產(chǎn)品牌的數(shù)控系統(tǒng)，用于國家職業(yè)技能大賽的培訓用機。

3.根據(jù)實訓教學與培訓的實際需求恰當選擇數(shù)控系統(tǒng)的功能配置

數(shù)控機床的功能配置高低往往與價格密切相關(guān)。既要避免片面追求配置高、功能全；又要為后期的功能擴展留有接口和I/O資源。應將必需的數(shù)控選項功能訂全，不能遺漏，同時也要避免因片面追求過高的性能指標，以致造成不必要的資金浪費。

4.在數(shù)控機床選型時注重其長期運行成本的估算；

在計算數(shù)控機床的投資回報率時，既要計算一次性采購成本，還要加上其長期的運行成本，包括能耗費用，人員工資，維修費用等。技術(shù)成熟的主流系統(tǒng)，雖然初次購置費用會有所增加，但可以保證相對較長時期的備件供應。同樣道理，應盡量避免選購二手的進口數(shù)控設(shè)備。

5.盡量選擇與原有數(shù)控設(shè)備相同的數(shù)控系統(tǒng)品牌

采購新機床設(shè)備時，優(yōu)先考慮選擇與原有數(shù)控設(shè)備相同的數(shù)控系統(tǒng)品牌?？梢詼p少原有操作人員和維修人員的培訓費用和時間，盡早使新機床投入使用產(chǎn)生效益；因人為操作原因造成的機床故障發(fā)生幾率也會大大降低；原有的零件程序一般都可以不經(jīng)修改直接調(diào)用。

6.數(shù)控系統(tǒng)的可靠性和售后服務質(zhì)量對院校用戶至關(guān)重要

對于職業(yè)院校實訓用的數(shù)控機床而言，可靠性和售后服務質(zhì)量往往比精度和剛性更重要，因為實訓用的試件多為鑄鐵件、鋁件甚至蠟件，切削負載很小。建議院校用戶在設(shè)備采購前的調(diào)研中重視用戶對相關(guān)數(shù)控機床的可靠性評價，并以此作為選型的重要參考依據(jù)。盡量選擇信譽度較好的機床廠商，以保證獲得快捷專業(yè)的售后服務保障。

[1] 李程.數(shù)控加工實訓基地建設(shè)應注意的問題及相關(guān)對策向[J].新教育時代電子雜志（教師版）,2014(8).

[2] 高文會.關(guān)于高職院校數(shù)控實訓基地建設(shè)的探討[J].長沙航空職業(yè)技術(shù)學院學報,2007(6).

[3] 魏巍.機床產(chǎn)品的數(shù)控系統(tǒng)選型策略分析[J].現(xiàn)代模具,2007(1).