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山高刀具:制造经济学的“晴雨表”

发布日期:2019/6/17 来源:管理员浏览次数:867

编者按 / 在现代工业制造中,相对于大型的生产线来说,“刀具”只是一个非常小的部件,但它却反映着整个工业生产的水平,升级换代的程度,是整个制造经济学的“晴雨表”。


山高刀具(以下或简称“山高”)成立于1974年,总部位于瑞典法格斯塔,目前在全球75个国家拥有5000多名员工。80 多年来,公司一直帮助制造商提高生产率和收益率。产品范围覆盖车削、铣削、钻削、铰削和镗削等领域,业务广泛应用于汽车、航空航天、能源、通用机械、模具、医疗等行业,被誉为“铣削之王”,也是业内公认的“隐形冠军”。


山高刀具(上海)有限公司成立于1995年,是瑞典山高刀具的全资子公司。目前在北京、沈阳、西安、重庆、武汉、深圳等地设立了分公司,在30多个城市设有联络处或办事处,销售网络遍布全中国。山高刀具在清华大学机械工程系设立了奖学金,至今已有12年,每年向该系品学兼优的学生提供奖学金资助,以鼓励更多优秀人才全面发展、服务社会。


从山高刀具的发展,可以管窥全球各大产业的发展进程,尤其在当前企业利用云计算、数据驱动的制造系统、工业4.0等新一代信息技术,去拉动智能化、自动化的转型时期。


对于刀具之于现代化生产的重要性,特斯拉供应商旭飞副总经理徐曦东表示,“我们有时需要用到180多把刀具才能完成一个产品的加工,只要其中一把刀出现问题,就需要重新定做、验证,后果就是造成项目延后。”


随着新材料、新技术,以及新的供应模式的发展,被称为“制造业牙齿”的刀具更是站到了工业4.0的风口浪尖,在技术变革和商业模式的变革中不断调适自己的位置。


《中国经营报》本期商业案例用山高刀具帮助中国三个企业实操过程为例,讲述刀具的价值及其背后的制造经济学的逻辑。


旭升


配合供应商解决客户整体需求


对很多人来说,特斯拉耳熟能详,它代表了新能源汽车的发展方向,其在技术水平和产品质量上近乎偏执般严苛的要求成为“智能制造”时代的样板,但是,对于实现这一技术和质量水准的生产线上的“刀具”而言,了解的人却并不多。


凭借“特斯拉概念第一股”的光环,旭升自登陆上交所开始就被视作中国汽车制造业中一匹纵横驰骋的“黑马”。其2015年和2016年的营收增速分别达86.7%62.1%,同期净利润增速分别高达135.3%153%,受到了各路资本的青睐,甚至有人推测,旭升将成为新能源汽车时代的下一个巨头。


而在这些耀眼的经营业绩的背后,旭升与特斯拉的合作也从当初的一个小零部件,拓展到了如今包括传动系统、悬挂系统、电池系统等在内的多个核心部分的深度合作。全程参与了特斯拉Model SModel XModel 3的传动系统关键部件——变速箱箱体的研发设计和批量制造。


到底是怎样的能力让旭升获得了特斯拉如此的信任呢?旭升副总经理徐曦东认为,“新能源汽车的发展蕴含着无穷的机遇,但当机会来临,除了更加专注地锤炼自身的优势外,集结合作伙伴的专长,实现共赢同样重要。而在旭升的合作伙伴中,刀具则是重中之重。”


20136月,特斯拉因寻找冷却系统零件制造商,首次与旭升接触;7月,旭升便通过了特斯拉的供应商认证,正式进入了特斯拉的供应链。但与此同时,旭升也面临着巨大的挑战:一方面,特斯拉已在新能源汽车领域声名鹊起,为了快速迭代、打开市场,其在采购上有着鲜明的多品种、小批量、快速响应等特点,这成为旭升在生产制造上面临的一大挑战。另一方面,由于采用了新的动力系统、驱动系统和控制系统,新能源汽车的零部件体系和制造工艺与传统燃油车差异巨大。相比传统燃油车的成熟体系,新能源车工艺是新的,设计是新的,对加工制造的响应能力要求更高。


“尤其是变速箱壳体属于典型的难加工部件,其形状结构复杂、薄壁且刚性低、加工内容多、精度要求高,这对刀具的质量性能、稳定性水平提出了严苛要求。” 徐曦东说。


旭升迫切需要一个能为其解决问题的刀具伙伴。


尽管旭升从一开始就将目光投向了几家世界级的刀具供应商,但稳定的性能依然是选择中不能放松的标准。有的刀具厂商十款刀中可能有一款尺寸有误差,这影响就不得了。经过一番筛选、项目测试,旭升最终选择了山高。而巧合的是,特斯拉也在此时明确要求旭升在后续加工中必须使用山高的某款刀具。


“从那一刻,我就知道我们一定能行,因为我们对质量的理解是一致的。山高刀具出色的质量水准能够保障我们的生产更加稳定。山高的刀具可以保持100%尺寸合格,100%满足加工稳定性,从而保障了我们整个项目的进程。” 徐曦东表示。


事实上,帮助山高赢得市场信用的,除了刀具本身的质量外,还与其紧抓智能制造的核心特点,从系统生产的角度为客户提供服务关系密切。山高的相关负责人告诉《中国经营报》记者,“好的供应商不仅能帮客户完成既定生产任务,还能助其赢得新订单。早在旭升前期的设计过程中,山高的团队便参与了进来,与旭升的研发团队一起探讨加工思路、设计加工方案,助力其更好地赢得客户信赖,加快项目进程。”


在山高方面看来,客户在项目拓展阶段,通常需要在加工方案中很好地展现加工工艺,以此提高信任度,加大成交可能性。但要做到这一点,就需要对客户需求的理解力和定制解决方案的专业性。此时,往往需要非常专业的刀具生产商提供相应的咨询服务。比如,在智能制造中,客户关注的问题会包括:刀具适合用在哪些场合?哪些场合需要对刀具作出什么样的改变?在各种条件下用什么样的加工参数和加工策略来使用刀具?如何利用刀具优化生产工艺,提高产品精密度,进而最大效率地提高生产率?等等。


山高中国技术总监苏国江告诉记者:“越来越多的企业面对这样的挑战:定制产品,最小批量甚至为1;生产成本要保持与批量生产相同;交货期如同库存产品;质量稳定,首件质量保证;工艺过程高度复杂。在这种情况下,从加工工艺、制造系统、制造环境等多个维度来找出问题,降低成本,提升生产效率就显得格外重要。”


“在加工方案设计好后,在实际加工的方案落地过程中,山高派出的专业人员几乎是驻场服务,一方面调试每一个细节,另一方面一旦计划有变,就要快速做出反应,帮助客户调整生产节奏。”山高刀具相关负责人表示。


20177月,旭升无人化智能车间正式投入使用,两条世界顶级自动化生产线将旭升的生产效率提升推向新高度。目前旭升平均一个加工项目中所用到的刀具,80%均来自山高刀具。


西飞


助力解决新材料加工难题


创建于1958年的中航工业西安飞机工业(集团)有限责任公司(以下简称“西飞”)是我国大中型军民用飞机研制生产的重要基地,先后研制、生产了20余种型号的飞机,在航空零部件产品中更是美国波音、法航等世界巨头的领先供应商。2017年,西飞营业收入首次突破200亿元,在经济规模、综合实力迈上新台阶的同时,也已成为中国乃至世界航空产业不容忽视的中坚力量。


短短几十年就能取得如此耀眼的成绩,这与西飞在新的工业革命浪潮和航空装备升级换代的双重考验下,大力推进以“智能制造”为核心的制造方式的转变密切相关。而这一切,同样离不开刀具的贡献。


西飞精益加工中心某负责人就表示,“要想实现智能制造,提升生产力,‘协同’二字至关重要。飞机制造的生产部门众多,从设计商、制造商、供应商,到专业化生产单位和航空公司,环环相扣,缺一不可。只有优化各种制造资源、选择优质可靠的供应商,才能完成生产任务,满足客户市场需求,从而助力企业长远发展。在这方面,刀具是非常关键的,由于新一代航空装备的研发和大量新材料、新结构、新技术的应用,对航空制造提出了更高的要求,刀具的质量,直接决定着生产过程的安全性和生产成本。”


在上述负责人看来,“航空零件普遍具有材料和结构双重难加工的特性,加工刀具成本高、加工质量和加工效率难以保证是生产中极易遇到的挑战,钛合金结构件更是如此。由此,如何针对新材料提供加工解决方案就显得至关重要。”


面对钛合金结构设计复杂化的趋势,整体结构、深腔结构、薄壁结构等大量被采用,为刀具选型及切削方式的确定提出严峻挑战。


“对于航空钛合金结构件的深槽加工,由于其材料本身的难加工特性加上深槽腔和转角的几何特征等,使其加工的精度和稳定性非常难保证,一度十分困扰我们。”该负责人表示。


不过,这些问题在遇到山高之后就迎刃而解了。“在我们的技术团队针对航空钛合金结构件不同材料性能、几何特征,制定出刀具选型方法及切削策略后,山高总能在第一时间提供相应的产品和解决方案,并成功实现工件加工精度和加工效率要求,还有效降低了刀具损耗。”上述负责人补充道。


那么,山高是如何解决新材料带来的切割问题的呢?


“不同的零件结构,其在加工中的需求和着重点也不一样。对于较为简单的轮廓或型腔结构,加工中的经济性不容忽略;而对于开槽加工,严格标准下的安全性则至关重要。” 山高的技术团队表示。


举例来说,在面对轮廓或简单型腔结构加工中,西飞精益加工中心选用了山高的玉米式铣刀。玉米铣刀不仅可实现大切深、大切宽强力铣削方式,还能极大增加切削力和切削效率。最重要的是,玉米铣刀在实际加工中,可使用各种几何形状刀片且每个刀片都可多次转位的优势,帮助西飞精益加工中心最大程度地降低了大型钛合金零件粗加工的切削成本。


瑞典山高刀具大中华区董事总经理Jean-Franois Martins(马丁)表示,“要对一家制造企业进行真正的评估,就必须全面理解该企业的核心业务,也才能提出对企业最有价值的建议。”


航发南方


解决减速器生产工艺优化问题


一直以来,工艺水准都是中国制造与德国制造的重要分水岭,由于工艺水准的差距,很多高精尖的部件不得不进口,持续的工艺改进成为中国企业不断努力的方向。在这方面,中国航发南方工业有限公司(以下简称“南方公司”)借助“刀具”的力量优化生产工艺,最大限度地解决加工效率低、精度不够、生产环节不合理等问题,成为了国内工艺改革的典型。


众所周知,南方公司是行业内种类最全、型号最多的航空发动机企业之一,作为我国中小航空发动机研制生产基地,航空发动机的工艺与制造技术能力处于国内先进水平,部分核心零部件关键技术更是达到了世界先进水平。


成立近70年来,南方公司一直怀揣着“做世界一流的中小航空发动机供应商”的梦想,打造航空发动机研制、生产、修理、服务保障一体化体系。但是,由于航空零部件精度高、材料与结构双重难加工的特性,一开始南方公司总是很难在品质与效率间达到平衡。由此,工艺优化、提速提效的生产改革一直在南方公司大范围、持续性开展。


在南方公司看来,最大的效率瓶颈就在于传统加工方式急需改善。


在航空零部件中,游星架是减速器中的主要零件,其结构复杂,大小不一的内需钻孔里面要安装齿轮轴等多个转动件。游星架底部圆柱形结构的外围有4个窗口结构,需要从实体形式的毛坯件开始掏空加工,不仅加工余量非常大,其对表面质量的要求也十分严格。


“在以往生产中,对于这个窗口结构,我们采用的是传统的分层铣削加工形式。这种方法虽然加工稳定,表面质量得以保证,但是效率相当低下。”南方公司相关工程师介绍说,“分层铣削每次加工最多只能深入2毫米,而游星架窗口结构的径向需切削深度为70余毫米,要完成加工需要在径向深度方向循环切削40次。每次循环中沿窗口铣削一周的时间是2分钟,完成单个窗口加工就需要至少80分钟。”


另外,如此加工效率让该零件占用设备的情况十分严重。车间经常出现为了加工游星架这个零件,而导致其余需要上该设备的零件排队积压,对生产造成了很大影响。因此,急需对其进行工艺改善和效率提升。


在这种情况下,南方公司开始考虑如何加大径向切削深度,减少循环切削次数的问题。同时考虑能提高切削参数同时又能使刀具承受恶劣加工条件的切削方式。这就是动力铣削。与传统加工不同,在动力铣削过程中铣刀是处于一边自转一边公转的状态,减少了接触角和每转切除量,从而降低了切削力和切削温度,使刀具能适应更恶劣的切削要求;同时,动力铣削实现了将非连续加工变成连续加工,加工稳定性更高,因此加工转速、切削等参数可继续提高,从而实现大余量快速切削。


“对于整个方案中最为核心的整体刀具铣削过程,我们制定了两种刀具配合使用的方案。先使用长度较短的玉米合金铣刀,采用动力铣削方式,快速铣削去除窗口余量,然后用长度稍长的同款铣刀清除上款刀具未能去除的边角残留余量。”山高刀具航空航天应用经理宋永辉对刀具方案进行解释说。


正是这一方案,山高帮助南方公司成功将游星架窗口结构的加工时间从原来的80分钟缩短为1411秒,效率提升超过80%。同时,在山高方面看来,“这类方法不仅仅优化了一个零部件的加工,它在大余量切削、断续切削等工艺领域都有着很大的推广价值和借鉴意义。今后还会将工艺优化、效率提升应用到更多的零部件加工中。”


观察


定量分析与适度浪费


众所周知,经济学是研究人类经济活动的规律即价值的创造、转化、实现的规律。那么,伴随工业4.0和智能制造的发展,在制造业领域里的经济学又存在着怎样的规律呢?


在山高中国技术总监苏国江看来,“现代制造业在追求高新技术的同时,却往往忽略了制造环节中存在的刀具利用率低、人员安排不合理、制造工件非必要高出所需质量等级等很多浪费现象,反而导致生产成本居高不下,市场竞争力不断削弱。”


苏国江认为,“从制造经济学的角度看,接受部分浪费可能是最妥善的选择,企业决策便需要遵从适当的定量分析,平衡利弊。”


事实上,全球制造业正面临着技术变革所带来的诸多挑战,比如快速并准时交货的要求;需求品种增加,需要非标定制的要求;不断改进质量及降低销售价格的要求;产品的生命周期越来越短以及无国界,业务全球化的趋势。


面对这些变化,在制造业里引入经济学的测算,尤其是借助制造业的“牙齿”——刀具不断优化生产过程和生产工艺就变得非常重要。


瑞典山高刀具大中华区董事总经理Jean-Franois Martins告诉《中国经营报》记者,“伴随全球经济增长越来越受到贸易保护的影响,数字化带来了巨大的机会;商品受到价格增长,透明化以及全球数字化营销的影响;可持续性成为吸引人才和用户的重要方式等新现象。我们要瞄准制造业发展趋势中企业多品种、小批量生产模式所带来的各项生产挑战,为用户提供定制化、具体的改进方案和建议。”


事实上,这也恰恰是山高着手打造“山高咨询服务(SECO CONSULTANCY)”新业务的背景。而对这一业务的透视,在很大程度上也体现了制造经济学中的定量分析、平衡利弊的决策方式。


显然,山高感受到了新产业发展给刀具行业带来的市场挑战,伴随3D打印和新能源汽车的发展,刀具的应用范围会变得越来越小,而80多年的全球生产服务经验,尤其是定制化生产经验恰恰可以成为公司开发出具备成长性的新业务。


马丁还是用他敏锐的计算告诉记者,“到2025年,3D打印会在一个相对小的领域里保持20%~25%的快速增长,虽然3D打印开启了一个全新的世界,但并不是每一个3D打印机都可以随便使用各种材料。”

在他看来,虽然3D打印和新能源汽车会在一定程度上影响刀具的使用范围,但这种影响目前来看并不大。“从2013年开始,全球电动车保持了年均55%的增长率,但是在全球汽车销售中所占的比率仍然相对较低。“如果全球汽车年增长率为2%的话,那么到2030年,汽车增长量将达到当前127%的水平;同时,如果到2030年,电动车的销售占到全球市场份额25%的话,这些电动车将减少60%的刀具使用,即使如此,在电动车领域的刀具使用仍将达到85%的水平,即(100%~25%)×(25%×40%=85%。同时,考虑到传统车的刀具使用将是现在的127%,那么到2030年,刀具的应用仍将是当前的108%(即127%×85%),仍然是一个处于增长的市场。”马丁表示。