高档数控系统技术作为工业母机领域的核心关键技术，长期以来一直被三菱、西门子、海德汉、发那科等国际品牌所垄断。面对激烈的市场竞争，国外品牌不断推出技术升级的新产品，以保持其技术领先地位。尽管在国家政策的扶持与引导下，国内已涌现出一批致力于高档数控系统研发的企业并实现部分国产化，但目前市场占有率仍不足10%，国产数控系统的控制精度、算法、稳定性等方面和国际巨头仍有差距。因此，要想抢占我国数控系统市场的巨大商机，国产数控系统企业仍需提升技术水平，才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。
01
数控系统占据数控机床20-40%的成本
1）数控系统主要由硬件、软件和PLC等构成
数控系统又被称为计算机数控系统（CNC），指能将零件加工程序的数值信息转化成各进给轴的位移、主轴转速和辅助动作指令，并对加工轨迹和逻辑动作进行控制，使机床完成工作运动的控制系统。通常数控系统由三大部分构成：硬件、软件和可编辑控制器（PLC）。
CNC硬件部分主要由微处理器和总线、存储器、I/O接口、MDI接口以及位置控制器等核心组件构成。其中位置控制器用于控制机床运动位置的组件，它根据数控系统发出的指令，控制机床的伺服系统，使机床能够按照预设的路径和参数进行加工。
CNC软件部分则主要分为管理软件和控制软件两部分，它们共同协作以实现对数控系统的全面控制。
PLC主要作用为实现机床的各项辅助功能，如主轴的正反转与起停、工件的夹紧与松开、切削液开关、刀具更换、工件与工件台交换、液压与气动控制以及润滑等。
2）数控系统是数控机床的控制中枢
数控系统是数控机床的控制中枢，决定了数控机床的功能、性能和技术水平的高低。数控系统将工业控制缩放到机床体内，通过设定图样形成数控加工程序，从而控制机床中的功能部件进行相应的精密运动和位移反馈，从而达到机械加工的目的。海天精工（601882）招股书显示，数控系统为第二大成本中心，占比约22%。行业内人士表示，高档数控系统价值约占高端数控机床成本的20%-40%。
3）数控系统技术门槛体现在算法优化、硬件设计、软件设计、可靠性设计等方面
算法优化方面，需要在保证精度的前提下，尽可能地提高加工效率，同时还需要考虑热误差、切削力误差等影响因素。
硬件设计方面，数控系统需要具备高性能的处理器和高效的硬件架构，以满足实时性、可靠性和扩展性的要求。
软件设计方面，数控系统的软件部分涉及到多个模块，如系统管理、数据采集、运动控制、插补计算等。这些模块需要协同工作，保证系统的稳定性和可靠性。此外，为了方便用户使用，还需要设计友好的人机界面。
可靠性方面，数控系统在加工过程中需要连续工作，因此需要具备较高的可靠性和稳定性。
目前最先进的数控系统主要掌握在德国的西门子和日本的发那科等公司手中。这些公司在数控系统领域拥有多年的研发和应用经验，不断推出新的技术和产品，引领着数控系统的发展潮流。
4）数控系统分为通用型数控系统和专用型数控系统
通用型数控系统是以PC作为其技术支撑平台，各机床制造厂家会根据用户的具体需求，有针对性地开发数控软件和控制卡等。该数控系统是所有数控机床和基础制造装备的控制平台和指挥“大脑”，但在满足特殊工艺需求和应用背景方面可能存在局限性，因此需要在通用型数控系统的基础上进行个性化的专业深度开发。
专用型数控系统是指面向不同行业领域应用需求而推出的控制系统的成套解决方案，其专用性强、结构合理、硬件通用性差，但其控制功能齐全、稳定性好，包括电加工数控系统，数控磨床、齿轮机床数控系统等。
02
我国数控系统市场规模超144亿元
头豹研究院数据显示，2023年我国数控系统市场规模预计将达到144.8亿元，从2024年到2027年的增长率保持在5%-10%，2027年市场规模将达到178亿人民币。数控系统行业受到下游需求的显著影响，随着机床行业的转型，数控系统的下游市场将随着航空航天、汽车、3C通信等行业对数控机床的需求持续提升。
3C加工领域，中国产能占全球的70%，随着制造业向数字化和智能化转型，在精密性、表面质量等方面对加工设备提出了更高的要求，促使加工技术向高进给加工、高寿命加工、高精密加工、多轴加工等方向发展，如高速高精度切削加工、五轴打磨抛光、玻璃雕铣加工等，这对数控系统的高速、高精、多轴多通道技术提出了更高的需求。
新能源汽车领域，基于电动化、网联化、智能化的技术变革，市场消费需求继续呈现提质升级趋势。随着汽车产业的迅猛发展，2022年新能源汽车销量达到688.7万辆，同比增长93.4%，市场占有率已经达到25.6%。新能源汽车（纯电动汽车、混合动力汽车等）的电驱、电池、电控等“三电”产品和副车架、减震塔、轮毂等零部件的加工需要大量的多轴、多通道、高速数控机床，这些都将给国产数控系统行业带来巨大的发展空间。
03
我国高档数控系统仍存在“卡脖子”风险
在通用高档数控系统领域，我国产品仍面临着市场认可度不够，数控系统研发难度大、投入大以及成功研制产品成熟度仍不高的现状。数控系统的技术难点为对可靠性要求高、多学科技术交叉性高、且配套机械设备品种多，自主研制几台高档数控系统在试验室和实际生产中完成各种测试验证并不难，难的是如何实现国产数控系统的大批量、长期应用验证。
在高档专用数控系统领域，我国自主研发的数控系统产品只实现了滚齿、铣齿、插齿数控系统的产业化应用，但几乎没有齿轮数控机床、数控系统企业完全掌握核心工艺技术(尤其是齿轮精加工和特殊修形工艺技术)，限制了设备性能的最优发挥。因此，高档齿轮数控系统(剐、磨、珩齿)仍主要依赖于国外进口，但国外高档数控系统的功能通常无法完全开放甚至是禁止对中国出口，从而使我国高端数控机床产业受制于国外。
04
我国高档激光切割机专用数控系统产业“曙光在前头”
目前我国数控系统行业竞争格局呈现出外资企业占据高端市场、国内企业如华中数控、广州数控、北京精雕等公司逐步崛起于中端市场、并在低端市场占据优势的特点。
以高端激光行业为例，华工激光科技有限公司研制的三维五轴激光切割机打破了高端三维五轴激光切割机被国外企业垄断的局面，但其数控系统仍依赖进口。目前高端激光切割机专用数控系统主要以德国Trumpf公司使用的SIEMENS 840D、REXROTH MTX等数控系统，瑞士Bystronic公司以及德国 Beckhoff TwinCAT公司的数控系统为主。国内几乎没有自主品牌的数控系统和提供全套解决方案的公司，高端设备的OEM大都依靠进口数控系统以及其他部件组装成需要的产品，国产化率很低。
“十二五”以来，我国国产数控系统技术取得了显著进步，与国外的技术差距逐步缩小。在国家对“高档数控机床与基础制造装备”科技专项的大力支持下，我国涌现了一批优秀产业化人才，这些人才在吸收海外成熟技术的基础上，积极开展进口替代类产品的开发工作，并努力弥补我国数控系统在控制精度、算法和稳定性等方面的不足。
