迄今为止,“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项（以下简称“04专项”）共安排了22项可靠性相关课题。其中，2009年安排了6项有关主机可靠性技术的研究课题；2010年安排了4项有关关键功能部件的可靠性技术研究课题和3项数控机床整机可靠性研究课题，其中的2项主要是为了解决04专项课题执行过程中主机和数控系统可靠性指标的考核问题；2011年安排了一项有关数控高速冲压设备可靠性增长技术的研究课题；2012年安排了一项有关刀具可靠性设计制造的研究课题；2013年，针对数控车床、加工中心和数控磨床，分别安排了3项“千台数控机床可靠性提升工程”的可靠性技术应用研究课题；2014年安排了一项有关重型数控机床可靠性试验与评价技术研究的课题；2016年安排了3项课题，分别是“数控机床可靠性快速试验技术”、“机床制造过程可靠性保障技术”和“国产高档数控系统可靠性第三方测试及可靠性增长研究”。详情见表1。22项课题，经费合计32993万元，其中专项经费23728万元，详情见表2。

表1 04专项已安排的22项可靠性相关课题

表2 22项可靠性相关研究课题经费情况

可靠性共性技术的研究进展

“十一五”期间，04专项共部署了两批有关可靠性共性技术的课题，一是2009年设置的6项课题，分别从可靠性设计、可靠性试验、可靠性管理体系和可靠性评测技术等方面，开展覆盖数控机床全寿命周期的可靠性研究。二是2010年设立的7项课题，主要围绕数控机床使用过程中暴露出来的系统、部件可靠性差等问题，分别针对数控系统、电主轴、刀库、机械手和动力伺服刀架等对数控机床可靠性影响大、问题多的主要功能部件来开展可靠性研究。

“十二五”期间，共布置了6项共性技术的课题，在强调产、学、研、用相结合的同时，由企业牵头，确保前期研究的可靠性技术和成果落实到企业的产品中。同时，明确提出了3000台中高档数控车床、1500台中高档加工中心和200台中高档数控磨床的更高、更全面的考核指标，从而实现了可靠性研究由点向面的推广。

目前立项的可靠性共性技术课题，覆盖了可靠性设计、可靠性试验、可靠性增长和精度保持性等内容，涉及的产品包括加工中心、数控车床、数控磨床、重型机床、冲压设备、数控系统、功能部件、关键大件和刀具等，其中既有单个产品，也有系列产品。此外，大部分主机产品和创新平台的立项课题也都有可靠性的研究内容。总之，04专项设立的可靠性课题和研究内容，基本覆盖了机床主机和功能部件的所有主要企业。

具体而言，目前开展的可靠性共性技术研究包括以下内容：

1. 数控机床可靠性试验技术研究与应用。随着数控机床可靠性的提升，传统的可靠性试验由于周期长、所需样本量大和见效慢等原因，无法满足新产品的开发周期要求。因此，需要研发可靠性快速试验技术与装置，建立统一的快速试验规范和标准，并在机床企业建立起行之有效的可靠性快速试验手段和试验体系，使数控机床在有限的周期内、以可以接受的成本来消除或大幅减少早期故障。

2. 数控机床制造保障技术研究与应用。数控机床的高可靠性，离不开设计和制造两个方面的双重保障。但是到目前为止，针对机床可靠性的研究还主要集中在设计阶段，对制造过程中可靠性保障技术的系统性研究还远远不够。因此，需要以前期可靠性研究成果为基础，围绕企业的管理和制造过程，开展可靠性关键共性技术的研究，形成系统的实施标准和规范，以为机床行业提供成套的制造可靠性保障技术和工具。只有这样，才能推动我国数控机床可靠性的明显提升。

3. 国产高档数控系统可靠性第三方测试及可靠性增长研究。数控机床作为复杂的机、电、液系统，其可靠性的增长离不开机械系统和数控系统两方面的同步提升。目前，在“十二五”已开展的上万小时数控系统可靠性试验测试工作的基础上，运用分布式控制以及网络化技术，完善典型数控系统实测数据、故障模式及诊断数据的数据库，通过数据挖掘技术，掌握国产数控系统可靠性在数控装置、驱动装置及数控机床等方面的薄弱环节和分布情况，以此来实现国产数控系统可靠性及可用性的提升。

可靠性研究课题取得的阶段性成果

在04专项启动前，国内很少有研究机构和人员从事数控机床的可靠性研究。随着04专项的实施，吸引了多家研究机构和专家学者开展数控机床可靠性技术的研究工作，通过产、学、研合作，取得了一些阶段性成果，包括：

1. 探索建立了数控机床可靠性技术研究与工程应用的技术路线；

2. 开发了数控机床可靠性设计、可靠性试验和可靠性制造等多项技术；

3. 制定了一些数控机床可靠性技术规范和企业标准；

4. 部分高校和企业研制了多种用于功能部件、数控系统可靠性试验的系统；

5. 积累了一批数控机床的可靠性与维修性数据；

6. 培养了专门从事数控机床、数控系统和关键功能部件可靠性技术研发的创新团队。

通过专项课题的实施和研究成果的推广应用，机床企业从领导到员工，产品可靠性意识普遍增强，培养了一批初具可靠性知识的技术和管理人才。

“十一五”期间，专项立项支持的多数主机产品，平均故障间隔时间（MTBF）达到900小时以上，比专项实施前的600小时左右提高了50%以上。

“十二五”期间，专项立项支持的主机、功能部件可靠性相关课题，也取得了明显成效。从目前机床用户现场跟踪情况看，专项支持的关键功能部件的MTBF大部分达到2000小时，其中，主轴的MTBF约5000小时，刀库无故障换刀次数约1.5万次、MTBF约2000小时，高档伺服刀架的MTBF约2000小时；机床整机的MTBF大多数达到1200小时，少数机床的MTBF达到1500小时，甚至2000小时；数控系统方面，通过04专项的实施，摸清了国产数控系统可靠性水平的底数，包括：主要故障模式、故障部位和故障原因，具备了数控系统可靠性试验能力，根据数控系统的档次和复杂程度，可靠性指标MTBF达到2000～8000小时。

特别值得一提的是，在04专项的支持下，专业的数控机床可靠性技术创新团队已建立起来，如吉林大学机械工业数控装备可靠性技术重点实验室、东北大学机械可靠性与动力学研究中心，以及清华大学数控机床可靠性实验室等，从而使得国内具备了开发数控机床全生命周期可靠性各项实用技术的能力，具备了研发模拟实际工况的关键功能部件可靠性试验系统的能力。

可靠性和精度保持性存在的差距及原因

经过过去30多年的发展，特别是近年来在04专项强有力的支持下，我国的数控机床行业涌现出了一大批中高档数控机床创新成果，精度、主轴转速、伺服轴进给速度和多轴联动功能等主要性能指标，已逐步缩小了与进口产品的差距，从而为未来发展奠定了良好的基础。

但是，与国际高档数控机床的技术指标相比，国产高档数控机床的可靠性和精度保持性依然差距很大。通过现场跟踪考核04专项支持的数控机床的可靠性可以看出，目前国产高档数控机床的MTBF为1200小时左右，平均精度寿命Tmk为2年左右，而国际高档数控机床的MTBF为2000小时，平均精度寿命Tmk为5年；国产数控系统的MTBF在2000～8000小时之间，而进口数控系统的MTBF在30000～70000小时之间；国产关键功能部件的MTBF为2000小时左右，而进口关键功能部件的MTBF为10000小时。

从发达国家经验看，美国、德国、日本和瑞士等国家，都为开展数控机床可靠性的研究而长时间地投入了大量的人力、物力和财力，通过大量的可靠性试验，积累了大量的可靠性基础数据，为数控机床整机的可靠性提升提供了坚实的基础。在可靠性管理上，从数控机床的设计、制造、装配直至用户使用、报废全过程，围绕可靠性问题做了全盘考虑，对整个寿命周期的可靠性数据进行监控和采集，并以此为依据，为后续产品的设计提供参考。此外，德国、日本等国家还为高档数控机床的应用提供详实的维修、保养说明，从而有效地降低了用户的维护成本与停机损失。

相比之下，虽然目前国产数控机床也从设计、制造、装配直至应用的全过程考虑了可靠性问题，但是，国内对数控机床的可靠性研究及应用还存在一些问题，主要包括：

1. 企业可靠性技术的自主研发能力不强，可靠性管理体系尚不健全。相比国外机床厂商，国内大多数企业尚不能自主开展覆盖数控机床全生命周期的可靠性技术及应用研究，没有建立起规范收储可靠性信息的动态数据库，导致故障数据和载荷数据等基础信息积累不够，在主机和功能部件的设计、制造和装配过程中，不能提供充分的可靠性依据作为支撑，导致产品固有的可靠性水平先天不足。

2. 机床企业为用户提供可靠性技术服务的能力不足。目前国内机床企业由于缺乏对数控机床可靠性技术本质的了解，还无法提供包括机床的安装、维护、保养和使用等在内的全套服务方案，严重影响了国产数控机床使用的可靠性。

可靠性研究尚存在的主要问题

虽然围绕可靠性技术的研究取得了一些成效，但尚存在一些问题，主要包括：

1. 对数控机床可靠性故障机理的研究不足。目前，对数控机床可靠性的研究主要偏重于数控机床的故障统计、分布模型和可靠性评价上，虽然这些研究成果有利于企业了解机床的可靠性，但对于实际提升机床的可靠性帮助有限。由于对数控机床的故障机理和失效本质的物理、化学原因研究不足，对产生故障的物理本质、故障之间的相关性和共因故障等问题认识不清，造成改进过度而徒增成本，甚至出现改进无效的情况。

2. 企业可靠性人才匮乏。国内机床企业极度缺乏可靠性人才，相关知识储备不足。虽然通过04专项的实施，实现了产、学、研、用科研队伍的短暂合作，从一定程度上提升了企业产品的可靠性，但是，这样的合作是以项目为依托，是围绕项目考核指标来开展工作，一旦项目结束，研究队伍就不复存在，因此，不能保证研究的可持续性，无法持续提高国产数控机床的可靠性。

无论是企业还是高校，都应在04专项的资助下,以原有的可靠性研究为基础，深入探索可靠性机理和故障发生的本质。高校应协助企业将可靠性理论运用于覆盖产品可靠性的设计、制造和管理等全寿命周期的可靠性工程中来。企业应注重可靠性技术与应用人才的培养，从设计、制造和管理等方面，多方位地培养可靠性人才，使他们真正熟悉并掌握数控机床的可靠性技术要领，全方位地独立开展可靠性工作，提升企业的可靠性水平，制造出具有自主知识产权的高可靠性产品，最终形成几种典型的可靠性应用模式，以此为基础向全行业辐射和推广，这是提升国产数控机床可靠性实实在在应该做的事情。

制约可靠性进一步提升的主要瓶颈

我国对数控机床可靠性技术的研究起步较晚，对技术和数据的积累较为薄弱，导致提升数控机床、数控系统和功能部件的可靠性和精度保持性困难较大，其主要瓶颈在于：

1. 数控机床可靠性的技术体系尚不完善。数控机床作为复杂的机、电、液系统，要提升其可靠性，需要在技术上开展跨学科的研究，在时间上要覆盖全生命周期，在空间上要多部门协同。与电子和机械结构等产品领域相比，数控机床行业不具备相对成熟的可靠性理论和技术；与航空航天和武器装备等行业相比，数控机床行业尚没有形成比较完整的可靠性技术体系。因此，迫切需要探索出一条符合数控机床产品特点的、正确的可靠性研究与工程应用的技术路线，以此来指导企业的产品可靠性研究。但是，目前开发的可靠性技术成果尚显分散，尚未形成成熟的覆盖机床产品的技术体系，对技术成果和资源的整合不够，系统性和实用性尚显不强，整体水平尚待提高。

2. 关键功能部件的可靠性加速试验能力薄弱。开展关键功能部件的可靠性台架加速试验，能够主动激发各种潜在故障，通过对故障数据进行统计分析，为可靠性设计和制造提供依据，这是提高整机可靠性的主要技术手段。但是，由于不能开发出能够模拟实际工况、实现动态切削的可靠性试验系统，导致目前国内针对数控机床功能部件的可靠性试验，大多数尚处于空运转的低级阶段。

3. 04专项尚未建立起数控机床可靠性技术创新平台，缺乏向行业持续提供数控机床可靠性关键技术和可靠性数据的研究机构或技术和数据的共享中心，使得优质实用技术难以得到大面积的推广。

4. 前期立项的课题，完成情况不均衡。不同的课题，因承担者前期的研究基础和知识结构适用性的不同，导致研究成果的水平及其推广应用的效果差异较大。

聚焦薄弱环节，提出硬性指标

针对上述制约机床产品可靠性水平持续提升的技术瓶颈，04专项从战略层面进行了思考。“十三五”期间的04专项申报指南，几乎针对所有的课题都设置了如下门槛：国产功能部件的配套比例不能低于80%，并要求100%配置国产数控系统。在此基础上规定：数控机床的MTBF要达到2000小时以上；机床、数控系统和功能部件在交付用户使用前，应分别在机床、系统和部件的制造企业分别完成2000小时以上、10000小时以上和10000小时（刀库100万次）以上的模拟实际工况的运行试验，并撰写试验报告；课题牵头单位应对投入实际使用的机床、数控系统和功能部件的运行故障进行记录，形成故障统计和分析报告等。

通过在指南中硬性规定可靠性和国产化指标，推动了国产数控系统、国产关键功能部件和国产数控机床的广泛应用，保障了国产功能部件、数控系统和数控机床整机的可靠性的同步提升。

针对数控机床整机、关键功能部件的可靠性快速试验能力薄弱、国产高档数控系统可靠性差等问题，04专项还专门在2016年的课题申报指南中，单独设立了数控机床可靠性试验与制造保障技术的研究与应用课题、国产高档数控系统可靠性第三方测试及可靠性增长研究课题、功能部件测试试验共性技术研究与能力建设课题、滚动直线导轨副高效生产线关键技术课题等。通过重点聚焦我国可靠性研究的薄弱环节，充分利用产、学、研、用的团队优势，来重点突破制约机床可靠性水平持续提升的技术瓶颈，并在骨干企业的批量化产品上实施工程化应用，从而促使国产数控机床的可靠性水平得到真实可靠的提升。

建议和希望

在前期实施可靠性课题的基础上，希望04专项能继续加大对国产数控机床及关键功能部件可靠性研究的支持力度，引导课题的成果产出。

第一，针对专项支持的产、学、研、用团队，应强化基础理论研究和应用技术研究的连续性，持续地支持基础理论和面向应用的共性技术的研究，对技术创新提供支撑，对数控机床可靠性的实质性提升提供保障。同时，要加强学科间、行业及部门间的协作，抓住领域中亟待解决的突出问题，以及围绕至关重要的未来课题，开展跨学科或多行业的合作研究。

第二，加速实现数控机床研究平台的开放，以使新的合作单位能够更容易地加入进来，实现成果和资源的共享。为此，建议04专项应将研究成果向产业链上下游企业及行业的中小型企业推广，引导中国的数控机床行业在知识共享中共同进步。

在04专项多年的资助下，课题承担单位均储备了大量的技术资源，对数控机床可靠性技术创新平台的建设都非常重视，因此，完全有能力向数控机床行业持续地输出数控机床的可靠性关键技术和数据，形成技术共享中心，从而使优质的可靠性技术得到推广。

同时，应在现有的可靠性研究基础上，深入开展应用技术的研究，加速科技成果的产业化。按照市场化要求，整合各类资源，加强行业内外合作，推动高端制造装备向产业化的方向发展。

数控机床可靠性快速试验

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