中國機牀的春天(萬字長文)_風聞
林雪萍-上交大中国质量院客座研究员-著《大出海》《供应链攻防战》《逆转周期》等书7分钟前
機牀是工業母機,過去多年一直讓人操心不少。中國機牀是一個萬億產值的行業,但利潤率只有百分之2.5。機牀工具全行業企業數量超過1.6萬家,而機牀主機也近5000家。廠家數量太多,利潤自然也差強人意。
細節看過去,依然是窟窿百出。但這兩年中國機牀還是取得了不小的突破。中國製造增加值佔比全球的1/3左右,而2024年中國機牀產值則超過了全球的1/3,機牀消費額也是全球1/3。“三個1/3”意味着機牀就是中國製造水平的最精確指針。機牀是一切製造之母,工業強當機牀強。而從2019年以來,機牀開始連續出現順差。在2024年貿易順差超過50億美元,每買進1億美元機牀的同時,也能賣出2億美元。機牀終於跟上了中國製造的步伐,呈現了向上繁榮的景象。
如果更近地去看一些製造商的發展,就能感受中國機牀的春天,已經越來越走近。
主機廠的突破
中國主機廠,跟五年前相比,已經取得很大進展。主機廠能夠完成“型號突破”,至少在功能上,已經出現了不少的新氣象。
東北地區,回到正面衝鋒的主力。一個是大連的科德數控。一個是瀋陽機牀廠(包含沈機股份和沈機集團)。這兩個企業在五軸卧加、車銑複合和龍門機牀,形成了新的衝鋒力度。
“瀋陽機牀”,是機牀復古情緒的代名詞。沒有一家企業,能夠像“瀋陽機牀”這樣,最容易觸發人們的複雜情緒。它在2011年的高峯期,連同旗下的昆機機牀等,可以達到180億人民幣年銷售額,處於全球第一的位置。而現在它的年收入,大約30多億元。昔日巨人似乎變成了一個小個子。
然而瀋陽機牀(沈機),也在努力地煥發新的枝丫。它的龍門和卧加,正在向日本大隈去靠攏;而車銑複合機牀,也在面向奧地利WFL去對標。瀋陽機牀在航空航天等領域,取得了不小的突破。無論是瀋陽黎明或者成飛、西飛,都成為它的強力支撐後盾。短短三年時間,就可以推動瀋陽機牀實現二代產品迭代,這種成長速度就是驚人的。
能夠取得這樣的成績,離不開用户。在航空領域的葉片加工,用户的知識反哺至關重要。跟工業軟件一樣,“機牀不是開發出來的,而是用出來的”。
用户提出要求,研發進行針對性的改進,機牀提升速度就會大幅度提升。如果沒有用户提意見,那麼研發工程師的自我發揮、想當然地進行計算,就是死路一條。
通用技術在成為中國機牀主力兵團之後,對旗下的沈機進行了大量的輸血改造。可以説,通過國家拉動,而非市場拉動,讓沈機獲得了體能的恢復。
沈機還遠遠不能讓人滿意。但得過一場大病的巨人正在緩慢復甦過來。它過去最慘痛的教訓,就是過於依賴標準機牀。而這塊市場,已經被江浙一帶的民營機牀乾淨利索地收走了。沈機的教訓,讓人們意識到走通機化的路線對規模化集團而言,是一條危險之路。
通用技術旗下雲南的昆機機牀,則堅守了專機的路線。它所瞄準精密的座標鏜牀,則是屬於母機的母機。儘管日本的大隈、馬紮克名聲在外,但真正精密的機牀則是不為人所熟悉的三井精機和安田亞司達。這些不動聲色、體量不大的企業佔據了機牀的最高端位置。日本企業一直都習慣於小心地構建對中國精密技術的封鎖欄。中國曾經一直依賴使用的是瑞士座標鏜迪西DIXI。日本森精機收購迪西之後,就迅速停止了向中國供貨。座標鏜的窟窿,只能由國產機牀自己來填補。
大連科德數控,一直走着技術狂人的路線。它幾乎製造了各種機牀零部件,從數控系統到牀身,從導軌到液壓,從搖籃到主軸。唯有對零部件有充分地認知,才能對機牀整體性能有着洞若觀火的理解。大連科德專注於五軸機牀市場,這使得它對準了在中國的德日機牀大牌。整體葉盤機牀,瞄準瑞士的利基特。這幾乎是小的不能再細分的基本單元行業。只有拿放大鏡,才能找到對手。而發動機葉片,則參考了瑞士的斯達拉格。至於轉子葉尖磨,則指向達諾巴特;而車銑複合,則瞄準了奧地利的鎮國之寶WFL,專門用來加工飛機起落架的;五軸立加,則瞄準德國哈默。與德國機牀品牌日益走向專注的市場不同,科德像是一座旋轉炮塔,指向了多個不同的目標陣地。
哪裏有用户的真需求,哪裏就有廠家的好機牀。中國C919大飛機的製造,對於中國機牀也是一個全新的機會。它需要解決三超曲面(超尺寸超柔性超薄)的機身蒙皮的銑削加工,這一向是法國迪菲厄的天下,而後者正是伴隨着歐洲空客飛機而成長的企業。上海拓璞追隨着C919的破冰之旅,突破了雙五軸鏡像銑削的壟斷性領域。這種鏡像銑削的技術,也並非一步到位。上海拓璞早期為中型運載火箭的貯箱筒段的銑削加工,就積累了深厚的基礎。一個行業就是一個技術筋斗雲。企業踩上幾個筋斗雲,就可以直飛雲霄。航天火箭開了一個好頭,現在大飛機接棒,帶動中國機牀開啓結伴雙飛的旅程。
同樣,當國產燃氣輪機的渦輪盤上的眾多榫槽需要精細的拉削加工之時,浙江暢爾的卧式側拉牀,就會脱穎而出。這一直是德國霍夫曼Hoffman的天下,一台拉牀甚至高達1億元人民幣。一台機牀的價格,快要頂一箇中等企業的產值了。而中國機牀像賽車一樣,一旦進入賽道,就會進入自動週期變檔的方式。在過去9年,暢爾以三年一代產品的速度,從四軸到五軸,到正在研發的六軸。全球最好的三家拉牀都集中在德國一個小鎮上。中國高温燃氣輪機,一直是德國拉牀支撐起來的。十五年前,哈電集團引入GE燃氣輪機的高温合金輪盤的拉削,需要通過購買霍夫曼高速拉牀而實現。這在當時,就已經是里程碑的大事情。而現在這樣的機牀,已經被突破了。反過來看,這些百年老店的最大危機,可能就是迭代速度已經失去發動機。而中國機牀企業正在以驚人的加速度,就像午夜街頭經過改造的賽車,轟鳴般地追趕上來。高端用户的高頻互動,加速了這個進程。
機牀是精密製造的貼身伴侶。當汽車、飛機或者航天產業發展的時候,機牀產業也會隨之而振興。這正是催生中國機牀走進春天並萬向更新的力量。
這些都是令人興奮的“型號突破”,與此同時還有機牀的“可靠性突破”。
對於通用性機牀而言,機牀的可靠性至關重要。僅僅看技術指標,並不能説明問題。換言之,即使機牀的功能指標可以達到要求,但是機器的可靠性、持久性,才是用户購買意願的關鍵指標。這就是為什麼在過去,經常會出現“首台套總是成功發佈,但行業總是不理不睬”的原因。在車間現場,機牀的工作環境要比實驗室惡劣的多。實驗室的樣機,容易成為紙老虎。車間裏的温度、濕度、電磁波,都會讓紙老虎露出原型。
很多民營企業尤其是浙江,正在表現出良好的製造工藝,從而大大提高了機牀的穩定性表現。浙江海天精工的龍門、温嶺的東部數控的車牀,浙江玉環市的海德曼車牀、浙江新昌的陀曼齒輪機,以及東莞的喬鋒立加等,穩定性都已經上了一個大台階。在浙江温嶺的巨鑫機牀,則專攻立車和汽車生產線。在某些國際市場,替代了埃馬克退出的空間。
温嶺機牀企業家給人最大的特點,就是對機牀的狂熱。這裏許多機牀的創始人,都沒有高大上的學歷。然而他們幾乎從一開始工作,就跟機器跌打滾爬在一起。
東部數控的創始人操着濃厚的口音,令人難以聽清。但他可以把中國歷史十八羅漢的每一家、每一個型號的機牀都倒背如流。他親手拆解的機牀不下數千台,對於裝配結構都是瞭然在心。就像倒背如風的降龍秘籍一樣,機牀的精度奧妙就是掩藏在其中。這讓人意識到“機牀就是一門實踐的科學”。東部數控的創始人本身是一個工匠,但卻一直致力於將“工匠秘訣顯性化”。這裏鼓勵將各種技術訣竅表達成書面文件,公司專門有人負責“整理訣竅”。而且,企業對外非常透明。很多操作規範,對外毫不設防。這種透明、共享的態度,體現了中國機牀一種自信向上的新精神。
打破五軸的神秘
五軸在很多時候,被當做一種高端機牀的代表。這使得真正能夠完成五軸聯動的廠家,不得不出來聲明自己是“真五軸”,試圖跟那些採用“3軸+2軸”的五軸進行區分。這種區分,或許已經變得不那麼重要了。因為生產五軸的機牀廠家實在太多了。兩年前2023年在北京CIMT機牀展,五軸機牀只有50多台,2024年上海機牀展CCMT有120台。而這次2025年北京CIMT展,大約有400台五軸機牀在展出。400台!五軸機牀展示呈現了烈火燎原之勢。這讓日本機牀行業感到驚訝。日本機牀是對中國機牀技術發展最為警惕的國家。一方面這是它最大的“市場大鍋”,另一方面也是“技術鍋蓋”封鎖最嚴密的地方。但即使嚴密的封鎖,恐怕已經難以防範。中國機牀製造在早期濟南一機牀繁榮的時候,還有着日本技術外溢的營養成分。而現在幾乎難以看到,中國機牀從日本機牀最為受益的地方,在於它在中國大量建立工廠所留下的熟練工人。
馬紮克的獨資公司寧夏小巨人,在中國獲得了豐厚的利潤。但它也以一己之力為寧夏培養了一個機牀產業集羣。東莞喬鋒、大連科德來到寧夏,不為研發不為供應鏈不為市場,只為這裏有着豐富的熟練工人。馬紮克、德馬吉都為中國培養了大量的人才。
五軸機牀已經打破神秘化。更多的五軸機牀也在湧現。廣東今科、北京博魯斯潘、江蘇博陽、南通國盛、廣東科傑,都在規模化地推出五軸機牀。而五軸之王的大連科德,則展示了驚人的爆發力。這真是可喜的現象。當然價格也跳水的厲害,小五軸機牀的市場價格正在不可思議地向30萬元逼近。
五軸立式加工中心,正在出現“搖籃五虎”。這包括大連科德、北京精雕、上海阿帕斯、東莞埃弗米和山東豪邁。它們都實現了搖籃的自主化。而作為旋轉軸的AC搖籃,對於立加非常重要。搖籃的自主化,跟轉枱之於卧式加工中心一樣,都看成是機牀附件的一種有意義的突破。
有意思的是,這五家五軸機牀廠,都可以看成是半路出家。
精雕是從雕刻機出身,它從輕型雕刻進入到手機機殼加工,並最後切入到主流機牀市場。
大連科德是從數控系統開始,為了推廣自己的數控系統,不得不進入機牀行業。
山東豪邁則是五軸機牀的重度用户,他們購買了太多的瑞士米克朗和德國哈默的機牀。在看透了機牀的使用特性之後,豪邁這樣的工程師思維富集的企業,也搖身一變變成機牀主機廠。正如GE一度是3D打印的主要用户,後來它通過一系列的併購之後成為最大的3D打印製造商。
東莞埃弗米的創始人來自德馬吉,跟海德曼技術團隊來自馬紮克一樣。他們作為外資高管多年,應該都非常熟悉機牀的肢體。精密裝配的製造工藝本身,已經不再是瓶頸。他們只需要藉助高效的技術管理,就可以做出型真神似的機牀。
而上海阿帕斯則源自它的雅科貝思直線電機,從零部件直接進入到主機制造。直線電機跟機身有着直接的貼合面,大量的熱量如何傳導出去?這需要精巧的電機冷卻結構設計,這也是傳統機牀廠的弱項。而阿帕斯則以此為專項突破,打開全新市場。
機牀行業充滿了實踐的門道,不可言説。大量經驗的漩渦,培育了許多未經證實的技術偏見。這些如大河一樣寬闊的偏見,形成了新技術突破的天塹。
直線電機驅動的五軸機牀,一般認為只能進行金屬輕切削。而現在重型負載的重切和硬質材料的硬切,都開始變得穩健可靠。航空發動機的葉片加工,已經驗證了這一點。直驅機牀在重切時,完全可以將主軸的最大扭矩充分發揮出來。機牀的銑削過程就像犁刀翻土一樣會有刀片的輪番切入,而直驅電機的快速響應正是最佳用武之地。
從國際品牌來看,哈默主要是機械動力為主。聯合磨削一直在不斷收購。它在2024年收購瑞士GF,而GD旗下米克朗的五軸銑牀也主要是採用絲槓設備。而直驅則需要500多萬元,且多是輕切型機器。而阿帕斯200萬元的重型銑牀,實現了直驅五軸的平民化突破。這使得中國機牀,終於可以從德國哈默機牀、米克朗的鐵通圍牆,撕開一個口子。“直驅重切平價”,使得直驅五軸機牀的天平,正在向中國廠家傾斜。
當傳動形態上有新的突破之時,其實就是中國機牀的機會。實際上,不少歐日機牀早已經佈局了直線電機的機牀。德國的巨浪、羅德斯都是如此。羅德斯聚焦在模具輕切領域,而巨浪展現的則是高效切削。兩年前巨浪的葉輪高效切削,只需要2分鐘,而滾軸絲槓驅動則需要8分鐘。牧野用於鋁材加工的大功率主軸配直線電機的銑牀,也在加速推出。
從這個意義而言,中國企業出現的並不晚。中國機牀可以更加開放地擁抱直驅電機技術。
這五家沒有一家是傳統機牀廠,給了中國機牀界一個新驚喜。做得好的機牀,不一定要從傳統機牀走過來。半路出身、跨界行業的企業,不為傳統所累。這些充分化的機牀市場,民營企業有更好的靈活性和激勵機制去突破。
上海阿帕斯走的是直驅電機的路線,而且號稱“生而直驅”。這給人一種很深的印象。中國機牀,需要有一種獨到的標籤,來識別自己,而阿帕斯就做到了這一點。相比之下,瀋陽機牀,雖然在龍門、車銑都有了突破,但它的技術特點,顯然還無法清晰可見,體現出的是一種技術支點的模糊和商業思維的缺失,尚需假以時日方能撥雲見日。
國產機牀已經出現了“大牌平替”的氣勢。春潮初上之時,呈現出一番月出東海、江浪翻湧的景象。
新能源汽車的飛來峯
汽車是機牀之母,汽車行業幾乎佔據機牀消費的40%。每個國家的汽車行業的崛起,都伴隨着本國機牀行業的發展。正如英國汽車的高速發展,就會有橋堡、999這樣的英國機牀伴隨。日本和德國成為機牀最強之國,跟它們的汽車工業息息相關。以倒立車而知名的德國埃馬克EMAG,以其簡潔的佔地面積和易於組線的方式,就可以在汽車行業脱穎而出。意大利和法國作為重要的汽車生產國,它們的機牀至今依然強大。而韓國則伴隨着現代、大宇、起亞等品牌崛起,相應的現代機牀、大宇機牀、斗山機牀等也都顯赫一時。
唯一錯過自己國家汽車產業這趟高速列車的,就是中國的機牀行業。中國汽車是通過合資的方式而發展起來,大量的外資機牀也跟隨各自國家的汽車品牌而自然地充塞了汽車的流水線。像德國Grob這樣專門做發動機生產線的,像德國鈷領、TBT、藍幟等這樣看上去非常小眾的刀具公司,大量活躍在生產車間裏。
中國機牀和刀具,來不及有機會在最大的市場獲得商業競爭力。然而,當新能源汽車在中國高速發展並引領全球速度時,中國機牀終於沒有錯過這次機會。
最能代表這樣一個浪潮的機牀企業,莫過於廣東東莞的巨岡和浙江新昌的陀曼。一個提供便於自動化組線的卧加,一個是加工齒輪的齒輪機牀。
新能源汽車零件數量顯著減少了近50%,而大量使用一體化結構件。一體化的成型機牀、摩擦焊等設備需求增加,還有一個部分是零件的形狀在發生變化,大型集成、複雜、異形零件成為新的需求。這就要求機牀工序集成自動化要設計新的解決方案,滿足汽車產業的發展需求。
而由於發動機及其零部件消失,對傳統金屬切削機牀的需求大幅度降低。
與此同時,零件材料也發生了變化,
特斯拉電動車的超級工廠和超級壓鑄,讓“Giga(巨大)”一次得以流行。超級壓鑄技術讓汽車部件化零為整,以往多個零部件組成的單元現在只需一次壓鑄成型。而鋁合金等輕量化材料正在替代傳統鋼材,佔用量佔整車30%左右。如何加工這樣的一體化鑄鋁件,則是金切領域的新挑戰。對於輕型鋁加工而言,直線電機是非常適用的技術路線。
從手搖機牀起家的巨岡精工,準確地把握了時代的走向。
巨岡最早主要是面向3C電子產品,如手機殼的加工。在這個領域還有創世紀、精雕這樣的霸主企業。精雕主動退出了這個行業,而轉向更高附加值的模具加工。而巨岡則順利地完成了驚險的一跳。它研製的直驅的五軸加工中心,可以對車身一體化壓鑄件進行多方位的加工,不同工藝的一次性完成。這使得它進入了蔚來、理想、小鵬、賽力斯等電動汽車製造商的法眼。
這其實也並非個別現象。如東莞的喬鋒機牀,也是從3C電子的鑽攻機開始。而現在則擴展到車牀以及車銑複合領域。它在寧夏建立工廠,藉助於當地的人才優勢,加大中高端機牀的挺進速度。
電動汽車雖然不需要燃油車那麼多的齒輪組,但齒輪箱依然存在。動力電池的驅動,使得轟鳴的馬達聲消失了。這讓齒輪箱有任何齧合的聲音,都是不可忍受的。萬里揚齒輪、雙環齒輪這些公司需要在齒輪精度下更大的功夫。這些企業一方面採用秦川機牀,緩慢地替代瑞士萊斯豪爾。另一方面,像浙江陀曼的滾齒機則以其穩健的表現,也贏得青睞。陀曼精準地阻擊了三菱重工的滾齒機,在中國齒輪機牀上大放異彩。這種風頭,一度超過了傳統齒輪機廠家的重慶機牀集團和南京南二機。三菱重工有一箭之仇要報。當日本尼得科收購三菱重工之後,加大在浙江平湖建立工廠。尼得科最重要的任務,反而是要奪回從陀曼手中丟失的陣地。
不是隻有中國機牀抓住這樣的機會。那些在中國深耕多年的海外機牀,也有準確的預判。已經成為日本馬紮克的獨資公司的寧夏小巨人,絲毫沒有錯過時代的浪頭。卧式加工適合於多工序作業,便於實現Giga壓鑄件的集約化加工。馬紮克的卧加在中國汽車市場處於遙遙領先的位置。而像寧波旭升這樣的鋁件廠,自然就成為採購大户。日本機牀企業向來耳聰目明,它們的眼睛,從未錯過地平線上浮出來的獵物。這種市場洞察力和反應速度,猶如獵豹。它被德國機牀如同大象一般的穩重表現相比,對時代鉅變會呈現更快的適應能力。
機牀部件其實跑的更快
機牀的好壞,跟整體系統性最為相關。主機廠要做好精密裝配,而零部件也要公差妥當。零部件往往在機牀行業被稱之為““機牀附件”。這一聽就是“主機大男子主義”。機牀附件廣義上可以包括很多傳動件和功能件。但“附件”二字,掩蓋了它的自主性。“機牀部件”,應該是更好的概念邊界。
但在過去,主機廠曾經有一個傾向,將機牀發展不力“歸罪於”機牀部件的太弱。作為供應商的乙方,機牀部件廠家只能集體啞言,難以張口辯駁。
然而,這種半真半假的甩鍋語詞,容易掩蓋中國機牀部件已經取得的巨大突破。
就運動傳動部件絲槓導軌而言,一直是日本THK、博世力士樂和台灣上銀的天下。然而,廣東凱特的絲槓導軌,已經為博世力士樂進行代工。而德國德馬吉森精機在浙江平湖的工廠,探討是否可以使用南京工藝的導軌絲槓。
作為絲槓導軌的領導者,台灣地區的上銀和銀泰作為關聯企業,無論是從品質和可靠性,都還高於大陸廠家。但在中國,資本對主機的熱情也蔓延到機牀部件。各方面對絲槓和導軌的支持力度,也都很大。可以在2025年立下一面小旗子Flag,三年之內,這方面應該會有巨大的突破。
長春禹衡光柵尺在很多機牀上表現穩定。而有意思的是,這些企業的成長往往就像“地瓜堆”一樣,是一窩一窩的出現。在長春,就會有長春光機數顯和長春七海光電這樣的光柵尺生態羣落。
廣東昊志主軸,在國內已經有70%以上的佔有率。在五軸龍門最重要的五軸頭領域,北京伊貝格,正在躍躍欲試挑戰德國霸主Kessler。龍門的價格為400多萬元,光銑頭的價格就是130萬元。伊貝格以80萬元的誘人價格,開始了輪番的挑戰。能夠進入拳擊場的圍欄之內,本身就是一個巨大的進步。
這樣的挑戰,也是逐步前進。北京伊貝格的技術源於90年代末開始代理德國西麥克五軸頭。通過大量的維修服務,五軸頭的製造技術也在擴散。伊貝格進而增加研發探索的時候,就迅速崛起為國產五軸頭的第一品牌。
然而伊貝格五軸頭可以挑戰Kessler,但裏面的電主軸,則無法獨立實現,它要麼購買Kessler或者瑞士貝舍Bessey。或者採用國產的電主軸如深圳愛貝科。前浪向前湧,也靠後浪推。後一個追擊的波浪,就要形成跟隨式的發力。
如果看中國部件的突破,就像剝葱頭一樣層層穿透。首先需要啃第一層的主部件,完成第一層之後再尋找第二層的零件。一層一層剝到底,機牀的整個供應鏈就會穿透。
這種傳統並非是線性向前的,在機牀如此古老的行當裏,最近幾年機牀老兵經常會碰到陌生的新兵對手。比如煙台艾迪本來為工程機械配套,為三一重工做液壓油缸、破碎錘。而現在,它已經進入絲槓、導軌和刀具領域。充分競爭的市場,哪裏還有像樣的邊界,能夠擋住圈外的人?到處都是被野蠻人衝爛的籬笆牆,牆裏的衝出去搶糧食,牆外的衝進來搶牛羊。
這就是跨界衝擊波。這是中國供應鏈豐富的表現。萬物霜天競自由,到處都洋溢着春天裏牙根鼓動的氣息。企業之間的相互嫁接,人員的廣泛流動,就會形成全新的物種。企業的競爭對手,也很難再像以前那樣,有着涇渭分明的定義。
與台灣地區的較量
中國台灣地區的機牀部件,一向在行業滲透率很高。這得益於它與日本機牀密切的技術來源。但時代也在悄悄地變動着指針的方向。
作為裝載刀具的重要載體——刀塔,技術是從德國肖特、意大利迪普馬逐漸傳播過來。台灣地區的刀架,曾經有着明顯的優勢。台灣刀架一部分是主機廠自研自用,比如友嘉。另一部分是專業廠家,如六鑫、旭陽等。
然而最近十年的發展,大陸的刀架已經明顯發展起來。中國台灣地區的原產刀架的存在感,有所降低。大陸的老品牌煙台環球和温嶺的三和,已經有了明顯的質量提升。而在常州、在大連也出現了明顯的刀架產業集羣。
同樣,在轉枱技術方面,機械的複雜性正在被電氣化技術所顛覆。原先複雜精密的機械傳動系統,被高精度高速度高響應的電氣技術替代。各種直驅電機、角度編碼器、電主軸,都取消了機械的複雜性。而氣動鉗制器等元器件的成本降低,也讓轉枱製造的門檻大幅度降低。隨着機、電、液、控等耦合技術的逐一分解,轉枱的精度、轉速、承載、剛性等主要指標,也就一一突破。剩下的就是可靠性,這就是靠各家對系統完善的打拼了。
這使得台灣地區的轉枱廠商如德川、旭陽、亙陽、寶家誠等,都面臨着直驅替代的影響,市場統治也在直線下降。
小規格轉枱處於技術成果低垂化的階段,一哄而上的局面也就難免了。剩下的就是逐底競爭的殘酷成本之戰,台灣地區的機器製造完全沒有優勢。
而大規格的轉枱,還是電氣驅動暫時無法波及的領域。就功率密度而言,電氣無法替代。比如直徑6米、全靜壓的轉枱,要求的驅動力是直驅電機無法滿足的。這些轉枱,主要是面向重型機牀。而煙台環球的轉枱在這個空間則依然是穩穩當當。
一個有意思的現象是看看中國台灣地區零部件的發展,最近兩年被大陸的零部件廠家,蠶食的厲害。台灣地區的機牀,好像被孫悟空喊了一個“定”。這種“定身術”,使得它停留在原地而增長不大。
從性價比上來看,台灣品牌越來越受到大陸的競爭。台灣引以為豪的主軸、刀架、轉枱等設備,都被大陸製造商一一切割。台灣已經淡化了存在感了。
台灣機牀的“原地踏步”,從反面展現了機牀行業的退化路線。機牀進步只有三條路徑:原理的突破,製造工藝的提升,或者是用户的反推力。
台灣的技術主要來源於日本,而缺乏自身的成長突破體系。而更致命的是,台灣地區缺乏汽車等製造用户,為它提供知識反哺的能量。它想在航空或者新能源汽車的突破,卻無法依靠地區的力量。
台灣地區的機牀發展,一直勝在製造工藝,勝在人機料法環的精密管理。這其實正是中國機牀這兩年快速發展的一個主要突破口。兵團突破的箭頭,正好擊中在台灣地區機牀商的主陣地。短兵相接的遭遇戰之中,中國大陸機牀與附件廠家有機會贏得這樣的戰鬥。
中國台灣機牀的退化脈絡圖,會在中國大陸機牀的大反擊後期,變得更加清晰。同樣的戰鬥,也發生在中國大陸與韓國的機牀較量。
然而,台灣機牀附件整體依然勝出大陸一籌。因為它保留了兩大補血站。
第一個血站是是來自日本的機牀用户。像台灣世聖,一直給日本最負盛名的卧加製造商三井精機提供轉枱。這同樣可以拿到大量準確的使用數據。三井精機最早是做計量出身,精度天生比機牀高一個等級。它對世聖的數據反饋,對世聖有着重大意義。
同樣台灣鉦通的刀塔,主要是給日本大隈做配套。能夠進入日本體系,表明精度和一致性是相當高的。最重要的是,它得到了使用數據的反哺。日本機牀商所要求測量和測試的方法,往往都是完整的指標體系。而日本機牀廠的使用數據,需要返回給刀塔零部件進行設計。
第二個血站,則是來自台灣的工研院和PMC。這兩個院所,對台灣機牀進行前瞻性的研究。例如切削液、排屑機,都是按照能耗和環保,完全符合歐盟的綠色。而大陸企業,對此還沒有引起關注。
台灣宵特GPM的刀塔,在大陸也享受聲譽。位於温嶺的三和刀塔,跟GPM有類似。GPM內置電主軸的動力銑削刀塔,可以達到1.2萬轉。而大陸則只能達到5000轉。這門技術就是台灣工研院協助開發的,採用了良好的熱平衡控制。而開發成功之後,技術不落地,直接只賣給GPM。
台灣工研院還會做的更多,它起到了向企業傳授花蜜的作用。它會有單獨的培訓課程,向企業傳授如何進行高精度刮研,從哪個角度刮研。這種技術雨水的灌溉,到了無微不至的地步。
如果再放眼整個台灣地區的機牀市場,它的機器影響力依然站在前方,只是作為追趕者,可以開始聽見對方的呼吸之聲。
目前中國台灣地區的機牀的整體水平,和韓國機牀一樣,整體上看依然比大陸機牀領先。然而,在一些領域、一些廠家的身上,已經出現反超的跡象。這種反超的缺口,只會顯著性地擴大。例如浙江海德曼、北京精雕和東莞的喬鋒。精細化管理已經長成機牀企業的一部分,而這恰好是傳統機牀廠的短板。這是中國機牀行業在技術突破之外,最為可喜的進步。
供應鏈內化的喜憂
中國機牀出現了兩大全新的局面。一方面是關鍵用户的大門,已經打開。無論是瀋陽機牀大連科德,或者是浙江温嶺北平磨牀,都是這樣的受益者。另一方面,機牀零部件的發展迅速,已經在各個角落發動“對標的鏖戰”。整體而言,機牀零部件的發展,已經大致領先機牀主機一個身位,這使得主機廠可以更加心無旁騖地研究整體的系統。
當然,對於特別昂貴的零部件,機牀廠也不想將利潤甩在外面。對於龍門加工中心而言,五軸頭是最關鍵的部件。一台普通五軸龍門大約400多萬元,光五軸頭就大約130萬元。國內的龍門加工,一方面自己開始嘗試製造,一方面也會開始選擇國產化如伊貝格五軸頭,能夠節省將近50萬元。
機牀與機牀部件的關係,有時候也很難完全説清楚。日本機牀,就出現了一種反分工的奇特現象。儘管德國機牀,從感覺上會覺得精密性比日本高一些,但從產業發展未來而言,日本其實更勝一籌。
日本大牌機牀,非常強調自研。龍頭企業,都有自己的製造能力。日本大隈的龍門,最難做的五軸頭就是內部車間完成的。而日本機牀領頭羊馬紮克,則更是有廣泛的的內部零部件車間。馬紮克在三菱數控的基礎上,獨立開發了專屬數控系統。馬紮克連刀塔都自己做,這種獨有結構在行業裏也很有名氣。
對於強調專業分工的日本,機牀行業呈現了一種不同尋常的供應鏈的內化。日本機牀製造商傾向於認為,高端機牀所有涉及精度部件,都要自己涉足。這是由於精密部件即使精度達到要求,但各個部件尺寸之間是相互嵌套的。如果是外來零部件,那麼機牀在零部件的反覆疊加組裝之後,最重要的振動、平衡和重心等往往就不可控。
五軸頭的結構非常精巧,要求尺寸小、重量低。因為重量過大,會導致速度慣量過大,而影響整個動態性能。然而它又需要非常堅硬,剛性結構要好。它對鑄鐵的材料和工藝,都有着挑剔的要求。而外購件的標準尺寸,往往無法實現這一點。
只有一開始的零部件設計,與主機整體設計是一氣呵成,才能做出渾然一體的最優效果。這跟蘋果電腦,軟件、計算芯片和通訊器件,都要自己來實現,是一個道理。只有如此,軟件才能精準地用盡硬件的每一處潛能。
從成本角度來看,外部採購的成本肯定要低。但是,它未必能提供最好的質量。只要機牀能賣出價格,每個機牀主機廠可能都會希望自己來完成零部件的設計。例如豪邁、科德等所用的轉枱都是自用而並不對外售賣。北京精雕的CAM軟件技術,電主軸都是自研技術的典型標籤。
這種日本機牀最為典型的自研自用的內化供應鏈,也成為追趕者的壁壘。儘管內部技術有獨家之妙,但由於只流轉在封閉體系之內,難以使得整個行業受益。
主機廠供應鏈內化,固然是巨大的突破,解決了有無的問題。但這無法幫助產業整體繁榮。
在中國這樣一個對基礎工業支撐有着龐大需求的國家,供應鏈內化無法讓機牀產業完成規模性的工業化。從1到100的橋樑,被提前走過的人順手拆掉了。而更廣泛的行業支撐,還需要靠廣泛的第三方機牀部件來實現。這正是廣東昊志主軸、煙台環球轉枱與搖籃、洛陽鴻元軸承的廣泛意義。它們支撐了機牀行業的羣體性繁榮。
數控系統還需要加油
然而,在核心大腦的數控系統方面,依然沒有看到顯著的突破。這略微有一點遺憾。
大連科德的數控系統有廣泛運行的表現。科德的五軸機牀,有1000多台在現場工作。這裏的數控系統,大多數都是光洋的。用進廢退,越用越強。廣泛使用的用户,可以幫助機牀部件建立起銅牆鐵壁的可靠性的長城。然而,光洋的數控基本都是自用,能否在外部機牀複製,也存在一定的懸念。而那些專攻高端數控系統的企業,可能還需要繼續加油。機牀是一門實踐的藝術,用起來,才是真好用。
品牌平替,也並非只有發生在高端。在中低端領域,霸主地位的廣州數控GSK,也有“中年危機”。位於蘇州的台灣新代,也在市場上對廣州數控發起了巨大的挑戰。新代採用了腰部切入,然後向下豎切的方式。它最早是從小型車銑複合進入,現在加工中心用量也不少。儘管中低端車牀,依然是廣州數控的價格優勢。但是,新代不斷下探的價格,也會逐漸壓迫廣州數控的主動脈。而後期之秀的中山邁特雷,也發起了同樣的猛攻。廣州數控作為中國數控系統的第一把交椅,如果不能儘快解決中高端數控突圍的問題,它可能在底部被更快、更靈活的小企業所圍剿。
這其中能夠看到古化石的痕跡。最早的藍天數控,雖然改名為瀋陽高精,但也缺乏了往日突破的氣勢。儘管它在特定國家有出口,而在國內主流機牀市場則並不多見。
工業母機作為一個高度市場化的商業市場,在行業金字塔的各個層級都有激烈的搏擊。擁擠向前的相互替代,從金字塔的腰部,到底部,已經全面展開。然而,高度內卷式的競爭是中國行業發展的最強磨刀石。數控系統的磨刀石,還可以擦得更亮起來。
巨大的隱患
遺憾的是,對於機牀主機廠而言,精度與可靠性,依然是一個共同的謎。到底什麼是“好機牀”,依然沒有共識。當人們覺得舉國體制有優勢的國家,出現“機牀沒有共識”的現象,有點令人驚訝。這意味了中國機牀界對正向設計的認識,依然有着巨大的不足。
機牀的共振頻率如何定義,修改那些加強筋的形狀會改變一階共振和二階共振的頻率?
鑄鐵材料的楊氏彈性模量,應該如何選定,才能使磨牀精度保持穩定。需要多大的變形區間,才能更好的吸收多餘的應力?
在力學之外,温度變化引發的機械熱應力如何消除?熱應力的管理,是中國機牀可靠性的一隻巨大的攔路虎。日本牧野的三軸銑牀和卧加,製作非常精良。即使中國採用了直驅電機的抄近路的技術,依然無法企及它的精度。因為更高的精度,並未完全由直驅控制來決定,而是依賴對環境温度管控和熱補償管理。摸透温度的脾氣,正是製造精密機牀的命門。
這些跟基礎原理相關的探索,在中國依然是一片黑森林的盲區。人們不清楚在這些霧氣繚繞的背後,是哪些力量在發揮作用。
中國機牀的進步,在製造技術上有了很大的突破。而在設計原理上,依然有諸多盲區。瑞士肖布林車牀,巧妙地利用了不同接觸面之間的粗糙度的自然配合。正如醉拳一樣,每一招式看上去似乎都是有缺陷的,但它們的前後組合構成了渾然一體的招法。瑞士機牀對於貼合面的因勢利導之功,以至於它在導軌方面都不需要刮研。
這幾乎顛覆了人們對精密機牀的認識。在中國,刮研技術,幾乎是精密的唯一通行證。而一些瑞士機牀廠,就是用高超的設計,免去了這樣的環節。這樣的訣竅,中國機牀界還需很長的時間,去揣摩清楚。
在機牀結構與振動頻率方面,上海理工大學的科研團隊,多年來跟德國機牀院所一直有着親密的交流。只可惜科研轉化氛圍不足,胸中空有奇才,無人前來問計。這正是底層基礎突破的尷尬。這樣的成果,本來跟沈機已經有了非常好的基礎。但隨着沈機的改制,這種合作也不了了之。
也有好消息是,深圳吉蘭丁正在從用户使用機牀的工藝入手,通過物聯網技術收集機牀使用數據,形成機牀設計知識包。它將更多機牀工藝知識顯性化,從而讓機牀設計工程師,能夠更好地“看到”設計背後的原理。這些用工業軟件固化下來的知識,會促進人們更好地駕馭那些還未曾掌握的基礎原理。
除了技術,還有商業智慧的考量
中國優秀的機牀製造商,正在進入“幸福的對標期”。這些機牀公司的技術路線其實非常單純,只需盯緊對標對手,就足夠了。正如浙江北平磨牀,只需要盯準太陽工機的立磨,窮追猛打。這對於企業家而言,也是一個單純的工程師時刻。
就技術路線而言,對中國所有的機牀廠而言,蒙着頭都可以選對路。然而在具體商業路線上,則需要有均衡的產品策略。
企業需要確保“流水型”產品,也需要有“攻堅型”的王牌。例如大連科德在流水型產品,瞄準的是德馬吉森精機五軸加工中心。這種稍微常見的機型,為科德帶來有效的現金奶牛。
如果是純定製化的產品,或者航空特定領域的專機,很難通過規模效益和供應鏈贏得合適的利潤。僅針對某一具體行業設計,客户羣較為單一和狹窄的企業將面臨較大的風險。
專用機型上使用的功能部件,實際是其他機型的複用。這隻有通過通用的製造體系,來尋找支撐。由於通用型機牀的數量保障,使得部件的成熟度大幅度提高,進而為專用機型奠定基礎。
由於處於追趕位置,機牀企業必須特別關注流量型與尖刀連之間的平衡。中國機牀的經營方式,已經無法按照傳統機牀品牌所走過的路。
國際機牀品牌,已經在利基市場的全球版圖獲得了壟斷性的存在。它可以全力以赴。而中國攻堅型機牀,一開始只能依賴有限的中國市場。作為追趕者而言,起初很難進入全球市場。這意味着企業無法在一棵樹上吊死。
像利基特瞄準了一個狹小的市場,每年只能生產上百台設備。這是一個“利基特的悲劇”,供應鏈將沒有任何優勢。
同樣無法突破自身軀殼的事情,也發生在瑞士西普SIP機牀和美國摩爾。後者在2006年被瑞士機牀集團的斯達拉格所收購。在2016年,SIP原有機牀廠被進一步合併搬遷。美國摩爾的座標鏜,早已名聲大噪,這是美國為數不多的早期十大機牀的倖存者。然而,目前也是不温不火。這種行為只能夠走向衰減的振盪波形中。包括美國的摩爾,精密機牀的西浦,都有這個問題。
這些機牀最後都是被自己的策略所擊敗,缺乏完善的製造共性系統。
無論是從生產製造,還是供應鏈,都完全沒有成本優勢。當面臨着工業化思路發展的機牀切入進來,這些作坊式的製造,將很難生存。
而產品的發展策略,也有諸多守正出奇之處。
面對哈默的五軸加工中心,科德採用了“跳棋式”的之字形產品開發策略。每推出一款的新機型,都需要考慮尺寸的有效覆蓋度。科德在發展五軸加工中心的時候,往往在400mm枱面之後,直接跳到800mm枱面。等800mm枱面市場穩固,再反向製造600mm枱面。當800mm以下的產品穩固,則跳過1米枱面,而直接指向1.25m。當這款大尺寸完成之後,再反向進攻1米。這種之字形的產品規劃,最大限度地拉長了加工尺寸,儘可能延展機牀覆蓋的量程。某種意義而言,這是產品研發策略,也是一種營銷攻心術。
然而,也不能浪費每種機型嘗試新技術的機會。一代機型一代“閃爍燈”,要有特殊的技術特色,來佔住用户的心智點。在1米枱面的型號裏,科德嘗試着將機牀的牀身全部採用焊接鋼結構。如果沿用哈默的道路,則採用人造大理石疊加鑄件的方式。而現在,通過新型號來練兵的時候到了。由於鋼比鑄鐵抗拉強度提升一倍,焊接鋼結構可以做到更好的剛度和強度。
然而,焊接鋼結構會迎來機牀最大的敵人:應力。焊接過程是一個忽冷忽熱的過程,從而產生大量內應力。這些應力即使在退火爐進行緩慢消除,依然會保留一部分。應力是機牀的萬惡之源。它將會在整個機牀壽命週期裏,成為一種“反派”力量,影響機牀的精度。
在這個時候,需要精心設計車身的結構,讓它的應力分佈能夠按照預設的路線進行分佈。這正是正向設計的核心精髓。這種產品突破,是一個雙重含義,一方面補齊產品的譜系,另一方面也通過力學與結構件的優化,深化對機牀設計的理解。
在行業整體上,中國機牀依然需要考慮整體的分工佈局。通用技術集團目前的佈局,依然宏大。它的機牀規格有近900個,而在金屬切削加工機牀領域則覆蓋80%以上的產品類別。這對於通用技術集團,恐怕並非是一個值得自豪的數據。可能85%以上數量的機牀,已經進入充分競爭的領域。這些機牀需要靈活的市場策略和變化應對,大集團很難發揮優勢。通用技術集團迴歸攻堅型的機牀主戰場,可能是最好的路徑。而在流量型機牀,它是很難跟民營企業去競爭。
小結:兵馬相見
中國機牀的市場,楚河漢界線乍現。在中低端機牀,很多民營企業已經熟練地掌握着機牀工業化的密碼。高端機牀領域,跟德國、日本、瑞士機牀形成了清晰可見的迎面相撞的局面。這是過去從來不曾出現過的現象。有一種潛在的力量,催動着萬物骨骼像竹子拔節一樣劈里啪啦地瘋長。
中國機牀,迎來了湧動的春天。