美国机床衰落了？某非标机床公司生产车间图片流出，里面的门道可不少
在过去的10年里，中国制造业其实是迷失在各种概念以及民族情绪中。一方面，政府投入了大量的社会资源振兴民族制造业；另一方面，政府对工业4.0，大数据，元宇宙能等概念显现出无比的焦虑，好像中国制造业一旦错过任何一个概念就再也无法赶超西方。但正是这种“超英赶美”的执念让政府寄希望于能够实现“弯道超车”的“核心技术”，以至于更多的看似不是那么核心的技术被忽略了。在屈指可数的几个领域（如电池，光伏，电动车）也许确实实现了弯道超车，但是在更多的赛道上，我们与制造业强国的差距其实是在拉大。
最近几年流传一种“东升西降”的说法，我国的媒体和专家常常唱衰西方特别是美国的制造业。美国的制造业之所以给人日薄西山昨日黄花的印象，主要是因为美国的经济学家和政客自己唱衰自己。特别是川普时期，抛出了美国制造业没落论并提出制造业回归的大计划。美国政客靠唱衰本国制造业打压对手赢取选票，而我国的专家却以此作为“东升西降”的佐证。
问题在于，专家的观点会影响对国际局势的判断，进而影响外交决策，改变国际关系甚至地缘政治。如果经过专家的评估，美国已经处于帝国末期，工业领域的优势也不足为惧，那么选择与美国对抗就是天经地义的。但是，如果专家们忽略了太多的技术细节只看宏观数据，那么就会得出与事实完全相反的错误结论，并最终误导决策。
美国从未放弃过制造业，也一直是全球领先的制造业强国，其综合实力超过欧洲和日本。美国公司在高端制造领域从未缺席，所谓的制造业空心化也仅限于高污染，高耗能，低工资，低利润的产业，是工业资本在全球重新配置资源的正常现象。也正因如此，跨国工业企业派驻外国的美国本土雇员才会拿着高薪在海外工厂享受生活。
支持美国制造业没落的一个论据是美国机床业的没落，曾经辉煌一时的辛辛那提，美格，格里森等品牌纷纷被欧洲，日本企业收入囊中。硕果仅存的也就是Haas，Hurco等物美价廉的高性价比国际三流品牌（Hartinge还行）。然而“美国机床制造业正在没落”是严重的误判，原因在于我们的情报机构和智库的“头部思维”，他们只关注大的集团公司，而没有深入到细分市场。机床，自动化，工业设备，工业软件等领域恰恰是典型的长尾市场，虽然有较高的技术含量，但产业生态却更接近餐饮，头部企业破产或被外资收购对整个行业并不造成根本影响，小企业的经营状况才说明一切。
假设某一天全聚德，便宜坊和大董被外资餐饮集团收购，也不能得出中餐烤鸭业走向没落的结论，因为名不见经传的烤鸭店实在太多，比这三家做得好的民间高手大有人在。
头部的机床集团往往是大型标机生产商，他们的技术创新和营业状况吸引了所有媒体的眼球，而这个行业里也存在的数量众多的非标工艺设备生产商，他们的产品介于传统机床和自动化设备之间，也很难确切地归作哪一类，所以也几乎被排除在统计数字之外。他们就像暗能量，感受不到，却支撑着一个国家的制造业。
比如美国有一家80年代才创立的特种机床公司Electrimpact（以下简称E），做自动钻铆机起家，后来做过特种钻床，复合材料兴起后开始做铺丝机，这几年又进军纤维连续3D打印。当然，你也可以说它是自动化集成商，因为他们用了大量的机器人做加工动作的载体。但是E公司在复合材料加工领域的竞争对手都是欧美老牌的机床企业，比如法国的Linea，西班牙的MTorries，美国的MAG，辛辛那提等。在我这个资深的非标设备爱好者看来，E的技术是超过它的欧洲同行的，原因是它的订单除了民品还有大量来自美国军方和NASA，很多技术需求不同于民品，因此E公司也就获得了更多的自我提升的机会。
E公司推出的新设备新技术可以视为航空制造的风向标，这也是我看重并常年关注该公司最新动向的原因。昨天E公司在油管上发布了一个工厂的全景实拍，里面透露出来的信息值得仔细研究。视频很大，为节约大家的时间我只是截了图。
首先是机加车间。图中右侧的封闭空间是测量室，里面放着三坐标等检测仪器。车间里设备，工具，零件摆放得很满，甚至有些杂乱。总之现场5S做得不咋地，甚至不如国内的很多机加工厂。
其实欧洲绝大多数机床厂的机加车间也是差不多的风格：用了20多年的老设备，手动车床，摇臂钻一大堆，没有双机协作，人机配合之类的自动化设备，更没有那种blingbling的数字看板，完全就是工业2.0时期的车间。
疫情之前，我带一个国内过来的搞自动化的老总参观过德国一家机床厂，车间现场和美国E公司差不多，于是老总把德国人鄙视了一通，他认为德国的机床公司不过如此，迟早被中国企业赶超。当时，习惯了奴性教育的我也只能附和。
实际上，工厂的现代化程度和整洁程度与产品无关，只与产量有关。量产的工厂自动化程度和现场管理水平都非常高，因为只有如此产品的质量和一致性才能够好。而高端产品往往是小批量甚至单件订单，属于项目型生产，所以不要求生产设备有多高的自动化程度，对现场管理也不是非常严苛。这种产品的核心在于设计，制造或装配环节相对来说并不是那么重要。
看到测量车间里面的那个Nadcap标志了吗？Nadcap 全称 “ National Aerospace and Defense Contractors Accreditation Program”，“国家航空航天和国防合同方授信项目”。它是美国航空航天和国防工业对航空航天工业的特殊产品和工艺的认证，能通过这个认证也是非常困难。我国有几家给波音配套的航空制造企业也要通过这个认证。
视频里显示，沿着这条过道只有5，6台老旧的DMG和Hurco机床，基本上只能干一些小型结构件，法兰盘之类的，也没什么特别之处。不过用得上这个机加产能的已经算得上中大型机床厂了。
之后镜头转向工厂的另一侧，出现了一台Waldrich Siegen的落地镗，可加工高度目测5m以上，可以加工大型床体。拥有大型落地镗显然是机床企业的配置，因为一般的自动化公司都是外购结构件，买回工厂再组装成设备。如此看来还是应该把Electrimpact视为机床公司，而不是自动化集成商。
挨着落地镗的是一台大型龙门钻卯设备，由于缺少近处镜头，所以也不是非常确定设备的型号。但是龙门上的标号8说明这个客户至少订了8套，或者这套钻卯装配线上至少有8个类似的龙门。这也解释了为什么机加车间搞得那么局促，因为订单过于饱和，那么装配就只好挪到机加厂房了。
上面图片中间显示了待安装的电主轴的物料车，可见这是一台自动钻铆机。但是安装在旁边的机器人不知道是干嘛的。铆接的进钉机构通常都是通过管子，而机器人的速度也不够快，所以不是换铆钉用的，那么应该是用于换刀或者固定铆接部件。
从网上搜到了一个配备了机器人的钻铆机，机器人既可以自动换刀和铆钉压头，又可以固定部件。而好几年前这个robot与CNC配合完成复杂装配工艺还只是个概念，并用于专用钻卯设备上。现在看来这个设计是成功的，而且已经像标准模块一般应用不同场合。
经过一系列搜索，原来就是下图这个用来在机翼上钻卯的设备。而这只是上端，在机翼的下端还有一个机构做支撑。上下两套机构配合完成钻卯动作。上面每个机翼钻卯工位上都有2个龙门，每个龙门上的钻卯头还配了机器视觉系统，以确定孔在蒙皮上实际的位置。
下面这副图就是机翼蒙皮装配线的全貌：分为上下两层，上层是龙门结构从上面钻卯，下层是机器人钻卯或支撑。机翼放在中间，位置和空间姿态可以由立柱上的支座，沿导轨调节。
就是这些黄色的构件支撑起整个机翼的“柔性”工装。欧洲某公司曾经有一种类似的方案，用一组机器人配合的方式固定大型构件的工装，并且调整工件的姿态和位置，后来这个方案被并联机构替代。从中也可以感觉出欧美自动化企业不同的设计风格：美国E公司更像专机（订制化特种机床）制造商，而欧洲的供应商更接近自动化集成商。
下图是工厂里在制的立柱，从管理看板上可以看到是波音777的项目。
接下来是从另一端拍到的全景。截图中右下角是一台大龙门，也是用来加工床身结构件的。没有哪个机床公司会把结构件加工和装配放在一起，更不可能把装配调试的工位放在两台加工设备之间。这也证实了我刚才的猜测：由于获得了大订单，E公司没有足够的场地装配，所以就在机加车间腾出一些空地。
那么问题来了，E的产品几乎都是用于飞机制造，那么这么多的订单都是哪来的？用于什么机型？这是否意味着波音公司的订单也在快速增长？
下图橙色的机构是机器人组装平台，安装在飞机机舱内部，机翼装配线底部等狭小空间，以便机器人在机腹内完成各种动作。
这幅图就显示了成品在机体内部结构装配时的样子，用激光跟踪仪和机器视觉提高机器人的定位精度，机器人关节的减速器上也加装了圆盘光栅或编码器，同样用来提高精度。而相似的系统也完全可以用在潜艇，轮船和建筑的内部。
接下来视频展示了另一个车间，这个车间基本上是小一点的标准型设备，比如自动钻铆机，铺丝机，敷带机以及一些机器人的应用。对于非标机床厂家来说，标准机订单可以保证现金流，是非常重要的。
下面带转台的机器人铺丝或纤维缠绕设备，由激光跟踪仪实时补偿的机器人加工CNC，双机配合钻铆机等，可见订单十分饱满。
下图蓝色架子上安装了Laser Tracker，对机器人进行在线精度补偿，让原本只有0.5mm定位精度的机器人达到0.1mm。这种经济实惠的方案甚至可以补偿温度造成误差，但是受现场工况影响。
自动铺带机几乎已经成了复合材料零件预成型的必备，在量产阶段基本上取代了手糊。除了美国E公司和前文提到的几个老牌机床集团有开发AFL设备的能力以外，最近5年，欧洲和日本也有大量的中小企业开发出了差异化的AFL模块。机床意味着产能，是制造业增长的先行指标，行业爆发也许就在2年之内。
下图为龙门式大型铺丝机，图片左侧为铺丝转台，用于旋转体零件缠绕。铺丝头则由一对由德国Wittenstein最新开发的Galaxie减速器所驱动。这个减速器型号是2015年左右才研发出来的，借鉴了行星齿轮和行星减速器的设计原理，传动比大，结构紧凑，而刚性和精度都是普通谐波减速器的4-6倍。同样作为非标设备厂商，我当时所在的公司也最早参与到测试过程。当时我非常看好这个设计，第一时间就联系了多家中方的投资机构关注这个新技术并引荐给W进行战略投资和合作，而当时W方也欢迎中资参与以便cover掉之前的研发成本。遗憾的是中资机构对此不感兴趣，所以也错过了几年后卡美国厂商脖子的机会。当然，我本人并不同意所谓“卡脖子”的说法，因为工程解决方案多的是，一个零部件卡了脖子，多数情况下都可以用其他技术替代。
不被卡脖子的前提是系统设计为正向开发，系统设计的时候会对不同的技术组合做大量的调研和测试，一旦某个关键技术卡了脖子也可以用另外几个非关键技术替代。
如果系统开发是逆向（山寨）的，那么设计人员只知道唯一一种技术组合，由于缺乏设计思路，因此无法掌握所有的技术参数到底是怎么来的。在这种情况下一旦重要供应商出现问题也就束手无策了，因为设计人员自己也不清楚哪些技术替换后会存着风险和隐患。
注意防护栅栏内部左下角的零件，边缘为锯齿状，是隐形战机上的，应该用于测试。
仔细看机械臂上有CSA Robot 14的字样，CSA有可能是Canadian Space Agency的缩写，说明CSA的生产线至少有14个机器人，很可能是那个机翼装配线下面的钻卯机器人。
但是CSA主要是航天项目，不做飞机。所以，下图这个装配卫星结构件用的工装倒是有可能是配套给CSA的。但是一个卫星结构件用14台以上机器人完成装配还是有些太浮夸了。当然，也不排除CSA给Boeing 777配套做机翼等复材结构件。
但是不管怎么说，都足以表明北美宇航产业的产能在扩充，行业处于上行通道。
下面几幅图是可以升降的自动钻铆机，升降台本身也是可以移动的，大量用于飞机机体的装配。
更多的视频可以油管上下载。实际上，欧美绝大多数设备生产商的现场管理水平并不高，更别提数字化和智能化了。但这并不影响设备本身的性能和质量，因为对于专机，特种装备之类的复杂系统来说，关键在于设计。
在过去的10年里，中国制造业其实是迷失在各种概念以及民族情绪中。一方面，政府投入了大量的社会资源振兴民族制造业；另一方面，政府对工业4.0，大数据，元宇宙能等概念显现出无比的焦虑，好像中国制造业一旦错过任何一个概念就再也无法赶超西方。但正是这种“超英赶美”的执念让政府寄希望于能够实现“弯道超车”的“核心技术”，以至于更多的看似不是那么核心的技术被忽略了。在屈指可数的几个领域（如电池，光伏，电动车）也许确实实现了弯道超车，但是在更多的赛道上，我们与制造业强国的差距其实是在拉大。
美国制造业的真实情况并不像国内媒体唱衰的那样已经空心化，美国只是把传统制造业转移出去，航空航天，军工，科学仪器，工业设备等高端制造业是加强的，甚至比欧洲和日本更胜一筹，丝毫没有减弱的迹象。
而E公司车间里在制的设备和过饱和的订单也说明航空制造业正在复苏。
来源：工业精神
