世界紀錄:最精致的工業牙齒”可以在頭發上刻字母(mǔ)。
被譽為“最精致的工業齒”。
高精度銑刀是精密加工領域不可缺少的工具(jù)。由於基礎材料和加工工藝的限製,我國在這一領域長期處於受(shòu)製於人(rén)的局麵。
麵對迫切的需求,中國(guó)五礦集團(tuán)公司(sī)下屬中鎢高科(000657)錦(jǐn)州地區公司的技術團隊,在職業欲望和提升核心競爭(zhēng)力的內在驅動下,走出了一條令人矚目的自主創新之路。他們克服重重困難,終於創下了世界最精細銑(xǐ)刀的紀錄,突破了製造領域關鍵技術的“卡脖子”難題。
創新不是炫耀技能,而是有效服務客戶,占領市場份額,才能保證企業立於不敗之地。在爭取盡快進入世界一(yī)流陣(zhèn)營的同(tóng)時,他們把未來(lái)錨定在高附加值產品上。
精密刀具的加工極限能達到哪裏?
世界上最精細的銑刀,直徑隻有0.01毫米,可以(yǐ)在(zài)米粒上刻出56個(gè)漢字,在一根頭發上刻出7個字母。該產品誕(dàn)生(shēng)於中國五礦集(jí)團旗下中鎢高科錦州地區公司,被譽為“最精致的(de)工業牙齒”。如此極致的精細,不僅代表了公司的創新R&D能力,也突破了(le)製造領(lǐng)域關鍵技術的“瓶頸”問題。
銑(xǐ)刀(dāo)是一種帶有一個或多個齒的旋轉刀具,主要用於加工鋁合金(jīn)、不鏽鋼、模具鋼、樹脂、玻璃(lí)纖維(wéi)等各種工業材料。其精度是製造(zào)業和加工業的重(chóng)要參考指標。尤(yóu)其是高精度銑刀,是精密加工不可(kě)缺(quē)少的工具。一旦斷供,很多產業鏈都會被(bèi)關停。
2021年10月,我國首次實現0.01 mm直徑銑刀(dāo)的加工實驗。據了解,金(jīn)州(zhōu)區公司(sī)在研(yán)製過(guò)程中,突破傳(chuán)統工藝設(shè)計(jì),開創了微型刀具磨削新工藝,解(jiě)決了結構設計難、製造狀態難監控(kòng)、磨削力難控製、刀(dāo)片直徑小(xiǎo)、易斷裂等一係列問(wèn)題。
專注於精密微型刀(dāo)具研發的錦州地區公司,是國內著名的“隱形冠軍”,目前擁有330多項發明和實用新(xīn)型專利。在(zài)一個(gè)競爭激烈、產品更新換代極快的市場中,金州區公司的主要產品PCB微鑽不斷(duàn)被進口(kǒu)替代,市場份額居世界第一。2018年至2021年,公司(sī)淨(jìng)利率從15%增長到19%,也處於同行前列。
"每(měi)三部手(shǒu)機中就有一部是由我們錦州地區公司的產品加(jiā)工的."中鎢高科董事長(zhǎng)李忠澤近日在(zài)接受《中國企業家》專訪時表示。近年來,由於(yú)市場(chǎng)變化迅速,許多歐(ōu)洲和日本公司已經退出。在(zài)他看來,市場起伏很正常(cháng),關鍵是(shì)要不斷進取(qǔ)。“我們不以價格競爭為手段,必須保證成本領先。”
2016年,經曆了重組的中鎢(wū)高科,以科技創新為先導,製定了一係列新的發展(zhǎn)戰略(luè)。據了解,中鎢高科每(měi)年新(xīn)產品貢獻率超過30%,技術研發投入也超過公司總收(shōu)入的5%。“金州(zhōu)區投資(zī)多”。此(cǐ)外,公司每年為科技人員的(de)創新(xīn)成果獎勵2000多萬元。
高精度加工時代已經到來,精密工具可以(yǐ)成為破壁人。一把(bǎ)小(xiǎo)小的銑刀,就能改變設備,提升產品性能,推動行業發展,直至影響產業鏈,催(cuī)生高精度加工的(de)全麵需求。“歸根結底,真(zhēn)正的競爭要靠領先的技術,技術(shù)創新能力是我們的(de)核心競爭力。”李中澤說。
打破圍牆:實現“米粒上(shàng)刻字”
眼看第一個打靶工具就要磨出來了,李學光(guāng)興衝(chōng)衝地跑回辦公室,喊來同事們一起看。那(nà)天晚上,隊員們一起吃飯慶祝。100多天後,“痛苦、緊張和疲勞的感覺終於煙消雲散,仿佛我們來到了(le)一個美麗的新世界”。他形容自(zì)己擁有“發現新大陸(000997)和成功攀登珠穆朗(lǎng)瑪峰的雙重喜悅,以及改變未來的想象力”。
42歲的李學光是0.01毫米極小直(zhí)徑銑(xǐ)刀項目的R&D負責人。最初的R&D機會來自客戶投訴。2020年底,一個客戶告訴李(lǐ)學光(guāng),有些刀買不到(dào)了。“既然你是錦州地區的微縮刀,你能這樣做嗎?”在(zài)他的印象中,當時市麵上的銑刀直(zhí)徑更小,為(wéi)0.1mm。
2021年初(chū),經(jīng)過與客戶的幾次討論,李學光(guāng)意識到高端精密工具“卡脖子”問題的嚴(yán)重性。經(jīng)過(guò)多年的發展,精密加工的水平已經和過去不一(yī)樣(yàng)了。隨著通信等現代技術對小尺寸、低功(gōng)耗、多功能、高效(xiào)率的要求,市場對精密加工的需(xū)求不僅僅局限於1mm、0.1mm、0.01mm、0.02mm,而是實實在在的需求。10微米(mǐ)的精密加工時(shí)代已經到來。此外,這種工具涉及關鍵行業,因此非常小直徑精密工具的供應成為重點。在這種環境下,錦州地區的精密刀具不能停留在概(gài)念階段,技術不能(néng)隻作為儲備,而應該轉化為產品,在這些(xiē)關(guān)鍵領域實際應用,發揮作(zuò)用。
還有一(yī)個原因就是日本雖然也有類似的產(chǎn)品,但是因為人家不(bú)願意賣,或者因為送貨時間長,價格很高,幾乎沒有技術服務,所以隻能望(wàng)而卻步。“乞討賣刀的人真的很痛苦(kǔ)。既然他們發現了我們,我想我們必(bì)須這麽做,這是切割者的責任。”李(lǐ)學光(guāng)說道。
在構思初步方案的時候,他先在腦子裏花上三五天,找(zhǎo)到核心點,畫圖,模(mó)擬,驗證(zhèng)。後來做夢的時候(hòu)有了新(xīn)的想法。“最小的技術變革也能改變大事情,這是一種職業抱負。當我醒來時,我覺得這是必須要做的。”現在回想起來,他把之前的決心歸為真誠和激情。
同事口(kǒu)中的李學光有個名字:阿光。弘從小就想成為一名科(kē)學家。2004年,作為一名(míng)機械工程專業(yè)的本科生,他從(cóng)遼寧來(lái)到深圳,通過校(xiào)招加入錦州地(dì)區公司。2013年,基於工(gōng)作需要,李(lǐ)學光去讀了光學工程碩士(shì)。研發的想法讓他興奮不已,直到後來,他發現困難重重。
2021年5月,李(lǐ)學光開始研發0.01~0.04毫米的極小(xiǎo)直徑銑刀..第一個困難是沒有(yǒu)設備(bèi)加工這麽精密的工具。怎麽找加工設備?他的答案是“改變”。“我們以前有一些進口的高精設備,可以做一些改裝,發揮優勢,克服劣勢。比如(rú)精度會提高,磨削力會降低。軸的磨削運動(dòng)也要調整,通過修改消除一些波動。”
除了硬件(jiàn),決心和信念也是一大考驗。“你怎(zěn)麽讓大家有信心和你合作?”李學(xué)光有自己的方法。首先是消除大(dà)家的顧慮。他對團隊說:“做一個項目,就(jiù)是要用科學理論指導實踐。在沒有人能證明這個技術和產品不能成功之前,我們一(yī)定要堅定的走下(xià)去。發現不可(kě)克服的(de)問題或理論錯誤是(shì)一件(jiàn)幸(xìng)運的事情,這是我們應該重點關注的難點。”
二是引導團隊展望未(wèi)來。“如果製造出比頭發絲還要細很多(duō)倍的銑刀,打破目前銑刀的極限,真的可以銑出0.01毫米和0.02毫米寬的槽(cáo),讓生物醫學芯片和通信的關鍵部件達到前所(suǒ)未(wèi)有的性能,改變行業現狀,解決供應鏈受製於人的問題,讓精密製造騰飛。你願(yuàn)意為(wéi)此努力嗎?這是你們肩上使命(mìng)的(de)重量。”
做好(hǎo)心理準備之後(hòu),接下來(lái)0.01mm小直徑銑刀的技(jì)術研究就是一個(gè)反複實驗的過程。李學光說,技術難度首先體現在“特別容易破”。
0.01mm銑刀與0.1mm的頭發相比,直徑是其直徑的1/10,截麵積是其1/100,強(qiáng)度降為(wéi)0.1mm銑刀的1/1000,吹振即可折斷。李學光認為,銑刀必(bì)須應用到這種程度才有其價值。“太薄了,但不代表不能用。隻要給它穩定準確的加工和使(shǐ)用條件就行了。”
0.01mm極小(xiǎo)直徑銑刀因其結構複雜(zá),是設計和磨(mó)削(xuē)難度最大的刀具。為了實現既切(qiē)削外周刃又切削端齒的完整銑刀功能,必須使刀體具有完整的結構。磨削時,刀體不(bú)能附著,隻能懸掛。另一方麵,磨削時砂輪的線速(sù)度與汽車的線(xiàn)速度相等,衝擊大,容易折(shé)斷。
目前,0.01mm銑刀作為精度要求最高的刀(dāo)具,讓很多R&D技術人(rén)員不敢接(jiē)手(shǒu)。當(dāng)直徑縮小到(dào)普通刀具的1/10和1/100時,精度也要求縮小到1/10和1/100,這樣0.01mm銑刀典型結構的精度要求達到0.0005mm,難度極(jí)大。“我們的要求不僅是要做成,還要(yào)到位。”
李學光堅信,做應用工程不同於做科研,結果一定藏在大量的實驗中,要有耐心。單就結構而言(yán),團隊(duì)來回試了兩個多月,重複實(shí)驗近(jìn)200次。2021年9月,第(dì)一代樣品實現產出。2021年10月,第一代0.01mm銑刀成功加工(gōng)頭發和米粒。
銑(xǐ)削字符(fú)用0.01mm銑刀。來源:受訪者
2019年底,錦州地區(qū)公司成功研發出直徑0.01mm的超細微型鑽頭,打破了我國在該領域長期受製於人(rén)的局麵。僅用(yòng)一年半時間,金州區公司就實現了直徑0.01mm超細微型鑽頭和直徑0.01mm極小銑刀鑽銑(xǐ)“雙劍合(hé)璧”。
“這個成績絕對不是一蹴而就的,而是之前十年的不斷研究和積累。”李學光說,很多事情,第一個階段,往往會很順(shùn)利;第二階段,有(yǒu)點(diǎn)困難,但我努力(lì)克服了,以為自(zì)己覺得自信了。第三階段,困難解決不了,困難突破不了;第四階段,軍心動搖,很(hěn)多(duō)有挑戰性的項目和創(chuàng)業公司基本都死在這個階段。“那(nà)麽(me)理性複(fù)盤(pán)的問題在哪裏?不迷信不(bú)消極是很重要的(de)。通常,有韌(rèn)性、科學、客觀、理性(xìng)的團隊能夠生存下來(lái),做得更好,能(néng)力更強(qiáng),涅槃重生。”
落地:快速“市場第一”。
多年前(qián),中鎢高新金州(zhōu)區公(gōng)司總經理羅(luó)對此深有感觸。那是在2016年前後的多個行業展會上,他被一個(gè)日本競爭對手的高管問到“為(wéi)什麽同一(yī)個客戶,從捕捉(zhuō)客(kè)戶需(xū)求到R&D再到實地測(cè)試,在同樣的時間裏,能夠比我們多測試(shì)兩到三倍?”
“我們的(de)策略是:以(yǐ)快打快。”羅這樣總結“中國(guó)企(qǐ)業家”。“金州區的市場占(zhàn)有率是最高的,不僅是mainland China,全世界隻要有PCB製造的地方,金州區都是最高的。”
這是一個產品更新非常快的領域。盡管全球經濟因新冠肺炎疫情而麵臨壓(yā)力,但疫情催生了在線活動(dòng),並增加了對電(diàn)子產品的(de)需(xū)求。同時,隨著5G基礎設施的推進,全球對PCB產品的需(xū)求呈現出較為強勁的增長。未來5G,汽車電子,工業4.0,雲服務器等。將成為拉動PCB需求增長的新方向(xiàng)。
在羅的親身經曆中,競爭(zhēng)變得越來(lái)越(yuè)激烈。作(zuò)為錦州地區的龍頭公(gōng)司,團隊的危機感一直如影(yǐng)隨形。
“我們(men)總是提醒自(zì)己是否能更快地開(kāi)發和更新產品。行業也反推我們,產品的開發必須貼(tiē)近市場需求。”他說。錦州地(dì)區擁有專(zhuān)利330多項,其中(zhōng)發明100多項。R&D投資方麵,“前年(nián)是營(yíng)收的5%,去年是(shì)6%,今年的目標是7%”。
用0.02毫米銑刀加工不鏽鋼。來源:受訪者
2006年,從中南大學材料科學專(zhuān)業讀完本科(kē)和研(yán)究生的羅,一畢業就進入(rù)金州區公司,從事技術研發(fā)工(gōng)作已有6年。直到一個機會(huì),讓他與(yǔ)市場“接軌”。“我主導的塗料產品項目研發成功後,市場推不(bú)動了。當時的總經理找到我說,要不你(nǐ)自己去市場推廣吧?”
2012年,羅“轉戰”營銷(xiāo)管理。那一(yī)年,金州區晉級細分市場第(dì)三名。2015年,金州地區主要產品市場占有率達到韓國第一。2019年,東南亞市場也取得重大突破,市場份額達到(dào)第一。羅的塗料產(chǎn)品在市場上處於領先地位(wèi),成為公司業績(jì)貢獻的“金(jīn)州區法寶”之一。
2017年,中鎢高新在錦州地區公司啟動(dòng)了第(dì)一批職(zhí)業經理(lǐ)人管理試點,明(míng)確了職業經(jīng)理人(rén)的(de)“責(zé)、權、利”,嚴格實行任期目標考核,根據業績(jì)考核兌現薪(xīn)酬,建立市場化退出機製。2018年起,羅擔任金州區公司總經理。他希望通過拓展國際市場,“所(suǒ)有地(dì)區都能做到第二第一”。
“沒想到產能翻倍了。”談及金州區公司改(gǎi)革五年間的變化,李忠澤感慨道。據其透露,在整個中鎢高科集團中,金州區公司營收占1/6,利潤占1/3。相比一般(bān)製造業6%~7%的利潤率,錦州地區公司(sī)的銷售利潤率接近20%。
未來:製造高附(fù)加值產(chǎn)品
“我擔心的是我們(men)不夠快。我們需要(yào)更快。”李忠澤向金州區公司(sī)提出了(le)要求。中鎢高科的營(yíng)收水平(píng)已經躋身全球(qiú)前四,他希望在(zài)“十四五”內躋身全球前三,進入世界一流陣營。“再造一個新錦州,不能靠堆砌產能(néng)的多少,而要靠高附加值。”李中澤說。
新冠(guàn)肺炎疫情(qíng)和國際(jì)形勢已成為影(yǐng)響經濟和產業發展的重要因素。李中澤認為,對於中鎢高科這樣的全產業鏈公(gōng)司來說,最大的機會是中國發展新格局的構建,但公司缺少的是更貼近(jìn)用戶的機會。“我們的用戶進入門檻(kǎn)很高,中國的(精(jīng)密(mì))刀具(jù)以前一直被外國壟斷。”
“小到0.1mm的微鑽產品,目前全球能批量供貨的(de)PCB工具公司隻(zhī)有三家,中國隻(zhī)有一家。”羅(luó)對(duì)說道。錦州地區雖然處於(yú)行業領先(xiān)地位,但外部危機也無處不在。一方麵是老對手的實力(lì);另一方麵,新的(de)挑戰者正在施加(jiā)壓力。
在羅眼裏,目前大致有三類(lèi)競爭對手:
一是日本公司,市(shì)場份額落後於錦州,技術和品控排名第一,長期是錦州地區(qū)的標杆公司;第二類是台資企業,強調成本領先,不願意為R&D和未來花錢;第三類是來自內地的民營企業,他們在成本控製方(fāng)麵做得(dé)很好,但他們在R&D的投資也很低。
“恒大確實是行業的發展格局,隻是每個企業的路徑(jìng)選(xuǎn)擇不一樣。”羅對說道。
他總結了金州區成長的兩大(dà)引擎:一是科技(jì)創新能力,意在“開(kāi)源”;另一種是精(jīng)益產能,“追求成本控製,也就是(shì)節流”。“對手也很關心我們(men)的R&D投(tóu)資是(shì)如何實現的,資產周轉率是如何提(tí)高的(de),雙方的差距在哪裏。”羅(luó)對(duì)說道。
據羅介紹,金州區還在體係上下功夫,通過設置不同層(céng)級,實現不同領域、不同體量的創新(xīn)。第一個是公司級的(de)R&D項目(mù),由(yóu)R&D副總裁(cái)主持,爭取跨部門突破;第二(èr)個是部門R&D項目。“前兩個主要是R&D隊;第三種是技術員主導,追求R&D,突破生產線。”
最近三年,公司的自動化建設已經提上日程。2019年5月,金(jīn)州區公(gōng)司建成了業內唯一具有國(guó)際先進(jìn)水平的(de)自動化車(chē)間。2022年3月,自動化車(chē)間二期完工,與上一台機組形成工業互聯生產體(tǐ)係。
現在在錦州地區(qū)公司的自動(dòng)化車間,工人(rén)數量比傳統工藝減少了一半,清洗、打字工序也實現了無人化。車間在製品從7天減少到2天,減少了71.4%。
一些意想不到的市場機會也來了。2020年新冠肺炎爆(bào)發疫情時,口罩產能僅(jǐn)為需求的1/30。其中熔噴布是口罩的核心材料,需要(yào)噴(pēn)絲頭來生產。製造噴(pēn)絲板最難的部分是加工微孔(kǒng),需要一(yī)個能加工模具鋼和不鏽(xiù)鋼的0.2~0.35 mm微鑽。
生產口罩用熔噴布需要噴(pēn)絲板,而(ér)製造噴絲板最難(nán)的部分就是微孔的加工,需要能夠加工模具鋼和不鏽鋼的0.2 mm和0.3mm微型鑽頭。來源:受訪者
口罩需求的激增帶來了噴絲頭模具和鑽頭需求的激增,形勢(shì)緊迫。當(dāng)年3月,金州區公司接到市場需(xū)求(qiú),開始研發鑽頭。在相關儲備技術的支持和多部門的高效協作(zuò)下,一周研發成(chéng)功。4月初,第一批產品配送下線,一直到5月中下旬,以滿(mǎn)足市場需求。該係(xì)列產(chǎn)品廣泛應用於口罩噴(pēn)絲板模具行業,一個半月銷售收(shōu)入約1000萬元。
市場(chǎng)增長是羅最大的KPI。從2019年開始,金州地區公司市(shì)場份額(é)開(kāi)始排名第一。“業界關注(zhù)我們,現在國際形(xíng)勢複雜。如何突破(pò),實現既定目標,更穩健的發展(zhǎn),是我們要思考的。壓力疊加,經營效(xiào)率不能低,人均年產量要不斷提高,要向日本和歐美先進製造企業看(kàn)齊(qí)。”
" 0.01毫米銑(xǐ)刀(dāo)目前還沒有工業化應用."羅(luó)對說道。在成功R&D之後(hòu),公司也在努力(lì)尋找相關的機會(huì)和應用場景(jǐng),比如醫療領域。去年年底,一家海外公司與錦州地區聯係,商談合作的可能性。“這一年,我們一直在想這件事。現在這種能力已經體現出(chū)來了,就(jiù)要努力(lì)推進商業化。”羅對說道。
去年10月以後,李(lǐ)學光帶領(lǐng)技術R&D團隊接(jiē)連做了(le)幾項(xiàng)工作。一方麵保證了(le)產品的穩定性(xìng)和量產(chǎn)性,另一方麵更貼近應用需求。“我們(men)去(qù)和行業專家聊聊,他們的需(xū)求是什麽(me),我們有(yǒu)沒有(yǒu)可能(néng)快速把(bǎ)握。大技術方向何(hé)去何從,研究的效益如何最大化。”
目前0.01mm銑刀的技術(shù)研發能力為錦州地區公司(sī)開拓了更廣闊的知名度和市場空間。目前,金洲極(jí)地小直徑銑刀被列為直徑為0.02毫米及以上的應用級刀具。羅表示,0.01毫米銑刀(dāo)的(de)問世直(zhí)接拉動了0.02毫米及類似規格產品的出貨量。“許多不知道我們的芯片封裝和測試以及精(jīng)密醫療設備的公司已經找(zhǎo)到了他們”。
羅(luó)還表(biǎo)示,在金州地區,現在大量出貨的都是直徑(jìng)極小的0.1mm微鑽,比(bǐ)市麵上0.2mm ~ 0.5mm的(de)常規產品要小很多。月出貨量(liàng)已經達到(dào)400多萬片,用於加工芯片匹配的封載板。“這是對PCB工具技術要求最高,附加值最(zuì)高的產品”。
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