第２５卷第５期 ２０１２年９月 Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ＆Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ＆Ｅｌｅｃｔｉｒｃａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ 机电产品开崖与钏崭 Ｖｏ１．２５，ＮＯ．５ Ｓｅｐ．，２０１２ 文章编号：１００２—６６７３（２０１２）０５—０５４—０３ 基于企业的机电一体化产品技术创新 于世水 （上海电气集团印刷包装机械有限公司，上海２０００７０） 摘要：以系统的观点对机电一体化产品进行界定和分析，澄清一些对于机电一体化产品和机电一体化产 品制造企业技术创新方面的认识偏差，提出基于企业层面的机电一体化产品技术创新思路和方法。 关键词：机电一体化产品；系统：技术创新 中图分类号：ＴＨ－３９ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２—６６７３．２０１２．０５．０２１ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ ｙ ｉ—Ｓｈｕ （Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｒｉｎｔｉｎｇ＆Ｐａｃｋａｇｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｃｏ ，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００７０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｆｉｎｅｓ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｅｓ ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｂｙ ａ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ ｖｉｅｗ，ａｎｄ ｃｌａｒｉｆｉｅｓ ｓｏｍｅ ｃｏｇｎｉｉｔｖｅ ｂｉａｓ ａｂｏｕｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ，ｔｈｅｎ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ｉｄｅａｓ ａｎｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ａｂｏｕｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ， Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ ｐｒｏｄｕｃｔｓ；ｓｙｓｔｅｍ；ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ０引言 目前，我国各界对不同行业、产业、企业及产品的 技术创新共性特点有许多论述和有价值的见解，但对具 有较强个性化特点的机电一体化产品的技术创新的研究 和讨论却不太多见。或许对机电一体化产品技术创新的 特点和规律认识不足．或者对专业特征有些忽视是形成 这一现象的主要原因。本文尝试对机电一体化产品的技 术创新进行探讨。 闭，那么为实现机械动作的驱动、检测、控制技术及产 品也将处于透明、开放的位置。这是机电一体化产品的 重要特点。也是机电一体化产品与医药、ＩＴ等产品的区 别所在。 因此．尽管机电一体化产品及技术的发展日新月 异，也代表了当今世界科学与技术的发展潮流与趋势， 但作为集机、电、光、声、气、液、热等科学技术为一 身的机电一体化产品本身，特别是对机电一体化产品设 计与制造企业而言．机电一体化技术和产品一直处于一 个高度透明、开放的环境之下，所以，从这个角度而 １机电一体化产品的系统特征 日本机械振兴协会经济研究所对机电一体化的定 言，机电一体化产品是一个肯定型开放系统［２１。 正因为机电一体化产品是一个肯定型开放系统，所 义：“机电～体化是在机械主功能、动力功能、信息功 能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子 以机电一体化产品的技术创新是一把双刃剑。对企业自 身而言，产品的技术创新资源不仅可以依赖于企业的技 术实力及长期的技术继承、积累和经验教训的沉淀，而 且还可以并且有必要借鉴企业外部产品技术的优秀成果 和经验。发展中国家及企业基本上都循着这一技术发展 路径进行产品开发和创新，并且事实上也证明了这是一 装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。”［１１按照这 一定义，如果将计算机、执行元件、动力源、传感器、 的五大功能是控制、操作、动力、检测、构造。 在当今的技术条件下，如果机械机构及动作无法封 机构作为机电一体化系统的五大要素，那么与其相对应 条正确的路径。 事实上，世界上有许多实力强劲的企业在研发上投 入巨资，并且已经掌握十分有价值的先进技术而收效甚 微，甚至陷入经营困境，直至垮台。根据正略钧策管理 收稿日期：２０１２—０７—２６ 作者简介：于世水（１９５６一），男，上海电气集团印刷包装机 械有限公司（国家级）技术中心副主任，高级工程师，主要从事 技术和质量管理工作。已发表论文十余篇。 ５４ 咨询公司研究资料：“技术创新的成功率是相当低的，即 ・产品与市场・ 使在美国，基础性研究的成功率仅为５％，技术开发的 成功率也仅为５０％。据对美国三家大公司的调查分析， ３机电一体化产品技术创新之路 ６０％的创新能获得技术上的成功，但只有３０％的项目获 机电一体化产品开放系统兼具产品开发优势和劣势 得商业上的成功，而最终只有１２％１￣项目给企业带来了 的特性使得模仿将会持续较长时间，除技术的透明度较 经济收益。”１３］ 高这一特点外，国家对知识产权的保护意识、思路、政 ２国产机电一体化产品的定性评价 策及法规的制订与落实将是决定性的。 在上述问题尚未明朗之前，企业的投入收益将是较 首先我们要对国产机电一体化产品技术现状有一较 低的，收益期也是较短的，积极性必将受挫，走捷径已 清晰的认识，详见表１。由此可见：①国内企业与国外企 成为企业有意或者无意、无奈的选择。作为以赢利为最 业机电一体化产品的检测与传感系统、接Ｅｌ设计系统、 主要目标的企业，以较小的投入获得最大的收益本是常 控制系统、执行与驱动系统的设计、制造模式较接近， 理，模仿或者技术追随更成为企业技术研发不二的理由 社会配套能力差距较大；②国内企业与国外企业的机械系 和选择。 统的设计、制造模式有明显区别，能力有显著差距。另 在不否定技术模仿和追随模式的前提下，机电一体 外．上述可归结为电气部分较接近，机械部分差异较大。 化产品的技术创新之路应该更宽广、更多样。借鉴国际 实际上，国内企业及社会配套企业的生产硬件水 众多发达和发展中国家的技术发展经验和教训，确定一 平．如厂房、机器等不比国外企业差多少，很多企业已 条适合我国机电一体化产品企业的技术创新路线，而不 经超过国外企业，所以机器零件精度已有保证，实际水 是一味强调笼统的技术创新概念，将会使企业技术创新 平也确实不低。机械材料虽然有一定差距，但主要是材 投入减少浪费。技术产出获得较高的收益。 料选用和处理专业知识掌握不够。对工艺技术不够重 根据上述分析，深刻理解机电一体化产品开放系统 视．而且材料工艺处理能力不足。 的特点．将企业的技术创新职能充分向外部延伸，充分 机械质量标准并非大部分比国外低，而是标准高低不 利用社会知识和研发资源，尽享世界科学技术发展成 一．对标准尺度把握不足，高低与否心中无数，在许多情 果，创立一个开放型的研发机制及机构，这将是机电一 况下。国内标准超过国外标准。国内企业及技术工人装配 体化产品企业技术创新之路的正确战略选择。 能力并不低，但实际装配水准及精度却不高，除了装配标 ３．１系统优化与模块化设计 准不够准确外。精益求精的意识较差是主要原因。 以系统工程理论的观点看，机电一体化产品既是一 综合而论，国内机电一体化产品技术性能及指标与 个肯定型开放系统．也是一个相对复杂系统。根据前文 国外产品相比。不管是局部水准还是整体水准均有着较 论述，国内机电一体化产品与国外相比，不仅仅是局部 大差距。这种差距主要表现在产品质量上，技术差距不 的差距，更多体现在系统整体差距。更为严峻的是，许 是整体差距的“最短版”。而且，上述指标水准差距更 多情况下，在诸多原因形成一个结果或者一个结果形成 多体现在机电一体化产品的机械部分．而不是通常认为 诸多原因的复杂现象里。我们无法分清存在什么问题、 的电气控制部分。 问题有多严重。 表１国内外机电一体化产品技术现状 国外企业 国内企业 功能系统 设计 制造 说明 设计 制造 说明 自主与外包设计结 零部件加工基本 设计与制造水平匹 测绘、消化吸收、 零部件自己和外包 设计与制造水平不 机械 合。自主设计能力 外包、整机自己 配．产品整体水平 二次开发为主、外 加工结合自己组 匹配，制造水平制 和水平较高 组装、。水平较高 高。 包为辅。自主设计 能力和水平较低装。水平不高。 约设计，产品整体 。 水平低。 检测与传感 集成 外购 社会配套能力高 集成 外购 社会配套能力高． 但国产配套能力低 接口设计 自主与集成结合 外购 社会配套能力高 集成 外购 社会配套能力高， 但国产配套能力低 控制 自主与外包结合 外包与外购 社会配套能力高 自主与外包结合 外包与外购 社会配套能力高． 但国产配套能力低 执行与驱动 自主与外包结合 外购 社会配套能力高 自主与外包结合 外购 社会配套能力高， 但国产配套能力低 ５５ ・产品与市场・ 所以，系统优化的方法不仅成为企、 解决现实机电 一式，这种方法的形成更多是由于当今世界科学技术和商 业丰十会和商业模式发展的推动。 一体化产品【可靠性及稳定性的有效方法。更是我同以原 系统优化的典型方法之一是模块化设计方法。模块 创性的思维自主开发产品的长远之计。 化没汁是 今世界产品开发的现代设计方法之一，它源 于机械产品， 此也最适于机电一体化产品。实际上， 方面．事十会的进步和发展促使社会化分 进一步 细分，企业业务外包范围逐渐扩大，特别是全球化的发 展．丰＇卜会化分工范围进一步扩大．给全球各种 业更多 的外包选择，过去南企业承担的业务流程逐渐向社会转 移，产品开发与创新也成为外包的、 务之一．这一业务 和产品集成性趋势和现象在发达同家更为明显。 另一方面．科学技术的发展和知识及技术爆炸的全 球性趋势迫使 业以有限的资源集中于最有价值和最擅 模块化没汁是一个狭义概念，在机电一体化产品管理 『｝Ｉ，模块化概念贯穿于产品没计与改进、产品生产与质 量、产品营销与服务等企业的整体业务流程管理中，但 模块化没计是产品管理的基础和出发点．也是产品系统 优化的基本保证。 ３＿２持续改进 任何机电一体化产品．均脱胎于传统机械产品的知 识体系和技术结构，它是人类机电科学技术的长期积 累． 此新产品开发和技术创新将不可避免的具有较强 的继承性 同时．传统机械产品的知识体系和技术结构具有较高 的时效稳定性．即使在计算机及自动控制技术飞速发展的 时代．仍然保持了相对缓慢的发展速度。一个机电一体 化产品企业，特别是具有一定历史的企业，其产品技术 积累和沉淀是一个漫长的过程，而且积累和沉淀的不仅 足产品技术及设计文件本身．也包括较难文本化、体系化 的技术经验和技术感觉。这必然是一个渐进性的过程。 所以．机电一体化产品的继承性和渐进性特点决定 ｒ 品开发Ｌｊ创新较难实现“突破性”或“飞跃式”。 这样机电一体化产品创新的概念就有了特别的定义，与 其说足创新，不如说是“革新”或“改进”更为准确和 贴切 而且机电一体化产品更加强调产品开发的持续 性 这种持续性的动力源于客户不断提升和变化的个性 化需求．企业站在客户的立场匕设计、改进产品成为企 业最主要的研发动机 ． 实际上．世界上许多ｑ－ｂｌｋ 头，每年斥巨资于产品 研发，其叶１大部分资金Ｊ【＿｝ｊ于产品改进和优化。根据巴斯 大大【ｆＩ华 董事长关志华介绍：巴斯夫２００６年研发投 入接近ｌ３亿欧元，比２００５年的１０．６亿欧元高出２０％； ２００７研发经费投入增至１４亿欧元。巴斯夫８０％的研发 资金都川于优化日前的产品业务，其余２０％的研发资金 于五个基础研究㈧。另据ＩＢＭ中同商业价值研究院调查 研究：摩托罗托把全部研发中７０％投放于现有产品改 进．２０％投资于现有产品怎样进入市场，最后ｌ０％投资 集中于新产品、新市场【 。 ｒｈ此可见．产品的持续改进和优化是企业研发的主 要内容和Ｋ期行为，尤其是机电一体化产品。 ３．３集成性创新 集成性创新是近年来倡导的一种较好的产品开发方 ５６ 长的业务上，而产品的更多细节自然由卒十会Ｌ更有优势 的企业解决，正所谓“术有专攻”。 作为复杂系统的机电一体化产品．机械结构历经多 年仍相对稳定，而电气控制技术却出现了突飞猛进的革 命性发展，这种突破已不是机电一体化产品 业自身能 够实现的。当今全球出现了众多专攻自动控制技术和产 品的优秀公司．并给机电一体化产品嵌入外来技术及部 件、单元、模块提供ｒ更宽广的空间和选择，集成性创 新既是企业经济实用的创新捷径，也是企业夯实Ａ身优 势，充分利用外来优势技术提升竞争力的发展战略。 ３．４“产学研”协同创新 企业应充分利用“产学研”的协同效应，对企业产 品研发进行“研究”与“开发”的分＿Ｔ和布局。 、Ｉ ＩＪＴ 借助于科研院所的研究优势对机电一体化产品的机械动 力学、运动学、机械结构、材料及１＿艺处理等“共性” 技术进行攻关。冈为研究不仅是企业的弱项，而且从战 略的角度讲．根据企业实际情况进行技术研发，集中资 源致力于产品的“开发”能力打造更能体现企业的竞争 优势。同时，企业也应利用自身的优势和技术积累，埘 产品的“个性”技术如加工工艺、装配工艺、加工和装 配标准、零部件与单机和整机之间的经济 配等等进干亍 改进、优化和革新。清晰且落实到位的“产学研”分 与合作将会产生明显的协同效应和可观的经济效益。 参考文献： ｆ１１袁巾儿．机电一体化技术［ＭＩ．北京：电子Ｔ业｝｛Ｊ版社，２００６． 『２１朴顺 ，陈禹．管理信息系统ｆＭ】．北京：巾闻人民大学ｍ版社， １９９４． Ｉ３ｌ杨红英．制造企业谨防技术创新陷阱［Ｎ１．巾国 业报，２００９．８．４ 边长勇．巴斯夫：８ｏ％￣０新来自优化现有产品［Ｎ］．第一财经日报， ２００７，１０． Ｉ５１边Ｋ勇．ＩＢＭ巾同商业价值研究院．产品创新成功的炎键：建立流 程ＩＮ］．第一财经日报，２００７，１０． ［６１于世水．我图高速机电一体化产品技术评价【Ｊ］．湖南．企业技术开 发．２０１０．７． Ｉ７１陈劲，桂彬吐．模块化创新：复杂产品系统创新机理与路径研究 ｆＭ１北京：知识产权 版社，２００７．