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国外的机床公司在玩什么新花样?振兴中国制造业首先应拓宽眼界
2021-09-11 10:47:44

原创 吴昊阳 

      有一次和某德国同事聊起美食,他说他超级喜爱中餐,炒面和炒饭是他的最爱,不过还是土耳其卷饼吃起来更爽。可以断定这位兄弟从来没吃到过正宗的中餐,他所说的中餐都是德国本地的中餐馆非常常见的经过改良的菜品,根本不是地道的中餐。
      我们看待欧美和日本的工业设备,评价国外的工业及制造业的时候,又何尝不是像我这位热爱炒面的德国同事?中国制造虽然成绩斐然,但是绝大多数中国制造企业并没有深度融入到全球制造体系。中国制造作为全球工业体系的生产车间,更像一块信息孤岛,拿到其他部门的生产订单后就兢兢业业地埋头苦干,但是非常缺乏与外界的沟通。很多中国制造商都是贴牌生产,或者是通过中间商销售给最终的工业用户。所以除了3C这类绝对优势产业,中国企业对全球工业产品特别是机床等工业设备市场的反应是严重滞后的,也接触不到最新的资讯。因此我认为,振兴中国机床行业的第一要务就是拓宽眼界

1. 对机床及相关的细分市场应进行足够的细分

      下图是DIN69651 机床分类标准。这个图也是十分经典的,它巧妙地把生产工艺分类标准(DIN 8580)和机床的分类标准结合在一起。把广义的机床业分为木工机床,金属加工机床,以及其他材料加工机床,并对其中最重要的金属加工机床进行了细分,还给出了典型的应用场景。


      但是,如此重要的信息我在国内网站竟没有找到中文版,而这个英文的翻译也不准确。首先,把这三类设备统称为机床或者制造系统(Manufacturing System)都不准确。我个人比较倾向于叫“加工系统”(Processing System)。包括模锻,注塑,模压在内的很多成型工艺也会用到“加工成型”的说法。其次,通常所说的机床应该特指加工母机,但是随着更多形式的加工设备的出现,“机床”所指代对象的范围也就慢慢扩大。大体上可分为三类:金属加工机床,木材加工机床和特殊材料加工机床。金属加工机床
      金属加工机床所加工的金属确切地说应该特指高温合金和硬质合金。或者说硬度偏大的材料,比如特种陶瓷,氮化硼,氮化硼等超硬非金属等。铝镁合金,钛合金等粘性有色金属的加工则有些模糊。以铝合金为例,国内绝大多数铝合金加工的活是铸铝的缸体缸盖类零件或者锻铝的壁板类零件。这两类零件都需要较大的切除率,特别是用于航空的铝合金结构件,去除率高达90%以上。所以尽管切削力并不大,但是仍然要求机床具有较高刚性。另一大类是型材件,特别是自90年代轻量化技术开始广泛应用以来,挤压铝型材经过折弯,内膨胀,焊接等工艺最终呈现的是极其复杂的轻质结构件。对于这类结构件的加工在国外通常采用一类轻型五轴加工机床(高端雕铣机),而不是传统的金属加工机床木材加工机床
      这类设备也叫木工机床,实际上是一个极其庞大的产业。甚至可以包括相当一部分的林业机械和专门针对木工制品的自动化产业。但这块市场在我国基本上没有发展起来,从业企业的水平要低很多。所以木工机床在业内很不受待见,也经常被排除在机床业之外,甚至被认为是低端产业。实际上没有哪个产业生态是无关紧要的,木工机床尽管比金属加工机床还早几百年历史,但也绝不是需要被腾挪的夕阳产业。欧洲的工业4.0实施得最好的行业就是木工产品乍听这个结论似乎不可思议,但里面的逻辑非常清晰:

1.木工产品的设计相对简单,对装配的要求也不高(参考IKEA)

2.零件的工艺简单,基本上只需要拼接,压合成型,机械加工,打磨,喷漆,所以特别容易实现自动化。而欧美大型木工企业的自动化程度也是极高的,这就为信息化数据采集提供了方便;

3.设计软件成熟,市场上大量的BIM预算制定,CAD设计,MES排产等软件多如牛毛,同样为实施工业4.0提供了产品保障。所以欧洲很多的木工机床公司提出了诸如Wood 4.0的概念,通过所谓的智能化实现全自动柔性生产。

4.投入相对较低。根本原因是生产系统的复杂程度远远低于汽车之类的工业产品,也不像家电,3C之类的产品必须大量手工装配,因此项目成功率就很高。同时订单量又足够大,所以智能化升级投入是非常划算的。

5.下面的视频是欧洲的木结构装配式房屋的生产方式。完全可以实现按订单(基于模块的)个性化定制,零件BOM及加工程序自动生成,部件及零件排产优化等智能制造的课题。而且对现场装配的要求也大幅降低。实在是一举多得。

     木工机床积累大量自动化专机经验木工制品种类众多而且要求不断提高生产效率并控制成本和品质。这些目标只能通过开发各种自动化设备实现,而这个行业也培养了大量优秀的自动化集成商。集成商也并不仅限于服务木工自动化,汽车,飞机等“高端”行业也多有涉及。如果没记错的话, 3,5年前自动生产线大佬Dürr就收购了木工机床生产商IMA。木工生产衍生大量新工艺木材成型方法里有一类是层叠压合工艺,就是把很多层木皮用胶水粘在一起,在用压力机压合定型,最典型的产品就是胶合板。这个行业在我国基本上被定位为高污染低端夕阳产业,但欧洲有非常多大型现代化胶合板生产工厂。
       层叠压合工艺本质上是一种复合材料成型工艺,现在高端车的内饰件基本都采用类似的工艺。铝合金,塑料,木皮,保护膜等几层材料通过胶结和热压被复合成一体。
      宾利和Novem的内饰生产线,成型工艺都脱胎于胶合板的生产方法。

      Novem内饰生产线特殊材料加工机床随着新产品的出现和新材料,新工艺的成熟,金属加工机床和木工机床都在开发这个新材料市场。两者在交汇过程中产生了第三类机床:特殊材料加工机床。特殊材料加工机床的技术发展大体上可以分为两个路径,一是金属加工机床的轻型化,二是木工机床的重型化。德国Zimmerman(电话13501282025),Reichenbacher(电话13522079385),法国的Crenau,捷克的Sahos起家都是木工机床,大概二十年前先后进入到铝合金,塑料,复合材料的加工领域。金属加工机床厂商轻量化的案例就更多:龙门巨头MAG很早就进入到风电叶片产业加工玻璃钢;Mazak和DMG近年来也动作频繁试图进入复合材料加工领域。
2. 欧美机床业的发展趋势
      实际上,这三类机床之间的界限已经越来越不明显。例如我们一直以为是做金属加工机的意大利的Breton(电话13522079385)机床,其实是以石器加工著称,而目前也进入到金属和复合材料加工领域。西班牙大型龙门制造商M-Torries(电话010-51663382)多年前就开发出复合材料铺丝机,法国Five集团旗下的Forest Line几年后也跟进了铺丝机。可见,不但不同种类机床之间的界限变得模糊,机床和摩擦焊,钻铆机,敷带机,3D打印机等设备之间的界限也在消失。欧美的机床技术正在进行新一轮NDA重组,而中国机床还在为眼前的一亩三分地争得头破血流。
       机床作为工艺的载体须服务于工艺
      从第一个图的分类中可以看出,切削机床其实只是众多工艺设备中的一小部分,仅围绕金属加工就包括铸造,锻造,切削,焊接,镀层,调质。若算上木工和特种材料,那么涉及到的工艺大类就更加五花八门了。而德语原版的分类对工艺和设备类型定义堪称精准。


       第二行工艺(Fertigungsverfahren)分类中,Urformen是指毛坯成型工艺,国内的教材大都直接讲成铸造。但实际上如果考虑到增材制造,那么这块工艺设备就还包括各类3D打印设备。Umformen可以翻译成变型,主要指锻造,实际上还包括挤压,旋压,折弯,内膨胀等工艺,更确切地说是指等材制造。由于等材制造最主要的设备是压力机,配合不同的模具可以实现不同的工艺,冲裁工艺尽管是减材制造,但由于使用同样的设备,所以将成型(Umformen)设备与减裁(Zerteilen)设备归为一类。Trennen字面意义是分离,这里可以理解为减材制造,除了刚才说的冲裁通常与钣金成型在一起,最重要的就是切削(Spannen)或机械加工(machining),也就是工业母机的做的事情;另一类工艺叫做Abtragen可以叫做“腐蚀性或消除性切削”。

       包括电火花,电化学腐蚀,激光切割,等离子切割,水切割等等。与切削相比,这类工艺的特点是加工掉的部分被烧掉或腐蚀掉了,看不到切屑。国内教材索性将其归为特种加工或先进加工工艺。此处也不得不佩服德语的精确性,而这种精确是源于对技术的深刻理解。十分敬佩德国标准协会的专家对概念的精准把握(怀疑他们是哲学系毕业的),直到现在出现了如此之多的新工艺,新设备,仍然可以套用到这个编写于70年代的分类里。 此外,Fügen(焊接,拼接),Beschichten(镀层,涂层),Stoffeigenschaftsänderung(字面意义是改变材料特性,国内叫调质)也都是极其重要的金属加工工艺。而每项工艺都对应着种类极其繁多的工艺设备,也就是广义的机床。

      目前全球范围的机床及机器制造产业正在悄无声息地进行着变革和重组,机床的边界也正在被重新定义,但基本上都没有脱离DIN 69651这个分类框架。区别在于很多新设备将不同的工艺功能进行了重新组合,产生了很多新的细分市场。这个部分在以后会加以论述。中国的制造业从业者应该放宽眼界要对整个行业有清醒的认识,否则就容易像我那位以为中餐只有炒面的同事那样闹笑话了。

政府应该成立专业的不隶属于特定单位的情报机构实际上中国厂商想要获得国外一手信息并不容易。基本上只能靠展会和与外商的技术交流掌握最新的资讯,但是国外机床厂家远赴万里参加中国展会的就只有大型企业,技术独特的小机床厂很少参加海外的展会,因为技术过硬,客户稳定,这类隐形冠军甚至连当地的展会都不参加。还有一些机床企业会为客户开发专机和新机型,这些产品通常执行严格的签保密协议,所以无论在网站还是展会上,都看不到这些最新技术的宣传和介绍。所以中国机床企业如果不走出国门,不深入到全球制造业的产业体系,很难知道外面的世界究竟在发生什么变化。此时,政府应该组织专业人士收集并整理相关情报,尽管我国的行业协会,学会,智库等官方机构也在做同样的事情,但是深入程度是非常不到位的。

相比之下,欧洲的工业协会组织针对细分市场所做的调查可以精确到不同品牌的不同型号的销量已经当时的采购价格。此外,我国同类机构往往受制于系统内的单位,调研结果往往预先设定倾向性,而且经费也并不充裕,因此研究报告的细致性和客观性都打有一定的折扣。

       企业应尽量走出去,直接参与国际商务中国企业对商务一直有个误区,以为市场和销售就是喝酒,烧烤,KTV,只要能喝就能出业绩。这其实是大错特错,特别是对于高端制造来说。目前绝大多数高端机床项目已经不再是标准设备,或多或少地都有非标定制的成分。这就需要商务人员对企业本身的技术资源有足够的把握,对市场需求保持足够的敏感。商务策略决定做什么,技术策略则决定怎么做,而决定做什么显然是第一要务。欧洲大多数工业产品的技术销售都是身兼多职的,包括售前顾问,产品经理和项目经理。

       很多项目的技术方案都是最先由销售人员制定的,甚至需要了解市面上有哪些自动化模块和软件供应商,以便把他们的技术集成到这台机床或柔性制造单元里因此中国企业应该积极参与到国际商务,深入了解国际客户的最新需求,并给出最具特色的技术方案,而不是一味的降价。商务投入得越多,往往意味着与客户的联系比较紧密,也更加了解国际客户的最新需求,也就更有可能开发出满足市场需求的产品。

       而任何工业设备都是技术的组合,不存在完美的技术,但是针对特定应用有最佳的技术组合。对于一般的机床企业来说,没有太多技术攻坚战,也不涉及到解决卡脖子等民族大义问题。所以倒不如根据市场需求开发最合适的产品,而技术商务的作用就是挖掘客户的工艺需求,并提出最佳的技术组合方案。