近年來，工業(yè)領(lǐng)域經(jīng)常講“云、物、移、大、智”，即云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、智能制造，似乎這就找到了工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的方向和鑰匙。其實(shí)，真正要重點(diǎn)關(guān)注的，是集成電路芯片、關(guān)鍵基礎(chǔ)工具（比如數(shù)控機(jī)床、工業(yè)基礎(chǔ)軟件），如果這些做好了，“云、物、移、大、智”是可以根據(jù)具體需要隨時(shí)搭建的。如果數(shù)控機(jī)床、數(shù)控技術(shù)、工業(yè)基礎(chǔ)軟件做不好，那就只有長期受制于人，一切都是空談。

諸如高鐵、核電這類極端復(fù)雜的技術(shù)系統(tǒng)，中國也能連續(xù)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新突破，為什么在數(shù)控機(jī)床方面遲遲沒有太大的進(jìn)展？數(shù)控機(jī)床不僅僅是一種關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)備，更是一種一步一步將工作方法、知識經(jīng)驗(yàn)融入軟件和模型的“工作母機(jī)”。數(shù)控機(jī)床牽扯的應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛，無可比擬的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)性，使其真正凝聚了“整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域百年以來的疊加式技術(shù)進(jìn)步”。哪個(gè)工業(yè)國家一旦在數(shù)控機(jī)床的技術(shù)積累上落入下風(fēng)，短時(shí)間內(nèi)很難追趕上來。在此，我們基于工業(yè)、產(chǎn)業(yè)、商業(yè)三個(gè)維度系統(tǒng)闡述數(shù)控機(jī)床的進(jìn)化迭代歷史。

第一維度：速度、精度和壽命

數(shù)控機(jī)床不僅僅是一種數(shù)字化的工具機(jī)（Machine tool），更是代表了傳統(tǒng)工業(yè)社會的一種思維方式——減材制造。數(shù)控機(jī)床要做的事情無非就是“車鉗銑刨磨”，將原材料當(dāng)中不需要的部分一點(diǎn)一點(diǎn)減掉，通過彎折、鉆孔、切削、打磨，得到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中的物理零部件。

這個(gè)操作過程當(dāng)中，機(jī)床設(shè)備自然是速度越快、精度越高、壽命越長、代表性能越好。很長一段時(shí)間，數(shù)控機(jī)床在速度、精度、壽命上的性能提升主要通過最基礎(chǔ)的電子元器件得以實(shí)現(xiàn)。

數(shù)控機(jī)床的最初設(shè)想始于美國軍方，1948年，美國空軍在研制直升飛機(jī)螺旋槳葉片輪廓檢驗(yàn)用樣板的時(shí)候遭遇瓶頸，因?yàn)闃影逍螤顝?fù)雜多樣，精度要求極高，要設(shè)計(jì)新型的特種加工設(shè)備以適應(yīng)當(dāng)時(shí)的特殊需求，“數(shù)字脈沖控制機(jī)床”的設(shè)想就由此誕生。

此后的25年當(dāng)中，因?yàn)楹诵碾娮釉骷倪M(jìn)化迭代，數(shù)控機(jī)床總共有五次更新?lián)Q代：第一代是由MIT（美國麻省理工學(xué)院）參與研發(fā)的三坐標(biāo)數(shù)控銑床，由電子管元件作為數(shù)控裝置（1949年-1959年）；第二代是帶自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，由晶體管元件和印刷電路板作為數(shù)控裝置（1959年-1965年）；第三代是由集成電路作為數(shù)控裝置的數(shù)控機(jī)床（1965年-1970年），體積小、功率消耗少，同時(shí)具有高可靠性和低成本優(yōu)勢；上世紀(jì)60年代末，出現(xiàn)了由一臺計(jì)算機(jī)直接控制多臺機(jī)床的群控系統(tǒng)（簡稱DNC），以及采用小型計(jì)算機(jī)控制的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（簡稱CNC），第四代數(shù)控裝置的典型特征就是“小型計(jì)算機(jī)化”；1974年以后更進(jìn)一步，數(shù)控裝置開始采用微處理器、半導(dǎo)體存貯器，即微機(jī)數(shù)控時(shí)代（簡稱MNC）。

在這段歷史時(shí)期當(dāng)中，數(shù)控機(jī)床的相關(guān)輔助部件也在持續(xù)進(jìn)化迭代。比如實(shí)現(xiàn)高精度測繪，就要采用一個(gè)叫光柵的測量元件。直到如今，德國的海德漢公司與英國的雷尼紹公司，幾乎壟斷了光柵技術(shù)的全球市場，高精度的光柵，中國的數(shù)控產(chǎn)業(yè)也不是有錢就可以買到的，外國公司一般只向中國出口基本測量水平的光柵。

另外，機(jī)械加工的工藝技巧和管理水平也在持續(xù)沉淀優(yōu)化。比如小小一個(gè)M6螺桿，外徑公差在5.794-5.974毫米之間，內(nèi)徑、牙距、材質(zhì)以及表面處理都有相應(yīng)量化指標(biāo)。在日本、德國或者瑞士，不符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)件是很難找到的，因?yàn)楦举u不出去。他們在制造環(huán)節(jié)的初期就設(shè)法杜絕殘次品的出現(xiàn)，在后續(xù)幾十道工序中又有多年的優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)積累，加上市場充分競爭，這種最基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)件十分便宜、十分可靠。

國內(nèi)工廠因?yàn)槿狈ば騼?yōu)化和數(shù)據(jù)積累的那段歷程，哪怕有了很好的數(shù)控機(jī)床設(shè)備，也難以保證產(chǎn)品不出現(xiàn)瑕疵。國內(nèi)很多汽車制造企業(yè)在市場上采購零件回來以后，通過全檢才會采用，甚至為了確保質(zhì)量可靠，就干脆訂做（要跟蹤從原材料到表面處理的全過程），哪怕一些小小的螺絲螺母也耗費(fèi)大量成本。汽車產(chǎn)品的使用壽命可以取決于細(xì)微處的螺絲螺母，螺絲螺母的使用壽命取決于無數(shù)工序細(xì)節(jié)。

20世紀(jì)80年代以后，IT互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開始全面融入數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)，數(shù)控裝置明顯趨向小型化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。由工業(yè)軟件來引導(dǎo)自動(dòng)監(jiān)控刀具破損、自動(dòng)檢測工件，加上PC+CNC智能數(shù)控系統(tǒng)，明顯增強(qiáng)了系統(tǒng)運(yùn)行的速度和精度。過去40年當(dāng)中，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方向就是“極其精確的系統(tǒng)控制”。這當(dāng)中有三大特征：

技術(shù)立體融合

“云、物、移、大、智”不是單獨(dú)存在的，而是融合發(fā)展構(gòu)建的一個(gè)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)。如果以人體結(jié)構(gòu)類比數(shù)控機(jī)床，數(shù)控系統(tǒng)是人的大腦，伺服驅(qū)動(dòng)器是人的肌肉，電機(jī)是人的關(guān)節(jié)，傳感器是人的視覺，執(zhí)行部件（回轉(zhuǎn)工作臺或擺角銑頭）是人的手腳，機(jī)床本體（床身/裸機(jī)）是人的骨架，而云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)則貫穿數(shù)控機(jī)床的整個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，相當(dāng)于“能力倍增器”。

狀態(tài)精確控制

通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和大量工業(yè)APP的支持，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)問題、工藝問題、制造問題都可以在虛擬空間中完成，反復(fù)核查和檢查，狀態(tài)精確控制貫穿了產(chǎn)品的全壽命周期。畢竟，改進(jìn)模型要比修補(bǔ)產(chǎn)品實(shí)物容易得多，諸多細(xì)節(jié)問題在虛擬空間中做了最優(yōu)調(diào)整，進(jìn)入實(shí)物制造，精度、成本和可靠性得到最佳平衡。

大規(guī)模定制化生產(chǎn)

數(shù)控機(jī)床的工作過程越來越柔性化，比如西門子的安貝格工廠，每天生產(chǎn)6萬個(gè)PLC控制器，每個(gè)都不一樣，結(jié)構(gòu)、總線、接口標(biāo)準(zhǔn)、通信協(xié)議、軟件和印刷板都是定制的，最初是0.5%的不合格品率，智能升級之后，不合格品率下降了幾個(gè)數(shù)量級，現(xiàn)在大概是百萬分之五。

第二維度：產(chǎn)業(yè)體系

2018年，中國工業(yè)產(chǎn)值已經(jīng)超過美國+日本+德國的總和，可是中國仍算不上一流工業(yè)強(qiáng)國，數(shù)控機(jī)床就是其中一大短板。

1982年-2009年，世界第一的機(jī)床生產(chǎn)大國是日本，2010年中國機(jī)床工業(yè)實(shí)現(xiàn)趕超，可是中國制造的數(shù)控機(jī)床在核心數(shù)控系統(tǒng)和功能部件上，至今受制于人。因?yàn)楹诵脑O(shè)備能力不足，連帶整個(gè)材料工業(yè)、多個(gè)細(xì)分工業(yè)領(lǐng)域長期處于劣勢。比如中國稀土儲量是世界第一，但稀土在中國人手里就是土，因?yàn)橹袊鄙偌夹g(shù)把它變成材料。這些材料技術(shù)都是用幾十年的積累研究出來的，通過各種實(shí)驗(yàn)做出來的，這些材料能做到納米級，擱在手機(jī)芯片里面。這些都需要專門的機(jī)床設(shè)備，這些東西就德國和日本有。誰控制著材料和機(jī)床，誰就處于強(qiáng)勢地位，享受議價(jià)權(quán)和更多利潤。一個(gè)國家數(shù)控技術(shù)的進(jìn)化迭代，取決于產(chǎn)業(yè)體系，又將投射于產(chǎn)業(yè)體系。

取決于產(chǎn)業(yè)體系

工業(yè)強(qiáng)國的最大根基是基礎(chǔ)工業(yè)（包括裝備、材料、工藝）。基礎(chǔ)工業(yè)受制于數(shù)控機(jī)床的工藝精度，但是高精度的數(shù)控機(jī)床也不能加工超過自身精度水平的零部件。那么，數(shù)控機(jī)床的工藝精度源于哪里？源于最精密的基礎(chǔ)裝備（包括數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等）加工基礎(chǔ)材料，得到基礎(chǔ)零部件和基礎(chǔ)裝備，即機(jī)器制造機(jī)器。這是一個(gè)“不斷自我強(qiáng)化的內(nèi)在循環(huán)”，這一循環(huán)的關(guān)鍵影響因素，除了機(jī)械工業(yè)，更重要的是電子信息工業(yè)和材料工業(yè)。

美國制造業(yè)可以引進(jìn)德國造的數(shù)控機(jī)床，但核心的數(shù)控系統(tǒng)、工業(yè)軟件美國是有技術(shù)主導(dǎo)能力的。美國基礎(chǔ)工業(yè)的深厚內(nèi)力，主要源于電子信息工業(yè)的壟斷地位，全球的芯片和實(shí)時(shí)控制軟件幾乎都源于美國。比如，美國波音公司獨(dú)步全球的核心優(yōu)勢不是在機(jī)械部分，而是在軟件部分，1991年波音777的誕生用了七八百種工業(yè)軟件，2005年波音787的飛天用了8000種工業(yè)軟件，波音現(xiàn)在已經(jīng)有8500種工業(yè)軟件，也只是滲入波音飛機(jī)的部分核心環(huán)節(jié)，如果算上外包的那些部分，這一數(shù)字更加驚人。

德國、日本的基礎(chǔ)工業(yè)由大量掌握技術(shù)訣竅的中小企業(yè)支撐，由西門子、三菱重工等大型企業(yè)來牽引，機(jī)械、電子、材料、工藝等各個(gè)方面的技術(shù)能力非常均衡。比如，數(shù)控機(jī)床的最大限制就是材料，高速加工時(shí)，包括主軸和軸承摩擦產(chǎn)生熱變形導(dǎo)致主軸抬升和傾斜、刀具磨損導(dǎo)致的誤差等，加工精度極高的數(shù)控機(jī)床，背后是材料工業(yè)的支持。

投射于產(chǎn)業(yè)體系

如果數(shù)控機(jī)床、數(shù)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新突破，可以有效投射于產(chǎn)業(yè)體系的各處毛細(xì)血管。比如航空母艦用的電磁彈射技術(shù)，技術(shù)原型就是數(shù)控產(chǎn)業(yè)的直線電機(jī)技術(shù)，因?yàn)橹袊闹本€電機(jī)技術(shù)已經(jīng)成熟了，才可以繼美國、俄羅斯之后第三個(gè)接近實(shí)現(xiàn)艦載機(jī)的電磁彈射起飛。瑞士制造了世界上最精巧的鐘表產(chǎn)品，就是因?yàn)槿鹗窟_(dá)到了精密制造的極致，同樣重量的數(shù)控機(jī)床，瑞士貨的價(jià)值最高，是中國貨的10倍，日本貨的價(jià)值可比肩德國，是中國貨的3.5倍。

中國制造業(yè)要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級，數(shù)控產(chǎn)業(yè)的長期弱勢就是一個(gè)很大的掣肘。不僅機(jī)床設(shè)備的數(shù)控系統(tǒng)要依賴德國、日本這些傳統(tǒng)工業(yè)強(qiáng)國的開放程度，更要考驗(yàn)中國工程技術(shù)人員的學(xué)習(xí)適應(yīng)能力，那些習(xí)慣使用日本發(fā)那科（FANUC）系統(tǒng)的技工，幾乎操作不了德國西門子（Siemens）產(chǎn)品（換一個(gè)品牌的數(shù)控系統(tǒng)就不會工作了）。

中國要發(fā)展機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，風(fēng)口一來，泡沫就來了，惡性低價(jià)競爭隨處可見。因?yàn)榛A(chǔ)的數(shù)控產(chǎn)業(yè)不強(qiáng)，控制器、減速器、伺服電機(jī)都受制于人，機(jī)器人用的RV減速器，日本一個(gè)帝人公司就占了70%的全球份額。中國機(jī)器人公司拼技術(shù)的空間就很有限了，只能拼成本價(jià)格，大量的低端競爭吹起了一個(gè)一個(gè)產(chǎn)業(yè)泡沫。

第三維度：商業(yè)模式

百年以來，數(shù)控機(jī)床的進(jìn)化迭代主要集中在物理層面，即精度、速度和壽命。可是，物理性能做到了極致，將會面臨商業(yè)上的發(fā)展瓶頸。

計(jì)算機(jī)以納米級的精度進(jìn)行計(jì)算，控制設(shè)備工作進(jìn)程，每秒鐘讀取和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流量，超過一個(gè)人一生的閱讀能力。更重要的是，設(shè)備制造的品質(zhì)壽命已得到空前提高。就像德國“雙立人”菜刀，要人民幣一兩千元一把，賣這么貴，是因?yàn)?/span>“雙立人”菜刀質(zhì)量太好，用二三十年都不會壞——“雙立人”恰恰被自己產(chǎn)品的高質(zhì)量打敗。因?yàn)橐话闶杖氲模粫I這么貴的菜刀，買得起“雙立人”菜刀的，幾十年后才會再來買。

當(dāng)今時(shí)代，那些高端數(shù)控機(jī)床、工程機(jī)械，質(zhì)量太好了，用幾十年都不會壞。那些昂貴的機(jī)器設(shè)備，買家終究是有限的，又不可能像賣牙膏、方便面那樣，有老客戶重復(fù)購買，開發(fā)新客戶又特別困難。如果機(jī)床產(chǎn)業(yè)的商業(yè)模式還停留在賣設(shè)備的階段，那是難以持續(xù)的，近年國內(nèi)機(jī)床銷量的斷崖式下跌就是證明。

數(shù)控機(jī)床行業(yè)面臨類似于“諾基亞時(shí)代與蘋果時(shí)代的交叉口”。十幾年前的諾基亞手機(jī)，通話好、質(zhì)量佳、摔不壞，幾乎做到了極致，但蘋果iPhone誕生之后，競爭的重點(diǎn)已經(jīng)不是摔不摔得壞了。因?yàn)榇蟊娨巡辉傧矚glong long life的產(chǎn)品了，而是偏向即時(shí)享用。

美國白宮信息物理系統(tǒng)專家組的一位成員曾直言：“未來的工業(yè)競爭將從實(shí)體世界轉(zhuǎn)至‘不可見’的世界，以往的創(chuàng)新集中在實(shí)體世界，而現(xiàn)今這一情況已出現(xiàn)變化，創(chuàng)新正從實(shí)體的‘蛋黃’轉(zhuǎn)向更具創(chuàng)新空間的數(shù)據(jù)和服務(wù)‘蛋白’。賣機(jī)床不是賣那噸鋼鐵，賣的是生產(chǎn)力。”

工業(yè)圈有一個(gè)老故事：福特汽車公司的一臺電機(jī)出了故障，很多人幾個(gè)月修不好，請來德裔工程師斯坦門茨，兩天就排除故障。他用粉筆在電機(jī)外殼上劃了一條線，然后告訴眾人：“打開電機(jī)，在記號處把里面的線圈減少16圈就好。”果然，問題解決了。斯坦門茨的報(bào)價(jià)是10000美元，粉筆劃線值1美元，知道在哪里劃線值9999美元。機(jī)器設(shè)備只是一堆鋼鐵，know-how（技術(shù)訣竅）和know-why（工程原理）才是真正的生產(chǎn)力。

現(xiàn)今，很多數(shù)控機(jī)床企業(yè)已經(jīng)不再是傳統(tǒng)的機(jī)床買賣、加價(jià)銷售、賺取利潤，而是選擇租賃設(shè)備，按小時(shí)、按加工數(shù)量收費(fèi)，結(jié)算的依據(jù)就是機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)所傳輸回來的數(shù)據(jù)。機(jī)床運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)采集、傳輸，經(jīng)過“解讀和可視化”以后，你在手機(jī)APP上就能實(shí)時(shí)查看設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，替代了傳統(tǒng)管理。

從