从造得了到造得好,中国还需走几步?

2020-10-18    276
摘要: " 杂书 " ——《天工开物》,迅速成为当时的畅销书,并出口到全世界,给各国技术进步带来深远影响。其中《冶铸》《锤锻》《燔石》等篇章,图文并茂详解了工艺的选材、工具、步骤等,甚至已经有了定时、定量和成品率的概念,堪称现代工艺手册的雏形,县城老师宋应星,也因此被英国科学史家李约瑟誉为中国的 " 狄德

本文来自微信公众号 " 钛禾产业观察 "(ID:Taifangwu),作者:李富强,编辑:熊文明、刘爱国,数据支持:钛禾产业研究院

明朝崇祯年间,中国江西一位名叫宋应星的县学教谕写了一本涵盖农工两业的 " 杂书 " ——《天工开物》,迅速成为当时的畅销书,并出口到全世界,给各国技术进步带来深远影响。

其中《冶铸》《锤锻》《燔石》等篇章,图文并茂详解了工艺的选材、工具、步骤等,甚至已经有了定时、定量和成品率的概念,堪称现代工艺手册的雏形,县城老师宋应星,也因此被英国科学史家李约瑟誉为中国的 " 狄德罗 " 。

这本 " 杂书 " 发行之时,欧洲的启蒙运动才刚刚萌芽,美洲大陆正在打响持续百年的殖民地战争,日本江户幕府颁发了锁国令,实行了长达两个世纪的闭关锁国。但是由于书中含有 " 东北夷 " 、" 北虏 " 等敏感词,这本书在清朝乾隆年间成为禁书。一百年后,当欧洲开启如火如荼的工业革命之时,这本诞生在中国的科技著作,却被尘封在宁波的天一阁里。

《天工开物》插图,1673 年初刊

虽然书中大量记载的是古代手工业的生产工艺,与现代化生产定义的 " 工匠精神 " 存在一定差异,但起码说明,我们的老祖宗已经有了 " 精工制造 " 的意识和传统,甚至在某些理论方面遥遥领先于世界。

后面的事情众所周知,世界科技进步的天平被工业革命的火车头碾碎,中国自此落后于世界。虽然新中国成立以后通过技术引进和自主创新,中国制造在许多领域已经逐步跨过 " 从无到有 " 这条河,正在攀登 " 从有到优 " 的高峰,但至今仍在奋起直追的道路上。

如今,我们可以造得出不同形态的材料,多种型号的机床,甚至实现了一系列重要装备从无到有的跨越,但国产工业品仍难以彻底甩脱 " 质次价廉 " 的标签——这其中的巨大差距之一,就在于工艺水平。

当前,面对美国人发起的贸易战和科技封锁,中国已经可以凭借最完整的工业体系正面硬怼。但是摆在中国制造眼前的现实问题是,真正卡住脖子的并不一定是别人的锁喉大招,也可能是自己喉咙里的一根鱼刺。

01. 什么是靠谱的产品?

2012 年,刚刚接手华为手机事业部的余承东,面对的是一堆 " 山寨机 " 、" 贴牌机 " 的标签,当时的华为手机在 " 中华酷联 " 四大国货品牌中销量垫底。

随后 8 年的智能机翻盘之路,华为团队不仅要努力提高产品的技术含量,更是要着力改善产品的可靠性,余承东不止一次在公开场合宣称:

" 要把华为手机的平均故障率做到三星苹果的十分之一。"

好产品并不是全靠科技含量堆砌出来的。一个小小的质量事件就可能让整个产品全线溃败。2016 年,因为过于追求电池创新设计,而多次出现爆炸事故的 Note7 让三星公司元气大伤,即使日后攻关折叠屏黑科技,也因隆起、闪屏、黑屏等频频出现的故障问题导致口碑骤降,中国市场占有率从 20% 跌至仅有 0.8%。

性能参数往往代表产品上限,而工艺水平则意味着产品底线。上限能说明你有多牛,底线则决定了你有多靠谱。

" 国产不靠谱 " 仍然是至今常常在各行客户口中听到的刺耳声音——仔细分析这个不靠谱的原因,未必是国内厂家造不出合格的产品,而是成品率偏低,即使合格产品里面的性能质量也参差不齐。

2020 年 7 月,中国第一个火星探测器 " 天问一号 " 发射升空,中国科技启航驶向浩渺宇宙的更深处。这项历时 4 年的复杂工程,也是从最基础的航天材料和紧固件开始构建的。例如有着优越抗氧化性、耐腐蚀性的镍基高温合金(Inconel),此前被用来制作在发射平台上固定航天飞机的 8 个双头螺栓,也代表着超高的原材料生产加工水平。

Inconel 合金也是航空发动机的重要原材料。航空发动机几千甚至上万小时的寿命周期,对材料的稳定性有着极为苛刻的要求。材料源头的性能稳定,决定了加工成型、试验验证的乃至维修维护的一系列问题。

以其中的 Inconel718 ( 国内牌号 GH4169 ) 钢棒为例,国内产品室温性能与国外产品水平相当,但个别元素最终成品含量、晶粒度的炉次间稳定性和高温性能却不如进口钢棒表现优异——同样是合格产品,国产钢棒离散系数要比进口钢棒高得多。

虽然偏差一定会存在,且在误差范围内的偏差都是被允许的,但是成熟的工艺会让偏差更集中可控。如果产品一致性强,偏差集中在某一个方向,可以在后续的工序中进行校正。而不确定的偏差则会遵循牛鞭效应,在零件加工、部件装配、成品装配环节中逐级放大,最终成品的性能将是离散和不确定的。

以上这段举例,翻译成一句话就是:打造一只完美的木桶,要先把每一块板都尽量打磨得没有瑕疵。

2018 年,历来天马行空的乐高团队按 1:1 比例组装了一辆速度能够达到 20km/h 的布加迪 Chiron 跑车。除了轮胎是特殊材料,这辆布加迪完全由超过 100 万个乐高 Technic 积木拼成,没有用到任何胶水,连装配用的电动螺丝刀都是 " 乐高版 "。

1:1 比例组装的乐高版布加迪 Chiron

拼插积木有很多,但敢用积木造一辆真跑车,还能上路行驶的只有乐高。这种底气,源于每块积木抽检中误差不超过 0.1mm 的一致性。

比较之下,目前许多国产工业品,在结构简单的场景中尚且堪用,但要支撑更加复杂庞大的高端制造体系时却显得底气不足、根基不稳。而当中国制造突破 " 造得了 " 的瓶颈,继续向 " 造得好 " 精进时,产品稳定性、可靠性将是我们向产业链高端爬升的持续保障。

卡在中国制造喉咙里的第一根鱼刺是 " 工艺 " 。要把这根鱼刺拔出来,大概可以分三步:

第一步:揪出细节里的魔鬼

第二步:技术管理并步提升

第三步:借助数字化的翅膀

02. 检查:揪出细节里的魔鬼

德国工业巨头克虏伯公司奠基人阿尔弗雷德 · 克虏伯,在 19 世纪对工业生产提出了一项规定,要求每一个生产环节都要有细致规范的指引:

" 规则必须为每一种情况和每一道工序而制定,并且要制定每个人的责任与权利。"

克虏伯公司出产的钢卷在高品质、高价格的细分市场始终占据主动。这位 14 岁就全权掌管企业的金牛座男人,正是靠着恪守纪律和严控细节,才带领克虏伯从一个濒临破产的作坊式工厂,成长为世界第一的军工联合体,并被视为德国重工业的缩影。

阿尔弗雷德 · 克虏伯的手稿

建筑大师密斯 · 凡 • 德罗曾经说过一句话叫 " 上帝藏在细节中(Godis in details)",后来被人们引申成「魔鬼藏在细节中」,这句话也一度成为郭台铭最常挂在嘴边的口头禅——任你整体表现看起来如何完美,但隐藏在微末毫厘中的疏漏却是让千里之堤溃散的蚁穴。

钛禾智库在长期的制造业调研中,见过 " 细节中的上帝 ",见过 " 细节中的魔鬼 ",也见过 " 把魔鬼变成上帝 "。

2019 年,国内某铸件企业接到一项结构复杂的产品订单,技术团队日夜攻关,报废数次终于生产出一批验收合格的零件。客户加订两批,按照相同工艺生产的产品却均因化学元素不合格而报废。生意来之不易,厂里从上到下都很重视,新一批产品投产,领导各环节跟产——还是同样的工艺,这一批的化学成分又 " 神奇 " 的合格了。

在对比前后几批生产数据后,复查结果浮出水面:不合格品在熔炼时长和浇铸温度均按照工艺的上限执行,致使一些金属元素在加热过程中过度烧损。出熔炼炉到浇筑的时间没有作出细致明确规定,导致液体与空气接触时间过长,又影响了氮元素含量。

在找到问题的症结之后,车间管理人员对几个相关工序进一步细化,压缩操作时间和温度控制范围。这一举措带来的直接效果是,此后交付的几个批次元素含量都稳定得多,性能参数也更加集中。

产品能够造出来,说明工艺方案的大方向对路;但要获得质量稳定的产品,则需要工艺细化。工艺细化就是靠严格的过程控制把细节里的 " 魔鬼 " 揪出来,再把魔鬼变成 " 上帝 "。

在中国追赶世界先进的道路上,有人喜欢装备加成,有人喜欢多学技能。砸钱进口最好的原料和最新的设备,或许可以在短时间内达到提升产品质量的目的。但是反观欧洲一些老牌工厂,用着 20 年前的老机器,却靠着一摞摞比我们厚重得多的工艺说明,照样能保证稳定可靠的产出。

长期持续对工艺细节的打磨,既是做百年基业的决心,也是中国制造目前最缺的一口真气。

制造业中每一家企业、每一个车间都是工业大生态中的一环,你产的材料用于生产我的设备,我造的机床成型了他的零件——各个环节的管控都逐步走向精细化,整个中国制造的大链条才能完成螺旋式爬升。

03. 治疗:技术管理并步提升

抓细节是个长期不懈的工程,如果这根弦稍有松懈," 上帝 " 也会重新变回魔鬼。

2017 年,日本神户制钢造假事件引发舆论哗然。这家曾被视为 " 工匠神话 " 代表的日本第三大钢企,被曝出长期在管理层知悉甚至授意的情况下,篡改尺寸和强度等出厂数据以次充好。这些流出的不合格品,被用来生产丰田汽车、新干线以及日本国产的 MRJ 支线客机等。

这些被篡改的参数早在出厂前的检测中就被发现,工厂管理层却默许了造假行为。质量的保障不是靠最终检验,而是需要在一道道严密的工序里实现——即使具备较强的技术加工能力,但假如放松了对过程的管控,原本有效的工艺也得不到全面执行。

与神户制钢的造假事件先后曝光的,还包括东丽公司轮胎材料、高田安全气囊、三菱燃油效率等一系列数据造假丑闻,日本的工匠神话随之幻灭。在品质管控上投机取巧的还不止日本企业,著名的德国大众汽车尾气检测造假事件,波音 737 MAX 的两起空难,都与管理层对品控纵容有着密切关系。

这些当初依靠过硬品质爬到制造业链条顶端的国际老牌企业,拥有雄厚的科研实力和细致的工艺流程,按理说应该提供最可靠的产品,却在品质管控上马失前蹄,透支了多年积攒的口碑和名望。如今,神户制钢仍在努力挽回名誉,而 737 MAX 也被全面停飞,重返蓝天遥遥无期。

而正处于追赶期的一些中国企业,经常遭遇的却是另一方面的问题。

与进口设备一起引进中国的,还有精益生产、六西格玛、5S 管理等先进管理方法,但是当许多企业把整个生产流程掰开揉碎,去粗取精重新组装,却发现这些洋方法提升最大的是生产效率,对生产品质的改进则远远不及预期。

深究其原因,有一个经常容易被忽视的基本逻辑:

工艺的完善首先需要基于成熟的技术能力。当技术的内核沉淀不足时,仅靠管理上的增值,是很难弥合与改进目标之间差距的。

也就是说,打铁还得自身硬。好鞍配好马才能发挥最大效力。

真正涉及核心能力的工艺细节,在任何行业内都是 " 秘籍 ",无法像套公式一样用现成的管理工具来应用破解。同样,再成熟的管理工具,也需要在不同的企业语境下进行个性化调整。

工艺流程的精细化,技术能力和管理思维是缺一不可的两条腿,既不能倚仗技术优势而放任管理疏漏,也不能依赖管理方法而忽略技术基础。

05. 预后:借助数字化的翅膀

从中国制造到 " 中国精工 ",需要把工艺观测的放大镜换成显微镜,而这枚能让内部微观结构分毫必现的高倍镜片,是需要靠海量的经验和数据积累打磨出来的。

相比沉淀数百年的欧美制造强国,中国制造目前积累的数据,尚不足以形成系统性的定量规律,仅能观察宏观表面,无法探查内部构造。

所幸中国人赶上了数字化革命的高速列车,1.0 的放大镜,有机会跨过 2.0 的光学显微镜,直接换成 3.0 的电子显微镜。

一方面,数控加工技术、自动化生产线的普及扩大了工厂产能,数据积累的效率得到空前提升。另一方面,仿真软件的应用,也改变了曾经需要像盲人摸象一样确认方案,再根据加工结果反查工艺流程的验证过程,在加工之前就排除一些人为疏漏,验证成本得以大幅度压缩。

仿真软件模拟加工过程和结果分析

实际上,这些数字化技术的金字塔底座,也是靠无数的数据颗粒积聚起来的。

大数据时代的到来,给中国制造业带来缩短数据规模差,甚至逆袭的难得机会。但是随着数据激增,各种 " 云 "、" 库 "、" 链 " 层出不穷,又给生产管理带来新的困惑:究竟工艺流程的颗粒要细化到什么程度?怎样让越来越多的冗余数据,不会反过来影响客观判断?

工艺流程的精细化,往往是一个先做加法再做减法的过程,数据积累只是起点,数据治理和数据应用才是后面的大课题。

以航材上应用较多的 7050 铝合金为例,作为面世近半个世纪的老牌合金,多年来中国人从 " 量 " 上获得的数据已经非常可观,然而国内有此生产能力的铝厂两只手都数的过来,能够保持批次稳定性的更是少之又少。原因还是在于当年通过技术攻关解决了从无到有的问题后,并未通过数据积累,对工艺流程进行持续改进。

在工艺流程上实现数字化转型的一条基本路径是:从足量的数据中发现生产规律,找到整个工艺过程控制的关键点,再移除多余的工序,或者根据交付需求对控制范围进行调节,充分发挥工艺的柔性。

这需要有相当扎实的基本功——马步扎得不稳,经验积累不够,即使插上数字化的翅膀,也很难飞得更高。

波音客机从上世纪五十年代 707 开始起步,但直到 787 才大量运用新型材料,在此之前几代产品中,底层材料、零件加工和装配等工艺继承性很强,并无断档式跨越。研发、制造、检测中的数据流转不仅是一个闭环,也是一个持续上升的螺旋,支持工艺水平在产品的升级迭代中连续稳定的提升。

这意味着足够的耐心和长远的眼光。而一个经常有的教训是:我们在追求发展速度时,往往容易重视新课题,忽视老问题。

精细化生产是一场持久战。既要有 " 显微镜 " 看工艺细节,掌握更稳定的工艺方法。也要用 " 望远镜 " 看长远,重视持续改进基础制造工艺,才能留有向专、精、特、新产业链高处攀登的后劲。

" 显微镜 " 与 " 望远镜 ",前者知晓方寸,后者探求边界。

06. 尾声:中国答卷

当前的中国制造业正处于一个较为割裂的阶段:日新月异的技术突破与相对薄弱的工业基础共生。

这一代产业人也因此面临着双重考验:一方面是新概念、新科技层出不穷,新课题、新产品快速迭代。另一方面,已经涉足的领域向内渗透不足,大量短板甚至空白尚待填补。与此同时,我们还要面对老牌工业强国的科技封锁,一些关键材料、元器件和设备常常在博弈中被掐住七寸。

工业体系上,中国已经有了硬怼外界金枪锁喉的底气。但工艺水平等方面,还需要一根一根拔出卡住我们喉咙的鱼刺。中国的科技工业树在向上开枝散叶的同时,还需要持续往下扎根。

2020 年 4 月,教育部组织研制并发布了《中小学生阅读指导目录(2020 年版)》,著于 300 多年前的《天工开物》被列入其中,成为官方推荐的中小学生课外读物。生产实践的普及提前渗透到下一代的教育中,同时也呼唤深植于民族精神中的创造力。

1976 年,李约瑟在其编著的 15 卷《中国科学技术史》中提出了一个著名问题:

" 尽管中国古代对人类科技发展做出了很多重要贡献,但为什么科学和工业革命没有在近代的中国发生?"

美国经济学家肯尼思 · 博尔丁把这个问题称之为 " 李约瑟之问 " 。随后 40 多年里,伴随着中国改革开放与 " 科学春天 " 的到来," 李约瑟之问 " 引发了无数学界和产业界人士的持续探讨。或许这个问题暂时没有一个确切的答案,但是突飞猛进的中国制造业,正在奋力做好这份答卷。


中国 得了

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