Evaluation system of machine tool technology gap in China based on fuzzy data processing
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摘要: 长期以来，我国以数控机床为代表的装备制造业重点产品技术差距缺乏量化测度研究，导致无法用客观的表征方法来衡量和评价数控机床技术发展水平。针对以上问题，从共性技术、典型主机产品、数控系统和关键功能部件4个方向出发进行技术要素项细分，构建了对标世界先进领先水平的高档数控机床技术差距评价体系；提出我国机床技术水平与国际（地区）先进水平的年代差距量化表征方法；建立了基于模糊数据处理的分项技术水平评价模型、共性技术产品水平评价模型和产品关键技术综合评价模型。最后，基于该体系进行了大样本数据调研，基于评价模型进行了机床技术年代差距量化分析，评价结果可为政府科学决策及行业发展规划提供重要支撑。Abstract: For a long time, the technology gap of key products in equipment manufacturing industry represented by CNC machine tools is lack of quantitative measurement research, which makes it impossible to use objective characterization methods to measure and evaluate the technical development level of NC machine tools. In view of the above problems, an evaluation system for the technical gap of high-end CNC machine tools is constructed, starting from the four directions of common technology, typical host products, CNC system and key functional components, which are subdivided into the technical element items. A quantitative characterization method of the age gap between China's machine tool technology level and the International (regional) advanced level, is proposed. Evaluation models for the sub item technology level, common technology/product level evaluation model and product key technology are established based on fuzzy data processing. Finally, a large sample data survey is carried out based on the system, and a quantitative analysis of the age gap of machine tool technology is carried out based on the proposed evaluation models. Evaluation results can provide the important support for the government′s scientific decision-making and industry development planning.
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表 1 机床共性技术/产品核心技术细分表
共性技术 卧式加工中心 五轴加工中心 龙门加工中心 齿轮加工机床 数控磨床 设计 数控系统 数控系统 数控系统 数控系统 数控系统 制造与装配 主轴 摆角铣头 主轴 主轴 磨削主轴 功能部件制造 转台 摆角转台 摆角铣头 进给驱动 工件主轴 数控系统 进给驱动 进给驱动 进给驱动 机床结构 进给驱动 CAM/CAE软件技术及应用 机床结构 机床结构 机床结构 齿轮加工工艺 机床结构 数字化精密测量 操作性 操作性 地基基础 操作性 操作性 可靠性与精度保持性 刀具自动交(ATC) 刀具自动交(ATC) 自动附件头库 热位移 砂轮自动交换系统 检测 热位移 热位移 热位移 CAM/CAE 热位移 评价 CAM/CAE CAM/CAE CAM/CAE 测量/补偿 CAM/CAE 标准 测量/补偿 测量/补偿 测量/补偿 切削液相关 测量/补偿 金属材料加工工艺 切削液 切削液 切削液 应对环境 切削液 复合材料加工工艺 应对环境 应对环境 应对环境 抗干扰 应对环境 智能 抗干扰 抗干扰 抗干扰 智能化 抗干扰 / 智能化 智能化 智能化 诊断与维修 智能化 / 诊断/维修 诊断/维修 诊断/维修 / 诊断/维修 超精密机床 数控车削中心 数控系统 主轴/转台 丝杠/导轨 超精密机床 数控系统 数控系统 系统联动轴 设计 设计 数控系统 主轴 主轴 伺服装置 制造 制造 主轴 进给驱动 进给驱动 主轴电机 精度/精度保持 精度/精度保持 进给驱动 机床结构 机床结构 伺服电机 速度 速度 机床结构 操作性 操作性 图形显示 加速度 加速度 操作性 切削工艺 卡盘/尾座 插补 动态检测 动态检测 切削工艺 工件测量 动力刀架 加速度控制 润滑与冷却 润滑与冷却 工件测量 热位移 热位移 二维/三维补偿 密封防护 密封防护 热位移 CAM/CAE CAM/CAE 会话式编程 预紧调控 可靠性 CAM/CAE 测量/补偿 测量/补偿 多通道控制 静压 温升噪音控制 测量/补偿 切削液 切削液 应对环境 可靠性 / 切削液 应对环境 应对环境 抗干扰 / / 应对环境 抗干扰 抗干扰 智能化 / / 抗干扰 智能化 智能化 诊断/维修预警 / / 智能化 地基基础主动抑振 诊断/维修 可靠性 / / 地基基础主动抑振 
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表 2 机床共性技术/产品核心技术细分表
国家
（地区）数控
系统主轴
技术转台
技术刀具
交换切削液 进给
驱动机床
结构操作性 热位移抑制 CAM/
CAE测量补偿 应对环境 欧洲 4.6 4.3 4.1 4.1 3.9 4.2 4.1 3.7 4.2 4.6 4.3 3.9 日本 4.6 4.2 4.1 4.1 3.8 4.1 3.9 3.7 4.2 4.4 4.2 3.9 美国 4.0 3.8 3.9 3.8 3.8 3.9 3.8 3.5 4.0 4.6 4.0 3.7 韩国 2.9 3.1 3.1 3.1 3.0 3.0 3.0 3.0 3.1 3.1 3.0 3.1 台湾地区 2.9 3.1 3.2 3.2 3.0 3.0 2.9 2.9 3.0 3.0 2.9 3.0 国家
（地区）抗干扰 智能化 诊断
维修摆角
铣头卡盘
尾座动力
刀架地基
基础地基基础主动抑振 自动附件头库 齿轮加工工艺 砂轮自动交换系统 超精密
切削工艺综合评分 欧洲 3.9 4.2 4.0 4.4 4.0 4.3 3.8 3.6 4.0 4.0 4.1 3.5 4.1 日本 4.0 4.1 4.1 4.2 4.0 4.0 3.5 3.7 4.1 3.6 3.7 3.5 4.0 美国 3.9 4.0 3.8 3.9 3.8 3.9 3.4 3.7 3.8 4.0 3.7 3.6 3.9 韩国 3.1 3.1 3.0 3.0 3.5 3.5 3.0 3.0 3.2 2.9 3.0 2.7 3.1 台湾地区 3.0 3.0 3.0 3.0 3.2 3.2 3.0 2.9 3.2 2.9 3.0 2.4 3.0
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表 3 产品核心技术综合评价结果（2021）
技术要素 评价 数控系统 欧洲=日本>美国>中国=韩国=台湾地区 机床结构技术 欧洲>日本=美国>中国=韩国=台湾地区 主轴技术 欧洲=日本>美国>中国=韩国=台湾地区 转台技术 欧洲=日本>美国>中国=韩国=台湾地区 进给驱动技术 欧洲=日本>美国>中国=韩国=台湾地区 热位移抑制技术 欧洲=日本>美国>中国=韩国=台湾地区 测量/补偿技术 欧洲=日本>美国>中国=韩国>台湾地区 智能化技术 欧洲>日本>美国>中国=韩国=台湾地区 应对环境技术 欧洲=日本>美国>中国=韩国=台湾地区 抗干扰技术 日本=欧洲=美国>中国=韩国=台湾地区 刀具自动交换（ATC）
技术欧洲=日本>美国>中国=韩国=台湾地区 操作性 欧洲=日本>美国>中国=韩国=台湾地区 CAM/CAE技术 美国=欧洲>日本>中国=韩国=台湾地区 诊断与维修技术 日本=欧洲>美国>中国=韩国=台湾地区 切削液相关技术 欧洲=日本=美国>中国=韩国=台湾地区 摆角铣头技术 欧洲>日本>美国>中国=韩国=台湾地区 地基基础技术 欧洲>日本=美国>中国=韩国=台湾地区 砂轮自动交换系统 欧洲>日本=美国>中国=韩国=台湾地区 地基基础主动抑振技术 日本=美国=欧洲>中国=韩国=台湾地区 齿轮加工工艺 欧洲=美国>日本>中国=韩国=台湾地区 超精密切削工艺技术 美国=欧洲=日本>中国>韩国>台湾地区 卡盘/尾座技术 欧洲=日本>美国>韩国>台湾地区>中国 动力刀架技术 欧洲>日本=美国>韩国>台湾地区>中国 自动附件头库技术 日本=欧洲>美国>韩国=台湾地区>中国
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表 4 共性技术/产品水平年代差距（2021）
评价维度 国家（地区） 欧洲 日本 美国 韩国 台湾地区 共性技术 综合评分 4.5 4.3 4.1 3.1 3.1 我国年代差距 落后15年 落后13年 落后11年 基本持平 基本持平 卧式加工中心 综合评分 4.1 4.0 3.9 3.1 3.0 我国年代差距 落后11年 落后10年 落后9年 基本持平 基本持平 五轴加工中心 综合评分 4.2 4.1 3.9 3.0 3.0 我国年代差距 落后12年 落后11年 落后9年 基本持平 基本持平 龙门加工中心 综合评分 4.1 4.1 3.9 3.1 3.0 我国年代差距 落后11年 落后11年 落后9年 基本持平 基本持平 齿轮加工机床 综合评分 4.0 3.9 4.0 3.0 3.1 我国年代差距 落后10年 落后9年 落后10年 基本持平 基本持平 数控磨床 综合评分 4.3 4.1 3.8 3.0 3.0 我国年代差距 落后13年 落后11年 落后8年 基本持平 基本持平 超精密机床 综合评分 3.9 3.9 4.0 2.9 2.8 我国年代差距 落后9年 落后9年 落后10年 基本持平 稍有领先 数控车削中心 综合评分 4.0 4.0 3.9 3.2 3.1 我国年代差距 落后10年 落后10年 落后9年 稍有落后 基本持平 数控系统 综合评分 3.8 3.8 3.4 2.9 3.0 我国年代差距 落后8年 落后8年 落后4年 基本持平 基本持平 丝杠/导轨 综合评分 3.8 3.9 3.2 3.0 3.2 我国年代差距 落后8年 落后9年 稍有落后 基本持平 稍有落后 主轴/转台 综合评分 4.2 4.1 3.8 3.0 2.9 我国年代差距 落后12年 落后11年 落后8年 基本持平 基本持平
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图(12) / 表(4)
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