1.2 國內外研究現狀

1.2.1 信創產業的歷史演進

1.歐美

20世紀80～90年代初，美國高度重視計算機與互聯網技術的發展，陸續推行了“信息高速路”“因特網-II”“新一代互聯網”等項目，借助信息科技的變革，一躍取得了第二次世界大戰后最長久的一次經濟發展。在該階段的初期，網絡泡沫破裂，信息技術的浪潮已經降溫，然而信息技術的革新仍然遵循著其固有法則，隨后移動互聯網、云計算、大數據、物聯網等新一輪的信息技術變革，對美國的經濟、社會結構、生產體系、組織等方面產生了深刻的影響。

美國商務部和統計委員會公布的報告指出：“信息產業在整個經濟產值中比重在2000年只有8.3%，是世界上比重最高的國家。1995—1999年，對美國經濟實際增長做出了幾乎1/3的貢獻。1998年，信息產業在研究和開發方面的投資總額為448億美元，幾乎是全美公司研究開發投資的1/3。六個主要的經濟研究組織研究結論是：20世紀90年代后半期，信息產業的生產和使用對美國生產率的增長的貢獻達到一半或一半以上?！?span id="tmejkrj" class="super">[1]

就信息設備產業而言，美國計算機工業的發展是當時世界上絕對領先的。其中，世界前10的計算機硬件廠商中，美國有5家、日本有3家、歐洲有2家；美國計算機硬件在世界計算機軟件的銷量中占60%，而美國芯片制造企業占據全球芯片市場43%的份額；美國的通信行業規模也是世界最大的，美國家庭計算機普及率已達31%，電話普及率為93%，同時擁有1500萬用戶的互動式計算機通信網絡等設備和技術基礎，未來20年將投入4000億美元，建成全球規模最大、功能完備的信息高速公路系統；美國大部分增長將來自無線通信領域，美國無線通信市場普及率達到47%，使得用戶數量每年增長13%。在信息服務業方面，1992年美國信息服務業市場成交額達1220億美元，占全球信息服務業市場的46%，1997年為2170億美元，占45.6%，位居世界第一。同時，美國的軟件業占國際軟件市場的75%，也處于絕對優勢地位。此外，就信息技術產業而言，第二次世界大戰后，世界上的重大科技發明有60%出自美國，70%在美國最先付諸使用。可見，信息技術具有廣泛的滲透性和應用性，美國在這方面的整體水平較高，已經成為美國高技術的核心[2]。

美國企業、政府、科研單位齊心協力，為世界互聯網信息技術的發展提供了有力的支持。對新一次信息化變革的時代進行分類，可以從不同角度進行分析，如信息化對生產力的貢獻、重大技術集群性的革新等。經濟合作與發展組織（Organization for Economic Co-operation and Development，OECD）于2012年把《信息技術與通信產業展望》的年報改名為《互聯網經濟展望》，稱“移動互聯網、物聯網、云計算、大數據等理念將會是互聯網的新一輪變革的先驅”。

從技術和工業轉型角度，美國的信息化發展的歷程大致可以分為三個階段。

第一階段，萌芽期。據統計，1999—2001年，全球互聯網創業投資總額達964億美元，其中80%投資給美國，這推動了美國信息產業的發展，但“一躍而上”也導致了互聯網行業的泡沫。據統計，美國有257個公司在2001年度提出了破產要求，總計2585億美元；2002年，有119個企業申報破產保護，總財產達到3788億美元，破產清算增加147%。

第二階段，成長期。2002年年底，因特網的股指從谷底回升，美國由此步入一個新時代，顯著標志是在信息科技和工業方面都發生了變化。2002年年底到2008年的金融風暴期間可以稱為由經濟危機觸發的經濟周期。隨后，經過2008—2013年的短期調整，以及信息科技公司的獲利方式逐漸趨于完善，因特網指數迅速成長，2014年已經達到“網絡泡沫”時代的頂峰，新一波信息科技革命已經步入一個飛速發展的時代。IDC稱，2014年年底，蘋果iOS和谷歌的Android系統分別占據了96.3%的市場，并且在這一領域的占有率已經達到了近乎獨霸一方的程度。從技術角度看，當時的互聯網連接功能已完全延伸至Web 2.0，正在逐步向Web 3.0邁進，并將完全步入移動通信互聯的年代?？梢?，其間無論是在技術開發、商業創新還是在利潤比例方面，毫無疑問，美國都是世界上的網絡經濟領導者。

第三階段，成熟期。據統計，美國的數碼產業在2016年增長了6.8%，達到11萬億美元，大大高于中國（3.8萬億美元）、日本（2.3萬億美元）、英國（1.43萬億美元）。美國PayPal在2016年擁有1.97億的全球活躍客戶和345億美元的年度付款。至今，美國的信息技術人才一直在迅速增加，業務分享和本地交流、協作變得越來越頻繁，創新環境得到進一步優化。

2.日本

日本的信息化發展歷程同樣可以分為三個階段。

第一階段，起步期。1993—1996年，信息產業年均增長率達到6.4%，大大超過同期行業的平均增長率1.68%。1996年，日本信息產業產值達1330萬億日元，占日本各產業總產出的11.4%。信息產業的增長對日本整體經濟發展產生了良好的影響，使得信息產業生產額在日本整個產業中占據越來越重要的地位。信息產業投資對國民經濟的貢獻很大，帶動了相關產業的發展。1996年，日本信息產業投資占其GDP實際增長的15.4%，占日本GDP增長的3.9個百分點中的0.6個百分點，遠高于其他行業。1990—1996年，日本信息通信產業達30萬億日元，其中50.9%為信息通信產業，16.4%為波及效應。日本信息技術產業的快速發展主要得益于政府傾斜產業政策和多種經濟手段的支持。

1995年2月，日本政府發布《推進高度信息通信社會的基本方針》，其中提到日本將于1995年成為“信息通信基建之年”；1996年，制訂《21世紀信息通信技術研發的基礎規劃》；1998年8月，頒布《信息通信政策大綱》，其中明確指出“發展科技、重塑社會”；日本五個最大的電子器件制造商NEC、日立、東芝、富士通、三菱電氣在日本的GDP中占據了5%的營收，在日本的出口量中占據了超過1/4的份額。日本內閣于2000年7月決定成立“IT戰略本部”，旨在全面推動日本信息技術革命；2001年1月，提出了“電子日本戰略”，目的是讓日本在5年之內整合各國的政府與公民的資源，迅速取得突破性進展，打造全球信息技術大國。

第二階段，發展期。從2002年中期開始，一直處于“平成蕭條”狀態的日本經濟復蘇現象并不明顯，經濟形勢好轉的難度繼續加大。但也是在2002年，作為日本最大的產業，日本信息技術產業在日本不明朗的經濟形勢中卻扮演著頂梁柱的作用，繼續引領日本經濟的發展。

相關數據顯示，日本是僅次于美國的全球第二大信息技術產品生產國。2002年，實現2320億美元的銷售額，較上年同期增加了0.5%。在信息技術、產品開發、市場份額、計算機尖端技術等方面，均僅次于美國。數據壓縮技術、視頻技術、筆記本電腦顯示技術也是全球遙遙領先。日本信息產業在2004年的實質國內生產額高達115萬億日元，可容納380萬個工作崗位，在全行業中所占比例分別為11.8%和6.8%。1995—2004年，信息產業實質國內生產額與就業量平均增長率分別為5.5%與0.5%，成為21世紀初日本最重要的產業之一。2000年3月，《東洋經濟統計月報》對1312家制造業企業的調查顯示，80.8%的企業在信息技術方面的投入程度不同。到2005年為止，97.6%的企業在進行著信息技術投資布局。另外，民營企業設備投資在信息技術投資中所占比重也逐漸增加。2004年，日本在信息技術領域的實際投資達到164萬億日元。其中，私人企業設備投資額占21.6%。2000—2004年，私營企業設備投資占信息技術投資總額的比例由19.0%上升到21.6%，上升了2.6%。

第三階段，飛躍期。日本出臺了《IJanpan戰略》和《2015年制造白皮書》等政府綱領性文件。根據《2015年版制造白皮書》，日本制造業在積極發揮信息技術作用方面落后于歐美國家，建議日本制造業在未來轉型中利用大數據技術積極為“下一代”制造業提供基礎支撐。具體地說，日本應通過大量培養制造人才，將生產轉移到海外，積極利用信息技術（大數據、物聯網和軟件技術）發展下一代制造業，加速制造業升級換代，推動不同產業的融合，從而推動日本信息技術產業的發展。

3.中國

信創產業的發展對于我國國家經濟的數字化轉型和產業鏈的發展至關重要[3]。我國的信創產業發展大體可以概括為以下四個發展階段：1993—2007年的預研起步階段，2008—2016年的加速發展階段，2017—2019年的試驗實踐階段，2020年至今的應用落地階段。

第一，預研起步階段。1993年，浪潮研發SMP2000系列服務器；1998年，中軟推出第一代基于UNIX為底層的國產Linux操作系統“COSIX 1.0”，國產操作系統橫空出世；2000年，紅旗Linux發布；2001年，方舟1號CPU問世；2006年，《國家中長期科學和技術發展規劃（2006—2020）》將“核高基”列為16個重大科技專項之一。

第二，加速發展階段。2008年，阿里巴巴內部信息技術升級，全面進行自主和可控研發；2010年，民用“中標Linux”和軍研“銀河麒麟”合并；2013年年底，中國銀行保險監督管理委員會明確提出國產化安全要求；同年，浪潮天梭K1小型機系統上市，標志著我國掌握了新一代主機技術；2016年，中國電子工業標準化技術協會信息技術應用創新工作委員會（簡稱“信創工委”）成立；《國家信息化發展戰略綱要》提出，到2025年形成安全可控的信息技術產業體系。

第三，試點實踐階段。2017年，“核高基”重大專項第二批工程啟動會召開；2019年，國產CPU迎來收獲期，兆芯KX6000亮相，性能極大提升，飛騰發布新一代桌面處理器FT-2000/4；2019年，完成多個重點專項試點工程；2019年，中國建設銀行與中軟合作開發的國產化辦公自動化系統在境內外分支機構全面部署上線。

第四，應用落地階段。2020年，中國電信、中國移動正式制定信息技術應用創新項目的招標標準；各省份信創項目逐步啟動，進行招標；2020年9月，國家發展和改革委員會、科技部、工業和信息化部等聯合發布《關于擴大戰略性新興產業投資 培育壯大新增長點增長極的指導意見》，要求加快關鍵芯片、關鍵軟件等核心技術攻關，大力推動重點工程及項目建設，積極擴大合理有效投資；2021年4月，建設銀行信用卡核心系統全棧信創體系以優異成績通過驗收，性能提升超10%。

相關數據顯示，2021年信創產業整體市場規模為6886.3億元，近5年復合增速達到35.7%，預計2025年市場規模將達到23354.6億元。隨著數字化轉型的深入，我國服務器市場仍然有望保持健康的增長態勢；2021年，我國x86服務器出貨量為375.1萬臺，預計2025年出貨量達525.2萬臺。根據中國信息通信研究院發布的《數據庫發展研究報告（2021年）》，2020年，全球數據庫市場規模達671億美元，僅中國數據庫市場規模就達240.9億美元，約占全球市場份額的35.9%；我國數據庫市場預計到2025年將達688.02億元。我國信創產業未來將以關鍵領域的全面安全為主，實現軟件、硬件的全部替代，并逐步實現政務云的國產化。因此，要以目前的信創產業為契機，全面實現以操作系統、芯片、數據庫、應用軟件等為核心的國產自主安全平臺，隨著云計算、大數據、人工智能、物聯網等應用的深入，還需持續提升底層能力，擴大上層業務，擴大產業邊界[4]。

1.2.2 國內外高端數控機床領域發展的相關研究

制造業是國家的根本，工業母機是制造業的基礎，而數控機床系統（數字控制機床，Computer Numerical Control Machine Tools）是工業母機的大腦，只有強大的數控機床系統才能讓工業母機行業更上一層樓。目前，國內的數控機床系統與國外的數控機床系統相比，還存在較大的差距。雖然國內已經初步形成了數控機床產業集群，但主要集中在經濟型、普及型上，中檔數控機床系統主要由我國和日本占據，高端數控機床系統基本由歐洲企業壟斷。

1.技術水平

目前，我國數控機床（簡稱CNC）產業發展的“瓶頸”是自身技術相對落后和對國外技術的高度依賴。中高檔CNC加工設備大多處于裝配和制造環節，總體上缺少關鍵技術，這是國內數控機床企業普遍存在的問題。據統計，CNC系統的核心技術包括顯示器、伺服電機、伺服控制器、各種開關和傳感器，而CNC設備90%是從國外引進的，且70%的CNC技術專利仍然被海外公司壟斷。我國數控機床研發投入不足、基礎薄弱，導致國產數控系統性能和功能與國外差距較大。

以高端數控機床為例，國產機床在高端數控機床市場中所占的份額較低，主要原因是高速、高精度等問題未能解決。例如，國外高速機床使用的是滾珠螺桿副，快進料速度通常為40m/min，最大為90m/min，而國產數控機床的高速進刀速度通常僅為30m/min。盡管以華中CNC、大連廣陽、廣州CNC等企業為代表所生產出的國產數控機床具有快速程控、多道多軸聯動、多道及多路控制、高精密內插值、樣條插補、空間切割、機械幾何誤差、溫度補償、動態誤差校正、故障診斷、雙軸同步等優點，但改進空間仍很大。國外高檔設備的無錯誤操作周期是30000個，使用年限是10年，而國產設備的無錯誤操作周期是10000個，使用年限是3年。我國目前的CNC系統多用于中低檔設備，工作條件苛刻，且硬件的工作周期很短。近年來，我國的電子產業發展很快，在PCB EMC設計、制造、元器件焊接、電路板的老化等方面均已接近國際先進水準。

國內數控機床的可靠性相對較低，主要原因在于其軟件容錯能力和智能水平不夠高。在經歷了數年的發展和不斷完善后，國外的系統軟件基本上適應了各種環境，而我國目前的系統軟件更多的是面向一般的機床，在某些特定的環境中，因為市場周期比較短暫，所以在不同的領域中并沒有足夠的反饋迭代性。不過，在智能誤差校正與智能故障檢測等領域，國產設備采用先進的裝備精密技術，對機床幾何誤差、熱力誤差、力誤差進行全面的建模，并對多軸機床進行了智能化誤差綜合校正，解決了機床的誤差問題，極大地延長了機床的使用壽命。與此不同，國外先進智能設備擁有大量故障知識庫和智能推理功能，結合人工智能技術，能夠進行現場或通過網絡的遠程故障檢測[6]。我國的先進設備在誤差補償、故障診斷、智能化等方面都比較滯后。德國13%的機床供應給世界各地的設備供應商，彰顯了其在世界范圍內的領先地位。究其原因，德國的機械制造公司每年有6%的營業額來自研究和開發，從而大多數公司擁有自己的技術和制造能力，并且居全球領先地位。在德國的制造業中，數控設備的產量約占80%，占到德國制造業出口量的3/4。盡管數控設備在德國工業總產出中的比重不足1%，但它們已成為德國制造業持續發展和競爭力的重要保障。

2.發展模式

隨著全球經濟復蘇的加強，經濟活動加快，我國政府出臺了一系列政策，推動制造業轉型升級，迎接新的機遇與挑戰。加入WTO后，我國采取了包括減少進口設備進口稅、放寬進口許可、實施第一臺（套）重大技術設備在內的保險賠償制度等措施，來促進行業進出口貿易高速增長[7]。同時，我國已經從“引進來”轉向“走出去”，通過積極參加“一帶一路”建設、參加亞投行、簽署自貿協議等舉措，有力推動了外貿的快速發展。

2018年，我國經濟持續穩步發展，數控設備制造業也迎來了一個新的、適度的發展循環。工業總體生產率得到很大提高，技術和產品質量都在逐步縮短與世界先進國家之間的距離，真正實現了高速、高效率的發展。

據統計，2017年，我國鋼鐵行業的金屬加工設備消耗總量達到299.7億美元，同比增加7.5%；金屬加工機械生產總額達到245.2億美元，同比增加5.1%。其中，加工機械的產量達到133.5萬美元，同比增加3.6%；我國已完成了一項超過111.7億美元的生產任務，同比增加7.1%。機械行業的恢復勢頭十分顯著。2017年，全國金屬加工機械產品的出口額達到31.74億美元，較上年同期增加11.65%；出口總值達86.79億美元，同比增加17.75%；外貿順差55.05萬美元；我國的機械工業進口和出口都有所好轉。國產經濟型CNC系統已能基本適應我國的需求，占據95%以上的市場份額。在高端CNC技術中，微型計算機的迅猛發展為先進的CNC技術的發展奠定了堅實的基礎，從而促進了高質量、高效率的發展。同時，在一系列國家重點項目的扶持下，我國的功能性零件實現了重大的技術創新，其中一些已經擁有了自己的技術專利，包括滾珠絲杠、導軌、動力刀架等核心功能零件，其精確度和可靠性已經達到世界領先的水準。雖然國內的功能性零件生產廠家數量位居世界第一，但是在產值和產品檔次上還存在著很大的距離。目前，在國家科技政策的支持下，許多數控機床企業攻克了數控機床的關鍵技術，取得了較好的示范應用效果。

“中國制造2025”把高端數控加工設備列為國家未來制造業發展的重要目標，我國在世界范圍的地位也在逐步提升，許多國際知名的機械廠商紛紛在我國設立分支機構，這也使得企業可以借鑒全球先進技術[8]。根據目前的發展現狀和問題，我國的CNC工業將向著“精度高、速度快、可靠性高、質量高”（“四高”）發展，數控設備行業正朝著智能化、網絡化、復合化、綠色化發展，特別是在最近幾年，國家持續加大了對環境的保護力度，數控加工行業也在進行綠色升級[9]。

我國數控機床行業經過多年低端發展，急需提升行業產品競爭力，走高端化發展道路。創新是行業發展的根本動力，要提高數控機床行業的技術水平，必須加強創新能力平臺建設。例如，“高端數控機床及基礎制造裝備”科技重大專項，包括：行業技術與裝備創新能力平臺建設、復雜數控刀具創新能力平臺建設、復雜數控刀具創新能力平臺等課題的研究。隨著CNC工業的發展，數控機床的技術水平得到了極大的提高，從而帶動了國產數控機床、數控系統及相關功能部件的市場發展，為擴大國內數控機床市場創造了有利條件。未來，隨著智能制造的發展，機床行業將面臨更大的變革，如何妥善解決產品出口問題成為建設制造強國的關鍵所在。

3.發展環境

隨著新一輪技術革命和工業轉型的不斷深化，世界范圍內的高端數控設備結構發生了巨大的變化，德、美、日等先進國家和區域領先的企業形成了一股強大的競爭力量。美國不斷加大對我國的高科技技術和產品禁運力度，迫使國產機床在材料、工藝、系統等領域實現自主可控的需求，達到了空前的程度。在關鍵的產業鏈上，高速精密軸承、高檔齒輪等關鍵零件，包括智能芯片、光柵尺、光刻機等，以及數字協作設計、3D/4D制造流程仿真、高精度現場測量、高性能伺服驅動等關鍵技術，車銑復雜數控加工中心、設計加工測量一體化制造平臺等，急需加大研發投入，實現原創性突破[10]。

2022年，我國的CNC工業以31.5%的增長率位居世界第二，僅次于日本（32.1%），比德國（17.2%）高14.3個百分點。然而，中國的CNC工業整體呈現出“大而不強”的態勢，特別是CNC關鍵部件的主要技術與日本、德國等生產大國相比還存在很大的差距，大部分企業僅憑“量”來贏得行業的競爭，無法在國際上占據上風。

2022年，我國的CNC進口總額為68.9億美元，位居世界第一，出口額30.6億美元，次于德國、日本和意大利，位居世界第四，而且出口產品的附加價值相對較少，缺乏國際競爭能力。同時，我國的高端機床產品進口量也遠遠超過了其生產規模，這意味著我國生產的高端機床無法適應其自身的需求，只能通過進口來解決。在出口方面，近年來，我國積極進行國際協作，對我國數控加工設備的出口起到了很好的促進作用。但是，目前國內一些企業的產能過剩問題依然嚴重，同時由于勞動力成本、原材料成本和貨幣的匯率等原因，使得數控設備的出口更加艱難。而整個工業的出口商品以低端、低價值為主，產品的結構層次偏低。因此，從當前我國數控設備制造業的發展狀況來看，國內的工業發展依然任重而道遠。

當然，國內的高端數控設備制造業也面臨著新的發展機會[11]。

一是汽車制造、航空航天、海洋裝備、電力電子、工程機械、精密制造、新能源與環境裝備等領域迅速發展，高端數控機床等技術創新持續快速演進，在加工基礎材料、關鍵零部件、工藝水平等方面迭代、試錯機遇得以大幅增長。

二是國產高端CNC與國外先進水平雖然有較大的差距，但其在多軸聯動控制、功能復合化、網絡化、智能化、開放化等前沿技術領域已取得了較好的成果，尤其是對需求最大的中低端數控機床市場，自主生產能力具有一定的匹配度，為追趕前沿及滿足國內大部分應用需求提供了很好的基礎條件。近年來，在“863”項目支持下，我國高校、研究院所紛紛對CNC設備進行了遠距離監控與故障檢測技術的探索，通過協作，開發了一套套以互聯網為基礎的遠程監控與故障檢測平臺，這為各制造廠商提供了遠程維護的基礎保障。

廣州CNC公司開發的CNC設備網絡系統能夠對現場的工作狀態進行實時監測和遠程診斷，減少了維修費用，并為建立故障知識庫和加工知識庫打下了堅實的基礎。隨著“高端CNC與基礎制造設備”項目的實施，各企業紛紛加大了研發力度和自主創新力度，使得我國的數控設備在產品類型、產業規模、應用領域方面取得了長足進步，產品在航空航天業、汽車工業、船舶制造業等領域得到了廣泛應用。

整體上，由于缺乏核心技術、自主創新能力和國際上具有競爭力的品牌，導致了我國CNC與全球先進水平存在較大差距，同時我國的高端設備研發能力薄弱、產品穩定性欠佳、產品質量待改進等問題嚴重影響了我國的高端機床產品在國際上的聲譽，使得我國的高端設備產品缺乏足夠競爭優勢。

1.2.3 信創賦能高端數控機床領域發展的研究進展

1.技術水平

由于計算機技術的迅速發展，傳統的制造業發生了巨大的變化，世界各國（或地區）都在大力研發先進制造技術，并建立了新型的生產模型。數字控制是當今先進制造技術中的關鍵，需利用微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等先進技術，具有高精度、高效率、柔性化的特點，在實現柔性自動化、集成化和智能化方面具有重要意義。隨著我國數控設備不斷向高精度、自動化和網絡化發展，國內很多企業都在應用計算機輔助設計（CAD）、企業資源計劃（ERP）和電子商業等技術。然而，目前國內使用CNC設備的信息化水平還很低，這主要是因為其自身的基礎比較薄弱。同時，我國的CNC設備信息技術成熟度還不夠，在國外，其成功的時間在10000多個小時以上，而我國自主開發的成功時長還不到國外的50%。所以，進口數控設備在國內的市場占有率每年都在增長，而售價也在持續攀升。

CNC設備的可靠程度已成為人們普遍關心的一個重要問題。智能化技術通過對加工系統的檢測、建模、特征抽取等物理量的分析，對加工系統的內外狀況進行智能判斷，并對其進行動態調整，以保證其在生產中的最佳運行[12]。例如，沈陽機械加工中心AH型鉆孔機采用了德國西門子制造的簡單CNC核心元件PLC，而PLC元件維修現在是西門子公司的技術支撐。目前，國內的CNC設備在信息化領域的運用還遠遠落后于國際先進水平，未來應該向速度、精度、可靠性和智能化方向發展。同時，我國的CNC產業發展面臨著技術水平低、企業技術基礎薄弱、研發能力薄弱、對國外先進技術高度依賴等問題。為了打破先進技術壁壘，國內企業需要進行更多的研究和開發。我國的數控設備長期依靠進口技術，不但喪失了核心技術的研發，而且在售后服務上存在著一定的問題，這使得其產品永遠處于落后狀態，很難打入國際市場。所以，加強對“中國芯”的扶持，并盡快把我國的CNC加工中心建設起來，是當前的一項重大任務。

基于以上分析，對我國的CNC設備智能化發展有以下建議。

（1）集成化

本機使用高性能CPU、RISC、FPGA、EPLD、CPLD、ASIC等特殊IC，使整個系統的性能得到改善。采用FPD平面顯示技術，可以有效地改善顯示器的顯示效果。由于其技術先進、質量輕、體積小巧、功率消耗小、易于隨身攜帶、能達到超大型顯示器的特點，已逐漸在21世紀占據了主導地位。利用先進的封裝和互聯技術，半導體和曲面裝配技術有機地融合在一起。集成化可以使芯片的數量大大減少，從而降低生產費用，改進性能，減小部件的體積，提高系統的可靠性。

（2）模塊化

模塊化的設計使CNC的集成化和標準化成為一體，根據CNC的不同功能要求，將CPU、內存、位置伺服、PLC、輸入、輸出、通信等模塊結合在一起，形成一套標準化的產品體系。

（3）網絡化

通過對數控系統的網絡化，可以進行遙控和自動控制。機床網絡實現了對機床的編程、設定、操作、運行，同時對各種機床進行實時展示。

數控機床的革新是“永恒”的主題，而信息化給數控設備的發展帶來了一個全新的發展空間，尤其是數字技術的發展，使數控機床行業進入了信息時代。根據“技術至上、應用至上”的原則，國內企業對數控機床進行了創新[13]。在數控系統不斷創新的基礎上，隨著計算機技術的發展，對機械設備和流水線的智能化也有了新的問題和思路，推動我們進行新的探索。智能機床的三大核心技術分別涉及三大基礎共性問題、智能功能、數控機床與加工工藝“數字孿生”。為了應對未來的競爭，對智能機床原型系統及智能加工關鍵技術的研究與開發具有重要意義。智能機床的發展分為三個階段：初級階段的機床+數字化，中級階段的數控機床+互聯網，高級階段的計算機、網絡等。CNC加工中越來越廣泛地使用傳感技術，網絡技術與數控機床不斷融合，智能化功能初見端倪。

2.發展模式

數控機床技術創新模式是指從創新起點、創新要素關系、創新方式選擇等方面建立的集成技術創新模式。美國、德國、日本等是全球最有代表意義的區域之一[14]。CNC設備開發時，起步于技術革新的水平存在差異，從而具有不同的技術創新模式，如表1-1所示。

比較而言，美國擁有強大的基礎科研實力，但整體技術革新表現出不平衡的特點。它的創新方式可以總結為間斷的、單一型的革新化。具體來說，創新活動在時間上分布不均勻。創新的本質不僅僅是模仿或簡單組合現有技術，而是創造出全新的技術，例如數控系統的研發和工藝改造。在創新過程中，企業通常從基礎研發開始，然后進行產品研發，最終才進入量產階段。特別是在市場推廣過程中，企業的創造力相對較弱，這導致整個技術革新周期較長且不太連續。所以，整體上，技術革新的力量分布不均，效率低下。

德國的CNC工業采用的是一種持續集成的技術革新方式，最顯著的特征是平衡的競爭[16]，具體表現為：①把基礎開發、生產、銷售擺在同等地位，通過整合、創新、整合，使企業與科研部門密切協作，既有技術的優點，又能使數控與技術有機結合；②把現有市場與新市場進行良好銜接，通過技術創新的整合，使其能夠保持可持續的發展。

日本技術革新水平較低，但技術革新的方向十分明確，具有鮮明的戰略定位。工藝上的技術革新在實踐中取得了較好的效果，就是重視技術引進和吸收，通過產品創新、市場創新來取得市場領先地位，以縮短技術創新的周期。日本在不斷地累積和掌握技術的過程中，不斷地將技術轉移到自己的研究領域，使其在各方面的技術創新力量趨于平衡，并最終達到一個良好的發展狀態。

從以上技術革新結果來看，日本和德國較為成熟，技術發達的德國是其成功的代表，日本是一個成功的例子；美國的發展速度很快，在基礎科研方面也是數一數二的，但與日本和德國相比還有一定差距。由此我們可以得出結論：技術革新是技術進步和市場進步的動力，而對科技進步的關注是推動科技進步的根本。

美國CNC工業技術革新的動力機理是技術驅動型，其發展早期以軍事和國家購買為主，技術進步是主因。美國作為CNC的誕生地，一直是世界上最先進的CNC研發中心，現在也在積極開展新一代計算機控制技術的研發工作。美國的技術得以發展的最主要的因素就是注重研究，而美國的研究體系是以政府為主體的，在科研方面的投資和研究能力都很高，但政府科研部門、高校與企業科研部門的關系不緊密，對基礎科研工作的關注程度不夠，對應用與發展的研究也不夠關注。

德國CNC工業技術革新的原因主要有兩方面：一是需求，二是技術。在發展初期，產業界還處于“觀望”狀態，沒有積極地進行開發，后來為了迎合市場需求，出現了一些技術上的創新。20世紀70年代，CNC技術迅猛發展，德國人對于CNC的看法也隨之改變，這體現在高校與企業的基礎研究、應用研究、開發等方面的緊密聯系。

日本的CNC工業正處于發展初期，政府的引導、激勵和有效的管理是推動其發展的主要動力，同時技術推動、需求拉動以及不斷的創新也是關鍵因素之一。日本公司在技術上的帶動效應逐步加強，經歷了從消極到積極、從直接到間接的轉變。日本的科研體制是以民企為主體，并且是以產、官、學為一體的技術研發系統，日本的CNC更側重于產品的開發與應用，但與更側重基礎研究的美國、德國等國家相比還是稍遜一籌。但近年來，日本對基礎科研的投資在不斷增長。

另外，我國臺灣地區的CNC設備的技術革新方式主要是移動式和傾斜式工藝，核心特點包括：企業的技術創新不平衡，企業的創新常常以市場的方式推動企業的產品革新，從而帶來區域的競爭優勢；依靠革新的流程，在短期內贏得勝利；在基礎研發、產品研發等方面，只是在市場與自身的長處尋求結合，難以積極地進行自主創新，并在需要時才能實現。我國臺灣地區的CNC企業規模小，機制靈活，反應快，現在各領域的力量都在逐漸壯大，并逐漸形成一個健康的技術創新循環[17]?；诖?，我國臺灣地區在技術上進行傾向性革新，短短十年內就躍居全球十大數控設備之首。

我國臺灣地區的CNC加工中心是在廣泛的需求帶動下進行的，它的帶動效果來自市場需要和企業發展的需要，也來自日本等國對CNC的帶動。為迎合市場的需要，CNC企業非常注重產品的設計，然而整體的研發力量還不夠強大，特別是在基礎研究方面還很薄弱，主要是對產品的改進缺少創新的力量。

3.發展環境

數控機床行業技術創新的外部環境包括政府政策、市場、資金、教育等諸多因素。國內外數控設備行業發展的實踐證明，企業技術革新能否成功，關鍵在于企業所處的外部條件。從外部環境來看，政府的決策尤為突出。日本就是一個很有代表性的國家，在發展過程中，日本的工業界頒布了三項“重整法”，把CNC作為優先發展的產業，并且制訂了發展規劃、指導報告、設立機構等多種形式，給了它們發展的有利條件。從橫向來看，日本的政策具有系統性、連續性和漸進性，促使工業從技術引入發展到自主發展，從基礎薄弱成長至成熟。從水平上來看，政策涵蓋了引進、開發、生產、銷售等方面，從而推動了整個技術創新進程的整合。

相比之下，美國更加重視市場調控，而沒有太多的政府干涉。在美國的CNC發展中，國家主要的職能是推動其發展，但在投資、信貸、稅收等方面沒有對其進行任何的保護。美國的CNC工業在20世紀80年代的衰退讓該產業一度跌入谷底。自此，美國政府一直在加強對工業的干預，不但與日本等簽署了VRA協定，對中國的產品進行嚴格限制，而且制定了一些政策，推動了美國數控設備制造業的發展[18]。不過總體而言，與日本相比，美國政府在CNC工業上所扮演的角色要少得多。但是，長期以來，美國數控機床行業的表現總體可以總結為：融資困難，政府貸款優惠政策少，銀行利率高，企業負擔重，企業經濟效益不佳，自我投資能力不強等。

而日本的財政狀況較為寬松，其財政補貼政策通常作為一種有效的引導行業發展的工具，企業輕易地就能得到國家的信貸支持。因此，日本的CNC公司與金融機構有很好的聯系，而且金融機構很樂意向他們放款。德國CNC的加工設備公司在發展進程中也會得到一定的政府補貼，使其具有更好的經濟效益，因此自我投入的積極性也較高。

德國和日本擁有較好的人力資源條件。德國一向注重教育，其特征是高校和員工的培養網絡化、并行發展。日本的產業發展以受過教育和訓練為根基，十分注重經營和營銷人員的技術培訓，這對于迅速地進行技術革新大有裨益。美國人才質量不平衡，有不少的科研人員在從事CNC的基礎工作，卻沒有專門的技術人員，20世紀80年代控制工業的沒落導致大量的公司轉產、倒閉、人才流失、工人老化等問題，這一直是美國CNC工業面臨的難題。

從企業的組織構成上，全球CNC機械制造廠商大多是中小規模的，它們的分工合作機制比較完備，特別是日本和德國等。其中，日本更注重大公司的發展，而德國更注重中小型企業的發展。近年來，德國的大公司逐步向集團式發展，其力量逐步加強。日本和德國有著較為完善的技術創新機構，具有較強的技術革新能力。美國有許多中小企業，他們缺乏可以靈活處理創意的中等規模企業來承接各種創新的工作。

建立和執行合適的技術革新策略是提升數控設備制造技術創新的重要手段。技術創新策略包括國家或區域技術創新目標、技術創新路徑、技術創新重點、技術創新實現路徑等。日本的CNC工業具有清晰的技術創新目的，其總體的技術革新策略是以產品和營銷為核心的。通過選取適當的切入點，以集中、批量、技術特點為核心的集中批量生產體系，并以其配件為配套，以服務于民用工業，尤其是中小型企業主導的一系列產品，市場創新戰略包括價格優勢、售前售后服務等。此外，它的戰略型人才的培育也在其中扮演了一定角色。

德國CNC工業的技術革新策略就是要發揮其自身的技術力量，整體上創造出一個新的綜合競爭優勢。在生產策略上，德國保持了傳統的高質量、高精度的大精密機械等優勢，并靈活運用各種類型的機械。其營銷戰略是為客戶提供各種不同類型的機械設備，具有豐富的銷售渠道和完善的銷售服務體系。所以，雖然德國的CNC機床價格很高，但仍然可以占有一定的市場。

盡管日本、德國等對CNC技術革新的策略有不同程度的偏好，但它們都有一個共性，即具有較好的韌性，確保整個技術革新從設計到生產到銷售的完整性，尤其是將產品在市場上最終取得經濟效益作為創新過程的目標。與之相反，美國的CNC工業就因為缺少整體的策略而走向衰退。美國CNC設備技術定位清晰，始終以高端市場為導向，以高技術為主要方向，加工工藝較緩慢，能適應軍事需要。但其營銷觀念不強特別是營銷渠道不夠完善，造成了企業的創新不成功。另外，美國的CNC公司在技術改造和人才培養等問題上沒有給予足夠的關注。美國CNC工業因其戰略上的錯誤，使其由CNC的創造者轉變為全球最大的CNC進口國，其慘痛的經驗值得我們反思。

1.2.4 相關研究評述

綜上所述，國外對信息技術產業創新理論的研究已趨于完善，國內則側重于理論介紹。事實上，我國有很多小型信息技術創新產業，它們依靠低廉的勞動力成本和低廉的價格，生產出一些低端的產品，這些企業規模小，缺乏創新能力，生產的產品大同小異，缺乏差異性，只能靠低成本、高產量來維持生存。在我國大力提升專門技術人員技能的同時，“產學+科研”的發展也日益成為人們關注的焦點。在研究與革新領域，有大批的新成員加入。專業技術人員的源源不斷，再加上良好的投資環境（環境也是一個成功的產業）和產業政策的支持，產業的開放性讓家庭、農村的產業向城鎮化轉變，形成一個良好的循環結構和良好的健康產業體系。

粵港澳大灣區擁有豐富的自然資源和便捷的交通，而自然資源是決定產業集聚的重要因素，交通是否便利也是影響產業發展的重要因素。通常，有資源的地方都會對天然資源合理利用，建立起配套的上游企業，隨著規模的擴大，這個鏈條也會延伸，從而帶動更多的中下游企業，實現整個產業鏈的協調發展。交通是工業發展的一個重要媒介，企業可以通過運輸和營銷商品來完成物資的交易，也可以利用交通工具來進行商品的交易。隨著經濟對外開放水平的提高，工業的技術水平會隨之提高，企業的技術水平則會相應提高。相反，隨著對外開放水平的降低，工業的技術革新也會隨之減少。我國的經濟發展水平與區域內資本流動速度、勞動力和技術流動速度有關。在這種情況下，地方政府要加強對工業的改造，使其在粵港澳地區的發展中發揮更好的帶動作用。

上述資料和研究顯示，數控產業對技術創新有著巨大的促進作用。

第一，數控行業的地域集中有利于促進企業間的合作。區域內數控產業的集聚，可以促進各機構之間的合作，增強相互之間的信任，不斷創新，形成明確的合作關系和共同創新氛圍，共同推動區域經濟發展。例如，一些數控企業的文化體制、研究方向、金融結構等因素受到區域政策環境的影響，在數控產業集聚的過程中有助于促進產業內的企業開展創新活動。

第二，數控產業的創新有利于知識外溢。在企業創新過程中進行集體學習、運用知識，可以使企業充分享受到企業創新所帶來的正面效應，同時，由于市場競爭日趨激烈，企業要想更好地開展創新活動，知識外溢效益就顯得尤為重要。區域外企業在當地經濟發展過程中難以實現知識外溢，因此產業集聚可以促進知識外溢，企業知識積累越多，創新的可能性也就越大。

第三，數控產業創新有利于形成技術創新網絡。在數控產業的創新發展過程中，各種因素都會被積累起來，各種知識可以通過不同的方式傳播到各行業。這是當前技術創新過程中的關鍵因素，不同企業之間的合作可以形成更加完善的技術創新網絡。

粵港澳大灣區不僅完美匹配形成產業創新的條件，還擁有快速發展的優勢，所以應全力利用自身發展優勢，大力發展創新行業，致力形成區域協同。廣州應利用自身雄厚的制造業和工業基礎，率先形成國內領先的工業制造數字化、網絡化和智能化的基礎設施和產業體系，致力于打造高端數控系統的工業基礎設施，形成各有側重、協同發展的數控平臺體系，努力成為我國高端數控產業核心發展區域之一。深圳制定了《深圳高新技術產業園區發展專項規劃（2009—2015年）》和《深圳新一代信息技術產業振興發展政策》，制定了一系列針對高新技術產業園區發展的戰略定位和政策方針，創造出完善優良的產業發展環境，不斷優化營商環境，持續將數控產業打造為先進制造業標桿。佛山實施“一環創新圈”戰略規劃，打造“東北-科創環”和“西南-智造環”，構建廣深港澳科技創新走廊的“一核五平臺、多節點”創新體系。東莞重點新興產業在空間尺度上構建“一核三帶十區”的發展布局，打造十大產業集聚區，升級東莞產業發展新陣列等。各城市通過出臺各項創新政策和盡全力建成區域協同大局面，致力于促進粵港澳大灣區高端數控產業發展，建成全國領先的高新技術灣區。