我國量具量儀制造業的現狀與發展

成都工具研究所 中國儀器儀表學會機械量測試儀器分會 謝華錕

我國量具量儀制造業的現狀與發展

Status ＆ expectation of China＇s gages ＆ measuring instruments

成都工具研究所 中國儀器儀表學會機械量測試儀器分會 謝華錕

一、概述

先進數字化精密量具量儀是數字化制造的重要組成部分。先進數字化測量技術已成為先進數字化制造業的核心技術，先進數字化測量儀器已成為先進數字化制造業的核心組件。

高速高效、精密復雜數控切削加工技術和裝備近年來得到快速的發展，推動了先進數字化切削加工技術和高檔數控機床的發展。數字化測量技術和精密量具量儀是數控切削加工技術與裝備的 “眼睛”，對整個數控切削系統、加工過程和產出結果實施全面的檢測監控。作為系統運行質量保證體系中信息獲取、分析、評定、診斷乃至反饋實現閉環制造的關鍵設施，先進數字化量具量儀肩負著裝備、服務、并推動著先進數字化切削技術和數控切削機床持續向前發展的功能。

量具量儀對于制造業的重要性毋庸置疑。據90年代美國國家標準局的調查評估，量具量儀、儀器儀表行業在美國工業總產值中占4%，但其影響度達到66%；隨著科學技術的發展，所占比例將增加，影響度將增大?！爸圃煸礁叨耍瑴y量越重要”。測量技術已經成為制造業的核心技術，測量儀器已經從配套設備轉變為制造業的核心組件。據科技部統計，我國2009年裝備進口額達1萬億美元，其中進口精密儀器儀表占6000億美元。從這數據可以看出，測量儀器在我國當今先進制造業發展中的重要性，也凸顯出我國精密測量儀器儀表制造行業在滿足國民經濟重大需求上的巨大差距。

“十一五”期間，我國制造領域國家優先發展的重大專項中包含了能源、汽車、航空航天以及鐵路交通運輸等制造業，而這些行業所涉及到的典型、關鍵零件的特點是：大、重、復雜、精密，其中新型難加工材料的切削加工占據了相當大的比重。這給數控切削加工技術和裝備提出了新的課題，也對測量技術和量具量儀提出了新的更高要求、提供了新的發展機遇。

按照產品類型，量具量儀產業可劃分為兩大部分：量具 （包括傳感器）和測量儀器。

量具具有以下特點：通用，使用面廣；量大，可實施規模化生產。隨著現場質量檢測的需求，適應生產加工環境的、數顯數字化、專用高效量具成為其發展趨勢。為滿足數控機床裝備精度提高的需求，位移傳感器已經達到微納米精度。新測量原理、高分辨力、高精度、高防護數字化量具發展迅速，測量信息無線傳輸的數字量具測量站／網得到了開發應用。

量儀的特點如下：先進數控測量儀器屬于高檔數控裝備，它集成了精密測量、精密機械制造、傳感技術、電子技術、數控驅動技術、計算機技術及信息技術等多學科領域內先進科學技術的成果。由于其復雜、精密、高新技術密集、品種多，因此自主創新開發及研制生產的難度大。投入大，產出少，收益慢。在傳統的 “重生產，輕質量”的思想指導下，市場開拓困難，尤其在優勢明顯的國外先進技術和產品的沖擊下，行業的生存與發展一度受到較大影響。

二、行業發展歷史的回顧

我國量具量儀產業解放初在原蘇聯的援助下建立了起來，奠定了基礎。哈量、成量、北量、桂量、上量及新天為主的量具量儀企業，以及行業技術歸口的成都工具研究所，為我國量具量儀產業的發展做出了很大的貢獻。經過多年努力，技術產品的引進攻關，不少產品如量塊、百分表、游標卡尺等精密量具，精密位移傳感器，以及齒輪測量儀器、激光干涉測量儀、圓度儀、滾刀檢查儀等機電／電子式精密量儀，已經達到相當高的水準，與國外的差距日趨縮小。

隨著改革開發的深入、在制造業的強力推動下，近年來量具量儀產業有了顯著的發展和變化，技術和產品升級換代步伐加快，已進入數字化和CNC數控化時代。通用量具產業發展迅速，民營企業及改制企業成為生力軍。桂林廣陸2008年量具生產達到100萬套，銷售額仍達到1．8億，成為國內數顯卡尺產業領頭羊和出口大戶，其自主開發、有自主知識產權的IP67高級防護數顯傳感器和數顯卡尺，達到國外先進水平，實現批量生產；青量的千分尺產量和產值在世界上已位居前列，2008年產量達到100萬件，銷售額超過6000萬元；精密量儀產業發展實現了專項突破。哈量量具量儀2007年全年銷售達到 3．8億，其中量儀近 2．6億，2008年四季度雖然受到經濟危機影響，量儀銷售額仍然超過了2．3億。產品覆蓋了齒輪量儀、三坐標測量機、表面輪廓粗糙度測量儀、對刀儀、量塊、量規、卡尺、千分尺、指示表等，在兼并了國外企業后，技術水平和產品性能有了提高，是量儀行業排頭兵。成都工具所激光測量技術和儀器和齒輪整體誤差測量技術有了新的發展，哈量、哈爾濱精達成功開發的國產CNC齒輪測量中心，打破了國外產品十年的市場壟斷，奪回了 （70%～80%）國內市場的份額，北京航空精密機械研究所 （303所）、西安愛德華的三坐標測量機在激烈的競爭中占一席之地，這些都是我國量儀產業發展的實例。近年更有不少民企、臺資、港商如 “智泰” “怡信” “萬濠”等的加入，壯大了民族工業隊伍；國外量具量儀著名廠商和跨國集團紛紛在國內獨資／合資建廠或兼并，進入中國市場，這些都造就了我國量具量儀產業在體制結構、產品技術發展和市場競爭態勢上很大的變化，新的情勢無疑大大推進了我國量具量儀產業的發展和格局的劃分。以三坐標測量機為例，國產近年雖有了較快發展，但是絕大多數為中小規格生產型的中低端產品，國內市場 （70%～80%）份額仍然主要由國外企業或跨國集團所占據。在高檔、計量型或大規格三坐標測量機／多坐標測量機領域，國外或跨國集團公司產品占據了絕對多數；近年更向中低端兼并擴展，民族企業的生存發展空間受到更大擠壓。

從2008年10月中下旬以來，受全球金融危機影響，我國量具量儀行業明顯感受到市場需求的萎縮，尤其是量具國外出口訂單有明顯的下滑和縮減，達到50%以上。據中國機床工具協會工具分會對我國工具行業72家企業的統計，2009年行業工業總產值為 116．3億，與2008年的230億相比，僅為一半；產品銷售利潤2009年為17．3億， 而2008年為35．9億， 也僅為一半。其中，量具量儀統計企業的全年生產價值量，2009年為10．2億 （量具7．4億，量儀 2．78 億），2008 年卻為 12．9 億 （量具 9．93億，量儀2．98億），相比為79% （其中量具相比為74．6%，量儀相比為93．5%，主要受金融危機對出口的沖擊）。

由于我國政府采取了非常及時而強有力的政策措施拉動內需，在全國經濟迅速復蘇轉好的良好情勢下，工具行業各企業根據市場變化壓縮庫存，在減產、減資、減人的同時，強化內功，提高現有產品質量和內部管理，積極開發高新技術和產品，努力實現產業產品轉型提升，生產銷售形勢有了大的起色，走出低谷而回升，2010年更出現訂貨激增，以至于來不及生產供貨的局面。對形勢發展大都企業抱著謹慎樂觀的態度。

三、我國量具量儀制造行業技術產品現狀和近期發展

我國量具量儀制造技術和產品，總體上更多依賴引進仿制，依賴于廉價材料和人力資源，競相生產中低端量大利微的產品，而高端市場卻難以進入，與國外差距明顯，甚于機床刀具。

除了體制問題以外，我國量具量儀行業經濟技術基礎和創新開發能力都很薄弱，指望企業依靠自身資金及技術積累來進行發展，困難較大；即使在＇自家＇國內市場，面臨資金雄厚、技術實力強大、資源積累豐厚的跨國集團進行競爭，謀求生存發展的難度可想而知。

在通用量具及數顯量具方面，存在低價競爭。以民營企業為主的中小企業產品單一，尤其是出口外向型量具企業，勞動密集性量具產品技術含量低、大多以仿制為主、貼牌出口，在最近國際經濟動蕩中已經感受到明顯影響。由于在可靠性、性能、新技術、新產品等方面的差距，我國量具無法進入高端市場；近年原材料及勞動力的上漲和短缺，不少企業利潤大減，難以發展；而低價競爭、偽冒產品屢禁不止的狀況，目前又很難妥善解決；而個別地方政府的地方保護主義，助長了這種嚴重擾亂市場的不法行為和不良風氣。

在數控精密儀器方面，國內開發生產的三坐標測量機、齒輪測量儀器、激光干涉測量儀、表面輪廓粗糙度測量儀、圓柱度測量儀等，近年在產品性能和質量上有不少進展，但是與國外同行產品相比，精度低或不穩定，可靠性低，以中低檔的居多；行業整體上高新技術基礎薄弱，自主開發創新能力不夠；尤其是量儀關鍵另部件如基準高精度長、圓傳感器、測頭探測系統、精密傳動絲桿及直線滾動導軌等幾乎全依賴進口。缺乏測量基礎技術研究和基礎設施，缺乏精密儀器制造技術、裝備和人才，缺乏精密量儀基準傳遞的檢測技術、裝備與環境條件，缺乏高水平研究團隊和市場開拓技術服務人員。因此企業自身很難實現自主創新開發、并生產出具有市場競爭力的高端數控測量裝備；由于量儀開發周期長，需要大量財力、物力和人力的投入，高新技術集成度高，自主創新開發難度大，市場開拓艱難績效差；更面臨著和國外企業跨國公司 “重量級選手”的競爭。這些不利因素對企業領導在發展量儀決策時起到了消極的影響。

總的來說，量具量儀行業在機床工具制造行業中發展最為遲緩，與國外先進技術水平相比較，至少落后20年。

近年來，以汽車為代表的機械制造業的發展，國家振興機械裝備制造業的舉措，給我國量具量儀產業的發展提供了機遇。“十一五”我國機械制造領域國際重點優先發展專項，對精密測量技術和儀器提出了更多、更高、更新的要求，這對我國量具量儀產業來說是個良好的發展機遇。不少企業抓住了 “十一五”發展機遇，加快技改，加大技術引進和自主創新投入，積極實施產業結構轉型，開發了市場急需的、高科技高性價比的先進數字化量具量儀產品。在世界經濟不景氣的情況下，對于具有良好性價比的我國量具量儀產品、尤其是數顯電子量具和數字化測量儀器，應該是個機會。積極穩定原有市場、開拓新市場是可取的；在注重技術和工藝改造，提升傳統產品質量，加強管理進一步降低成本的同時，努力開發新技術新產品，進行技術產品的升級換代，抓住時機迅速提升企業競爭力，顯得更為重要和緊迫。

四、我國量具量儀近年的新技術和新產品集錦

最近兩年是我國量具量儀行業在新技術和新產品開發上取得明顯成果的時期，這得歸功于經濟大環境的復蘇改善，國家的政策導向支持、重點項目的拉動，更歸功于企業重視技術創新成共識，跟蹤行業發展趨勢，瞄準國家及市場需求，結合自身優勢開發。

精密測量技術和量具量儀近年來的發展趨勢歸結為三大方向：即①測量技術和信息技術及先進數字化制造技術的集成和融合——強化了精密測量的過程質量監控和服務功能，實現“被動”檢測到 “主動”監控的轉變；從 “離線”到 “在線”，從 “事后”到 “實時”的轉變；②測量信息和測量數據無線／網絡傳輸技術的應用，及數控測量儀器／系統的網絡遠程服務；③集成了先進測量技術的制造系統遠程診斷／咨詢服務系統／平臺。

八個領域：即①數字化量具和傳感器——為適應加工環境，實現納米高精度測量，開發新測量原理；②坐標探測系統－－多軸高精度掃描測量；③便攜式、便于操作的高精度激光測量系統；④現場快速、光電非接觸測量儀器的發展－－懸臂式坐標測量機，關節臂式測量機，可移動式測量儀；⑤極限尺度測量儀器的發展－－大尺寸復雜零組件的現場測量，激光雷達，iGPS，MEMS的納米測量坐標機；⑥在線／在機測量儀器的發展－－主動／工位量儀；⑦儀器精度軟件補償技術－－儀器靜態精度補償和溫度、力等工況環境動態補償，以及儀器故障自診斷技術和軟件遠程升級和維護；⑧精密量具量儀和制造系統的集成融合，構建設計加工測量閉環制造系統等。

我國量具量儀制造行業近年取得的部分主要成果和代表企業介紹如下。

1．數字化量具方面

主要有：①防水防塵性能達到IP67的 “工況型”數顯卡尺——桂林廣陸；②上下左右可視 “宜人化”的數顯千分尺－－青海量具刃具；③紅外 “遙控型”數顯指示表－－成都量具刃具；④數控機床用 “無線傳輸型”觸發式測頭－－哈爾濱先鋒科技；⑤藍牙 “無線傳輸”電子水平儀——青島前哨；⑥高精度陶瓷步距規——桂林安一，深圳鷹旗；⑦CNC齒輪成形磨床在機檢測裝置——秦川機床。

2．數控測量儀器方面

主要有：①花崗石結構CNC齒輪測量中心——哈量，哈爾濱精達和智達；②大型龍門式三坐標測量機——北京航空精密機械研究所，西安愛德華，深圳壹興佰；③CCD成像刀具預調測量儀——哈量、成量和天津精門；④凸輪軸曲軸檢測儀——北京中科恒業、哈量；⑤高精度圓度／圓柱度測量 儀 －－哈 工大，威爾信；⑥精密影像測量儀——新天，怡信，天準；⑦高性價比輕便影像測量儀——深圳智泰；⑧首創的絕對編碼網格式影像儀——東莞七海光電；⑨集成了CNC齒輪測量中心和離線數控砂輪修整機的齒輪刀具閉環制造系統——西安共達精密，漢江工具；大型CNC齒輪測量儀——哈量，秦川機床；微小齒輪測量儀器——成都工具研究所和北京工業大學；激光干涉測量系統——成都工具研究所；以及復合測頭五坐標測量機——西安交大等等。

五、期許與展望

在發展工具行業的國家重大專項規劃實施中， “官 （管）、用、產、學、研”相結合是條有效途徑。由政府管理部門通過對重大項目的統籌規劃、立項管理，調動、整合與集成行業內外的優勢資源，解決行業共性關鍵技術，改進行業技術基礎設施，提升行業整體水平，具有重要的現實意義。

“十一五”國家科技支撐計劃，由中國工業聯合會承接的 “高速高效切削工具的研究開發”項目是個成功典范。該項目和國民經濟發展規劃和重大需求密切結合，針對我國航空航天、交通運輸、能源工業發展和高檔數控機床急需的高速高效數控工具為對象，根據共性關鍵技術和典型產品開發制造技術，明確目標確定了11個課題，集中了行業內外 “用產學研”的優勢企業和科研院所，在聯合會科技工作部的組織領導下，強強聯合，優勢互補，進行攻關。短短不到2年時間，在超細晶粒硬質合金材料的制備技術（株洲鉆石）、高性能 （TiAlN、厚膜Al2O3）涂層設備和涂層工藝成套技術 （上工、川大、成工所）、曲軸磨削高速高效CBN砂輪制造成套技術 （三磨所）、重型大型復雜數控刀具齒輪滾刀、插齒刀、花鍵拉刀 （漢江工具、哈一工）的制造技術及裝備上都取得了突破性成果，以石油管螺紋刀片、火車輪轂刀片為代表的硬質合金復雜成形數控刀具成套制造技術水平 （成工所、株洲鉆石）也有了明顯的提高，在高速高效切削加工基礎理論、共性技術的研究和實驗檢測裝備、先進切削工藝上 （南航、山東大學、成都刀具檢測所）也取得了令人鼓舞的進展。“高速高效切削工具的研究開發”項目的實踐，為我們精密數字化量具量儀制造行業的國家立項、行業攻關，提供了一個可借鑒的模式和途徑。目前，我國國家關于精密測量技術和儀器方面的縱向課題 （如863，973，科技部重大攻關項目等），大多采用 “競標”的辦法，獲勝者得到項目及相應資助。筆者認為這并不是一條最佳途徑。競標方法促進了競爭，有積極作用，適用于市場經濟商業運行；但是關系到一個領域內的重大技術進步和關鍵產品升級換代，關系到行業整體水平提高，關系到提升整個行業競爭力，并由國家投入資金的項目，就不能采用這種 “簡便” 單家獨斗的辦法。建議嘗試在我國量具量儀行業內采用 “強強聯合”的方式來進行 “集團”攻關。

最后，祝愿我國的量具量儀在 “十二五”取得更大的發展，和高速高效切削工具一起，追趕上我國高檔數控機床及裝備的發展步伐，更上一層樓，以滿足我國國家經濟發展戰略和國民經濟發展的實際需求。