五維創新，引領企業新發展

石毅 楊延釗

陜西華拓科技有限責任公司是專業從事高檔數控系統、高檔多軸聯動數控加工設備和數字曲面微滴噴射設備的研制、生產、銷售和服務，及“智造”服務產品平臺的集成、協同和對外服務的創新型高科技企業。

2008年初，華拓科技確立了以高檔數控技術為戰略發展目標，擯棄國內一直沿用的“仿制國外以嵌入式系統為核心開發數控系統技術”的研發模式，創新性地針對先進的PC數控技術進行攻堅，充分融合了并行處理、分布式計算、測控技術等專業技術，在較短時間內攻克了開放式、軟件化PC+I/O型多軸聯動數控系統的核心技術。2009年3月獲得國家發明專利授權，同年7月通過了中國機械工業聯合會和中國機械工程學會聯合組織的科技成果鑒定，來自清華大學、華中數控、西安交通大學、西北工業大學、西飛集團、西安航空發動機集團等單位的權威專家評審后一致認為該技術“具有國際先進水平”。

在此基礎上研發的桌面式微型五軸聯動數控機床，填補了國內空白。該設備涵蓋數控教學、非金屬加工、鋁銅加工、小型高精密金屬加工等全系列微小型零件加工及教學培訓、創客空間等領域。

桌面式微型五軸聯動數控機床憑借先進的技術水平和創新、綠色、環保、節能的設計理念，先后榮獲世界綠色設計組織頒發的“2014綠色設計國際大獎”金獎、“2016年中國好設計”銀獎、2016首屆鄂爾多斯國際創意設計大賽組委會大獎。

研制背景

微型機床體積小、慣性質量小、發熱量小，具有能耗低、柔性大、效率高的優點，可以減小微型裝置生產線的全系統尺度規模，既節省能源又節省制造空間和資源，符合節能、環保的要求，是綠色制造的發展方向。

主要優點：微小零件的柔性高效生產系統；可適應不同零件的小批量生產；用于敏捷、快供貨、低成本的生產；以創新的方法和價值實現用戶友好、環境和生態友好。

今天，我國成千上萬的企業仍然在使用傳統機床甚至精密數控機床加工諸如直徑<10mm、長度<50mm的回轉體零件，以及體積<10cm³的棱形零件，嚴重浪費生產面積、能源，加重了環境負擔，投入大，產出少，背離了高效率、節能減排、綠色制造的大方向。微型機床和桌面工廠是機床產業的“藍海”，方興未艾，前途無量。微型機床絕不僅是實驗模型、教具，更不是玩具，而是未來工廠的重要生產工具和裝備。

設計思路

針對微小化智能制造的發展趨勢，華拓基于下述設計理念和目標進一步開展了微型機床產品的研制與開發。

1.以最高端桌面式微型五軸聯動數控機床為目標。由于五軸聯動數控機床是目前數控機床領域最高端的加工設備，具有一次裝夾可以高效、高精度實現任意復雜曲面加工的特點，在大幅度提高加工效率和加工精度方面最具優勢，拿下這個目標再向下拓展更容易。

2.在公司具有完全自主知識產權，且獲得國家發明專利，并經國內權威專家鑒定委員會評價具有“國際先進水平”的第六代開放式、軟件化PC+I/O型多軸聯動數控系統產品的基礎上，自主設計、加工、生產了軟、硬件全部模塊化結構的桌面式微型五軸聯動數控機床產品。該系列產品體積小、重量輕、慣量小、能耗低，能覆蓋微型加工的主要工件，既可以完成塑料、尼龍、代木、木材等軟質材料的加工，又可以完成各種金屬材料的加工，精密機械結構的設計保證了設備的高精度加工要求。

3.在成本控制方面力爭追求極致。桌面式微型五軸聯動數控機床系列產品的售價較低，為客戶購買和使用提供了極具競爭力的選擇，便于客戶根據各自的需求快速組合并完成柔性桌面工廠的生產模式。

4.由于采用開放式PC數控系統，可以與CAD＼CAPP＼CAM通用軟件有效集成，大大降低了從設計到制造的整體實現周期，方便用戶的使用。

5.人機交互操作部分基于通用的Windows軟件操作系統，大大簡化了操作按鍵，只通過標準的鍵盤和鼠標就能完成全部操作，方便靈活。

6.具有完整的有線和無線網絡通訊功能，可實現遠程柔性制造管理、遠程狀態監測和故障診斷、遠程維護、遠程技術支持、遠程數控編程等功能。

7.既可以作為標準的加工設備，又可以作為技術培訓設備，幫助高檔數控加工人才快速完成從理論到實操的全部培訓工作。

設計創新點

該產品的創新點在于突破了原有工業機床的應用局限，極大地提高了數控機床的易用性和普及性。主要體現在下述方面。

1.在充分保證功能和性能的同時，設計時重點考慮體積小、重量輕的目標，用于微型工件的高效、高精度加工。可以廣泛應用于制造業各個領域，如電子元器件、微型精密零件、小型模具、醫療產品、工藝品等的加工，在航空航天、汽車、武器裝備、醫療設備、消費電子產品等行業具有廣泛的應用前景。

2.目前國內急需掌握高檔五軸聯動數控加工技術的人才，由于這種設備非常昂貴（基本價格都在200萬元以上），加工技術包含CAD＼CAPP＼CAM多領域，而且維護、維修費用極高，因此國內很少有能提供包含實操環節的完整培訓服務。本系列產品在保證功能和性能的同時，價格較低且維護非常容易，因此在開展高檔數控技術培訓方面具有突出優勢，填補了國內外在這一領域高質、低價培訓設備的空白。由于是桌面式設備，其延伸系列產品甚至可以用于國內中小學通用技術課程的普及教育，讓孩子從小就接觸到制造業的核心技術，提高孩子的動手能力、想象力和創新能力，這對于我國未來制造業的發展具有非常重要的意義。

3.目前我國正在大力推進創新創業，各地創客空間和孵化基地大量涌現。華拓桌面式微型五軸聯動數控機床將為創業者們提供高端數控加工設備和手段，以低成本完美且快速地制造出真實產品，打通從創意到產品的“最后一公里”，充分發揮微小化制造優勢，讓制造業重回城市中心。

主要設計先進性指標

1.技術方面

桌面式微型五軸聯動數控機床具有節能環保、環境友好的優點，便于使用和維護，對于復雜型面的工件加工具有得天獨厚的優勢。

功能：五軸聯動數控完整功能；

性能：直線軸精度：≤0.01mm；旋轉軸精度：≤60arcsec：

重量：≤300kg；體積：≤1.5m³。

2.商業領域

市場潛力巨大，應用范圍甚廣。微型五軸聯動數控機床開辟了小、微復雜零件數控加工的巨大市場。數控教學與培訓、義齒加工、電極加工、家用電器、電子通信零件、工藝品雕像等行業拓展開來，每個都是廣袤的市場，潛力不可限量。

微型五軸聯動數控機床用小機床干小零件，減少生產成本；占地面積小，場地要求低，降低生產場地成本；小機床功率小，降低能耗；小機床排放小，降低污染排放；由于小機床大大降低了制造成本（約為工業級機床的幾分之一），所以在同種零件的加工中，相同的投資成本下，生產效率會大大提高；降低初期使用門檻，大力推動我國五軸聯動數控行業發展；大大降低機床的維護成本以及機床的操作、培訓成本。

3.廣泛的影響力

桌面式微型五軸聯動數控機床對于創業者和創客來說是智能加工的利器，可以有效地將他們的創意通過打樣和試制變成真正的產品。同時采用快速制造手段和高效、低成本的加工工藝，不斷完善產品的各項性能和指標，走出一條科技與文化相融合的創新之路。

4.人本理念

桌面式微型五軸聯動數控機床具有體積小、重量輕、適應各種辦公場地的優點，對于中小學普及制造技術教育和大中專院校的職業技能培訓來說優勢明顯。同時，對于推動殘疾人就業也可以發揮積極的作用，通過開展“扶技助殘”，讓廣大殘疾人通過數控技能培訓獲取生活保障和收入，實現自立自強。

此外，公司分析先進制造技術領域的發展趨勢，創新性地提出了“云數控系統”的新概念，2017年1月獲美國發明專利授權，成為國內該領域唯一獲得國外發明專利授權的企業。

在專注于研發與完善高檔數控系統和多軸聯動數控機床系列產品的同時，華拓科技又拓展全新的技術和應用領域，歷時6年成功研制出了全球首創的數字曲面微滴噴射設備。該設備具有完全自主知識產權，可以完成復雜形狀工件表面的全彩色立體噴墨打印，還可深入擴展實現許多特殊材料在復雜曲面形狀（包括大曲率凹面）底材表面對液體、膠體、融溶物質等多種流體進行的微滴噴射工作，在全彩色立體噴墨打印、曲面印刷電路打印、微機械、微電子、電子裝配、疾病檢驗、基因分析及合成、藥物分析與生產、生物化學檢驗等眾多領域具有極為廣闊的應用前景，是滿足未來智造需求的先進制造工具。

華拓科技獨創的“左形右色”兩大系列產——打破國際壟斷的多軸聯動數控加工系列設備（左形）和全球首創的數字曲面微滴噴射系列設備（右色），將產品品的“形與色”有效統一解決，顛覆了傳統加工與印刷行業從無交集的狀態，又將前沿的印刷電子技術直接從平面提升到了三維立體解決方案，同時還能為電了、微機械、生物醫療等眾多領域提供全新的設備及工藝解決方案，在多行業、多專業、多領域中實現的協同創新將會為“中國智造”提供最前沿、最先進的技術、設備和服務平臺。

五維科技創新體系

回顧華拓科技的發展歷程，可以清楚看到科技創新給企業帶來的成長機遇及發展動力。總結多年來的企業發展軌跡，獨具特色的“五維科技創新體系”躍然而出。

“五維科技創新體系”由廣度創新、深度創新、延伸創新、實用創新和持續創新組成，作為華拓科技的創新機制，一直不斷促進企業在新技術、新服務、新架構等方面的發展，進一步支撐了公司綜合實力的整體提升。

1.廣度創新，指多學科技術融合，實現體系與架構創新。

隨著各領域專業知識的細化和深入，一個人或一個創新團隊所掌握的不同專業領域知識和開發經驗是有限的。因此，想要實現突破性的科技創新，首先就要在多學科技術融合方面拓展思路，突破傳統的體系與架構限制，從而實現廣度創新。

華拓開放式、軟件化PC+I/O多軸聯動數控系統架構的創新研究，是廣度創新在數控系統技術領域內的應用實例。

目前市場上主流的數控系統基本上都是采用嵌入式系統為核心構建的封閉式或半封閉式結構。華拓在確定以高檔數控系統為戰略目標之初，就充分分析了以上傳統數控系統的不足和數控系統未來發展趨勢，明確了以開放式、軟件化PC+I/O多軸聯動數控系統為首要研制目標，突破了傳統數控系統的研究與開發模式，實現了多專業、多學科技術的有機融合，最終實現了廣度創新。

2.深度創新，指專業領域內縱深探索，實現技術改進、集成創新等升級性創新。

華拓在深度創新方面也做了很多工作，不僅對開放式、軟件化PC+I/O多軸聯動數控系統內部軟硬件的持續改進和新功能集成方面一直在不斷創新與完善，更重要的是進一步開展了開放式工業設計＼計算機輔助設計＼工藝規劃＼計算機輔助制造＼數控加工＼計算機輔助檢測（CAID＼CAD＼CAPP＼CAM＼CNC＼CAT）軟硬件集成體系的深入研發。

為此，華拓提出了打造“開放式CAD＼CAPP＼CAM＼CNC軟硬件集成體系”的創新思路，將傳統數控系統（CNC）與CAD＼CAPP＼CAM集成于一體，實現數控加工的完整工藝流程集成化體系。

深度創新需要科技人員對專業技術深入挖掘，從而實現改進或集成性創新，這種創新的難度相對較低，對多學科、多專業技術融合的要求也較低，易于快速產生新技術和新產品。

3.延伸創新，指追溯歷史根源，尋求發展規律，實現前瞻預測，確保合理創新。

華拓的開放式、軟件化PC+I/O多軸聯動數控系統的設計思路完全采用延伸創新的模式進行展開，在充分分析數控系統的發展歷程后，才確定了這種緊密跟隨計算機及IT信息技術的發展趨勢同步發展的方式。

數控系統迄今共發展了六代。第六代數控系統——PC數控系統的誕生是自數控技術誕生以來最具深遠意義的一次飛躍。與第五代數控系統的最大不同之處在于PC數控系統的硬件平臺和軟件平臺是完全通用的，因而完全避免了專用計算機數控系統的先天不足，使計算機數控技術的發展走上了更堅實、寬廣、快速的道路。

從數控系統發展歷程可以清楚看到，數控系統一直是緊緊跟隨著計算機軟硬件技術的發展而發展的。華拓就是按照延伸創新的核心思路，順應第六代PC數控的發展趨勢，結合廣度創新的方法，有機融合了機電一體化、自動控制、CAD＼CAPP＼CAM、計算機軟件、計算機系統與結構、網絡通訊、分布式計算、計算機測控等多專業領域的相關核心技術，最終研制成功了具有獨立自主知識產權的開放式、軟件化PC+I/O多軸聯動數控系統。

4.實用創新，指重視用戶感受，提升實用價值，保證創新與應用的一致性發展。

實用創新是科技創新的重要環節。科技是為人類發展服務的，不能實用化的創新成果實際上缺乏價值。

華拓在實用創新方面進行了不少實踐，如實現了針對數控機床整體運行狀態的在線監測和故障診斷系統，可以通過各種通信網絡實現異地對數控機床運行狀態的監測功能。如此可以有效減少停機維護時間并提高設備使用率，同時配合冗余控制系統，可以大大提高設備的可靠性和維護性。

5.持續創新，指借鑒社會科學領域優秀思想，建立可持續創新發展的保證機制。

持續創新是“五維科技創新體系”中最宏觀的創新理念。它跳出了科技創新的界限，進一步預測創新的持續發展趨勢，有效結合社會科學領域相關方法論，建立可持續創新發展的有效保證機制和促進機制，將科技創新發展提升到新的層面，實現與時俱進的創新發展模式。

在科技飛速發展的今天，“開放”成為科技進步的重要特征和必然趨勢。華拓在進行數控系統技術的科技創新工作中，借鑒了成功的開放模式所提供的經驗，也充分預測到開放模式具有的良好前景，徹底摒棄了傳統封閉式數控系統的實現架構，直接針對開放式、軟件化PC數控系統進行攻堅，并最終取得了成功，獲得了國內權威專家一致給予的極高評價。

實現持續創新，不僅需要傳統技術研究的方法，更要充分發揮積極主動的橫向思維、逆向思維、發散思維的思維模式，拋卻思維定勢，在學習社會科學領域優秀思想和理論的同時，充分展開聯想，放飛思想的翅膀，才能捕捉到跳動的思維火花，從而將科技創新不斷提升到新的高度。