1.2 国内外研究现状
1.2.1 信创产业的历史演进
1.欧美
20世纪80～90年代初，美国高度重视计算机与互联网技术的发展，陆续推行了“信息高速路”“因特网-II”“新一代互联网”等项目，借助信息科技的变革，一跃取得了第二次世界大战后最长久的一次经济发展。在该阶段的初期，网络泡沫破裂，信息技术的浪潮已经降温，然而信息技术的革新仍然遵循着其固有法则，随后移动互联网、云计算、大数据、物联网等新一轮的信息技术变革，对美国的经济、社会结构、生产体系、组织等方面产生了深刻的影响。
美国商务部和统计委员会公布的报告指出：“信息产业在整个经济产值中比重在2000年只有8.3%，是世界上比重最高的国家。1995—1999年，对美国经济实际增长做出了几乎1/3的贡献。1998年，信息产业在研究和开发方面的投资总额为448亿美元，几乎是全美公司研究开发投资的1/3。六个主要的经济研究组织研究结论是：20世纪90年代后半期，信息产业的生产和使用对美国生产率的增长的贡献达到一半或一半以上。”[1]
就信息设备产业而言，美国计算机工业的发展是当时世界上绝对领先的。其中，世界前10的计算机硬件厂商中，美国有5家、日本有3家、欧洲有2家；美国计算机硬件在世界计算机软件的销量中占60%，而美国芯片制造企业占据全球芯片市场43%的份额；美国的通信行业规模也是世界最大的，美国家庭计算机普及率已达31%，电话普及率为93%，同时拥有1500万用户的互动式计算机通信网络等设备和技术基础，未来20年将投入4000亿美元，建成全球规模最大、功能完备的信息高速公路系统；美国大部分增长将来自无线通信领域，美国无线通信市场普及率达到47%，使得用户数量每年增长13%。在信息服务业方面，1992年美国信息服务业市场成交额达1220亿美元，占全球信息服务业市场的46%，1997年为2170亿美元，占45.6%，位居世界第一。同时，美国的软件业占国际软件市场的75%，也处于绝对优势地位。此外，就信息技术产业而言，第二次世界大战后，世界上的重大科技发明有60%出自美国，70%在美国最先付诸使用。可见，信息技术具有广泛的渗透性和应用性，美国在这方面的整体水平较高，已经成为美国高技术的核心[2]。
美国企业、政府、科研单位齐心协力，为世界互联网信息技术的发展提供了有力的支持。对新一次信息化变革的时代进行分类，可以从不同角度进行分析，如信息化对生产力的贡献、重大技术集群性的革新等。经济合作与发展组织（Organization for Economic Co-operation and Development，OECD）于2012年把《信息技术与通信产业展望》的年报改名为《互联网经济展望》，称“移动互联网、物联网、云计算、大数据等理念将会是互联网的新一轮变革的先驱”。
从技术和工业转型角度，美国的信息化发展的历程大致可以分为三个阶段。
第一阶段，萌芽期。据统计，1999—2001年，全球互联网创业投资总额达964亿美元，其中80%投资给美国，这推动了美国信息产业的发展，但“一跃而上”也导致了互联网行业的泡沫。据统计，美国有257个公司在2001年度提出了破产要求，总计2585亿美元；2002年，有119个企业申报破产保护，总财产达到3788亿美元，破产清算增加147%。
第二阶段，成长期。2002年年底，因特网的股指从谷底回升，美国由此步入一个新时代，显著标志是在信息科技和工业方面都发生了变化。2002年年底到2008年的金融风暴期间可以称为由经济危机触发的经济周期。随后，经过2008—2013年的短期调整，以及信息科技公司的获利方式逐渐趋于完善，因特网指数迅速成长，2014年已经达到“网络泡沫”时代的顶峰，新一波信息科技革命已经步入一个飞速发展的时代。IDC称，2014年年底，苹果iOS和谷歌的Android系统分别占据了96.3%的市场，并且在这一领域的占有率已经达到了近乎独霸一方的程度。从技术角度看，当时的互联网连接功能已完全延伸至Web 2.0，正在逐步向Web 3.0迈进，并将完全步入移动通信互联的年代。可见，其间无论是在技术开发、商业创新还是在利润比例方面，毫无疑问，美国都是世界上的网络经济领导者。
第三阶段，成熟期。据统计，美国的数码产业在2016年增长了6.8%，达到11万亿美元，大大高于中国（3.8万亿美元）、日本（2.3万亿美元）、英国（1.43万亿美元）。美国PayPal在2016年拥有1.97亿的全球活跃客户和345亿美元的年度付款。至今，美国的信息技术人才一直在迅速增加，业务分享和本地交流、协作变得越来越频繁，创新环境得到进一步优化。
2.日本
日本的信息化发展历程同样可以分为三个阶段。
第一阶段，起步期。1993—1996年，信息产业年均增长率达到6.4%，大大超过同期行业的平均增长率1.68%。1996年，日本信息产业产值达1330万亿日元，占日本各产业总产出的11.4%。信息产业的增长对日本整体经济发展产生了良好的影响，使得信息产业生产额在日本整个产业中占据越来越重要的地位。信息产业投资对国民经济的贡献很大，带动了相关产业的发展。1996年，日本信息产业投资占其GDP实际增长的15.4%，占日本GDP增长的3.9个百分点中的0.6个百分点，远高于其他行业。1990—1996年，日本信息通信产业达30万亿日元，其中50.9%为信息通信产业，16.4%为波及效应。日本信息技术产业的快速发展主要得益于政府倾斜产业政策和多种经济手段的支持。
1995年2月，日本政府发布《推进高度信息通信社会的基本方针》，其中提到日本将于1995年成为“信息通信基建之年”；1996年，制订《21世纪信息通信技术研发的基础规划》；1998年8月，颁布《信息通信政策大纲》，其中明确指出“发展科技、重塑社会”；日本五个最大的电子器件制造商NEC、日立、东芝、富士通、三菱电气在日本的GDP中占据了5%的营收，在日本的出口量中占据了超过1/4的份额。日本内阁于2000年7月决定成立“IT战略本部”，旨在全面推动日本信息技术革命；2001年1月，提出了“电子日本战略”，目的是让日本在5年之内整合各国的政府与公民的资源，迅速取得突破性进展，打造全球信息技术大国。
第二阶段，发展期。从2002年中期开始，一直处于“平成萧条”状态的日本经济复苏现象并不明显，经济形势好转的难度继续加大。但也是在2002年，作为日本最大的产业，日本信息技术产业在日本不明朗的经济形势中却扮演着顶梁柱的作用，继续引领日本经济的发展。
相关数据显示，日本是仅次于美国的全球第二大信息技术产品生产国。2002年，实现2320亿美元的销售额，较上年同期增加了0.5%。在信息技术、产品开发、市场份额、计算机尖端技术等方面，均仅次于美国。数据压缩技术、视频技术、笔记本电脑显示技术也是全球遥遥领先。日本信息产业在2004年的实质国内生产额高达115万亿日元，可容纳380万个工作岗位，在全行业中所占比例分别为11.8%和6.8%。1995—2004年，信息产业实质国内生产额与就业量平均增长率分别为5.5%与0.5%，成为21世纪初日本最重要的产业之一。2000年3月，《东洋经济统计月报》对1312家制造业企业的调查显示，80.8%的企业在信息技术方面的投入程度不同。到2005年为止，97.6%的企业在进行着信息技术投资布局。另外，民营企业设备投资在信息技术投资中所占比重也逐渐增加。2004年，日本在信息技术领域的实际投资达到164万亿日元。其中，私人企业设备投资额占21.6%。2000—2004年，私营企业设备投资占信息技术投资总额的比例由19.0%上升到21.6%，上升了2.6%。
第三阶段，飞跃期。日本出台了《IJanpan战略》和《2015年制造白皮书》等政府纲领性文件。根据《2015年版制造白皮书》，日本制造业在积极发挥信息技术作用方面落后于欧美国家，建议日本制造业在未来转型中利用大数据技术积极为“下一代”制造业提供基础支撑。具体地说，日本应通过大量培养制造人才，将生产转移到海外，积极利用信息技术（大数据、物联网和软件技术）发展下一代制造业，加速制造业升级换代，推动不同产业的融合，从而推动日本信息技术产业的发展。
3.中国
信创产业的发展对于我国国家经济的数字化转型和产业链的发展至关重要[3]。我国的信创产业发展大体可以概括为以下四个发展阶段：1993—2007年的预研起步阶段，2008—2016年的加速发展阶段，2017—2019年的试验实践阶段，2020年至今的应用落地阶段。
第一，预研起步阶段。1993年，浪潮研发SMP2000系列服务器；1998年，中软推出第一代基于UNIX为底层的国产Linux操作系统“COSIX 1.0”，国产操作系统横空出世；2000年，红旗Linux发布；2001年，方舟1号CPU问世；2006年，《国家中长期科学和技术发展规划（2006—2020）》将“核高基”列为16个重大科技专项之一。
第二，加速发展阶段。2008年，阿里巴巴内部信息技术升级，全面进行自主和可控研发；2010年，民用“中标Linux”和军研“银河麒麟”合并；2013年年底，中国银行保险监督管理委员会明确提出国产化安全要求；同年，浪潮天梭K1小型机系统上市，标志着我国掌握了新一代主机技术；2016年，中国电子工业标准化技术协会信息技术应用创新工作委员会（简称“信创工委”）成立；《国家信息化发展战略纲要》提出，到2025年形成安全可控的信息技术产业体系。
第三，试点实践阶段。2017年，“核高基”重大专项第二批工程启动会召开；2019年，国产CPU迎来收获期，兆芯KX6000亮相，性能极大提升，飞腾发布新一代桌面处理器FT-2000/4；2019年，完成多个重点专项试点工程；2019年，中国建设银行与中软合作开发的国产化办公自动化系统在境内外分支机构全面部署上线。
第四，应用落地阶段。2020年，中国电信、中国移动正式制定信息技术应用创新项目的招标标准；各省份信创项目逐步启动，进行招标；2020年9月，国家发展和改革委员会、科技部、工业和信息化部等联合发布《关于扩大战略性新兴产业投资 培育壮大新增长点增长极的指导意见》，要求加快关键芯片、关键软件等核心技术攻关，大力推动重点工程及项目建设，积极扩大合理有效投资；2021年4月，建设银行信用卡核心系统全栈信创体系以优异成绩通过验收，性能提升超10%。
相关数据显示，2021年信创产业整体市场规模为6886.3亿元，近5年复合增速达到35.7%，预计2025年市场规模将达到23354.6亿元。随着数字化转型的深入，我国服务器市场仍然有望保持健康的增长态势；2021年，我国x86服务器出货量为375.1万台，预计2025年出货量达525.2万台。根据中国信息通信研究院发布的《数据库发展研究报告（2021年）》，2020年，全球数据库市场规模达671亿美元，仅中国数据库市场规模就达240.9亿美元，约占全球市场份额的35.9%；我国数据库市场预计到2025年将达688.02亿元。我国信创产业未来将以关键领域的全面安全为主，实现软件、硬件的全部替代，并逐步实现政务云的国产化。因此，要以目前的信创产业为契机，全面实现以操作系统、芯片、数据库、应用软件等为核心的国产自主安全平台，随着云计算、大数据、人工智能、物联网等应用的深入，还需持续提升底层能力，扩大上层业务，扩大产业边界[4]。
1.2.2 国内外高端数控机床领域发展的相关研究
制造业是国家的根本，工业母机是制造业的基础，而数控机床系统（数字控制机床，Computer Numerical Control Machine Tools）是工业母机的大脑，只有强大的数控机床系统才能让工业母机行业更上一层楼。目前，国内的数控机床系统与国外的数控机床系统相比，还存在较大的差距。虽然国内已经初步形成了数控机床产业集群，但主要集中在经济型、普及型上，中档数控机床系统主要由我国和日本占据，高端数控机床系统基本由欧洲企业垄断。
1.技术水平
目前，我国数控机床（简称CNC）产业发展的“瓶颈”是自身技术相对落后和对国外技术的高度依赖。中高档CNC加工设备大多处于装配和制造环节，总体上缺少关键技术，这是国内数控机床企业普遍存在的问题。据统计，CNC系统的核心技术包括显示器、伺服电机、伺服控制器、各种开关和传感器，而CNC设备90%是从国外引进的，且70%的CNC技术专利仍然被海外公司垄断。我国数控机床研发投入不足、基础薄弱，导致国产数控系统性能和功能与国外差距较大。
以高端数控机床为例，国产机床在高端数控机床市场中所占的份额较低，主要原因是高速、高精度等问题未能解决。例如，国外高速机床使用的是滚珠螺杆副，快进料速度通常为40m/min，最大为90m/min，而国产数控机床的高速进刀速度通常仅为30m/min。尽管以华中CNC、大连广阳、广州CNC等企业为代表所生产出的国产数控机床具有快速程控、多道多轴联动、多道及多路控制、高精密内插值、样条插补、空间切割、机械几何误差、温度补偿、动态误差校正、故障诊断、双轴同步等优点，但改进空间仍很大。国外高档设备的无错误操作周期是30000个，使用年限是10年，而国产设备的无错误操作周期是10000个，使用年限是3年。我国目前的CNC系统多用于中低档设备，工作条件苛刻，且硬件的工作周期很短。近年来，我国的电子产业发展很快，在PCB EMC设计、制造、元器件焊接、电路板的老化等方面均已接近国际先进水准。
国内数控机床的可靠性相对较低，主要原因在于其软件容错能力和智能水平不够高。在经历了数年的发展和不断完善后，国外的系统软件基本上适应了各种环境，而我国目前的系统软件更多的是面向一般的机床，在某些特定的环境中，因为市场周期比较短暂，所以在不同的领域中并没有足够的反馈迭代性。不过，在智能误差校正与智能故障检测等领域，国产设备采用先进的装备精密技术，对机床几何误差、热力误差、力误差进行全面的建模，并对多轴机床进行了智能化误差综合校正，解决了机床的误差问题，极大地延长了机床的使用寿命。与此不同，国外先进智能设备拥有大量故障知识库和智能推理功能，结合人工智能技术，能够进行现场或通过网络的远程故障检测[6]。我国的先进设备在误差补偿、故障诊断、智能化等方面都比较滞后。德国13%的机床供应给世界各地的设备供应商，彰显了其在世界范围内的领先地位。究其原因，德国的机械制造公司每年有6%的营业额来自研究和开发，从而大多数公司拥有自己的技术和制造能力，并且居全球领先地位。在德国的制造业中，数控设备的产量约占80%，占到德国制造业出口量的3/4。尽管数控设备在德国工业总产出中的比重不足1%，但它们已成为德国制造业持续发展和竞争力的重要保障。
2.发展模式
随着全球经济复苏的加强，经济活动加快，我国政府出台了一系列政策，推动制造业转型升级，迎接新的机遇与挑战。加入WTO后，我国采取了包括减少进口设备进口税、放宽进口许可、实施第一台（套）重大技术设备在内的保险赔偿制度等措施，来促进行业进出口贸易高速增长[7]。同时，我国已经从“引进来”转向“走出去”，通过积极参加“一带一路”建设、参加亚投行、签署自贸协议等举措，有力推动了外贸的快速发展。
2018年，我国经济持续稳步发展，数控设备制造业也迎来了一个新的、适度的发展循环。工业总体生产率得到很大提高，技术和产品质量都在逐步缩短与世界先进国家之间的距离，真正实现了高速、高效率的发展。
据统计，2017年，我国钢铁行业的金属加工设备消耗总量达到299.7亿美元，同比增加7.5%；金属加工机械生产总额达到245.2亿美元，同比增加5.1%。其中，加工机械的产量达到133.5万美元，同比增加3.6%；我国已完成了一项超过111.7亿美元的生产任务，同比增加7.1%。机械行业的恢复势头十分显著。2017年，全国金属加工机械产品的出口额达到31.74亿美元，较上年同期增加11.65%；出口总值达86.79亿美元，同比增加17.75%；外贸顺差55.05万美元；我国的机械工业进口和出口都有所好转。国产经济型CNC系统已能基本适应我国的需求，占据95%以上的市场份额。在高端CNC技术中，微型计算机的迅猛发展为先进的CNC技术的发展奠定了坚实的基础，从而促进了高质量、高效率的发展。同时，在一系列国家重点项目的扶持下，我国的功能性零件实现了重大的技术创新，其中一些已经拥有了自己的技术专利，包括滚珠丝杠、导轨、动力刀架等核心功能零件，其精确度和可靠性已经达到世界领先的水准。虽然国内的功能性零件生产厂家数量位居世界第一，但是在产值和产品档次上还存在着很大的距离。目前，在国家科技政策的支持下，许多数控机床企业攻克了数控机床的关键技术，取得了较好的示范应用效果。
“中国制造2025”把高端数控加工设备列为国家未来制造业发展的重要目标，我国在世界范围的地位也在逐步提升，许多国际知名的机械厂商纷纷在我国设立分支机构，这也使得企业可以借鉴全球先进技术[8]。根据目前的发展现状和问题，我国的CNC工业将向着“精度高、速度快、可靠性高、质量高”（“四高”）发展，数控设备行业正朝着智能化、网络化、复合化、绿色化发展，特别是在最近几年，国家持续加大了对环境的保护力度，数控加工行业也在进行绿色升级[9]。
我国数控机床行业经过多年低端发展，急需提升行业产品竞争力，走高端化发展道路。创新是行业发展的根本动力，要提高数控机床行业的技术水平，必须加强创新能力平台建设。例如，“高端数控机床及基础制造装备”科技重大专项，包括：行业技术与装备创新能力平台建设、复杂数控刀具创新能力平台建设、复杂数控刀具创新能力平台等课题的研究。随着CNC工业的发展，数控机床的技术水平得到了极大的提高，从而带动了国产数控机床、数控系统及相关功能部件的市场发展，为扩大国内数控机床市场创造了有利条件。未来，随着智能制造的发展，机床行业将面临更大的变革，如何妥善解决产品出口问题成为建设制造强国的关键所在。
3.发展环境
随着新一轮技术革命和工业转型的不断深化，世界范围内的高端数控设备结构发生了巨大的变化，德、美、日等先进国家和区域领先的企业形成了一股强大的竞争力量。美国不断加大对我国的高科技技术和产品禁运力度，迫使国产机床在材料、工艺、系统等领域实现自主可控的需求，达到了空前的程度。在关键的产业链上，高速精密轴承、高档齿轮等关键零件，包括智能芯片、光栅尺、光刻机等，以及数字协作设计、3D/4D制造流程仿真、高精度现场测量、高性能伺服驱动等关键技术，车铣复杂数控加工中心、设计加工测量一体化制造平台等，急需加大研发投入，实现原创性突破[10]。
2022年，我国的CNC工业以31.5%的增长率位居世界第二，仅次于日本（32.1%），比德国（17.2%）高14.3个百分点。然而，中国的CNC工业整体呈现出“大而不强”的态势，特别是CNC关键部件的主要技术与日本、德国等生产大国相比还存在很大的差距，大部分企业仅凭“量”来赢得行业的竞争，无法在国际上占据上风。
2022年，我国的CNC进口总额为68.9亿美元，位居世界第一，出口额30.6亿美元，次于德国、日本和意大利，位居世界第四，而且出口产品的附加价值相对较少，缺乏国际竞争能力。同时，我国的高端机床产品进口量也远远超过了其生产规模，这意味着我国生产的高端机床无法适应其自身的需求，只能通过进口来解决。在出口方面，近年来，我国积极进行国际协作，对我国数控加工设备的出口起到了很好的促进作用。但是，目前国内一些企业的产能过剩问题依然严重，同时由于劳动力成本、原材料成本和货币的汇率等原因，使得数控设备的出口更加艰难。而整个工业的出口商品以低端、低价值为主，产品的结构层次偏低。因此，从当前我国数控设备制造业的发展状况来看，国内的工业发展依然任重而道远。
当然，国内的高端数控设备制造业也面临着新的发展机会[11]。
一是汽车制造、航空航天、海洋装备、电力电子、工程机械、精密制造、新能源与环境装备等领域迅速发展，高端数控机床等技术创新持续快速演进，在加工基础材料、关键零部件、工艺水平等方面迭代、试错机遇得以大幅增长。
二是国产高端CNC与国外先进水平虽然有较大的差距，但其在多轴联动控制、功能复合化、网络化、智能化、开放化等前沿技术领域已取得了较好的成果，尤其是对需求最大的中低端数控机床市场，自主生产能力具有一定的匹配度，为追赶前沿及满足国内大部分应用需求提供了很好的基础条件。近年来，在“863”项目支持下，我国高校、研究院所纷纷对CNC设备进行了远距离监控与故障检测技术的探索，通过协作，开发了一套套以互联网为基础的远程监控与故障检测平台，这为各制造厂商提供了远程维护的基础保障。
广州CNC公司开发的CNC设备网络系统能够对现场的工作状态进行实时监测和远程诊断，减少了维修费用，并为建立故障知识库和加工知识库打下了坚实的基础。随着“高端CNC与基础制造设备”项目的实施，各企业纷纷加大了研发力度和自主创新力度，使得我国的数控设备在产品类型、产业规模、应用领域方面取得了长足进步，产品在航空航天业、汽车工业、船舶制造业等领域得到了广泛应用。
整体上，由于缺乏核心技术、自主创新能力和国际上具有竞争力的品牌，导致了我国CNC与全球先进水平存在较大差距，同时我国的高端设备研发能力薄弱、产品稳定性欠佳、产品质量待改进等问题严重影响了我国的高端机床产品在国际上的声誉，使得我国的高端设备产品缺乏足够竞争优势。
1.2.3 信创赋能高端数控机床领域发展的研究进展
1.技术水平
由于计算机技术的迅速发展，传统的制造业发生了巨大的变化，世界各国（或地区）都在大力研发先进制造技术，并建立了新型的生产模型。数字控制是当今先进制造技术中的关键，需利用微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等先进技术，具有高精度、高效率、柔性化的特点，在实现柔性自动化、集成化和智能化方面具有重要意义。随着我国数控设备不断向高精度、自动化和网络化发展，国内很多企业都在应用计算机辅助设计（CAD）、企业资源计划（ERP）和电子商业等技术。然而，目前国内使用CNC设备的信息化水平还很低，这主要是因为其自身的基础比较薄弱。同时，我国的CNC设备信息技术成熟度还不够，在国外，其成功的时间在10000多个小时以上，而我国自主开发的成功时长还不到国外的50%。所以，进口数控设备在国内的市场占有率每年都在增长，而售价也在持续攀升。
CNC设备的可靠程度已成为人们普遍关心的一个重要问题。智能化技术通过对加工系统的检测、建模、特征抽取等物理量的分析，对加工系统的内外状况进行智能判断，并对其进行动态调整，以保证其在生产中的最佳运行[12]。例如，沈阳机械加工中心AH型钻孔机采用了德国西门子制造的简单CNC核心元件PLC，而PLC元件维修现在是西门子公司的技术支撑。目前，国内的CNC设备在信息化领域的运用还远远落后于国际先进水平，未来应该向速度、精度、可靠性和智能化方向发展。同时，我国的CNC产业发展面临着技术水平低、企业技术基础薄弱、研发能力薄弱、对国外先进技术高度依赖等问题。为了打破先进技术壁垒，国内企业需要进行更多的研究和开发。我国的数控设备长期依靠进口技术，不但丧失了核心技术的研发，而且在售后服务上存在着一定的问题，这使得其产品永远处于落后状态，很难打入国际市场。所以，加强对“中国芯”的扶持，并尽快把我国的CNC加工中心建设起来，是当前的一项重大任务。
基于以上分析，对我国的CNC设备智能化发展有以下建议。
（1）集成化
本机使用高性能CPU、RISC、FPGA、EPLD、CPLD、ASIC等特殊IC，使整个系统的性能得到改善。采用FPD平面显示技术，可以有效地改善显示器的显示效果。由于其技术先进、质量轻、体积小巧、功率消耗小、易于随身携带、能达到超大型显示器的特点，已逐渐在21世纪占据了主导地位。利用先进的封装和互联技术，半导体和曲面装配技术有机地融合在一起。集成化可以使芯片的数量大大减少，从而降低生产费用，改进性能，减小部件的体积，提高系统的可靠性。
（2）模块化
模块化的设计使CNC的集成化和标准化成为一体，根据CNC的不同功能要求，将CPU、内存、位置伺服、PLC、输入、输出、通信等模块结合在一起，形成一套标准化的产品体系。
（3）网络化
通过对数控系统的网络化，可以进行遥控和自动控制。机床网络实现了对机床的编程、设定、操作、运行，同时对各种机床进行实时展示。
数控机床的革新是“永恒”的主题，而信息化给数控设备的发展带来了一个全新的发展空间，尤其是数字技术的发展，使数控机床行业进入了信息时代。根据“技术至上、应用至上”的原则，国内企业对数控机床进行了创新[13]。在数控系统不断创新的基础上，随着计算机技术的发展，对机械设备和流水线的智能化也有了新的问题和思路，推动我们进行新的探索。智能机床的三大核心技术分别涉及三大基础共性问题、智能功能、数控机床与加工工艺“数字孪生”。为了应对未来的竞争，对智能机床原型系统及智能加工关键技术的研究与开发具有重要意义。智能机床的发展分为三个阶段：初级阶段的机床+数字化，中级阶段的数控机床+互联网，高级阶段的计算机、网络等。CNC加工中越来越广泛地使用传感技术，网络技术与数控机床不断融合，智能化功能初见端倪。
2.发展模式
数控机床技术创新模式是指从创新起点、创新要素关系、创新方式选择等方面建立的集成技术创新模式。美国、德国、日本等是全球最有代表意义的区域之一[14]。CNC设备开发时，起步于技术革新的水平存在差异，从而具有不同的技术创新模式，如表1-1所示。
表1-1 技术创新模式
比较而言，美国拥有强大的基础科研实力，但整体技术革新表现出不平衡的特点。它的创新方式可以总结为间断的、单一型的革新化。具体来说，创新活动在时间上分布不均匀。创新的本质不仅仅是模仿或简单组合现有技术，而是创造出全新的技术，例如数控系统的研发和工艺改造。在创新过程中，企业通常从基础研发开始，然后进行产品研发，最终才进入量产阶段。特别是在市场推广过程中，企业的创造力相对较弱，这导致整个技术革新周期较长且不太连续。所以，整体上，技术革新的力量分布不均，效率低下。
德国的CNC工业采用的是一种持续集成的技术革新方式，最显著的特征是平衡的竞争[16]，具体表现为：①把基础开发、生产、销售摆在同等地位，通过整合、创新、整合，使企业与科研部门密切协作，既有技术的优点，又能使数控与技术有机结合；②把现有市场与新市场进行良好衔接，通过技术创新的整合，使其能够保持可持续的发展。
日本技术革新水平较低，但技术革新的方向十分明确，具有鲜明的战略定位。工艺上的技术革新在实践中取得了较好的效果，就是重视技术引进和吸收，通过产品创新、市场创新来取得市场领先地位，以缩短技术创新的周期。日本在不断地累积和掌握技术的过程中，不断地将技术转移到自己的研究领域，使其在各方面的技术创新力量趋于平衡，并最终达到一个良好的发展状态。
从以上技术革新结果来看，日本和德国较为成熟，技术发达的德国是其成功的代表，日本是一个成功的例子；美国的发展速度很快，在基础科研方面也是数一数二的，但与日本和德国相比还有一定差距。由此我们可以得出结论：技术革新是技术进步和市场进步的动力，而对科技进步的关注是推动科技进步的根本。
美国CNC工业技术革新的动力机理是技术驱动型，其发展早期以军事和国家购买为主，技术进步是主因。美国作为CNC的诞生地，一直是世界上最先进的CNC研发中心，现在也在积极开展新一代计算机控制技术的研发工作。美国的技术得以发展的最主要的因素就是注重研究，而美国的研究体系是以政府为主体的，在科研方面的投资和研究能力都很高，但政府科研部门、高校与企业科研部门的关系不紧密，对基础科研工作的关注程度不够，对应用与发展的研究也不够关注。
德国CNC工业技术革新的原因主要有两方面：一是需求，二是技术。在发展初期，产业界还处于“观望”状态，没有积极地进行开发，后来为了迎合市场需求，出现了一些技术上的创新。20世纪70年代，CNC技术迅猛发展，德国人对于CNC的看法也随之改变，这体现在高校与企业的基础研究、应用研究、开发等方面的紧密联系。
日本的CNC工业正处于发展初期，政府的引导、激励和有效的管理是推动其发展的主要动力，同时技术推动、需求拉动以及不断的创新也是关键因素之一。日本公司在技术上的带动效应逐步加强，经历了从消极到积极、从直接到间接的转变。日本的科研体制是以民企为主体，并且是以产、官、学为一体的技术研发系统，日本的CNC更侧重于产品的开发与应用，但与更侧重基础研究的美国、德国等国家相比还是稍逊一筹。但近年来，日本对基础科研的投资在不断增长。
另外，我国台湾地区的CNC设备的技术革新方式主要是移动式和倾斜式工艺，核心特点包括：企业的技术创新不平衡，企业的创新常常以市场的方式推动企业的产品革新，从而带来区域的竞争优势；依靠革新的流程，在短期内赢得胜利；在基础研发、产品研发等方面，只是在市场与自身的长处寻求结合，难以积极地进行自主创新，并在需要时才能实现。我国台湾地区的CNC企业规模小，机制灵活，反应快，现在各领域的力量都在逐渐壮大，并逐渐形成一个健康的技术创新循环[17]。基于此，我国台湾地区在技术上进行倾向性革新，短短十年内就跃居全球十大数控设备之首。
我国台湾地区的CNC加工中心是在广泛的需求带动下进行的，它的带动效果来自市场需要和企业发展的需要，也来自日本等国对CNC的带动。为迎合市场的需要，CNC企业非常注重产品的设计，然而整体的研发力量还不够强大，特别是在基础研究方面还很薄弱，主要是对产品的改进缺少创新的力量。
3.发展环境
数控机床行业技术创新的外部环境包括政府政策、市场、资金、教育等诸多因素。国内外数控设备行业发展的实践证明，企业技术革新能否成功，关键在于企业所处的外部条件。从外部环境来看，政府的决策尤为突出。日本就是一个很有代表性的国家，在发展过程中，日本的工业界颁布了三项“重整法”，把CNC作为优先发展的产业，并且制订了发展规划、指导报告、设立机构等多种形式，给了它们发展的有利条件。从横向来看，日本的政策具有系统性、连续性和渐进性，促使工业从技术引入发展到自主发展，从基础薄弱成长至成熟。从水平上来看，政策涵盖了引进、开发、生产、销售等方面，从而推动了整个技术创新进程的整合。
相比之下，美国更加重视市场调控，而没有太多的政府干涉。在美国的CNC发展中，国家主要的职能是推动其发展，但在投资、信贷、税收等方面没有对其进行任何的保护。美国的CNC工业在20世纪80年代的衰退让该产业一度跌入谷底。自此，美国政府一直在加强对工业的干预，不但与日本等签署了VRA协定，对中国的产品进行严格限制，而且制定了一些政策，推动了美国数控设备制造业的发展[18]。不过总体而言，与日本相比，美国政府在CNC工业上所扮演的角色要少得多。但是，长期以来，美国数控机床行业的表现总体可以总结为：融资困难，政府贷款优惠政策少，银行利率高，企业负担重，企业经济效益不佳，自我投资能力不强等。
而日本的财政状况较为宽松，其财政补贴政策通常作为一种有效的引导行业发展的工具，企业轻易地就能得到国家的信贷支持。因此，日本的CNC公司与金融机构有很好的联系，而且金融机构很乐意向他们放款。德国CNC的加工设备公司在发展进程中也会得到一定的政府补贴，使其具有更好的经济效益，因此自我投入的积极性也较高。
德国和日本拥有较好的人力资源条件。德国一向注重教育，其特征是高校和员工的培养网络化、并行发展。日本的产业发展以受过教育和训练为根基，十分注重经营和营销人员的技术培训，这对于迅速地进行技术革新大有裨益。美国人才质量不平衡，有不少的科研人员在从事CNC的基础工作，却没有专门的技术人员，20世纪80年代控制工业的没落导致大量的公司转产、倒闭、人才流失、工人老化等问题，这一直是美国CNC工业面临的难题。
从企业的组织构成上，全球CNC机械制造厂商大多是中小规模的，它们的分工合作机制比较完备，特别是日本和德国等。其中，日本更注重大公司的发展，而德国更注重中小型企业的发展。近年来，德国的大公司逐步向集团式发展，其力量逐步加强。日本和德国有着较为完善的技术创新机构，具有较强的技术革新能力。美国有许多中小企业，他们缺乏可以灵活处理创意的中等规模企业来承接各种创新的工作。
建立和执行合适的技术革新策略是提升数控设备制造技术创新的重要手段。技术创新策略包括国家或区域技术创新目标、技术创新路径、技术创新重点、技术创新实现路径等。日本的CNC工业具有清晰的技术创新目的，其总体的技术革新策略是以产品和营销为核心的。通过选取适当的切入点，以集中、批量、技术特点为核心的集中批量生产体系，并以其配件为配套，以服务于民用工业，尤其是中小型企业主导的一系列产品，市场创新战略包括价格优势、售前售后服务等。此外，它的战略型人才的培育也在其中扮演了一定角色。
德国CNC工业的技术革新策略就是要发挥其自身的技术力量，整体上创造出一个新的综合竞争优势。在生产策略上，德国保持了传统的高质量、高精度的大精密机械等优势，并灵活运用各种类型的机械。其营销战略是为客户提供各种不同类型的机械设备，具有丰富的销售渠道和完善的销售服务体系。所以，虽然德国的CNC机床价格很高，但仍然可以占有一定的市场。
尽管日本、德国等对CNC技术革新的策略有不同程度的偏好，但它们都有一个共性，即具有较好的韧性，确保整个技术革新从设计到生产到销售的完整性，尤其是将产品在市场上最终取得经济效益作为创新过程的目标。与之相反，美国的CNC工业就因为缺少整体的策略而走向衰退。美国CNC设备技术定位清晰，始终以高端市场为导向，以高技术为主要方向，加工工艺较缓慢，能适应军事需要。但其营销观念不强特别是营销渠道不够完善，造成了企业的创新不成功。另外，美国的CNC公司在技术改造和人才培养等问题上没有给予足够的关注。美国CNC工业因其战略上的错误，使其由CNC的创造者转变为全球最大的CNC进口国，其惨痛的经验值得我们反思。
1.2.4 相关研究评述
综上所述，国外对信息技术产业创新理论的研究已趋于完善，国内则侧重于理论介绍。事实上，我国有很多小型信息技术创新产业，它们依靠低廉的劳动力成本和低廉的价格，生产出一些低端的产品，这些企业规模小，缺乏创新能力，生产的产品大同小异，缺乏差异性，只能靠低成本、高产量来维持生存。在我国大力提升专门技术人员技能的同时，“产学+科研”的发展也日益成为人们关注的焦点。在研究与革新领域，有大批的新成员加入。专业技术人员的源源不断，再加上良好的投资环境（环境也是一个成功的产业）和产业政策的支持，产业的开放性让家庭、农村的产业向城镇化转变，形成一个良好的循环结构和良好的健康产业体系。
粤港澳大湾区拥有丰富的自然资源和便捷的交通，而自然资源是决定产业集聚的重要因素，交通是否便利也是影响产业发展的重要因素。通常，有资源的地方都会对天然资源合理利用，建立起配套的上游企业，随着规模的扩大，这个链条也会延伸，从而带动更多的中下游企业，实现整个产业链的协调发展。交通是工业发展的一个重要媒介，企业可以通过运输和营销商品来完成物资的交易，也可以利用交通工具来进行商品的交易。随着经济对外开放水平的提高，工业的技术水平会随之提高，企业的技术水平则会相应提高。相反，随着对外开放水平的降低，工业的技术革新也会随之减少。我国的经济发展水平与区域内资本流动速度、劳动力和技术流动速度有关。在这种情况下，地方政府要加强对工业的改造，使其在粤港澳地区的发展中发挥更好的带动作用。
上述资料和研究显示，数控产业对技术创新有着巨大的促进作用。
第一，数控行业的地域集中有利于促进企业间的合作。区域内数控产业的集聚，可以促进各机构之间的合作，增强相互之间的信任，不断创新，形成明确的合作关系和共同创新氛围，共同推动区域经济发展。例如，一些数控企业的文化体制、研究方向、金融结构等因素受到区域政策环境的影响，在数控产业集聚的过程中有助于促进产业内的企业开展创新活动。
第二，数控产业的创新有利于知识外溢。在企业创新过程中进行集体学习、运用知识，可以使企业充分享受到企业创新所带来的正面效应，同时，由于市场竞争日趋激烈，企业要想更好地开展创新活动，知识外溢效益就显得尤为重要。区域外企业在当地经济发展过程中难以实现知识外溢，因此产业集聚可以促进知识外溢，企业知识积累越多，创新的可能性也就越大。
第三，数控产业创新有利于形成技术创新网络。在数控产业的创新发展过程中，各种因素都会被积累起来，各种知识可以通过不同的方式传播到各行业。这是当前技术创新过程中的关键因素，不同企业之间的合作可以形成更加完善的技术创新网络。
粤港澳大湾区不仅完美匹配形成产业创新的条件，还拥有快速发展的优势，所以应全力利用自身发展优势，大力发展创新行业，致力形成区域协同。广州应利用自身雄厚的制造业和工业基础，率先形成国内领先的工业制造数字化、网络化和智能化的基础设施和产业体系，致力于打造高端数控系统的工业基础设施，形成各有侧重、协同发展的数控平台体系，努力成为我国高端数控产业核心发展区域之一。深圳制定了《深圳高新技术产业园区发展专项规划（2009—2015年）》和《深圳新一代信息技术产业振兴发展政策》，制定了一系列针对高新技术产业园区发展的战略定位和政策方针，创造出完善优良的产业发展环境，不断优化营商环境，持续将数控产业打造为先进制造业标杆。佛山实施“一环创新圈”战略规划，打造“东北-科创环”和“西南-智造环”，构建广深港澳科技创新走廊的“一核五平台、多节点”创新体系。东莞重点新兴产业在空间尺度上构建“一核三带十区”的发展布局，打造十大产业集聚区，升级东莞产业发展新阵列等。各城市通过出台各项创新政策和尽全力建成区域协同大局面，致力于促进粤港澳大湾区高端数控产业发展，建成全国领先的高新技术湾区。