高檔數控系統技術作為工業母機領域的核心關鍵技術，長期以來一直被三菱、西門子、海德漢、發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升級的新產品，以保持其技術領先地位。盡管在國家政策的扶持與引導下，國內已涌現出一批致力于高檔數控系統研發的企業并實現部分國產化，但目前市場占有率仍不足10%，國產數控系統的控制精度、算法、穩定性等方面和國際巨頭仍有差距。因此，要想搶占我國數控系統市場的巨大商機，國產數控系統企業仍需提升技術水平，才能在激烈的市場競爭中立于不敗之地。
01
數控系統占據數控機床20-40%的成本
1）數控系統主要由硬件、軟件和PLC等構成
數控系統又被稱為計算機數控系統（CNC），指能將零件加工程序的數值信息轉化成各進給軸的位移、主軸轉速和輔助動作指令，并對加工軌跡和邏輯動作進行控制，使機床完成工作運動的控制系統。通常數控系統由三大部分構成：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成。其中位置控制器用于控制機床運動位置的組件，它根據數控系統發出的指令，控制機床的伺服系統，使機床能夠按照預設的路徑和參數進行加工。
CNC軟件部分則主要分為管理軟件和控制軟件兩部分，它們共同協作以實現對數控系統的全面控制。
PLC主要作用為實現機床的各項輔助功能，如主軸的正反轉與起停、工件的夾緊與松開、切削液開關、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）數控系統是數控機床的控制中樞
數控系統是數控機床的控制中樞，決定了數控機床的功能、性能和技術水平的高低。數控系統將工業控制縮放到機床體內，通過設定圖樣形成數控加工程序，從而控制機床中的功能部件進行相應的精密運動和位移反饋，從而達到機械加工的目的。海天精工（601882）招股書顯示，數控系統為第二大成本中心，占比約22%。行業內人士表示，高檔數控系統價值約占高端數控機床成本的20%-40%。
3）數控系統技術門檻體現在算法優化、硬件設計、軟件設計、可靠性設計等方面
算法優化方面，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。
硬件設計方面，數控系統需要具備高性能的處理器和高效的硬件架構，以滿足實時性、可靠性和擴展性的要求。
軟件設計方面，數控系統的軟件部分涉及到多個模塊，如系統管理、數據采集、運動控制、插補計算等。這些模塊需要協同工作，保證系統的穩定性和可靠性。此外，為了方便用戶使用，還需要設計友好的人機界面。
可靠性方面，數控系統在加工過程中需要連續工作，因此需要具備較高的可靠性和穩定性。
目前最先進的數控系統主要掌握在德國的西門子和日本的發那科等公司手中。這些公司在數控系統領域擁有多年的研發和應用經驗，不斷推出新的技術和產品，引領著數控系統的發展潮流。
4）數控系統分為通用型數控系統和專用型數控系統
通用型數控系統是以PC作為其技術支撐平臺，各機床制造廠家會根據用戶的具體需求，有針對性地開發數控軟件和控制卡等。該數控系統是所有數控機床和基礎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用背景方面可能存在局限性，因此需要在通用型數控系統的基礎上進行個性化的專業深度開發。
專用型數控系統是指面向不同行業領域應用需求而推出的控制系統的成套解決方案，其專用性強、結構合理、硬件通用性差，但其控制功能齊全、穩定性好，包括電加工數控系統，數控磨床、齒輪機床數控系統等。
02
我國數控系統市場規模超144億元
頭豹研究院數據顯示，2023年我國數控系統市場規模預計將達到144.8億元，從2024年到2027年的增長率保持在5%-10%，2027年市場規模將達到178億人民幣。數控系統行業受到下游需求的顯著影響，隨著機床行業的轉型，數控系統的下游市場將隨著航空航天、汽車、3C通信等行業對數控機床的需求持續提升。
3C加工領域，中國產能占全球的70%，隨著制造業向數字化和智能化轉型，在精密性、表面質量等方面對加工設備提出了更高的要求，促使加工技術向高進給加工、高壽命加工、高精密加工、多軸加工等方向發展，如高速高精度切削加工、五軸打磨拋光、玻璃雕銑加工等，這對數控系統的高速、高精、多軸多通道技術提出了更高的需求。
新能源汽車領域，基于電動化、網聯化、智能化的技術變革，市場消費需求繼續呈現提質升級趨勢。隨著汽車產業的迅猛發展，2022年新能源汽車銷量達到688.7萬輛，同比增長93.4%，市場占有率已經達到25.6%。新能源汽車（純電動汽車、混合動力汽車等）的電驅、電池、電控等“三電”產品和副車架、減震塔、輪轂等零部件的加工需要大量的多軸、多通道、高速數控機床，這些都將給國產數控系統行業帶來巨大的發展空間。
03
我國高檔數控系統仍存在“卡脖子”風險
在通用高檔數控系統領域，我國產品仍面臨著市場認可度不夠，數控系統研發難度大、投入大以及成功研制產品成熟度仍不高的現狀。數控系統的技術難點為對可靠性要求高、多學科技術交叉性高、且配套機械設備品種多，自主研制幾臺高檔數控系統在試驗室和實際生產中完成各種測試驗證并不難，難的是如何實現國產數控系統的大批量、長期應用驗證。
在高檔專用數控系統領域，我國自主研發的數控系統產品只實現了滾齒、銑齒、插齒數控系統的產業化應用，但幾乎沒有齒輪數控機床、數控系統企業完全掌握核心工藝技術(尤其是齒輪精加工和特殊修形工藝技術)，限制了設備性能的最優發揮。因此，高檔齒輪數控系統(剮、磨、珩齒)仍主要依賴于國外進口，但國外高檔數控系統的功能通常無法完全開放甚至是禁止對中國出口，從而使我國高端數控機床產業受制于國外。
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我國高檔激光切割機專用數控系統產業“曙光在前頭”
目前我國數控系統行業競爭格局呈現出外資企業占據高端市場、國內企業如華中數控、廣州數控、北京精雕等公司逐步崛起于中端市場、并在低端市場占據優勢的特點。
以高端激光行業為例，華工激光科技有限公司研制的三維五軸激光切割機打破了高端三維五軸激光切割機被國外企業壟斷的局面，但其數控系統仍依賴進口。目前高端激光切割機專用數控系統主要以德國Trumpf公司使用的SIEMENS 840D、REXROTH MTX等數控系統，瑞士Bystronic公司以及德國 Beckhoff TwinCAT公司的數控系統為主。國內幾乎沒有自主品牌的數控系統和提供全套解決方案的公司，高端設備的OEM大都依靠進口數控系統以及其他部件組裝成需要的產品，國產化率很低。
“十二五”以來，我國國產數控系統技術取得了顯著進步，與國外的技術差距逐步縮小。在國家對“高檔數控機床與基礎制造裝備”科技專項的大力支持下，我國涌現了一批優秀產業化人才，這些人才在吸收海外成熟技術的基礎上，積極開展進口替代類產品的開發工作，并努力彌補我國數控系統在控制精度、算法和穩定性等方面的不足。
