经济导刊
分享:

北京精雕:中国机床工业的后起之秀

简练 来源:《经济导刊》2017年06期 2017.08.30 16:38:04

 

编者的话:

北京精雕在中国机床行业普遍遭遇困难的环境下,抓住市场机遇脱颖而出。进入新世纪、特别是2010年以来,得益于智能手机的大发展,在轻型数控机床方面取得了巨大的成就,目前是能够和日本FANUC公司一决高下的中国新兴机床企业。

本文分析研究了北京精雕20 多年的发展历程和当前情况。该企业成立20 多年,企业在每个发展时期,都能抓住当时一个非常重要的(大规模)市场,而且每一步都实现了技术的升级;采取现实和变通的技术手段实现突破,产品研发围绕用户展开,满足广大客户的需求;在产品热销时居安思危,不断考察新的客户热点、安排研发布局。这是在完全市场竞争中“杀”出来的优秀代表。

近五年,中国机床行业总体压力很大。随着2003-2011年中国经济高速增长期的结束,制造业上游的机床企业提前感受到制造业的寒意,尤其是服务于传统制造业的中重型机床企业。为什么北京精雕能够逆势而上,成为新兴企业的代表?除了它从控制系统出发,不受原机床工业分工过细的限制外,重要的一点是它的风格:在其成长历程中,为了企业生存必须提前布局、敏锐观察动向,包括现有产品的需求可能衰弱及其他地方需求可能兴起;其次是生产产品与下游客户高度互动,边听边改,产品快速修正迭代。在这一历程中企业也受到锻炼。

本文结合行业其他企业的反馈,对北京精雕为代表的一批中国新兴装备企业的发展规律,以及中国机床工业下一步发展的启示进行了思考。机床乃国之重器,作为世界第二大经济体,这个行业的制高点必须有中国的一席之地。北京精雕和大连光洋、济二机床等新兴机床企业一样,将成为中国在供给侧结构性改革中的顶梁柱,成为中国装备制造工业的新排头兵。

 

北京精雕科技集团有限公司创立于1994年。创始人蔚飞,毕业于西北工业大学,原为国有企业工程师。经过20多年的持续奋斗,2015-2016年度的年收入达到25-30亿元,年净利润约3亿元,现有员工4000人。2012年以来,中国机床行业普遍不景气,一些重点企业出现连年大幅亏损的现象,但北京精雕受益于消费电子(智能手机)需求的拉动,经营业绩保持了相当高的增长速度,技术也在快速进步。

 

北京精雕的发展历程

   

北京精雕的发展经过了四个阶段,四个阶段分别对应中国近20年经济的不同时期。在这四个时期,北京精雕基本都抓住了当时中国制造业最繁荣、利润最丰厚的部分,使得这个完全从零起步的企业能够走到今天,成为能与日本发那科(FANUC[1] 竞争的中国新兴机床装备企业。

企业创立者团队并不是机床领域出身,而是计算机领域的青年工程师。北京精雕的创业核心优势在于整体的编程自动控制系统,是从“大脑”(算法)出发面向具体市场进入到加工装备领域的,这是它与大部分中国传统机床企业最大的不同。

第一个发展阶段:“刻字机”时期

1994-2000年,精雕初创期,可称为“刻字机”时期。当时蔚飞和一批年轻伙伴(包括在校研究生)一起白手起家草创企业,首先要找到既符合自己专长、又具有市场前景的领域。1990年代初的下海热正在发酵,各大城市出现全民皆商、全民开店的景象。北京精雕抓住的就是刻字、刻牌子这种“边缘市场”——但这恰是当时草根市场里对科技设备有需求的较大市场。当时,做刻字机的中国企业已批量出现,多达数百家,大部分是赚一笔就跑。当时刻字机市场的优质产品是法国嘉宝公司(Gravo Graph)的产品,带有计算机辅助设计/制造(CAD/CAM)软件,但只能刻26个英文字母,对中文这种字码特别多的文字无能为力。蔚飞团队的思路是另辟方法论——法国嘉宝等国际通用程序是每个字母、字符一个子程序,汉字按这种思路会有成千上万个程序,不可能跑得动;于是将其视为图画,按照一定的规律,在正方块中把要抠掉的部分“抠走”,这就是一套刻针的移动路径算法。这样,以算法软件为核心,软硬件集合(刻字机的硬件要求不高,本土企业均可造),北京精雕有了第一类具有自己核心技术的产品。这为他们积累了第一桶金:当时一台普通刻字机能卖6万元,和北京精雕一同起步的邻居是深圳的大族激光[2]——它也是服务于这个市场,后来成为激光方向发展的中国带头企业。

 

1  左为雕刻机雕刻刀头,右为激光雕刻机

 

第二个发展阶段:“模具花纹”时期

第二个发展阶段(2000-2004年)是“模具花纹”阶段。因市场火爆,在国内知识产权保护不力的环境下,很快出现盗版(普通硬件+盗版精雕控制软件)产品,防不胜防。精雕团队早预计到这种情况,从1990年代末开始研发新领域。他们发现,浙江等外贸出口密集地区对于刻钢板进而制造模具的需求开始兴起。最早发现的市场是和之前的有机玻璃刻字类似的刻钢字,后来就出现了模具刻字、刻汽车车标等市场,再就是小型商品(比如制鞋模具)。在自动化机器进入之前,这些领域多是手工操作(或借助较大的模板带动小件加工),效率低且工作辛苦。而当时世界上模具钢还没有用机床来加工的,因为加工对象硬度很高,[3]  如不做修改,用小刀具加工时刀头容易断,降低加工效率。为此,北京精雕发明了“等量切削”算法来解决小刀具雕刻模具钢问题:过去刀具容易断是因为切削长(深)度不定,刀具受力不均匀,一旦超过极限就会断。而通过更新软件,用“等量切削”概念进行控制,这样受力上限明确,就解决了问题。这一创新使得小型模具行业从传统的仿型铣阶段提升到计算机数控阶段。于是大量客户蜂拥而至,大部分客户都是浙江乡镇的个体模具加工者。这一新型产品正契合我国加入WTO后江浙出口型经济大发展的需要。北京精雕很快发现市场“越推越多”,浙江模具业内口口相传,都来购买,因为他们的一台CNC模具刻机相当于5个手工加工工匠。当时一台机器售价10多万元,每年生产1000多台,年销售收入近2亿元。

2 鞋类模具

 

但这个领域毕竟是模具行业的边角,容量不大。2004年北京精雕正式进入模具行业(2004-2007年),此时精雕的技术已能够顺利加工模具钢。主要是两个方向:第一个方向是从二维进入三维,直接制作小型模具(200mm x 200mm以下为小型),这在注塑产品领域用途很广。第二个方向是大模具的边角加工,因为模具在工业各部门应用很广,模具加工后,如果边角(外凸)、根脚(内凹)不干净(弧度达不到产品要求),会直接影响最终产品的性能,“功亏一篑”。当时,对边角加工的处理,国内多使用电火花(电极处理),国外的一些领域使用高速铣。但高速铣比较贵,一般用于航空、汽车行业,普通小商品加工用不起。北京精雕则定准所有制造业的模具,能用的都用,这和日本发那科起飞时的思路是一样的——尽可能普及计算机数控技术。这又涉及新一轮核心技术的研发。

 

 

第三个发展阶段:“立体曲面”时期(三级标题)

第三阶段(2004-2007年)的技术难点,在于从平面跃迁到任意立体曲面时算法的改良。在机床行业,是从工控机(较单一功能的计算芯片)逐渐发展,因此当时机床行业(含高速铣)的算法叫“look-ahead”算法,是把曲线分解为很多小直线,用小线段的连接去模拟。而当时的look-ahead以前10段提前计算来进行倒推,调整当前小线段的定位;更高级的look-ahead算法能提前100段来回馈。北京精雕使用雕刻机的方法论进入该领域,发明了“小线段连续前瞻插补”算法,提前上千段统一处理,在加工过程中相对柔和,芯片也直接使用电脑的处理器。这形成了北京精雕在小型模具加工和大型模具清根清角领域的核心技术。进入这一领域实不容易,因为尽管模具市场很大,但国内机床长期不被国内模具行业大规模接纳,主要原因就是其加工精密度达不到模具行业的要求。北京精雕进入这一领域直至今天,目前经营业务中仍有30%的收入来自这一领域(最高达到60%)。大模具的清根清角设备一年仍然有几千台的市场需求。

    第四个发展阶段:“消费电子”时期

2007年起至2016年,北京精雕开启了消费电子新阶段,这主要和智能手机有关。把消费电子这种大规模产品和机床联系起来具有一定的偶然性,缘于乔布斯对苹果产品外观的追求完美。iPhone等苹果产品自发布以来,就极度追求外观,主要需求在两个方面:一个是屏幕盖板(含显示屏玻璃、触摸屏及后来两者合一的屏),一个是机壳。前者在iPhone一开始推出时就有需求。乔布斯本人要求使用(超薄)玻璃盖板而非此前手机普遍采用的亚克力塑料板,而且上面要打孔(嵌入iPhone的圆形按钮),四个角又要磨角,磨角的弧度要和设计高度一致,否则就装不进去。后者的需求始于2010年推出的iPhone4,此前iPhone手机壳都是注塑一次成型,但第4代要求使用金属机壳并采用铝钢合金。而金属机壳的加工流程和塑料机壳是两个概念,它要求按图纸在一块合金板上一点点挖出各个细节,包括小孔和纹路(连SIM卡槽也是小型钢板抠出来的)。一套机壳的价值从之前的十几元人民币,上升到几百元人民币。

 

左:iPhone为先锋的玻璃盖板(蓝思科技产2.5维周边弧度屏),右:习总书记在江西视察蓝思科技。

 

苹果在机壳方面的要求实际上是一种浪费,但从另一面看,它提升了上游加工企业、尤其是精密加工装备方面的技术水平。整个消费电子产业衍生出的机床需求是高度综合性的,覆盖了“车铣磨抛”诸多环节,且对精度要求很高。而且一台机床一次只能加工一个相关产品,电子产品的销售又是海量,对加工速度的要求很高,对机床数量的需求极大。这对于具备高精度数控机床技术能力的企业是福音。日本发那科近七八年的急速成长,正是受益于这种苹果带头的消费电子企业(2012年后中国手机生产商快速跟进),拉动了中国为主的配件加工企业和日、中数控精密机床企业的产业链。智能手机为核心的需求,成为近10年在传统需求领域不振的情况下,支撑机床行业的最重要市场因素。

             精雕生产的机床样品(非最高端,目前为普通产品),以鸡蛋为演示样品可曲面等深加工(刻纹)

 

这一领域对北京精雕的生产组织形态产生了很大的影响。消费电子的配件加工有很多细节。比如玻璃盖板升级到玻璃片,过去用激光切割(大族激光的产品),现在就不行了,精雕发明的“金刚石研磨法”使蓝思科技实现高速成长的加工技术。[4]再比如,智能手机外观的要求年复一年的花样翻新,通常是苹果发明某个概念,而后在1-2年内普及到华为、OPPOVIVO等中国品牌,很多消费者喜欢的外观特征,都是依靠北京精雕等装备企业的技术来实现的。比如iPhone7提出“高亮”需要的特殊加工工艺。事实上,手机外壳在不同部位(比如背部、边缘)的不同加工质感(磨砂、抛光、密纹、高亮,以及边缘钻孔等等),都是机床企业近几年集中研发出来的。

但是,加工这些机壳的企业,通常具有人力密集型+机械数量密集型的特点——这几年知名的企业,如富士康、比亚迪电子、长盈精密、蓝思科技、博恩光学、厦门通达,均为原加工型企业成长起来的大型企业,其从业人员中,大部分一线工人素质不高,扮演的角色也很单一。这就要求上游的装备制造企业:一是在设计时就要考虑到下游低素质员工的操作特点(包括脾气暴躁者),预防破坏性操作,二是要长期派驻技术人员在用户现场,要求他们能做到“百事通”或能快速反馈。南方的加工制造企业首先相信合作多年的日本发那科等企业,不敢冒险尝试中国的新兴自产数控机床。这就要求:一是让用户愿意尝试,二是在使用初期,现场有研发人员长时间观摩加工情况,以便不断改进,产品性能稳定后也要长期驻观察员保持联系。北京精雕先于2007年进入盖板领域,较快获得成功;2011年进入机壳加工领域,2011年底(iPhone42010年启用金属机壳)先送给富士康500台机器免费试用,负责技术的副总在富士康蹲点4个月。在被大型客户接受过程中,北京精雕的“等深雕刻”、“等宽加工”(如手机边缘的高光亮区域做到严格的等宽)等多年(算法)方法论积累下来的核心优势发挥了关键作用。

通过初驻反馈型改进-长期驻点跟踪的方法,北京精雕形成了维修、使用、培训、配件体系,这和日本发那科近十几年的成长历程是非常类似的。到2013iPhone5推出时,北京精雕在机壳加工领域实现了爆发性增长。在这一领域,目前具备竞争力的加工企业至少需要有2000台加工设备,上游机床厂的出货量很大。如盖板领域的首个专业内知名企业博恩光学,就从北京精雕采购了两种型号15000台设备。该领域具有发货量大但型号少的特点,因此是装备行业少见的“规模经济”极其明显的领域。可以说,近10年中国出现的新兴机床企业都多少分享了这一红利。

当前,这一领域的竞争主要在中日企业之间展开。2015年之后,中国企业的优势逐渐明显,北京精雕主要集中在后端,即精细加工和打磨的领域。前后端加工的质量要求不同,前端加工精度要求稍差,而后端的加工对象已经沉淀了200元的综合成本,很难容忍高的废品率——特别是钻孔,稍微偏差一点就成为废品。这就倒逼装备企业必须想出相应方案,北京精雕这几年“在机测量”(On Machine Inspect)就是应对这些高要求的解决方案。

应该说,苹果产品升级存在很多仅为美观而损害加工效率的设计(从iPhone诞生后更为频繁),过于追求“极致化”。这就对上游配件企业和设备企业提出了苛刻要求,把精力花在无实际技术进步意义的东西上。但这确实拉动了上游加工设备的跳跃式发展:因为加工量极大,规模效益高,有利于积累红利用于再研发、并不断积累技术能力。在满足苹果的各种苛求以后,中国机床企业积累的高精度加工技术,可以用于大量具有技术意义的新应用上,比如半导体、医疗精密设备等领域。

 

 

北京精雕的员工入职练手加工作品(三个月培训后能做出来)——坦克模型件及

可自由开动的坦克模型

 

    第五个发展阶段:“高端加工”时期

目前,北京精雕认为自己已经进入第五阶段,就是全面进入高端加工领域各行业。首先是在方法论上有一个较为通用的模型——闭环(close-loop)高端机床,然后根据各进入的行业进行针对性适应,形成覆盖大量行业的产品。比如,基座加工领域——目前包括LED基座、照相机(含手机摄像头)基座,未来很可能进入到半导体先进封装领域的基座。这就涉及到培养针对各个细分领域产品的设计领军人物的问题,因为出现像智能手机盖板、机壳这样的规模经济领域是10年来可遇不可求的事情。新兴机床行业的发展,有待于下游客户愿意启用更先进、更自动化、更要长期积累加工经验的设备。目前,中国企业对高端制造领域的逐渐占领,以及在普通制造领域自动化的普及,是北京精雕这样企业的福音。

 

北京精雕发展经验及对中国装备工业的启示

 

    中国新兴机床企业发展的特点与优势

作为新兴机床企业的代表,北京精雕近20多年来的发展具有很鲜明的特点。这也是近几年发展势头较好的中国新兴机床企业的普遍特征,北京精雕是其中最具有核心技术的一家。这个特点就是:紧紧抓住市场,根据对市场趋势的预判研发自己的产品。产品导向是“解决问题”,在技术上是“找到关键后,缺什么补什么”,具有综合性。

北京精雕所处的装备制造业是工业的上游,其经济波动大于下游行业。因为只有当下游制造业扩充产能(或更新升级设备)时它才有订单,当下游加速增长时它的生产才能增长。传统的国有装备工业近些年的大起大落也说明这一问题。因此,这个领域只能容纳数量不多、在技术上精益求精的企业。北京精雕抓住了各个时期在中国最大、最广泛的市场先机,每一步发展都实现了技术的升级。

为什么北京精雕能够比较敏锐地适应市场,而原来国有体系中一些知名企业反而不能呢?除了从零起家的生存意识驱动外,很重要的一点,是和出身体系的不同特质有关。特别是进入21世纪后,在机床数控化、多功能综合的大趋势下,国内市场对于单一功能的通用机床的需求迅速减少。也就是说,过去计划经济是把“手”放在各地生产,产品从各地调配到用户使用;现在用户需要的不再是“分散的手”,而是具有综合功能加上数控“脑”的机床(各种类型的数控加工中心)。特别是2008年以后,机床行业新增市场主要来自对加工产品本身的“弹性能力”越来越高的行业,那么单功能通用机床的需求就更少了。

好企业都是能主动进取、克服因专业分工造成的天然被动局面的。北京精雕创业人员本不是机械专业或自动化专业出身,而是计算机和数学专业毕业。他们是典型的“先有脑后有手”,开始抓的是技术上颇为“小儿科”的小商业加工工具(雕刻机),当时雕刻刀头这些“手”难度并不大。他们的核心竞争力是先有“脑”——数控算法,载体不用工控机,一步到位上电脑。他们从控制中心出发进入机床领域,这在最近20年需求越来越综合化、弹性化的市场环境下非常占优势,甚至因为具有自主研发的算法这一核心技术,可以在发展的早中期规避一些“缺手”带来的困难。比如在进入模具加工领域时,一开始没有高速铣刀——或者要替代这一进口产品,故而在算法上把速度、加速度控制在一定范围内,使得硬度较低的雕刻刀头也可以完成对特种钢工件的加工。而中国不完善的知识产权环境,逼迫它们在每个阶段都要意识到可能被抄袭的风险,提前发现新的领域并进一步做出新的算法方案。

脑和手之间并非“脑高于手”。只是在最近20年,由于下游客户中对大、重、硬工件加工需求的增速变慢,主要的市场增量来源于综合性、弹性大的“细活”领域,所以机床领域的技术进步主要体现在“脑”上面。这给了北京精雕这样的新生儿以机会。在进入新的大型部件加工市场后,“手”的重要性就迅速提高了。目前北京精雕的“第五发展阶段”就面临这样的挑战。实际上从第四阶段起,北京精雕就投入大量资源在刀头等领域,把短板快速补上。目前,北京精雕的CAD/CAM-数控软件、刀具、刀柄、主轴、大部分机床结构件都是由自己生产并装配,只有车身和丝杆、导轨系外部制造。

与业内其他优秀企业的比较

日本发那科的案例,可以对中国这批新型企业的发展前景提供参考或思路。日本机床行业曾有相当积累,1950年代的朝鲜战争打破了战后对日本机床行业的限制,日本政府乘势在1956年推出《机械工业振兴临时措施法》,支持本国机床行业技术进步。当时的日本富士通公司预感3C时代(CommunicationComputerControl)即将到来,任命东京大学精密制造系出身的稻叶清右卫门负责电气控制机床的开发,1956年拿出了第一台NC(数值控制)机床。那时美国Gette公司新开发了一种电气控制伺服电动机,稻叶清右卫门认定这是未来技术发展方向,在自行研制失败后果断引进买断技术。1972年,富士通允许稻叶将机床部门独立,成立FANUCFujitsu Automatic NUmerical Control -富士通自动数控公司),获得进一步施展的空间。

发那科的成长,关键在于它的视野定位不是传统中高端需求,而是要把机床普及到所有领域,尤其适应日本大量中小型零部件加工企业(类似中国街道企业,但多有独门绝技,号称“中坚企业”)的需求,因此不断进行工序复合化、压缩成本,在质量、精度、效率、自动化、可靠性、稳定性、耐久性上精益求精。在研发方面,建立基础理论与应用技术两条线,唯才是用。今天发那科成为世界头号数制系统企业,也是日本最成功的企业之一。

国内像北京精雕这样近十几年从无到有发展起来的企业,还有一些代表例子。比如广州的昊志机电(2016年在A股创业板上市,家族企业)、福建泉州的嘉泰数控(2016年在新三板挂牌,个人创业)等,都在2008年以后手机产业链带动的市场中获得了相当大的受益。目前昊志机电和嘉泰数控的年收入规模,分别是北京精雕的1/101/6左右。这些企业已经成为供给侧结构性改革的重要力量。在这批企业中,北京精雕的技术积淀更为扎实。目前这批企业都在陆续进入众多新兴使用机床加工的领域。

    搞好企业的关键在人

无论是以民营为主的北京精雕等中国新兴机床产业群体,还是以济南二机床为代表的优秀国有机床企业,它们的成长经验都指向这样一个结论:像机床这样具有高技术的装备工业,是否搞得好关键在人。首先要有核心灵魂人物,然后要有围绕着灵魂人物形成的具有积极进取气质的团队。

北京精雕的核心竞争力来自于创始人蔚飞带领的核心工程人员团队,这个团队稳步发展,并形成了管理层-核心技术层内部平等的讨论机制。每天午饭都是“务虚”讨论会,交流市场动向、行业发展趋势等。几次重大的战略选择,都是在这种日常的讨论中对所涉及现象加以重视进而最终形成决策。

又如日本发那科,从1958年在富士通设立相应事业部到后来自立门户,55年来一直是稻叶清右卫门领导(到2013年)。这种领导人决定公司命运的规律,和企业的所有权性质并无太大关系。[5] 这种有坚强核心的管理者结构,有利于企业在逆境中做出合理的决策。比如它们都敢于在需要的时候投入重金,组织超前的技术研发项目、装备最先进的实验条件。

多年来,理论界形成了一种思维惯性,似乎只有不断进行国有企业的产权改革并上市才是“真改革”。如果一味地把改制上市作为国企改革的中心任务,而忽视企业领导班子的建设、改善经营管理机制这些真正决定企业成败的工作,这就背离了国企改革的初衷。而被改制的国企则可能沦为资本“玩家”的筹码,丝毫无助于生产力的提升。

在经历延续9年左右的行业新常态后(手机、汽车产业链支撑的各类机床企业的崛起发生在2007-2011年之后,而一批老牌国有机床企业在2010年后快速萎缩),中国机床行业的大洗牌已经发生。目前,北京精雕等新兴机床企业将有可能把产品扩展到各种更高需求的领域,从服务大众性、以轻工为主的领域起家,下一步将进入中重型领域和精密加工领域。可以预期,未来这批中国新兴的机床企业,可能会与一批优秀的国有机床企业同台竞技,实现行业的整体再造和升级。

 

(编辑  迟晨光)



¨ 本文摘编自中信改革发展研究基金会 “机床与重型装备国企改革发展问题”课题的分报告。

* 简练,国投创新研究部高级研究员,中信改革发展研究院研究员。

[1] 日本发那科公司(FANUC)是日本近十几年最具价值和增长能力的企业,居日本四大机器人(工业自动化)公司之首,20172月市值折合400亿美元(市盈率34倍),2015财年收入60亿美元,员工5500人。国内大量加工业尤其是电子加工业的企业车间中经常看到它的设备。作为设备制造商,发那科公司是近几年日本经营净现金流最大的上市公司,超过了日本众多生产终端产品的财阀型知名企业(如索尼、日立等)。

[2] 大族激光于2004年在A股中小板上市,目前年收入56亿元,净利润7亿元(2015年)。

[3] 模具钢中一般含铬,且比铬钢12等典型铬钢更硬。

[4] 蓝思科技于2015年在A股上市,上市之初市值180亿,目前市值572亿,年净利润13亿元,被认为是2014年以来新上市公司中的“新兴科技型代表企业”。

[5] 2015年以来,在安倍经济学肆意释放货币刺激日本股市的效应下,一家美国对冲基金Third Point成为发那科的最大股东,随即声称要“改变对提升股东价值不利的股权结构”,要求发那科回购股份,刺激股价。这是在稻叶清右卫门退休后不久发生的事。

相关阅读

热门话题

关注医改,没有健康哪有小康

2009年启动的新一轮医疗改革,明确医改的目的是维护人民健康权益,要建立覆盖城乡居民的基本医...

查看更多

新常态下装备制造业路在何方

2015年4月22日,由中信改革发展研究基金会牵头,邀请行业内部分重点企业领导人和管理部门&...

查看更多

>

2022年03期

总期号:275期

2022年02期

总期号:274期

2022年01期

总期号:273期