【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 以支持能源、運(yùn)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(duì)機(jī)床產(chǎn)品創(chuàng)新進(jìn)行研究，以擺脫我們只能制造基礎(chǔ)裝備，“大型、高精度數(shù)控機(jī)床大部分依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀” 〔２〕。本文以機(jī)床產(chǎn)品中具有代表性的品種—加工中心為研究對(duì)象，研究加工中心的創(chuàng)新現(xiàn)狀，可以反映出整體機(jī)床產(chǎn)業(yè)的情況。1國(guó)產(chǎn)機(jī)床產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀目前我國(guó)進(jìn)口立式加工中心以高端產(chǎn)品為主，２００６年我國(guó)進(jìn)口立式加工中心 ９９７８臺(tái)，總值 ８．１４億美元〔３〕，以此推算每臺(tái)平均價(jià) ８．１６萬(wàn)美元，比同類國(guó)產(chǎn)機(jī)床的平均售價(jià)高 １００￣２００％。我國(guó)的立式加工中心的商品化在上世紀(jì) ８０年代起步，步入 ２１世紀(jì)開(kāi)始隨著國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求上升以較高速度增長(zhǎng)，見(jiàn)圖 １，市場(chǎng)占有率和進(jìn)口產(chǎn)品保持均勢(shì)，占全總銷售量的 ２０￣３０％，占據(jù)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的中、低端。在我國(guó)生產(chǎn)的各種加工中心當(dāng)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(shí)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(kāi)發(fā)數(shù)的首位，其中工作臺(tái)寬度小于６００ｍｍ的占立式加工中心生產(chǎn)量的 ７０％左右，工作臺(tái)寬度在大于 ６００ｍｍ小于 １０００ｍｍ和工作臺(tái)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(guó)產(chǎn)立式加工中心產(chǎn)品最明顯的一個(gè)特點(diǎn)是總體方案非常相似，ＸＨ７１５是較多企業(yè)模仿的機(jī)體設(shè)計(jì)，見(jiàn)圖 ２，此方案采用單立柱結(jié)構(gòu)，垂直運(yùn)動(dòng)由主軸沿立柱運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，水平運(yùn)動(dòng)由工作臺(tái)移動(dòng)實(shí)現(xiàn)。高速化方面國(guó)產(chǎn)的大部分是在現(xiàn)有的 ＸＨ７１５機(jī)體上增添高速電主軸，與國(guó)外專門為高速加工研制的機(jī)體相比性能差距明顯。國(guó)產(chǎn)立式加工中心制造企業(yè)很少進(jìn)行加工活動(dòng)，機(jī)體鑄造和加工主要委托外包生產(chǎn)商按設(shè)計(jì)供應(yīng)，而大部分其它子系統(tǒng)和零部件均通過(guò)對(duì)外采購(gòu)取得，企業(yè)在生產(chǎn)場(chǎng)地進(jìn)行的主要是樣機(jī)試制和產(chǎn)品裝配、檢驗(yàn)工作。國(guó)產(chǎn)立式加工中心的結(jié)構(gòu)單一性造成了一個(gè)機(jī)床產(chǎn)業(yè)的獨(dú)特現(xiàn)象：出現(xiàn)了專門供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)體的供應(yīng)商，讓部分立式加工中心的生產(chǎn)企業(yè)可以放棄機(jī)床設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，外購(gòu)所有子系統(tǒng)，完全把精力集中在組裝環(huán)節(jié)上。（２）低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)。對(duì)Ｘ、Ｙ、Ｚ軸行程為８００、５００、５００ｍｍ的兩種檔次的立式加工中心進(jìn)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(fèi)用約１８萬(wàn)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(shí)，國(guó)產(chǎn)立式加工中心在市場(chǎng)上的價(jià)格下限卻在逐年下降，現(xiàn)時(shí)上述規(guī)格的國(guó)內(nèi)品牌加工中心價(jià)格低端在２０萬(wàn)元左右，這類立式加工中心，已形成一定的生產(chǎn)批量。與國(guó)外同類產(chǎn)品相比，有一定性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，在質(zhì)量的穩(wěn)定性、可靠性和交貨期上還有差距。然而，國(guó)產(chǎn)加工中心的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)是由價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)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(bào)，需要的是能夠幫助他們實(shí)現(xiàn)這一切的產(chǎn)品。由于國(guó)產(chǎn)加工中心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)趨同，其性能和投資回報(bào)也會(huì)相近，用戶的選擇標(biāo)準(zhǔn)因此就轉(zhuǎn)向降低價(jià)格、降低付款條件等，以期減少投資成本或降低投資風(fēng)險(xiǎn)。從圖 ３可見(jiàn)，數(shù)控系統(tǒng)在成本中占的比例最大，國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品的價(jià)格差也最高，價(jià)格下調(diào)的空間最大，但是由于數(shù)控系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)展緩慢，市場(chǎng)仍然由少數(shù)國(guó)外品牌占據(jù)，因此在加工中心價(jià)格下調(diào)的趨勢(shì)中，國(guó)外數(shù)控系統(tǒng)品牌仍然有強(qiáng)大的議價(jià)能力，加工中心制造企業(yè)在無(wú)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(rùn)。2趨同現(xiàn)象的分析（１）模塊化設(shè)計(jì)。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)是具有排他性的活動(dòng)，企業(yè)為了保護(hù)核心能力，會(huì)阻止競(jìng)爭(zhēng)對(duì)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(chǎng)上自由取得，某個(gè)企業(yè)無(wú)法獨(dú)占。加工中心的技術(shù)現(xiàn)狀正是如此，而模塊化設(shè)計(jì)則是加工中心技術(shù)市場(chǎng)化的基礎(chǔ)。模塊化設(shè)計(jì)（ＭｏｄｕｌａｒＤｅｓｉｇｎ）的基本原理是將復(fù)雜的產(chǎn)品和系統(tǒng)分解為簡(jiǎn)單、獨(dú)立、功能單一的部分，再把各部分搭配出各種復(fù)雜的產(chǎn)品〔５〕。模塊化設(shè)計(jì)思想強(qiáng)調(diào)部件的互換性，因此模塊化的產(chǎn)品比較容易單獨(dú)對(duì)其中某一個(gè)部件進(jìn)行技術(shù)革新而不影響產(chǎn)品的其它部分，達(dá)到降低開(kāi)發(fā)成本，加快開(kāi)發(fā)速度的效果。過(guò)去對(duì)模塊化設(shè)計(jì)的研究證明，模塊化產(chǎn)品設(shè)計(jì)帶來(lái)的負(fù)面效果，是降低出現(xiàn)突破性創(chuàng)新的機(jī)會(huì)。據(jù)文獻(xiàn) 〔６〕分析，美國(guó)過(guò)去２００年專利發(fā)明的關(guān)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(shí)，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(shè)計(jì)。自然淘汰是市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的基石，當(dāng)市場(chǎng)上出現(xiàn)相同用途的產(chǎn)品時(shí)，性價(jià)比最高的產(chǎn)品必然會(huì)把稍差的產(chǎn)品淘汰。為了容易理解和比較，客戶會(huì)將產(chǎn)品的總體分解和簡(jiǎn)化為少數(shù)直觀的、可量化的功能參數(shù)。市場(chǎng)上普遍采用的功能參數(shù)會(huì)壓倒其它性能成為加工中心制造企業(yè)的主要努力對(duì)象，加工中心制造企業(yè)沒(méi)推出相異產(chǎn)品的意欲，其主要原因是市場(chǎng)上加工中心評(píng)價(jià)參數(shù)的片面性。從我國(guó)傳統(tǒng)機(jī)床設(shè)計(jì)界的角度看，客戶選購(gòu)產(chǎn)品的主要考慮點(diǎn)是產(chǎn)品功能與客戶的典型加工任務(wù)匹配，次要考慮是價(jià)格，在滿足加工任務(wù)的前提下，盡量節(jié)約投資。在這種思想指導(dǎo)下，處于國(guó)際上金屬切削工藝研究前沿的課題，因?yàn)槭褂昧酥T如切削效率〔７〕、動(dòng)態(tài)精度、熱穩(wěn)定度、精度保持性等，較為抽象、難于檢測(cè)或未有公認(rèn)量化標(biāo)準(zhǔn)的功能參數(shù)，因此未被國(guó)內(nèi)加工中心制造企業(yè)用作開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的標(biāo)桿。企業(yè)對(duì)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(gè)別部件的技術(shù)參數(shù)，這種以部件技術(shù)參數(shù)為本的觀點(diǎn)，令企業(yè)無(wú)法發(fā)掘產(chǎn)品開(kāi)發(fā)機(jī)遇。3產(chǎn)品差異化的案例設(shè)計(jì)模塊化、技術(shù)市場(chǎng)化已經(jīng)在加工中心制造領(lǐng)略實(shí)行多年，從國(guó)外成功的例子可以看到，在保留模塊化設(shè)計(jì)思想的同時(shí)，通過(guò)針對(duì)特定市場(chǎng)區(qū)間，提供獨(dú)一無(wú)二的產(chǎn)品是規(guī)避趨同競(jìng)爭(zhēng)，保持價(jià)值的有效辦法。利用產(chǎn)品差異化（ＰｒｏｄｕｃｔＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ）是達(dá)到這種效果的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)策略。德國(guó) ＤＭＧ公司的機(jī)床設(shè)計(jì)采取一體化機(jī)體策略，以單體式（ＭｏｎｏＢＬＯＣＫ）或雙體式（ＤｕｏＢＬＯＣＫ）結(jié)構(gòu)取代傳統(tǒng)的機(jī)床大件結(jié)合方式，達(dá)到提高機(jī)體剛性、減少組裝步驟、降低組裝誤差的效果〔８〕。ＤＭＧ的另一項(xiàng)技術(shù)革新是采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，和傳統(tǒng)伺服電動(dòng)機(jī)加滾珠軸承的方案相比，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)能提供更高的加速度，同時(shí)簡(jiǎn)化機(jī)體結(jié)構(gòu)。圖３國(guó)產(chǎn)中、低檔加工中心產(chǎn)品的直接材料成本構(gòu)成的估算瑞士米克朗公司的機(jī)床設(shè)計(jì)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(dòng)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(jiǎn)化組裝。森精機(jī)制作所的機(jī)床總體設(shè)計(jì)側(cè)重平衡作用在機(jī)床上的力矩。在機(jī)體設(shè)計(jì)上，森精機(jī)獨(dú)特的雙跨孔龍門布局令龍門置于 Ｙ軸導(dǎo)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(jī)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用了獨(dú)特的重心驅(qū)動(dòng)，重心驅(qū)動(dòng)技術(shù)從根本上消除了加工點(diǎn)的移動(dòng)方向改變后立即出現(xiàn)了切削痕跡不規(guī)則和紊