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它身材小小,卻助中國航天企業年收200億,成為特斯拉的生產利器
2019-06-15 09:42 作者:屈麗麗 來源:中國經營報

小小“刀具”,怎么就成了整個制造經濟學的“晴雨表”?

此“刀具”非彼“刀具”。在現代工業制造中,相對于大型的生產線,“刀具”只是一個非常小的部件,但它卻反映著整個工業生產的水平,升級換代的程度。

“我們有時需要用到180多把刀具才能完成一個產品的加工,只要其中一把刀出現問題,就需要重新定做、驗證,后果就是造成項目延后。”刀具之于現代化生產的重要性,特斯拉供應商旭飛副總經理徐曦東如此表示。

成立于1974年山高刀具,就被譽為“銑削之王”,也是業內公認的“隱形冠軍”。

山高總部位于瑞典法格斯塔,目前在全球75個國家擁有5000多名員工,產品范圍覆蓋車削、銑削、鉆削、鉸削和鏜削等領域,業務廣泛應用于汽車、航空航天、能源、通用機械、模具、醫療等行業。

1995年,瑞典山高刀具在中國成立全資子公司——山高刀具(上海)有限公司,在30多個城市設有聯絡處或辦事處,銷售網絡遍布全中國,同時在清華大學機械工程系設立了獎學金,至今已有12年。

從山高刀具的發展,可以管窺全球各大產業的發展進程,尤其在當前企業利用云計算、數據驅動的制造系統、工業4.0等新一代信息技術,去拉動智能化、自動化的轉型時期。

隨著新材料、新技術,以及新供應模式的發展,被稱為“制造業牙齒”的刀具更是站到了工業4.0的風口浪尖,在技術變革和商業模式的變革中不斷調適自己的位置。

今天,我們就從這“小刀具”中,共同發現制造經濟學的“大智慧”。

旭升

配合供應商解決客戶整體需求

特斯拉,耳熟能詳,它因在技術水平和產品質量上近乎偏執的嚴苛要求,成為“智能制造”時代的樣板,代表了新能源汽車的發展方向,但對于實現這一技術和質量水準的生產線上的“刀具”,了解的人卻并不多。

作為特斯拉的供應商,憑借“特斯拉概念第一股”的光環,旭升自登陸上交所開始,就被視作中國汽車制造業的“黑馬”。其2015年和2016年的營收增速分別達86.7%和62.1%,同期凈利潤增速分別高達135.3%和153%,還受到各路資本青睞,甚至有人推測,旭升將成為新能源汽車時代的下一個巨頭。

而在這些耀眼業績的背后,旭升與特斯拉的合作也從當初的一個小零部件,拓展到了如今包括傳動系統、懸掛系統、電池系統等多個核心部分的深度合作。

到底是怎樣的能力讓旭升獲得了特斯拉如此的信任呢?旭升副總經理徐曦東認為,“新能源汽車的發展蘊含著無窮的機遇,但當機會來臨,除了更加專注地錘煉自身的優勢外,集結合作伙伴的專長,實現共贏同樣重要。而在旭升的合作伙伴中,刀具則是重中之重。

2013年6月,特斯拉因尋找冷卻系統零件制造商,首次與旭升接觸;7月,旭升便通過了特斯拉的供應商認證,正式進入了特斯拉的供應鏈。但與此同時,旭升也面臨著巨大的挑戰:

一方面,特斯拉為了快速迭代、打開市場,在采購上有著多品種、小批量、快速響應等特點,這成為旭升在生產制造上面臨的一大挑戰。另一方面,由于采用了新的動力系統、驅動系統和控制系統,相比傳統燃油車的成熟體系,新能源車工藝是新的,設計是新的,對加工制造的響應能力要求更高。

“尤其是變速箱殼體屬于典型的難加工部件,其形狀結構復雜、薄壁且剛性低、加工內容多、精度要求高,這對刀具的質量性能、穩定性水平提出了嚴苛要求。” 徐曦東說。

旭升迫切需要一個能為其解決問題的刀具伙伴。

旭升從一開始就將目光投向了幾家世界級刀具供應商,但穩定的性能依然是不能放松的標準。有的刀具廠商十款刀中可能有一款尺寸有誤差,這影響就不得了。經過一番篩選、項目測試,旭升最終選擇了山高。而巧合的是,特斯拉也在此時明確要求旭升在后續加工中必須使用山高的某款刀具。

“從那一刻,我就知道我們一定能行,因為我們對質量的理解是一致的。山高刀具出色的質量水準能夠保障我們的生產更加穩定。山高的刀具可以保持100%尺寸合格,100%滿足加工穩定性,從而保障了我們整個項目的進程。” 徐曦東表示。

事實上,幫助山高贏得市場信用的,除了刀具本身的質量外,還與其緊抓智能制造的核心特點,從系統生產的角度為客戶提供服務關系密切。

山高的相關負責人告訴《中國經營報》記者,“好的供應商不僅能幫客戶完成既定生產任務,還能助其贏得新訂單。早在旭升前期的設計過程中,山高的團隊便參與了進來,與旭升的研發團隊一起探討加工思路、設計加工方案,助力其更好地贏得客戶信賴,加快項目進程。”

在山高方面看來,客戶在項目拓展階段,通常需要在加工方案中很好地展現加工工藝,以此提高信任度,加大成交可能性。但要做到這一點,就需要對客戶需求的理解力和定制解決方案的專業性。此時,往往需要非常專業的刀具生產商提供相應的咨詢服務。

比如,在智能制造中,客戶關注的問題會包括:刀具適合用在哪些場合?哪些場合需要對刀具作出什么樣的改變?在各種條件下用什么樣的加工參數和加工策略來使用刀具?如何利用刀具優化生產工藝,提高產品精密度,進而最大效率地提高生產率?等等。

山高中國技術總監蘇國江告訴記者:“越來越多的企業面對這樣的挑戰:定制產品,最小批量甚至為1;生產成本要保持與批量生產相同;交貨期如同庫存產品;質量穩定,首件質量保證;工藝過程高度復雜。在這種情況下,從加工工藝、制造系統、制造環境等多個維度來找出問題,降低成本,提升生產效率就顯得格外重要。”

“在加工方案設計好后,在實際加工的方案落地過程中,山高派出的專業人員幾乎是駐場服務,一方面調試每一個細節,另一方面一旦計劃有變,就要快速做出反應,幫助客戶調整生產節奏。”山高刀具相關負責人表示。

2017年7月,旭升無人化智能車間正式投入使用,兩條世界頂級自動化生產線將旭升的生產效率提升推向新高度。目前旭升平均一個加工項目中所用到的刀具,80%均來自山高刀具。

西飛

助力解決新材料加工難題

創建于1958年的中航工業西安飛機工業(集團)有限責任公司(以下簡稱“西飛”)是我國大中型軍民用飛機研制生產的重要基地,先后研制、生產了20余種型號的飛機,在航空零部件產品中更是美國波音、法航等世界巨頭的領先供應商。2017年,西飛營業收入首次突破200億元,在經濟規模、綜合實力邁上新臺階的同時,也已成為中國乃至世界航空產業不容忽視的中堅力量。

短短幾十年就能取得如此耀眼的成績,這與西飛在新的工業革命浪潮和航空裝備升級換代的雙重考驗下,大力推進以“智能制造”為核心的制造方式的轉變密切相關。而這一切,同樣離不開刀具的貢獻。

西飛精益加工中心某負責人就表示,“要想實現智能制造,提升生產力,‘協同’二字至關重要。”

該負責人介紹道,飛機制造的生產部門眾多,從設計商、制造商、供應商,到專業化生產單位和航空公司,環環相扣,缺一不可。只有優化各種制造資源、選擇優質可靠的供應商,才能完成生產任務,滿足客戶市場需求,從而助力企業長遠發展。

在這方面,刀具是非常關鍵的,由于新一代航空裝備的研發和大量新材料、新結構、新技術的應用,對航空制造提出了更高的要求,刀具的質量,直接決定著生產過程的安全性和生產成本。

在上述負責人看來,“航空零件普遍具有材料和結構雙重難加工的特性,加工刀具成本高、加工質量和加工效率難以保證是生產中極易遇到的挑戰,鈦合金結構件更是如此。由此,如何針對新材料提供加工解決方案就顯得至關重要。”

“對于航空鈦合金結構件的深槽加工,由于其材料本身的難加工特性加上深槽腔和轉角的幾何特征等,使其加工的精度和穩定性非常難保證,一度十分困擾我們。”該負責人表示。

不過,這些問題在遇到山高之后迎刃而解。“在我們的技術團隊針對航空鈦合金結構件不同材料性能、幾何特征,制定出刀具選型方法及切削策略后,山高總能在第一時間提供相應的產品和解決方案,并成功實現工件加工精度和加工效率要求,還有效降低了刀具損耗。”上述負責人補充道。

那么,山高是如何解決新材料帶來的切割問題的呢?

“不同的零件結構,其在加工中的需求和著重點也不一樣。對于較為簡單的輪廓或型腔結構,加工中的經濟性不容忽略;而對于開槽加工,嚴格標準下的安全性則至關重要。” 山高的技術團隊表示。

舉例來說,在面對輪廓或簡單型腔結構加工中,西飛精益加工中心選用了山高的玉米式銑刀。玉米銑刀不僅可實現大切深、大切寬強力銑削方式,還能極大增加切削力和切削效率。

最重要的是,玉米銑刀在實際加工中,可使用各種幾何形狀刀片且每個刀片都可多次轉位的優勢,幫助西飛精益加工中心最大程度地降低了大型鈦合金零件粗加工的切削成本。

瑞典山高刀具大中華區董事總經理Jean-Franois Martins(馬丁)表示,“要對一家制造企業進行真正的評估,就必須全面理解該企業的核心業務,也才能提出對企業最有價值的建議。

航發南方

解決減速器生產工藝優化問題

一直以來,工藝水準都是中國制造與德國制造的重要分水嶺,由于工藝水準的差距,很多高精尖的部件不得不進口,持續的工藝改進成為中國企業不斷努力的方向。

但中國航發南方工業有限公司(以下簡稱“南方公司”)借助“刀具”的力量優化生產工藝,最大限度地解決加工效率低、精度不夠、生產環節不合理等問題,成為了國內工藝改革的典型。

南方公司是行業內種類最全、型號最多的航空發動機企業之一,作為我國中小航空發動機研制生產基地,航空發動機的工藝與制造技術能力處于國內先進水平,部分核心零部件關鍵技術更是達到了世界先進水平。

但是,由于航空零部件精度高、材料與結構雙重難加工的特性,一開始南方公司總是很難在品質與效率間達到平衡。由此,工藝優化、提速提效的生產改革一直在南方公司大范圍、持續性開展。

在南方公司看來,最大的效率瓶頸就在于傳統加工方式急需改善。

在航空零部件中,游星架是減速器中的主要零件,其結構復雜,大小不一的內需鉆孔里面要安裝齒輪軸等多個轉動件。游星架底部圓柱形結構的外圍有4個窗口結構,需要從實體形式的毛坯件開始掏空加工,不僅加工余量非常大,其對表面質量的要求也十分嚴格。

“在以往生產中,對于這個窗口結構,我們采用的是傳統的分層銑削加工形式。這種方法雖然加工穩定,表面質量得以保證,但是效率相當低下。”

南方公司相關工程師介紹說,“分層銑削每次加工最多只能深入2毫米,而游星架窗口結構的徑向需切削深度為70余毫米,要完成加工需要在徑向深度方向循環切削40次。每次循環中沿窗口銑削一周的時間是2分鐘,完成單個窗口加工就需要至少80分鐘。”

另外,如此加工效率讓該零件占用設備的情況十分嚴重。車間經常出現為了加工游星架這個零件,而導致其余需要上該設備的零件排隊積壓,對生產造成了很大影響。因此,急需對其進行工藝改善和效率提升。

“對于整個方案中最為核心的整體刀具銑削過程,我們制定了兩種刀具配合使用的方案。先使用長度較短的玉米合金銑刀,采用動力銑削方式,快速銑削去除窗口余量,然后用長度稍長的同款銑刀清除上款刀具未能去除的邊角殘留余量。”山高刀具航空航天應用經理宋永輝對刀具方案進行解釋說。

正是這一方案,山高幫助南方公司成功將游星架窗口結構的加工時間從原來的80分鐘縮短為14分11秒,效率提升超過80%。同時,在山高方面看來,“這類方法不僅僅優化了一個零部件的加工,它在大余量切削、斷續切削等工藝領域都有著很大的推廣價值和借鑒意義。今后還會將工藝優化、效率提升應用到更多的零部件加工中。”

觀察

定量分析與適度浪費

眾所周知,經濟學是研究人類經濟活動的規律即價值的創造、轉化、實現的規律。那么,伴隨工業4.0和智能制造的發展,在制造業領域里的經濟學又存在著怎樣的規律呢?

在山高中國技術總監蘇國江看來,“現代制造業在追求高新技術的同時,卻往往忽略了制造環節中存在的刀具利用率低、人員安排不合理、制造工件非必要高出所需質量等級等很多浪費現象,反而導致生產成本居高不下,市場競爭力不斷削弱。

蘇國江認為,“從制造經濟學的角度看,接受部分浪費可能是最妥善的選擇,企業決策便需要遵從適當的定量分析,平衡利弊。

事實上,全球制造業正面臨著技術變革所帶來的諸多挑戰,比如快速并準時交貨的要求;需求品種增加,需要非標定制的要求;不斷改進質量及降低銷售價格的要求;產品的生命周期越來越短以及無國界,業務全球化的趨勢。

面對這些變化,在制造業里引入經濟學的測算,尤其是借助制造業的“牙齒”——刀具不斷優化生產過程和生產工藝就變得非常重要。

瑞典山高刀具大中華區董事總經理Jean-Franois Martins告訴《中國經營報》記者,伴隨全球經濟增長越來越受到貿易保護的影響,數字化帶來了巨大的機會;商品受到價格增長,透明化以及全球數字化營銷的影響;可持續性成為吸引人才和用戶的重要方式等新現象。

“我們要瞄準制造業發展趨勢中企業多品種、小批量生產模式所帶來的各項生產挑戰,為用戶提供定制化、具體的改進方案和建議。

事實上,這也恰恰是山高著手打造“山高咨詢服務(SECO CONSULTANCY)”新業務的背景。而對這一業務的透視,在很大程度上也體現了制造經濟學中的定量分析、平衡利弊的決策方式。

顯然,山高感受到了新產業發展給刀具行業帶來的市場挑戰,伴隨3D打印和新能源汽車的發展,刀具的應用范圍會變得越來越小,而80多年的全球生產服務經驗,尤其是定制化生產經驗恰恰可以成為公司開發出具備成長性的新業務。

馬丁還是用他敏銳的計算告訴記者,“到2025年,3D打印會在一個相對小的領域里保持20%~25%的快速增長,雖然3D打印開啟了一個全新的世界,但并不是每一個3D打印機都可以隨便使用各種材料。”

在他看來,雖然3D打印和新能源汽車會在一定程度上影響刀具的使用范圍,但這種影響目前來看并不大

“從2013年開始,全球電動車保持了年均55%的增長率,但是在全球汽車銷售中所占的比率仍然相對較低。“

如果全球汽車年增長率為2%的話,那么到2030年,汽車增長量將達到當前127%的水平;同時,如果到2030年,電動車的銷售占到全球市場份額25%的話,這些電動車將減少60%的刀具使用

即使如此,在電動車領域的刀具使用仍將達到85%的水平,即(100%~25%)×(25%×40%)=85%。同時,考慮到傳統車的刀具使用將是現在的127%,“那么到2030年,刀具的應用仍將是當前的108%(即127%×85%),仍然是一個處于增長的市場。”馬丁表示。

文/屈麗麗 編輯/張輝 黃玉璐

*除《中國經營報》署名文章外,其他文章為作者獨立觀點,不代表中國經營網立場。

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