1970年代后日本机床产业快速崛起,1982年后成为世界第一大机床制造强国,其发展之路值得深入分析,其创新思路值得借鉴学习,初步整理此文,共享读者,整理不易,欢迎点赞、收藏、转发与交流,请点亮“在看”,分享业界同仁!
数控机床技术1950年代诞生于美国,1970年代后期日本机床产业快速崛起,1982年日本超过美国成为世界第一大机床制造强国,之后连续多年保持这个地位。虽然2009年以后按产业规模,中国成为世界最大的机床生产国,但无论从产品档次、技术水平、理论研究、生产制造、配套能力、检验检测、营销服务等来看,中国和日本机床产业皆有着巨大的差距。
一、日本机床产业规模
1. 2023年主要指标完成情况根据日本机床工业协会(JMTBA)最新数据显示,2023年日本机床行业机床进口、消费二项指标同比微增,订单总额、机床产值、机床出口等三项指标均呈同比下降态势。--订单总额14,865亿日元(约99亿美元),同比减少15.5%;--机床产值10,528亿日元(约70.2亿美元),同比减少2%;--机床出口8,305亿日元(约55.4亿美元),同比减少3%;--机床进口855亿日元(约5.7亿美元),同比增长1.7%;--机床消费3,078亿日元(约20.5亿美元),同比增长1%。
2. 主要指标走势
根据日本机床工业协会数据显示,受疫情影响2020年日本机床行业机床订单、机床产值、进口、出口、机床消费等五大指标下滑至低谷,目前整在逐步恢复中。
2023年日本机床订单同比减少15.5%,其中国内市场订单下降21%、外需下降12.7%,这是时隔3年的首次负增长。2024年订单预计将达15,000亿日元,同比增长0.9%。
2023年日本机床产值同比减少2.4%,已经恢复至2019年的水平,产品以数控机床为主,数控率为93%,2020年以来机床产值保持了增长态势。2023年日本机床出口额同比减少3.1%,已经恢复至2019年的水平,2020年以来维持了增长的态势。2023年日本机床进口额同比增长1.7%,已经恢复至2019年的水平,2020年以来维持了增长的态势。
2023年日本机床消费额同比增长1%,2020年日本国内机床消费大幅下滑,至今整在逐步恢复中,但近年来增幅有限。
二、日本机床产业特点
1950年代日本积极引入美国、德国及法国的机床技术,通过进一步学习、改进,1982年机床产值达到37.45亿美元,赶超美国,成为全球机床制造第一大国,并一直保持着良好发展态势。根据公开报道,经初步分析,日本机床产业具有以下特点:
1.企业优越,拥有一批世界一流机床企业
根据赛迪顾问发布了《2019年数控机床产业数据》,世界高端机床名企TOP10基本出自德国和日本,其中日本有5家。
2019年全球排名前十的机床厂商营收规模如下。日本机床行业拥有一批世界一流机床企业,山崎马扎克(MAZAK)是全球著名的机床制造商,天田株式会社(AMADA)是世界一流的专门生产钣金加工机械的大型机床企业,大隈株式会社(okuma)是世界最大龙门加工中心,德玛吉森精机(DMG MORI)是一流的机床制造企业;
捷太格特(JTEKT)拥有世界最顶尖的电动助力转向系统,也是世界大型的轴承生产企业,小松株式会社( Komatsu)在精密金属加工设备在全球占有重要的一席之地。
牧野(makino)为世界知名的铣床及电加工机床制造商。
三菱重工(Mitsubishi )侧重于大型机床设备的生产制造及销售。
日本株式会社沙迪克(SODICK)在模具放电加工、高速铣削中心、束精加工等领域拥有全球领先的技术实力。
日本机床企业各有专长、经济效益普遍好,且企业普遍盈利能力较强,从人均产值角度看,日本机床产业从业人数由1992年最高3.8万人,至2023年回落到2.7万人,且近十年来一直维持在这个规模。
人均产值2023年为3899万日元(约25.9万美元),约为国内机床产业人均产值(按RMB100万元/人计)的2倍左右。2.技术先进,引领机床行业发展
1970年代日本机床业起步时,通过大量引进欧美先进机床进行分析。从早期的学习借鉴,到后来的自主创新,实现了机床及功能部件从“跟跑、陪跑、并跑、到超跑”质的飞跃。日本在发展数控机床的过程中,特别注意发展关键技术,开发核心产品。
日本机床行业1980年代从事高精度机床的研发制造;1990年代以来则进行了数控技术、信息技术和3C技术的深入研究,开发出了系列高科技含量的数控机床;进入21世纪,在工业4.0、智能制造、节能减排等成为全世界机床工业发展新形势下,日本机床业又把智能制造、AI技术、干切屑处理、绿色制造等作为研究的重点,走在了世界的前列。不断自主开发引领发展潮流的机床,并快速推向市场,引导客户消费,始终站在机床市场潮流的前列,不断发展并巩固其在世界机床行业的技术领导地位。
如山崎马扎克自1983年推出INTEGERX系列五轴联动车铣复合加工中心一号机以来,至2006年已经发展四代复合机,2004年开发INTEGERXe系列至今以开发二代复合机。产品研发紧贴市场,紧密把握用户需求,针对性强。
加强用户应用理论研究,刀具、仿真系统研究,真正为用户提供解决方案。如SolidCAM和MAZAK在全球合作,山崎马扎克MAZAK机床在复杂型面加工前,可以通过SolidCAM机床仿真软件来进行干涉检查、切削仿真。如大隈机床拥有加工条件搜索功能、防撞机功能、伺服控制优化功能、测量补偿几何误差、准确控制规则的热位移等五大智能技术。
实现了加工中不会产生热变形、不会撞机、不会振刀、自动调整至优化加工条件。
3.产业链成熟、拥有核心功能部件企业
日本在发展数控机床的过程中,特别注意发展关键技术,开发核心功能部件产品,毕竟优质的零部件是机床性能的保障。
如MAZAK不仅做刀架、丝杠、还做电主轴和数控系统等关键的核心功能部件,继而获得高额利润;日本大隈是集整机、核心零部件、数控系统全部自行研发制造的机电一体化机床制造企业。
另外牢牢掌握高端功能部件的研发制造,拥有如发那科(FANUC)、三菱(mitsubishi)等一流的数控系统商家,拥有木村铸造等配套企业,拥有NTN轴承、NSK轴承、THK导轨丝杠、不二越液压站/机器人、北川卡盘/工作台、津田驹/转台、京瓷/刀具等国际品牌功能部件企业。已经形成了成熟的产业化配套能力,其产品技术水平与德国、美国、意大利等工业发达国家相当,并引领行业发展态势。
4.定位高端、制造中高端数控机床为主
根据日本机床工业协会(JMTBA)数据,2023年日本机床产量为58,875台,产值为10,528亿日元,产品均价为1788万日元(约12万美元);另外根据机床工具工业协会数据,2023年我国金属加工机床产值为1935亿元,机床产量为75.4万台,均价为25.7万元(约3.6万美元),由此初步判断日本机床的均价为国产机床的3.3倍。
2023年日本数控机床产量为49,319台、占比为84%,产值为9805亿日元、占比为93%,数控机床中主要产品为数控车床、加工中心、数控磨床、数控专机,其构成如下。
日本机床行业以生产中高端数控机床为主,通过产业化转移已淘汰了普通机床及经济型数控的研发制造,如MAZAK机床产品涉及复合加工机、数控车、立/卧式加工中心、激光加工机等系列数控机床产品,MAZAK早在1980年代就实施了普通机床产业化转移,当时的沈阳第一机床厂、济南第一机床厂曾以OEM方式承接过MAZAK的普通车床的制造。
5.智能制造、智能工厂全球领先
当下日本机床行业已普遍采用柔性制造单元和柔性制造系统来制造机床,达到规模化生产,日本发那科在1980年代实现24h连续运转、21世纪实现720h无人值守。
山崎马扎克于20世纪80年代开始将柔性生产系统FMS应用到无人化工厂,于1998年完成了Cyber Factory(网络化工厂)的构筑,率先在业界推进了工厂的自动化、网络化。
2014年马扎克启动智能工厂iSMART Factory,打造高度数字化制造工厂,可时时监控全球10个工厂每台机床的运行状态。日本大隈有三座无人化零件加工、组装智能工厂Dream Site(DS),通过IoT技术,即可满足批量生产,又可实现大规模定制。
在DS中配置大隈机床、机械手和无人运输系统,并根据生产日程对其进行控制,从投料到加工无人工操作;DMG MORI伊贺工厂(IGA)可通过网络的工序管理、库存管理、品质管理和下单管理等来提高生产效率,所有机床的生产状态均通过现场配置Smart factory system的大型显示器及平板电脑一览无余,实现了作业的可视化、智能化。
智能制造的跨越式发展,一方面是制造领域软硬件的提升,保证了产品质量与精度一致性,另外更更体现了企业“软实力”的力量。
6.开拓海外,机床产品出口为主
日本国内机床市场容量有限,日本机床行业一直通过出口弥补内需的不足。2023年日本机床订单总额14,865亿日元,其中内需仅为4,768亿日元,外销为10,097亿日元,外销已经占了订单总额的68%。在全部外销中亚洲、欧洲、北美是其主战场,具体如下。
2023年受市场波动及技术保护等影响,日本机床对中国订单额为2,740亿日元、同比下降27%,近年的订单走势如下。
日本机床行业企业普遍重视外销,山崎马扎克是日本机床行业最早开始海外市场的企业,1974年建立美国工厂,相继在英国、新加坡、中国建立了多个生产基地及营销服务网络,目前在全球已建立10处制造基地、技术中心38处、技术服务中心49处、备件中心4处。DMG MORI下设9家子公司,全球拥有16个全资制造基地、1个合资制造基地,在全球44个国家拥有111个区域销售和服务中心;在日本、德国、美国设立备品备件中心3个。
1976年日本大隈在美国和欧洲开设联络办事处,开启国际化战略,至今已建立分子公司及合资公司26家,其中国内4家、海外21家。
7.技术壁垒,高端机床及技术限制出口
根据日本政府出口贸易管理令,机床被视为可转用于军事用途的产品种类。部分高端机床出口需得到日本经济产业省的批准。如山崎马扎克在所有机床中嵌入用于防止非法出口的检测系统,当安装后设备被擅自移动时,传感器将自动检测到异常并为机床设备“加锁”。
若无山崎马扎克服务支持则该设备无法再次启动,借此以防止机床技术被盗用于军事用途。西铁城、DMG MOR等日本机床企业产品也嵌入同类系统。
近年来,技术壁垒而引发的经济案件频频出现,技术封锁成为日本扩展海外机床市场最大阻力。日本机床协会相关人员表示,日本政府对技术封锁的做法是不合适的,技术封锁对日本机床工业毫无好处可言,技术封锁的同时,机床企业也失去了部分市场与用户信赖,是两败俱伤的。如DMG MORI通知从2023年4月1号起对其的每台机床都配备RMS(机床搬迁安保)装置,其中国区订单额从2023年1季度的197亿日元,断崖式下降至4季度的30亿日元,具体详见前期拙文《通过简报看DMG MORI 2023年经营情况》。
8.精益管理,打造精细制造文化
现代企业精益管理源于西方、兴于日本丰田TPS,精益求精的思想在日本贯彻得淋漓尽致,同样机床企业的管理非常严谨规范,有着完善的企业管理制度、流程体系,非常强的执行意识,尊重规则、遵守规则,从会长到基层员工都会严格执行公司制度,按照流程做事。
从小事做起,如炎炎夏日里拜访客户、接待来访所有人都是着西装、系领带,专注、执着成就了今天高品质、精工艺的日本机床产品。如宁夏小巨人是国内第一座智能网络化机床制造工厂,其管理与制造水平是国内一流的,是值得学习的。
小巨人的精细化管理,现场所有的零部件全部放在工装卡具上,实现不落地。零件加工精度高,返修少,装配车间看不见角磨、电钻等手动工具。
信息化程度高,车间大屏幕、数字终端可以随时查询现场各台机床的合同配置、安装调试进度等信息。机床安装采用的是机床不动,零部件配送的方式,配送车分层放置机床所需的各种零部件,细化到把所需的螺钉、接头按个数打包配送。机床主机与防护钣金分别安装,机床防护安装,首先对机床的防护钣金件实施安装,然后安装与防护相关的零部件,如CRT箱、润滑、液压管路等,最终套装在机床主机上,一次安装到位。国内机床企业与MAZAK相比差距是全面的,不仅表现在产品档次与制造能力上,更重要的是企业文化与管理差距。