【文章內(nèi)容簡介】 以支持能源、運輸、信息、材料等戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)的發(fā)展〔１〕。為此，我們必須對機床產(chǎn)品創(chuàng)新進行研究，以擺脫我們只能制造基礎裝備，“大型、高精度數(shù)控機床大部分依賴進口的現(xiàn)狀” 〔２〕。本文以機床產(chǎn)品中具有代表性的品種—加工中心為研究對象，研究加工中心的創(chuàng)新現(xiàn)狀，可以反映出整體機床產(chǎn)業(yè)的情況。1國產(chǎn)機床產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀目前我國進口立式加工中心以高端產(chǎn)品為主，２００６年我國進口立式加工中心 ９９７８臺，總值 ８．１４億美元〔３〕，以此推算每臺平均價 ８．１６萬美元，比同類國產(chǎn)機床的平均售價高 １００￣２００％。我國的立式加工中心的商品化在上世紀 ８０年代起步，步入 ２１世紀開始隨著國內(nèi)市場需求上升以較高速度增長，見圖 １，市場占有率和進口產(chǎn)品保持均勢，占全總銷售量的 ２０￣３０％，占據(jù)國內(nèi)市場的中、低端。在我國生產(chǎn)的各種加工中心當中，立式加工中心產(chǎn)量最大，占全部加工中心產(chǎn)量的 ３／４，同時也是發(fā)展最快、新產(chǎn)品最多的加工中心品種，２００４年已取代數(shù)控車床成為年新產(chǎn)品開發(fā)數(shù)的首位，其中工作臺寬度小于６００ｍｍ的占立式加工中心生產(chǎn)量的 ７０％左右，工作臺寬度在大于 ６００ｍｍ小于 １０００ｍｍ和工作臺寬度大于１０００ｍｍ的各占立式加工中心生產(chǎn)量的 １５％左右〔４〕。（１）產(chǎn)品趨同。國產(chǎn)立式加工中心產(chǎn)品最明顯的一個特點是總體方案非常相似，ＸＨ７１５是較多企業(yè)模仿的機體設計，見圖 ２，此方案采用單立柱結構，垂直運動由主軸沿立柱運動實現(xiàn)，水平運動由工作臺移動實現(xiàn)。高速化方面國產(chǎn)的大部分是在現(xiàn)有的 ＸＨ７１５機體上增添高速電主軸，與國外專門為高速加工研制的機體相比性能差距明顯。國產(chǎn)立式加工中心制造企業(yè)很少進行加工活動，機體鑄造和加工主要委托外包生產(chǎn)商按設計供應，而大部分其它子系統(tǒng)和零部件均通過對外采購取得，企業(yè)在生產(chǎn)場地進行的主要是樣機試制和產(chǎn)品裝配、檢驗工作。國產(chǎn)立式加工中心的結構單一性造成了一個機床產(chǎn)業(yè)的獨特現(xiàn)象：出現(xiàn)了專門供應標準機體的供應商，讓部分立式加工中心的生產(chǎn)企業(yè)可以放棄機床設計環(huán)節(jié)，外購所有子系統(tǒng)，完全把精力集中在組裝環(huán)節(jié)上。（２）低價競爭。對Ｘ、Ｙ、Ｚ軸行程為８００、５００、５００ｍｍ的兩種檔次的立式加工中心進行直接材料成本估算，圖３顯示生產(chǎn)企業(yè)付出的直接材料費用約１８萬元左右，是組裝成本的１３倍。在直接材料成本不斷上升的同時，國產(chǎn)立式加工中心在市場上的價格下限卻在逐年下降，現(xiàn)時上述規(guī)格的國內(nèi)品牌加工中心價格低端在２０萬元左右，這類立式加工中心，已形成一定的生產(chǎn)批量。與國外同類產(chǎn)品相比，有一定性價比優(yōu)勢，在質(zhì)量的穩(wěn)定性、可靠性和交貨期上還有差距。然而，國產(chǎn)加工中心的性價比優(yōu)勢是由價格競爭所換取的，從使用制造裝備的角度看，用戶的普遍需求是 “快掙錢、多掙錢、少花錢”，追求的是投資回報，需要的是能夠幫助他們實現(xiàn)這一切的產(chǎn)品。由于國產(chǎn)加工中心結構設計趨同，其性能和投資回報也會相近，用戶的選擇標準因此就轉(zhuǎn)向降低價格、降低付款條件等，以期減少投資成本或降低投資風險。從圖 ３可見，數(shù)控系統(tǒng)在成本中占的比例最大，國內(nèi)外產(chǎn)品的價格差也最高，價格下調(diào)的空間最大，但是由于數(shù)控系統(tǒng)的國產(chǎn)化進展緩慢，市場仍然由少數(shù)國外品牌占據(jù)，因此在加工中心價格下調(diào)的趨勢中，國外數(shù)控系統(tǒng)品牌仍然有強大的議價能力，加工中心制造企業(yè)在無法裁減功能部件成本的情況下，只能降低組裝成本、固定成本和利潤。2趨同現(xiàn)象的分析（１）模塊化設計。產(chǎn)品開發(fā)是具有排他性的活動，企業(yè)為了保護核心能力，會阻止競爭對手得到推出相似產(chǎn)品的能力。如果趨同現(xiàn)象出現(xiàn)，就代表了生產(chǎn)該種產(chǎn)品的所有能力都可以在市場上自由取得，某個企業(yè)無法獨占。加工中心的技術現(xiàn)狀正是如此，而模塊化設計則是加工中心技術市場化的基礎。模塊化設計（ＭｏｄｕｌａｒＤｅｓｉｇｎ）的基本原理是將復雜的產(chǎn)品和系統(tǒng)分解為簡單、獨立、功能單一的部分，再把各部分搭配出各種復雜的產(chǎn)品〔５〕。模塊化設計思想強調(diào)部件的互換性，因此模塊化的產(chǎn)品比較容易單獨對其中某一個部件進行技術革新而不影響產(chǎn)品的其它部分，達到降低開發(fā)成本，加快開發(fā)速度的效果。過去對模塊化設計的研究證明，模塊化產(chǎn)品設計帶來的負面效果，是降低出現(xiàn)突破性創(chuàng)新的機會。據(jù)文獻 〔６〕分析，美國過去２００年專利發(fā)明的關聯(lián)性發(fā)現(xiàn)，雖然模塊化可以降低產(chǎn)品功能部分的互相影響，令功能部分的創(chuàng)新更加容易、頻繁，但產(chǎn)品存在功能部分的依賴性有助于促發(fā)突破性創(chuàng)新，產(chǎn)品模塊化的同時，出現(xiàn)突破的、根本的創(chuàng)新可能性將受到影響。（２）參數(shù)化設計。自然淘汰是市場經(jīng)濟的基石，當市場上出現(xiàn)相同用途的產(chǎn)品時，性價比最高的產(chǎn)品必然會把稍差的產(chǎn)品淘汰。為了容易理解和比較，客戶會將產(chǎn)品的總體分解和簡化為少數(shù)直觀的、可量化的功能參數(shù)。市場上普遍采用的功能參數(shù)會壓倒其它性能成為加工中心制造企業(yè)的主要努力對象，加工中心制造企業(yè)沒推出相異產(chǎn)品的意欲，其主要原因是市場上加工中心評價參數(shù)的片面性。從我國傳統(tǒng)機床設計界的角度看，客戶選購產(chǎn)品的主要考慮點是產(chǎn)品功能與客戶的典型加工任務匹配，次要考慮是價格，在滿足加工任務的前提下，盡量節(jié)約投資。在這種思想指導下，處于國際上金屬切削工藝研究前沿的課題，因為使用了諸如切削效率〔７〕、動態(tài)精度、熱穩(wěn)定度、精度保持性等，較為抽象、難于檢測或未有公認量化標準的功能參數(shù)，因此未被國內(nèi)加工中心制造企業(yè)用作開發(fā)新產(chǎn)品的標桿。企業(yè)對如何更有效幫助客戶 “快掙錢、多掙錢、少花錢”的努力只是限于提升個別部件的技術參數(shù)，這種以部件技術參數(shù)為本的觀點，令企業(yè)無法發(fā)掘產(chǎn)品開發(fā)機遇。3產(chǎn)品差異化的案例設計模塊化、技術市場化已經(jīng)在加工中心制造領略實行多年，從國外成功的例子可以看到，在保留模塊化設計思想的同時，通過針對特定市場區(qū)間，提供獨一無二的產(chǎn)品是規(guī)避趨同競爭，保持價值的有效辦法。利用產(chǎn)品差異化（ＰｒｏｄｕｃｔＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ）是達到這種效果的產(chǎn)品開發(fā)策略。德國 ＤＭＧ公司的機床設計采取一體化機體策略，以單體式（ＭｏｎｏＢＬＯＣＫ）或雙體式（ＤｕｏＢＬＯＣＫ）結構取代傳統(tǒng)的機床大件結合方式，達到提高機體剛性、減少組裝步驟、降低組裝誤差的效果〔８〕。ＤＭＧ的另一項技術革新是采用直線電機驅(qū)動運動系統(tǒng)，和傳統(tǒng)伺服電動機加滾珠軸承的方案相比，直線電機驅(qū)動能提供更高的加速度，同時簡化機體結構。圖３國產(chǎn)中、低檔加工中心產(chǎn)品的直接材料成本構成的估算瑞士米克朗公司的機床設計特色之一是使用人造大理石材料，澆注成封閉型單體床身，該材料的震動阻尼特性和熱穩(wěn)定性較鑄鐵為佳，此外采用冷澆注的人造大理石大大降低生產(chǎn)成本和簡化組裝。森精機制作所的機床總體設計側(cè)重平衡作用在機床上的力矩。在機體設計上，森精機獨特的雙跨孔龍門布局令龍門置于 Ｙ軸導軌的中間位置，縮短主軸箱的懸空從而減少其翻轉(zhuǎn)力矩。此外，森精機機床的運動系統(tǒng)采用了獨特的重心驅(qū)動，重心驅(qū)動技術從根本上消除了加工點的移動方向改變后立即出現(xiàn)了切削痕跡不規(guī)則和紊