? 李泽湘:瑞士机床产业的启示-创新-知识分子 "

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                李泽湘:瑞士机床产业的启示

                2020/05/03
                导读
                制约中国制造业的关键因素是什么?
                李泽湘


                撰文 | 李泽湘

                 香港科技大学机器人研究所

                 松山湖机器人产业基地XBOT PARK


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                -  序  -


                2019年9月18日,我与松山湖机器人基地以及固高的几位同事赴德国参加汉诺威(Hannover)机床展,并利用之后的一周时间走访了德国轴承公司Schaeffler集团、瑞士Fehlmann;Tornos;Studer;Willemin-Macodel;Reiden等机床公司以及机床主轴公司 Fisher 和 TDM。

                在瑞士期间,我与当地企业和研究所的朋友就瑞士产业创新体系有过比较深入的探讨。2008年在位于洛桑的瑞士联邦理工学院 (EPFL)学术休假期间,我曾拜访过以电火花加工机床闻名的GF及其下属Mikron公司(米克朗的五轴加工中心在业界享有盛誉),还有电机公司 Etel。从瑞士回国后,我结合深圳实际,就瑞士精密制造业及其创新体系给哈工大深圳研究生院同学做过几次讲座,希望能激发学生们对精密装备的兴趣。

                历时六天的 Hannover 机床展EMO共吸引了2200多家参展公司和13万专业人士,不愧是机床领域最顶级的国际展会。第一次参加机床展是20多年前的芝加哥IMTS’98(几乎与EMO齐名,但随着美国制造业地位的下降,其影响力也有所减少)。当时的中国机床市场规模不大,机床产业也很弱小,只有几家提供手动机床和配件的公司在参展,并且只有在三楼或偏避的地方才能找到他们的展位。当时芝加哥机床展也促成了一年后固高科技的诞生。经过20多年的发展,固高已成为中国运动控制领域的领军企业之一,其数控产品部也为3C(手机、电脑和消费电子)产品加工机床提供了有力支撑。过去20多年,中国制造业发生了翻天覆地的变化,尤其是随着汽车产业的发展(产量从2001年的200万部增长到2017 年的2800万部), 以及之后智能手机制造产业的兴起(产量从2007年的几百万部到2018 年的15亿部,玻璃和框架都需数控加工), 中国已迅速成长为世界第一大机床市场(2015年占全球市场35%,超过第二至第六名的总和)。北京机床展和上海工博会也成为世界主要的机床展会之一。

                以中低端产品为主的中国机床产业也迎来了短暂辉煌。由 “十八罗汉” 中的三罗汉组建而成的沈阳机床(2005年又并入第四罗汉、前身为中央机器厂的昆明机床)甚至在2011年以27.83亿美元的销售额问鼎世界第一。但随着2012年后的机床市场调整,市场需求由低端走向高端,沈阳机床随即出现亏损,至2019年7年内亏损超过50亿(集团超300亿),不得不实施破产。与沈阳机床齐名的大连机床(也是罗汉之一)也因两年前的200 多亿巨亏被法院强制破产重组,后被并入中国通用技术集团。而剩下的其它罗汉,包括重型加工领域的武重,齐一、齐二机床厂以及济南一机和南京机床厂也是江河日下。与此同时,民营机床企业也少有闪光之作。中国机床产业的困境也普遍存在于其它装备领域如半导体设备、激光设备和工业机器人等以及其它工业领域(如汽车和芯片)。尽管我们有强大的市场需求,很多时候还是有利于后来者切入的新需求,但我们的产品仍是大而不强或是缺少市场影响力。最直接的反应就是我们的企业和品牌在重要的国际展会如 EMO(机床),CES(Las Vegas举行的国际消费电子展),IREX(日本举行的国际机器人展),Semicon West(旧金山举行的半导体技术展)等进入中央舞台位置的极少(华为、大疆等仍是个案)。有人说需要时间,有人说投入不足,也有人说是机制问题,这些说法都有一定的道理。但这是最关键的因素吗?两年前,我曾花了很长时间去拜访了解国内机床产业及其产业链,包括国内的沈阳、大连、昆明、秦川、海天、三一上海等,以及国外机床公司在中国的工厂——如宁夏小巨人、大连Grob、Mazak和THK,长三角的 EMAG、Heller、Chiron、Mikron和Makino,昆明道斯和厦门Sodick。后续我又去了日本的 Makino、三洋、Fanuc、安川(多次)、川崎、平田等, 以及德国德玛吉、Roders、 Kessler、 Hermle, 荷兰Cellro, 捷克道斯和MAS等不断请教,不断与同事讨论和思考。从中似乎找出了答案但又很不确定。离开大连机床工厂进入一街之隔的Mazak、 Grob和THK,给我留下了非常深刻的对比。一边冷冷清清,一边热火朝天,从街那边聘入到街这边的工人精神面貌也都不一样,感觉有如从国统区进入解放区一样,但可惜颠倒过来了。

                过去二十年,固高支持了中国过千家的装备和系统集成公司,我自己也参与了比锐(半导体封装设备)和李群(工业机器人)两家装备公司的创办,同时松山湖机器人基地也投资和孵化了数个装备项目。虽然一些公司也取得了一些成绩,但总体来说与中国这极大的市场需求相比,与世界第二大经济体的身份相比还远远不够。2019年8月,我还曾带几位同事去以色列调研其科创体系,走访了以色列多家大学、孵化器和初创公司,实在钦佩,以色列可以在如此艰难的环境与条件下取得如此傲人的成就。1948年才建国的以色列,本土市场极小(870万人口),国土面积不大(仅为广东的1/6)且大部分为沙漠,即使经历了连续不断的对外战争与内部纷争(30多个党派),其2018年人均GDP(4.3万美金)超过日本(3.9万美金)。当我们走进一个处于荒漠山头的工业区中一个以医疗和农业科技为主的孵化器时,心里直打鼓——在这样的地方如何搞高科技?进去后通过与创始人和几个初创公司的交流,并了解该孵化器的业绩后,我们的印象完全改观:这是一个世界一流的孵化器!临走时,当我们谈到深圳的一家医疗器械公司(深圳的明星科技公司之一),我询问他如何评价?他说,在中国有这么大的市场需求、这么多的政府资源和这么好的产业配套,一家医疗器械公司如果少于 100亿美元年收入不能算是成功(查询得知这家公司2018年收入少于15亿美元,还有很大增长空间)。

                制约中国机床、装备和工业产业发展的最关键因素到底是什么?这次瑞士之行我希望通过对瑞士机床公司的几个案例分析,以及对瑞士精密制造业和科技创新体系(根据世界知识产权组织WIPO的排名,瑞士创新能力位居世界之首)的调研,来寻找有说服力的答案。

                希望本文能唤醒大家对国家新近开展的新工科教育有更深刻的认识。不要简单沦落为又一个学科排名项目。它关系到国家产业创新人才体系建设以及国家经济发展能否在新时代再上一个台阶,同时,它对大湾区国际科创中心建设也有决定性的影响。致谢这次活动拜访的多位瑞士企业朋友,也致谢参加这次活动的同事,大家一道频繁的讨论与争论让我们对产业创新有了更深刻的认识和理解。


                目  录

                1.  瑞士机床产业和精密制造

                瑞士钟表产业的兴起和发展

                从瑞士几家机床公司简介看其产业创新体系

                 

                2. 瑞德机床产业创新体系

                瑞士机床公司画像总结

                产业创新体系的建立

                 

                3. 中国机床产业发展历程、困境和突破关键点

                中国机床产业发展史及产业创新体系

                机床企业成功所必备的10个基本条件

                我国产业生态和产业创新体系构建


                全文约12000字,预计阅读时间20-40分钟

                 

                瑞士机床产业和精密制造

                瑞士联邦成立于 1291年,国土面积 4.1万平米(不到广东的1/4),人口850万,人均 GDP达到 8.2万美元。其中工业占GDP 25.6%,主要产业包括机械、化工、钟表、精密仪器、制药等。


                谈到瑞士机床产业,不得不先聊聊瑞士的钟表产业。计时是人类最古老的活动之一,直到 1530年德国纽伦堡才造出可携带的钟表,但由于价高量少,产品只局限于皇家和贵族内部使用。法国和荷兰紧接着成为主要的钟表制造国,同时法国的宗教纷争使得一些能工巧匠流落到瑞士的日内瓦。当地的宗教改革不容许佩戴首饰,日内瓦的工匠们就通过奇思妙想将钟表和装饰结合起来一起制造。17世纪末,瑞士开始享有高端钟表制造声誉。


                由于工业革命的兴起以及钟表设计和制造技术的创新,无论是钟表的精度还是质量,英国仍然主导了18世纪的世界钟表业。与此同时,瑞士的钟表制造也从日内瓦延伸到整个Jura山脉(瑞士处于阿尔卑斯山与Jura山脉之间)的各个山村。制表匠 Daniel Jeanrichard 通过推广标准化和分工协作(有如东莞大岭山或虎门镇的特色产业镇)极大地提升了钟表质量和产量。这段时期诞生的钟表品牌有 Patek Philippe(百达翡丽1770)和Breguet宝玑1795,价格非常昂贵。1760年,法国通过发明 Lepine calibre机芯来生产更小更细的怀表,重新从英国人手中夺得钟表制造主导权。通过将法国人的发明与瑞士灵活的乡镇配套生产结合起来,瑞士钟表业很快赶超英法,瑞士跃升欧洲主要的钟表生产基地。


                19世纪,通过引进美国的流水线生产技术和发明专用生产设备,瑞士钟表生产机械化水平进一步提升,产量和质量更上一层楼。这段时间诞生的品牌包括Tissot(1853), Omega1848和 IWC1868等,瑞士也终于发展成为世界高端钟表制造之都。就像瑞士航空的广告词一样,“Like shopping for a Swiss watch,Hard to make a mistake” (就像购买瑞士手表一样,很难犯错?。?/span>。瑞士钟表产业在随后的发展中还经历了上世纪80年代日本电子手表企业和近期苹果智能手表的激烈竞争和挑战,但都成功挺了过来。


                2018年,瑞士生产了两千三百多万只手表,出口产值共计216 亿美金,每只手表销售均价达859美元。与之相比,中国生产了6亿多支手表,出口产值48亿美金,每只手表销售均价仅为3美元。处于瑞士钟表制造区的 Solothurn 省把精密制造与骨科植入融合起来,拓展了一个新的产业。强生公司通过收购,在 Solothurn 建立了骨科产品研发与生产基地,2018年该公司在当地的产值就达20多亿美金。瑞士的医疗器械产业 Medtech sector 在2018年有接近2000家公司,六万多就业人口和158亿美金的销售收入,成为欧洲最主要的医疗科技创新中心。


                支撑瑞士钟表和其它精密制造行业的核心是瑞士机床产业。瑞士从事机床生产的企业不多,大约二十多家,2018年产值约29.7亿欧元,全球占比3.4%。大多数机床相关企业都会成为瑞士装备和金属加工协会成员SwissMEM。该协会成员公司就业人口大约30万(整个行业50万,占瑞士从业人口10%),年产值900亿美元。我们从这次拜访的公司中选出3家做个简单介绍,可以让大家对瑞士产业创新体系有一个基本的了解。


                Fehlmann 公司1930年由 Willi Fehlmann 创立,坐落于Aargau省一个只有五千多人口的村庄(Seon),是个典型的乡镇民营企业,早期产品以手动钻床为主。1954年,小 Wili Fehlmann 完成HTL学位并进入管理层。他在学生时代就开发了一种安装坐标工作台的台式钻铣床。1975 年,公司推出瑞士第一台数控机床 PICOMAX 50 NC。1994年,公司推出采用电主轴的五轴加工中心。2006年 Wili Fehlmann 把公司管理交给第三代接班人 Frank Fehlmann。2011年,公司在苏州建立销售和展示中心。公司产品以钻铣功能的立式和门式加工中心为主,产品品种少而精,充分考虑了行业和用户需求,关键零部件(主轴、自动化控制系统等)自行设计和装配以保证持续的技术迭代,充足的备品备件以保证最好的售后服务以及最短的交货期,家庭内部良好的传承机制(第三代)以保证长期战略的一致性,相对保守的理念避免公司的大起大落。公司大约200员工,研发人员20余人。公司除了为20名左右的技校学生提供实习机会外,还积极参与技校实验设施和课程的建设。2018年公司销售额约为 8000万欧元,人均产值40万欧元。产品的连续性从图1的公司发展历程可以看得出来,九十年的专注才铸造了公司今天的行业地位。

                 

                图1 公司发展历程。产品种类少而精、重在延续性和用户体验。
                 
                图2 与公司第三代掌门人Frank Fehlmann合影

                 

                威力铭-马科黛尔公司(Willemin-Macodel SA) 位于瑞士 Delemont 市,是一家成立于1974年,早期定位钟表行业加工设备的小公司。经过40多年的发展,公司员工由早期的3人发展到目前的300多人(瑞士200人左右),且在俄罗斯、中国、美国、印度和欧洲多个国家设有销售中心。其主打产品包括精密五轴加工中心、车/铣复合加工中心和并连机床。行业应用以钟表、医疗、航空/航天、珠宝、模具和微型精密零部件加工为主。五轴加工中心采用矿物铸铁(人造花岗石),自己的主轴、2个微米的重复定位精度。公司研发人员接近30人,大部分招聘于瑞士的两家理工学院(ETH 和 EPFL)。2018年共生产机床160多台,产值九千万欧元,70% ~80%的产品都是个性化定制,给客户提供的产品越来越多配置单机自动化和智能生产解决方案。公司的技术总监毕业于EPFL,与EPFL有很好的合作关系。利用瑞士 InnoSwiss 项目资助(政府与企业各一半),公司与EPFL合作,成功把源于EPFL的并联机器人技术应用在机床领域,推出了面向精密表芯加工的701S加工中心(图 3)。8万RPM的主轴,小于2个微米的轨迹精度,一次性装夹和良好的刚度,使得 701S 成为世界高端表芯加工的首选加工设备。

                 

                图3 威力铭公司的并联结构机床和该产品经理(公司技术总监)

                 

                Tornos公司位于 Delemont 附近的 Moutier 镇。早在1880年,纵切自动车床就已在 Moutier 出现。1914年,Tornos 公司成立。1971年,Tornos与自己的长期竞争对手 Petermann 合并,1981年与另一家竞争对手Bechler公司合并,创建 Tornos-Bechler 公司。1996年,公司推出热销产品Deco10机床。2001年,Tornos-Bechler改名为Tornos,并且在在瑞士交易所上市(公司成立87年后才上市。作为瑞士第二大机床厂,公司人员也只有700多人。2018年公司销售额为2亿瑞士法郎。Tornos专注于精密小零件,微型零件的加工。2017年公司推出的Swiss Deco产品采用了自己的陶瓷主轴(首创的双主轴方案),使得加工效率和质量得到大步提升。Tornos 在2014年设立中国分公司,至今不少三线企业还有Tornos公司的产品。

                 

                图4  (a) 旧的Tornos自动车床, (b) 旧的Petermann车床,(c). 旧的Bechler车床, (d) 1905年产的Bechler 车床(蒸汽驱动)

                 
                图5 Tornos 公司采用自研陶瓷主轴的新一代多功能机床


                 瑞德机床产业创新体系

                通过了解和分析瑞士机床公司的情况,我总结瑞士机床公司具有以下几个方面的画像:


                1. 小而精、专:瑞士机床公司规模通常都不大,一到三百人而已。公司的产品型号不多,每年产一、二百台机床,千万到亿级瑞士法郎销售,基本聚焦在两三个特定或细分行业。公司可以深刻理解客户的需求与痛点,不断迭代自己的产品,为客户提供高端产品和优良服务。反观我国的机床公司,往往把规模和销售额当作主要目标,希望通过冲量和低价策略去占领市场,再考虑提升质量(这叫 “先大后强” 战略)。政府也经常通过金融、项目和土地政策去鼓励企业把规模搞大。有句笑话是一家只能产一千台机床的公司,市长去了后把发展计划提到了五千台,省长去了后变成了一万台,更高的首长去了后变成了十万台。最后企业跨行业发展(把销售规模做大,但很多进入来钱更快的房地产行业), 不只挤垮了该领域一些有潜力的民企,自己也因为过度膨胀,欠了一屁股债,很快就没法运作,以失败破产告终(沈阳和大连机床即是如此)。实践证明,这种“先大后强”的战略是行不通的,但很多企业至今没认识到这个道理,亦或者是在实际操作中很难拒绝诱惑,尤其是政府的诱惑(哪怕是出于好心)。


                2. 核心技术:瑞士机床公司,无论规模多小,都把核心技术,尤其是针对行业特殊需求的核心技术掌握在自己手中。这为公司产品的迭代与创新提供了有力的保障。一个二、三十人的研发团队往往要掌握从主轴、转台、自动化系统到机床等方面的设计与制造,这是非常令人惊讶的。此外,瑞士相对完整的机床产业生态链也具备强大的支撑和推动力。相反地,我国的机床公司往往只停留在系统集成层面,高端的核心部件大部分依赖进口,机床结构设计趋同,即使采用最好的功能部件拼凑,也缺失竞争力和利润空间。


                3. 传承与创新:瑞士机床公司既有百年老企业,也有成立三、四十年的“后起之秀”,大部分企业老板都会经历至少两到三代人。秉承高端与精密的理念,不断迭代产品。既有基于经验和工艺的创新(Tornos),又有基于科学进步的创新(威立铭)。无论是子承父业还是职业经理人,大家都对精密装备充满了热情与自豪。反观我们的机床行业,国企很难迭代,管理者担任一任或两任就调离或升官,而私企老板大都把自己的小孩送去学金融管理,觉得做这一行太辛苦,也无法获得较高的社会地位。


                4. 产业人才与教育:瑞士产业最重要的支撑是其教育体系。从10年级(16岁)起,超过80%的瑞士学生选择进入职业技术学???3-4年的“双元制” 学习。只有 20% 不到的学生会选择读大学。瑞士、德国和奥地利是双元制教育落实得最好的三个国家。

                 

                图6 德国、瑞士的双元制教育体系为该国制造业发展提供有力的人才保障

                 

                首先,学生在八、九年级(甚至更早)时会去有实习资质的企业(企业也为获得这类资质为荣,有如我们的高企)实习,决定自己的兴趣所在和职业规划。选择进入职业技术学校的学生并不是因为读书不好,而是因为个人兴趣和职业规划(而我们主要是因为中考或高考没考好才不得不去读职校)。曾经有个哈尔滨三中毕业的学生告诉我,“中学时,老师告诫她,得好好学习,不然就只能读旁边那所大学(指哈工大)了”。在我们的传统观念里,只有考上清华、北大才能称为成功(不知道自己兴趣所在的学生,即使考上清华北大又能如何?)。进入职业技术体系的学生,会选择一个职业(比如机械师polymechanics、模具师等),每周花二到三天的时间在学校学习理论课程,二到三天的时间在企业实习,一个??榻舾桓瞿??,学以致用,迭代前行。同时,企业也会给学生提供一定的薪水报酬。通过四年的历练,入读职业技术学校的学生学会了该领域的基本理论、掌握了实操能力、获得了相关的工作经验以及不错的薪酬(同期的大学生还得让父母交学费)。最重要的是因为有实操经验,他们变得更加自信,在后期的职业发展与同期大学毕业生相比更具优势(企业看重能力而不是学历)。职校毕业生工作后还可以选择夜?;蛘哂τ每萍即笱Ъ绦钤?。


                瑞士培养工程师的大学共有两所联邦理工学院(ETH 和 EPFL,具有从学士到博士学位授予权),八所应用科技大学(具有学士到硕士学位授予权)。虽然职业技术学校学生对正规大学毕业生的动手能力有点不屑一顾的感觉,但以上几所瑞士大学的动手能力训练还是相当扎实的。一位华为高管曾说过,在华为所有的合作大学里,ETH学生的表现最出色,能力最强。

                 

                关于并联结构在机床领域的应用,即使我们在最近二十多年已具备大量的研究经验,却一直没有突破性进展,应用案例极少。作为后起之秀的威立铭公司,利用EPFL在这方面的基础研究,在 InnoSwiss 项目的支持下,把直线Delta并联机构与高精密的表芯加工结合起来,附以新颖的装夹系统,成功推出了极受高端钟表企业欢迎的701S机床。反观我国机床行业,一线工人大部分是农民工,虽然在实际工作中获得了一定的实操经验,但当碰到问题时,则缺少追根究底、创造性总结和提升的能力,只能无奈地照抄和进行山寨。而到装备企业工作的大学生或研究生在校学习时接受的基本是考试式的训练,缺少动手能力和理论联系实际的能力,愿意从一线工作做起的大学生或研究生极少(感觉丢份)。国企的提拔机制往往更倾向于学历而不是能力,把一些没实操经验的人提到管理岗位,所生产的产品质量可想而知了。图7左边显示的是瑞士产业人才结构,企业员工主体是职业技术学校学生。他们的创新能力跟常规大学生的创新能力互补,能很好地进行衔接。而我们的主要问题是一不顶天(技工的基础问题),二不立地(学院派实操能力差),三不衔接,如图7右所示。

                 

                图7 瑞士与中国装备产业人才创新能力对比

                 

                此外,针对一个产业,国家如何构建一个科学的产业创新体系,这一直是一个极具挑战性的问题。计划经济时代,我们学苏联建立起的产业创新体系(主管部门 -> 部属企业 -> 部属研究院所 -> 部属大学/职校),改革开放后在市场经济的大环境下基本解体。装备领域的国企改革在朱镕基时代推行一段之后,也没有最后完成。企业的技术产品必须随着科技的进步不断更新迭代。从大学的基础研究到最后的产品有很长的路要走,路艰且险。Arm联合创始人,Hermann Hauser 博士在给英国贸工部长的报告中指出,英国有三所世界前十名的大学,有仅次于美国的基础研究和高引用率论文,伦敦还是世界主要的金融中心,但英国并没有很好的把学术成果转化成商业成就。报告指出,学术和产业之间存在一条巨大的鸿沟。为此,很多国家通过建立技术创新中心(Technology Innovation Center)试图来衔接这条鸿沟。著名的技术创新中心有德国的Fraunhofer Institute,比利时的IMEC(微电子中心),台湾的工研院(ITRI),日本的AIST,新加坡的ASTAR和香港的应科院(ASTRI)等。这些技术创新中心通过衔接企业的需求与大学的基础技术,把原型的技术成熟度提升到一个新档次,让企业去完成产品化的最后一公里。

                 

                图8 德国工业创新体系框架


                德国的 Fraunhofer 研究所共有72家,2.6万员工和26亿欧元的科研经费(1/3来自企业)。Fraunhofer 研究所基本都分布在一所理工科大学旁边,大学研究所的教授同时兼 Fraunhofer 研究所的负责人,以保证两者的衔接。如图 9 所示,与装备和制造技术相关的研究所有11家。著名的亚琛工业大学旁布局了两所 Fraunhofer 研究所,一个专注制造技术、一个专注激光加工技术。与制造技术匹配的大学研究所,机床与制造工程研究所(WZL)规模也不小,839员工(含博士生),1.6万平米的教学工厂。

                 

                图9 德国装备与制造技术创新体系,及大学研究所与 Fraunhofer研究所的定位与互动

                 

                瑞士与制造相关的技术创新中心有EMPA和INSPIRE,后者坐落在苏黎世的瑞士联邦理工(ETH)旁。INSPIRE共有员工70多人,每年运行经费1100万瑞士法郎,所涉及六个研究方向包括材料、制造工艺、3D 打印、机床设计、工业4.0和产品测试与评估。与之匹配的大学研究所有六家:机床与制造研究所(50多研究人员)、设计、材料与制造研究所、动力系统与控制研究所、机器人与智能制造研究所、制造流程研究所。INSPIRE 和 ETH在磨削领域的研究有很好的行业口碑,著名的联合磨削技术公司 United Grinding Technology 的多家子公司,如 STUDER是其重要的企业合作伙伴。瑞士的核心零部件企业(传动部件领域的 Schneeberger、伺服/直驱电机领域的Etel和Maxon等, 主轴领域的Fisher,Step-tec和IBAG等,数控系统领域的NUM等)、主机厂(Mikron, GF、United Grinding,Willemin-Macodel, Fehlmann, Tornos, Studer, Starreg等),和瑞士高端制造领域(钟表、医疗器械、精密零部件等)的优质企业构成了瑞士机床产业生态的铁三角。政府通过双元制模式的职业教育,应用科技大学和研究型大学三重体系来培养产业所需的各类人才,通过设立匹配的大学研究所和产业研究所(INSPIRE 和 EMPA)把大学的原创技术一步一步推向产业一线,再通过设立 InnoSwiss(申请和管理过程相对简单,成功率高达 50% 左右)类似的产业资助项目来完成技术产业化的最后一公里。

                 

                图10 位于苏黎世的瑞士机床与制造技术产业创新体系


                中国机床产业发展历程、困境和突破关键点

                我们再来分析下中国的机床产业。


                机床产业包括零部件、主机和系统集成产业。中国第一家近代兵工厂当属曾国藩于1861年创办的安庆内军械所。两次鸦片战争和与太平军的作战使曾国藩深刻地认识到西方坚船利炮的威力。为此,在湘军攻陷安庆后,曾国藩通过招募徐寿、李善兰、华蘅芳、张斯桂等 “覃思之士,智巧之匠” 设立了安庆内军械所,用手工模式为湘军制造枪、炮和子弹。中国第一台蒸汽机和第一台蒸汽轮船 “黄鹄号” 也诞生于此。1863年秋,通过张斯桂和李善兰的引荐,容闳来到了安庆?!敖袢沼倍灾泄钣幸孀钪匾?,当从何着手”,曾国藩迫不及待的问道?!敖袢沼泄弊钣幸孀钪匾氖?,莫过于仿照洋人的办法,建一个机器厂、一个机器母厂,由这个母厂再造各种各样的机器,然后用这些机器去造枪炮子弹,战船战车,犹如母鸡下蛋似的。有了这样一个母机厂,过了十年八年,中国就可在全国各地建造许许多多的工厂,如此,中国就会跟外国一样强大了”?!懊僦破髦?/span>(工作母机)” 成为了早期洋务运动的指导方针。1863年秋,受曾国藩委派,容闳历时两年,用6万多白银从美国麻省的 Putnam 公司采购了第一批机床设备(见图 11)。

                 

                图11 (a) Putnam 公司生产的车床 (1860), (b) 江南制造局炮厂机器房 (宣统年间摄),(c) 江南制造局机器厂


                1865年6月,曾国藩会同李鸿章奏准设立,将苏州洋炮局与收购的美商旗记铁工厂(位于虹桥)合并,利用容闳采购的百余台机器,成立了江南制造局(后迁入高昌庙,江南造船厂旧址)。至1895年,江南制造局已发展成拥有机器厂、炮厂、轮船厂等20多个分厂, 3592名员工,662台机床、3000吨水压机,15吨马丁炼钢炉的东亚技术最先进设备最齐全的机器工厂。至1904年,除枪、炮、子弹、轮船等军用器材外,江南制造局还生产了各种机器设备591台,其中金切机床249台、成为洋务运动众多工厂的母机厂。随着洋务运动的发展,制造人才问题变得尤为突出。李鸿章也认识到, “中国欲自强,则莫如学习外国利器。欲学习外国利器,则莫如觅制器之器,师其法而不必尽用其人。欲觅制器之器,与制器之人,则或专设一科取士,士终身悬以为富贵功名之鹄,则业可成,艺可精,而才亦可集”。很遗憾,1895年的甲午海战宣告第一次洋务运动的了结。1938年宜昌撤退的一百多万吨物质中,大部分为兵工厂的机器设备。使得新的工厂能在大后方快速建立起来,为抗战的物质供应提供了保障。位于昆明的中央机器厂(不久前破产的沈阳机床下属企业昆明机床厂)即为其中一员。

                 

                图12 二战时期德国冲床在中央机器厂的工作照片

                 

                解放后,我国布局了十八家国有机床厂,分别是齐齐哈尔第一机床厂(立式车床)、齐齐哈尔第二机床厂(铣床)、沈阳第一机床厂(卧式车床、专用车床)、沈阳第二机床厂(钻床、镗床)、沈阳第三机床厂(六角车床、自动车床)、大连机床厂(卧式车床、组合机床)、北京第一机床厂(铣床)、北京第二机床厂(磨床)、天津第一机床厂(插齿机)、济南第一机床厂(卧式车床)、济南第二机床厂(龙门刨床、机械压力机)、重庆机床厂(滚齿机)、南京机床厂(六角车床、自动车床)、无锡机床厂(内圆磨床、无心磨床)、武汉重型机床厂(立车、镗床)、长沙机床厂(牛头刨床、拉床)、上?;渤?/span>(外圆磨床、平面磨床)和昆明机床厂(镗床、铣床)。

                 

                图13 计划经济时期我国的机床产业创新体系

                 

                经过五十年代的院系调整,我们建立了一个 “主管部门 -> 部属企业 -> 部属研究院所 -> 部属大学/职?!?的产业创新体系。主管部门,即当时的机械工业部(后并入现在的工信部),研究院所包括 8个综合性研究院所(北京机床所、大连组合机床所、广州机床所等七所一院)和37个专业研究所与企业设计部门,大学有湖南大学、吉林工大、合肥工大等。1999年的院所转制,这些研究所有如麻袋里的土豆一样,被呼啦地甩出去滚满一地,四处滚动,各由生死。与此同时,职校升级、大学扩招与合并使得产业人才动手和创新能力大为削弱。序文提到的中国机床产业所面临的困境即是市场经济环境下我国产业创新体系缺失的直接体现。我们打破了苏联模式的旧体系,但并没能建立起一个新体系。在此情况下,政府试图通过一些专项(比如04专项)去推动产业变革的效果极其有限。


                经过长期的观察和系统的调研,我梳理了一个机床企业成功所必备的10个基本条件(图14)

                 

                图14 打造一家成功的机床企业必备的10个主要条件


                1市场需求尤其是新兴市场需求必定是(新)企业发展的前提条件。中国是世界第一大机床市场(三分之一),也不断涌现出新兴需求(如手机和电池制造等)。这方面无论是国企还是民企都有一个不错的市场环境。


                2机床是个多技术融合、需长期积累的行业,对创始人和产品经理都有极高的要求。我们在这方面是不足的。这也是新工科和双元制教育的定位和使命。


                3企业只有为客户创造价值才能找到自己的生存空间。找准问题,定义好产品,提供优质服务是瑞士机床企业的发展之道。我们的企业往往把规??吹霉?,忽视了客户的需求。


                4研发一款好的机床产品需要一个学科交叉、创新能力强的团队。现有工科教育的弊端(详见新工科教育系列文章 [7~9])使得这类人才本就匮乏。国企虽然能吸引一些相对优秀的人才,但其僵化的机制也制约了团队的发挥(不少技术人员外面兼职,本职工作应付)。民企又很难吸引到好的人才。


                5工匠精神是精密机床制造和装配的基础。通过个人兴趣培养和双元制教育去塑造企业文化和工匠精神,是瑞士、德国和日本的成功之道。而我们的职业技术学校更看重专升本,像东莞技师学院样能认真落实双元制教育的学校,实在是凤毛麟角。


                6用科学方法去系统分析和解决产品设计过程中的问题至关重要(见威立铭公司的并联机床案例)。我们很多企业研发人员碰到问题时一是山寨,二是拿客户做白老鼠。这种方式很难有根本性的突破 [8]。


                7不断迭代与持久战是对于做好一款机床产品,是必不可少的。国企频繁的干部调动是十八罗汉困境的一个主因。一个好的机床公司,甚至需要两代人的努力。因为太辛苦、挣钱慢等诸多原因,民企很少有二代会愿意从事机床行业。


                8科学的管理方法不仅能激发交叉团队的创新能力,更能确保项目的高效率实施。


                9很多机床公司倒在了规?;投嘣穆飞?,忘记了小而精是做好机床企业的关键。实际上中国这么大的市场做精做透,就必然会有一定的规模效应。


                10迭代离不开持续投入。

                 

                要把装备,尤其是机床产业搞好,我们要在产业生态和产业创新体系构建这两个方面下功夫。


                从产业生态角度讲,我们要重点培育自己的C端品牌产业,创造新的高端需求来引领从芯片/材料到核心部件到装备再到工厂整个B 端产业链的健康发展。苹果产业链在过去十多年确实对我国尤其是大湾区制造和装备产业提供了很强的带动作用,但这在在贸易争端不断和制造业往东南亚地区快速转移的今天,是远远不够的。美国的半导体装备产业有今天,则得益于当年美国芯片产业的强大需求,日本的机床和工业机器人产业有今天,也得益于当年日本和美国汽车制造业的强大需求,而瑞士的机床产业有今天同样得益于当年瑞士和欧洲的钟表、医疗科技和精密部件产业的强大需求??看ず凸馄放坪苣呀⑵鹱约呵看蟮淖氨负椭圃觳盗?/span>(包括芯片/材料和核心零部件)。国外品牌和我们的代工以及上游的装备/核心部件/芯片/材料产业根本上上来讲是个零和游戏。


                市场经济环境下的机床产业创新体系包含两个重要环节。一是双元制模式的技师/技工培养 和新工科教育模式的工程师和创业者培养;二是产业创新平台的构建。东莞技师学院探索了一条中国产业特色的双元制人才培养模式,香港科技大学和南方科技大学等高校也在探索新工科模式下的创新人才培养。德国的 Fraunhofer 和瑞士的 INSPIRE 为德国和瑞士机床产业的发展做出了重要贡献。但即使把这类研究所成功移植到中国来,也很难把中国机床产业发展起来。我们需要一个更有效、更创新的机制去把高校、政府、产业和创业者的需求与资源整合起来,建立一个类似于松山湖机器人产业基地的高端装备产业孵化平台。

                 

                结   论

                制约中国制造业,尤其是装备产业大而不强的根本原因在哪里?本文基于过去二十多年对中国制造业的理解,以及最近几年对日本、德国和瑞士机床产业的深度调研,给出了三条最重要的原因:


                1. 教育的缺失(包括培养技师/技工为主的双元制教育和工程师为主的新工科教育); 
                2. 产业生态问题 (缺少自主的C端 品牌带动);

                3. 市场经济环境下产业创新体系的缺失。


                如何解决这些问题仍待更多人的思考与探索。

                参考文献
                [1] Creating Innovators, the Making of Young People Who will Change the World, Tony Wagner, 2012, Harvard University.
                [2] “The current and future role of technology and innovation centres in the UK”, a report by Dr Hermann Hauser for Lord Mandelson, Secretary of State Department for Business Innovation & Skills,  2009.
                [3] “Remaking Engineering Education for the Innovation Economy”, Dr Rick Miller, Presentation at HKUST IAS Distinguished Lecture Series,  Dec. 12, 2018.
                [4] A History of Silicon Valley 1900-2014, P. Scaruffi, 2014.
                [5] 被打断腰的行业,中国机床老无所依。网文,知识自动化转载, 2019.6.27
                [6] 学院派创业与制造业破局, 知识分子, 2020/03/27, 李泽湘
                [7] 新工科教育的背景与使命, 知识分子,2020/03/31, 李泽湘
                [8] 新工科教育课程探索, 知识分子, 2020/04/11, 李泽湘
                [9] 颠覆创新人才培养的欧林经验, 知识分子, 2019/05/06, 李泽湘
                [10] 世界机床“一哥”走到破产边缘,7年亏50亿,竟还不起百万贷款,机械社区, 2019/08/12

                制版编辑 | 皮皮鱼

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                1 条评论
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                • 2020/07/16

                  瑞士国土面积单位应该是平方公里吧?

                知识分子是由饶毅、鲁白、谢宇三位学者创办的移动新媒体平台,致力于关注科学、人文、思想。
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