为什么装备制造业非常关键

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能生产芯片的设备就像是能下蛋的鸡一样重要,人们总是讨论芯片的重要性,把焦点聚焦在我们如何生产出芯片,却往往忽视设备的重要性。但,最为重要的是如何生产出这些设备,这才是关键——这就是“授人以鱼,不如授人以渔”的道路。直到最近几年,美国半导体的封锁才让“光刻机”这个词成为了流行词,网络和视频号里传出了各种科普,解读也多了起来,使得它成为了个尽人皆知的热词。

大部分人对制造业的理解都是我们能生产出什么产品—能造出28nm的芯片,或者,我们能造出像iPhone一样工艺精湛的手机,我们也能造出航母,或者隐形战斗机,我们能造出高铁、我们能造出电脑、空气压缩机。但是,这都是“终端产品”,属于在产业链的最下游的,其实,真正赚钱的、卡脖子的都在产业链的上游,更为关键的是上游的制造装备、设计的软件以及装备自身的嵌入式软件(即现在的工业软件领域)、以及设备相关的材料、传感器。

不可否认,制造本身也是需要非常强大的“集成能力”的,很多专业人士意识到我国是一个科技应用型的国家。但在造出这些产品背后是什么?制造设备所需的装备-这些基本上都是进口的。如果要谈卡脖子,可能大家被最近的芯片设备所关注,很多人聚焦到了光刻机身上,但是,在芯片制程里可不止光刻机被卡脖子,基本上离子注入、机械/化学抛光、各种沉积设备,都是比较落后的——这就像你能造28nm芯片,但如果别人把设备这个源头卡住,那这些所有的产品可能就会造不出来了。其实,除了这些设备,包括光刻胶、电子特种气体(超超高纯气体)、半导体产线所需的仪表、传感器、运动平台、乃至于整个半导体工厂的空气过滤系统所需的材料、设备,都是极高要求的。

当然,比设备更为关键的还在材料——这个可以另外阐述,材料上卡脖子的地方可能会比设备还要多。只不过这不是我的专业范畴-只是有这个基础认知,但需要专业人士解读而已。

如果把整个制造分为流程、离散两大块,可以看到,流程工业基本上是在为离散制造业提供原材料,比如冶金为制造业提供各种板材(板材、棒材、型材等)、化工则提供了像纤维、化学原料、添加剂、包括制药所需的原料药等,而硅酸盐工程则提供了像玻璃、陶瓷等材料。石油炼化则会提供一部分直接到消费端的(汽油、天然气),但也包括大量如聚合物材料,凡此种种,基本上流程工业都在生产原材料。流程工业的装备需要的是大型装置,它往往由前处理配料系统、反应釜、蒸馏塔、干燥床、分离装置,以及为之配套的锅炉/燃气轮机、空分、压缩机组、变压器等涉及动力与辅助气体等装置。当然,在流程工厂后道也会有离散的,如钢铁后道的冷轧、热轧设备,就会偏向于离散装备。

而离散制造业的工厂,它分为了两个大的部分。首先是用成型类设备生产出零配件,例如一个手机工厂里会需要来自于切削研磨的手机金属外壳、注塑机用于生产精密的结构件,以及来自于半导体工厂提供的各种芯片、功率器件、镜头—当然,这些本身都是由各种成型设备生产的。进入后道组装,比如将芯片贴装到基板的SMT,以及波峰焊、回流焊—机器人来输送到各个单元,当然,早期也可以通过人工来完成组装过程,然后贴标、检测、包装、装箱—这些都是组装类设备来实现的。

制造业,早期都是组装,因此,我们对于制造的很多理解来自于组装,因为劳动力成本低,但是随着很多因素导致了自动化水平必需的提高。包括人口红利的消失,现在人工成本已经不再像90年代那会,几百块钱就能找到工人,回不去了。其次,随着产品的复杂度的提高,个性化也导致了人工组装不经济-因为品质一致性无法良好的保障,以及竞争不断加剧,使得成本不断苛刻。记得小时候,大概在86年家里买了台18寸的彩色电视机,1368元钱,现在18寸电视机都不要这个价钱,而且分辨率更高,体积更小。小时候一瓶矿泉水3块,现在一瓶也就3块,但是,大家都知道这个实际上是便宜了很多,相对于过去来说,大部分产品的便宜都来自于高速的生产线在不断降低着产品的成本。但是,这种降低,无法依靠人工组装的效率,就像很多人都惊讶于饮料灌装设备一小时可以灌装10.8万瓶一样,而报纸印刷机可以一小时印刷多达21.6万份报纸一样。

所有竞争力的提升都来自于装备及其自动化水平的大幅提升,今天我们能够过得更好的生活。记得在80年代自行车、收音机、缝纫机就是家里三大件,这在今天的人们看来是无法想象的。其实,这一切都是来自于装备水平的大幅提高,大规模的产品自动生产带来的成本持续下降。

相信芯片领域所遇到的问题,已经给了我们充分的明证,设备才是关键-因为,这些设备是包含了生产工艺在其中的,而非仅仅是一个机械的组装即可。另外,对于半导体这样的长流程,以及包含了循环加工而使得工序被拉到几百甚至上千的生产来说,精益运营水平也是相当关键的。

但是,今天,我们被卡脖子的是设备,而不是芯片,因为如果我们可以制造这些高级别的设备,我相信我们也可以生产出高性能芯片。

其实,不止于半导体,在众多的其它领域里同样是设备,只不过,其它很多领域没有半导体那么复杂。机床,作为工业母机,它本身就决定了下游各个装备的精度—无论哪个装备行业的设备,它都需要精密的加工和组装,因为,其它设备要达到较高的精度就需要加工设备更高一个数量级的精度。

目前制造业卡脖子的地方,其实都不在后道那个组装,而都是在前道的成型部分。而我们更多的关注所谓的数字化,其实都是在关注组装领域的运营效率,包括所谓的MES、APS—并非不重要,而是说,真正的难题并未得到解决。

装备为什么很关键,因为,它有非常多的配套,考验整个国家的制造业水平,记得1998年在一个大型仪表厂实习,有一个罗斯蒙特合资的1151差压变送器车间实习。就有师傅告诉我这个仪表最为关键的是膜片,都是进口的。到了2018年,又遇到该厂的人士,就很好奇这个膜片问题是否已经可以自己生产,该人士说那个膜片还是需要进口。希望现在2023年的今天,这个已经解决了,但至少在1998-2018年这个20年里,这个问题是并未得到解决的。

仪表算是我本专业,很多来自仪表领域的前辈都感慨过,以前四大仪表,现在也就剩下川仪还在,其它几家仪表的存在感也不是那么强了,大概是我在离散制造业比较久,鲜有了解该领域的进展。仪表偏向于流程领域,但是在离散制造业里的传感器,包括高精度的编码器、光栅尺,也还是需要进口的,国内目前就实而论尚在高精度的领域有待提高。

注塑机、工程机械就需要大量的液压阀、伺服阀。设备上需要的丝杠、轴承,之所以成为了关键零配件,其实,主要是稳定与可靠,以及长寿命,还有像刀具这种领域,都是需要大量的这些零配件。

人们经常拿当年的圆珠笔上的球珠材料说事,认为这个不是我们生产不出来,而是市场太小,根本不赚钱。那么问题来了,我们生产就不赚钱,人家生产就可以赚钱,这个逻辑究竟该如何解释?

所。

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