突破“卡脖子”難關,必須要重視機器制造業的發展

文:貝加萊工業自動化(中國)有限公司,宋華振2022年第三期

  當前,對于制造業的關注,似乎都放在了生產與制造這一環節里,無論是汽車制造、電子制造,還是食品飲料、鋼鐵材料的加工,各種圍繞MES、數字“孿生”、工業互聯網的討論都僅限于工廠層面。但是,作為工廠構成的核心單元——機器,卻似乎并未被真正的重視,除了機床似乎被放大的關注過之外,其它更多的機器制造行業都還沒有被引起重視。而要突破制造業很多“卡脖子”那關,首先就必須要重視機器制造業的發展。

  為什么不重視機器制造業

  (1)顯示度低:機器制造商通常不是那么“光鮮、靚麗”,蘋果手機的背后其實是由很多機器構成,但是,他們都沒有蘋果“靚麗”。奔馳、寶馬這些品牌比他們工廠的那些高精度機床、沖壓設備、注塑設備的供應廠商要具有更高的知名度。因為,這些制造業大戶是資本市場的“寵兒”——大市場、高亮度,也是地方政府的“座上賓”,就像特斯拉可以在一年搞定工廠、合肥把大量支持給了京東方。這并沒有錯,但是,鮮有人會關注后面做機器的廠商,因為他們都是Supplier供應商。

  流程工業,例如石油煉化、化工、制藥、發電機組等工業,其實屬于連續型生產,他們也是由大量裝置所構成,但是,投資往往比較大,而且產值也比較高,因此會被重視,因為這是拿國家的錢為當地創造稅收、就業、產業鏈發展的基礎。而且這些領域的機器本身都是一些連續的反應裝置,因此,成套裝置基本上單值很大,但數量很少——不能稱為一個行業或者都是工程項目,它不具有可重復性,而且,它通常都是由發改委審批的——這種本身就帶有被政府重視的屬性,因為,這代表著投資的引入——國家重點工程項目的引進本身也是一件光彩的事情。

  (2)規模不大:機器制造行業,即使是最大的制造商,與它行業下游的用戶相比,規模都是較小的。雖然,他們的機器為這些工廠創造著財富,但他們卻似乎并沒有這些工廠那么有財富的號召力。在這些領域創業的人,盡管有些人充滿著對事業的熱愛,然而也并不會讓他們成為商界的領袖與英雄——不是光鮮的產業訪談節目的聚焦點,就是政府智囊的座上賓——這是因為并不能體現“高大上”。

  (3)市場宣傳缺乏:機器制造商似乎也都欠缺市場運營能力,不像消費品、汽車等行業的廠商那樣,做一個三維建模所花的錢可能都頂很多大型機器制造商一年的市場預算,甚至很多公司似乎連市場部也沒有。很多公司在官方網站上呈現的機器產品圖,看上去都像是隨意拍的,粗糙得不像那些IT業界和汽車、地產行業廠商拍得那么充滿科技質感、或是充滿豪華與尊貴的氣質,甚至連產品手冊上的字體經常都是那種缺乏端莊大氣的宋體字。

  (4)不是前沿熱點:一個晶圓封測廠動輒投資就幾十億,一個制程工廠就達到數百億;一個汽車廠的投資也達到數十億和百億級;而一個機器制造廠的投資一般并不算太大,關注度不夠,感覺很傳統,也就很難與工業互聯網、元宇宙這樣的詞爭奪靚麗的光輝了。

  (5)制造業是以組裝為主發展起來的,其實,大部制造廠商做的都是組裝業務,買的進口設備,然后生產出產品而已,因此,大多數時候我們理解的制造就是組裝,但實際上,制造并非只有組裝,而且最值錢的并不是組裝。但是,我們卻能做的非常有競爭力,因為生產量夠大,因此就會有競爭力,成本可以被打到非常低。

  綜上所述,似乎機器制造行業沒有受到太高的重視程度,資本不重視是因為該行業的規模不夠大,利潤比較低;政府不太重視,是因為認為這是傳統產業,而且規模不大,垂直行業又多;市場也不重視,本身他們就是隱藏在幕后的力量,沒有站在前臺那么“光鮮、亮麗”——就連制造業的人都很普通,人才不夠被重視,機械專業人才也都想轉到軟件、芯片、人工智能等熱門專業。

  為什么一定要重視機器制造業

  但是,有幾件事情必須要被重視,才能真正發展起我們自主的制造業:

  (1)機器是構成制造的“基石”:這不難理解,再怎么高端大氣的產業,仔細解析那些制造工廠,就會發現其中最主要的投資還是一些設備,而且,干活最核心的部分就是設備。

  目前,大部分討論的都是關于機床,作為“母機”,它的確是需要更高的精度,但機床只是千萬種材料加工中的一種,因為材料的種類有很多,機床主要指的是金屬類加工,另外還有塑料顆粒、紙張、金屬粉末、纖維類等等都需要成型處理——那么,這些怎么沒有被重視呢?

  例如,在半導體設備里,有非常復雜的物理化學反應的工藝控制需求,如刻蝕、擴散、退火;也有非常高精度的電磁場控制(如離子注入、薄膜沉積、濺射工藝);還有極高精度的光學定位需求,如光刻機。在整個制程過程中,像電子特種氣體,就有數十種之多,都是超高純氣體PPB級,這個級別的電子特種氣體占了14%左右的成本,這些其實也是在他人的控制之中,另外還有眾所周知的光刻膠、光刻機就更不用說了。半導體設備里國產設備的存在感極低,如果不突破這一關,后果是不堪設想的。

  任何的產品,都依賴于機器的生產,機器,其實只有兩種情況:一種就是前道用于成型,另一種就是后道用于組裝。

半導體

  (2)“卡脖子”的地方都在這里

  雖然我不是很認同“卡脖子”這個詞,因為有些純粹是我們自身根本就沒有重視才導致的,在法律和行政意義上,并沒有被卡,但也被情緒化地認為是“卡脖子”——凡是我造不了的,就稱為“卡脖子”。實際上,“卡脖子”的很多都是跟機器有關的地方,而不是這個產品本身,產品不賣給你的時候,我們是完全可以沿著這個產業鏈條向上追溯來解決這些問題的,并且基本上都是和機器相關的。

  仍然以半導體為例,半導體的制程設備里包括了光刻、刻蝕、沉積、離子注入、拋光、清洗這些核心機器,以及在后道封測階段的減薄、劃片、鍵合、成型、切筋等工藝設備,每個設備都價值不菲,甚至買也買不來,就像光刻機——其實參與光刻機的有數千家公司,每家公司都在其中投入了大量的研發成本——因為每個都要進行測試驗證,甚至是在產線上的測試驗證,大家都知道晶圓可不是隨便測試的。一個30億的封測廠,其設備投資大概占到80%,很多人說設備好貴,這個思維方式不是商業思維,因為,你是靠它賺錢的,這是投資,它的評價標準不是貴不貴、花了多少錢,而是ROI 投資回報率。

  為什么半導體設備如此復雜?這是因為它要把擴散、光刻、刻蝕、沉積、離子注入、拋光、清洗這些工藝重復很多遍,一層層地進行疊加,對于普通制程要重復數十次這樣的循環,而對于5納米級工藝,這個過程要重復上千次——任何做過制造業的人都清楚,每個工序都會損失一定的良品,如果再循環100次,如何確保良品率?任何做過制造業的人都清楚這意味著什么。

  幾乎所有的制造業問題最終一定會被追溯到材料與工藝上去,而材料,回到流程工業,其實還是機器的工藝決定的。而流程主要生產材料,材料如何被加工就是成型階段的事情了,離散制造業可以分為成型階段(金屬切削成型、沖壓成型、彈簧卷繞成型、折彎成型;塑料類的注塑、吹塑、擠出成型;玻璃的切割板材切割屬于分離型成型;制藥也同樣是片劑、膠囊劑、丸劑、氣霧劑;紡織就是并條、粗紗、細紗都是屬于成型、經編、微變;到了印刷的紙盒紙箱、書刊都是成型設備,印刷本身其實也是把圖案壓印到材料上、3D打印都是屬于成型)。

  所以,我們可以看到,設備基本上都在做成型,然后才會到后道,不同的零部件被組裝,而成型部分則是最難的,過去,我們都是買了人家的成型設備生產零配件,然后做組裝,賺快錢,但是,因為這個過程,我們從來沒有重視自己在成型類機器方面的投入和研發。有很多這樣的產業都沒有被真正重視,首先,一些大廠自己也不大愿意用國產設備,其次,國產設備也主要通過拷貝的過程成長起來的,基礎比較薄弱,掌握的核心技術較少,再者,包括前述的資本市場、政府、大學等都缺乏足夠的重視,存在感也似乎比較低,除了那些已經成名成姓、較大的上市企業之外,大部分的機器制造業企業并未被真正的重視,也缺乏人才的引入,自身盈利能力也成問題。目前在光伏、鋰電等行業,我們還是看到了很多在資本共同刺激下的設備企業的快速成長,但是在更為廣泛的機床、半導體設備這些更需要長周期投資的領域,則仍然缺乏關注。

  (3)所有的智能化都要機器去執行

  今天,各種智能化、數字化、智能制造,都無法脫離機器本身,最終,一切都要服務于機器,而且,要讓機器來執行,而機器并不像我們想的,給個參數,它就按照你的想法去執行,如果做數字化的人都這么思考問題,那數字化就沒有任何意義。因為,你偉大而卓越、充滿智慧的思想,都無法落地——因為,機器它并不像你想的“如使臂膀”。

  數字化讓機器變得更靈活,但是,這里蘊含著數百年工業發展以來人們對于機器的認知,摩擦力、壓力、溫度對機器傳動的影響,對工藝的影響——而這些,并未窮盡,人類可認知的世界只是極小的部分,機械中發生的力學、電磁效應、光電子效應、熱場的相互干擾造成的復雜局面,至今都仍在探索之中。

  由于機器中的機械、控制、工藝之間的強耦合關系,以及其未知性,使得在執行階段,必須也同樣在發展其本身的技術,因此,機器本身所發生的材料特性的復雜性、以及在不同處理工藝下的復雜性,都是讓機器數字化難以落地的原因。

  數字化必須是同步發展的,不能思想走在了前面,而腳步卻停留在過去,任何缺乏協同的都不經濟,也沒有意義。

  (4)機器也是工業軟件的載體

  今天發展工業軟件,人們聚焦于CAD/CAE/CAM/CAPP,以及各種垂直領域的仿真類軟件、數字孿生類軟件、AR/VR等,但在制造業,其實所有這些軟件,都是一個“結果”,不是先有這個軟件,而是先有“問題”,所謂的解決方案就是這么來的。工業軟件的發展,并非像純軟件,它運行在統一的通用處理器架構和操作系統上。它包含了非常多的電-磁-光-熱-流體等效應的疊加,設計類軟件、運行類軟件都是先有問題、再解決,在解決過程中,為了避免重復工作,把這些知識用軟件來封裝,就形成了現在的工業軟件,因此,工業軟件的本質是工業知識的復用,前提是要有工業知識,才能去復用,有大量的基礎研究、工程測試與驗證、以及軟件工程的開發集成,才能形成工業軟件,而不是先有軟件,再去迭代——當然,對于開放的思維來說,軟件工程可以這么干,借助于跨界的技術與方法,可以讓軟件開發效率更高,但是,制造業的問題就是要沉浸在其中,才能明白“知與行之間的關系”。

  工業軟件包括了求解類軟件、運行類軟件、實時操作系統、工藝仿真等多種類型,其實這些都是大量工業知識的積淀,并且,如果開發了這些軟件,它也是運行在機器上的,而機器并不像我們想象的那么聽話。

  工業軟件的開發是在軟件與工藝之間不斷的測試、迭代而形成的,需要去現場驗證,沒有去過現場的人才會對工業軟件高談闊論,制定規劃、發展策略,這很有意思,如果依靠這些人能夠發展好工業軟件,就不會存在現在的問題,真正了解的人卻并不能在這個位置上,而那些默默在現場的人、主持機器整體研發的人卻往往離決策很遠。

  機器制造業,它掌握的技術是我們自己的,制造本身有Know-How需要數字化,但它的實現依賴機器與裝備的自主可控。

  裝備企業最需要的是“試錯”機會

  重視制造業,不能只重視光鮮、靚麗的部分,而要真正重視這些基礎的裝備研發企業,給予他們更多的關注。在這點上,現在國家提倡的高質量發展、“專精特新”企業,就是一個好的現象,很多產業并不需要大的企業,而是需要“?!钡钠髽I,裝備產業、工業軟件企業都是這種類型。

  裝備制造企業完全符合這樣的發展規律。有非常多的優秀企業、也有很多默默無聞的企業家有著自己的情懷,想把這個領域做好,但是他們欠缺被人關注,也欠缺更多的支持——最大的支持可能在于更多的國內大廠愿意使用國產設備,讓他們有機會在現場測試驗證,這種高昂的代價是需要給予支持的——資金要用在刀刃上,可以給用戶一些補貼,讓他們用國產,而不是把資金給那些其實不缺錢的企業——雖然從風險的角度來說,那些投資有保障,但發展自己的技術,不是盈利那么簡單,而是安全第一。

  在“專精特新”企業的發展上,一定要有集群思想,由產業上下游共建生態,在內部資源共享,這是另一個話題。

  數字化、智能化,如果不與機器融合,不與制造工藝、裝備融合,那么,數字化就脫離了制造的本源,就是走彎路,而不是走在艱難的道路上,必須承認,這的確是一條艱難的路,但有時候,必須要走,我們之所以沒有走,是因為太難了,但是,有些路你不走,等你想明白的時候,卻已經走了一條彎路,而非你想的“我在彎道超車”——不要幻想彎道超車,你能想到的路,別人都試過了。

  這篇文章主要闡述的是為什么要重視機器制造業,接下來想談論一下裝備制造業的自動化、數字化發展歷程,試圖梳理出對趨勢性以及全局性的理解,并對未來做出一些預測,希望能夠進一步來分析機器制造業的發展思路,敬請關注。


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