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皇冠手机管理端:在毫厘间较真36年,这家企业是如何创造了世界最细铣刀的纪录?

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高精度铣刀被誉为“最精致的工业牙齿”,是精密加工领域不可或缺的工具。由于基础材料和加工技术的限制,我国在该领域长期处于受制于人的局面。


面对迫切的需求,出于职业的渴望和增强核心竞争力的内在驱动,中国五矿所属中钨高新金洲公司的技术团队,踏上了卓绝的自主创新之路。在克服了重重困难之后,他们终于创造了世界最细铣刀的纪录,突破了制造领域关键技术的“卡脖子”难题。


创新不是为了炫技,切实为客户服务、占领市场份额才能确保企业立于不败之地。在力争尽快进入世界一流阵营的同时,他们把未来锚定在了高附加值产品。


在毫厘间较真36年


金洲精工是中国五矿集团的下属企业,于1986在深圳落地建厂。起步之初规模较小,两年后引进德国PCB微钻生产技术和设备,形成年产PCB微钻30万支的产能,开始进军PCB微型钻头铣刀产业。2004年,为适应公司快速发展需要,占地27000平方米的生产和研发基地——金洲科技园在深圳龙岗建成投产, 产销量实现了倍速增长。如今的金洲精工,不但具有国内一流的生产能力和设施,其产品和技术创新更是引领了行业的发展趋势。


“金洲精工一直深入改革开放的前沿,在市场化运营中奋勇前行,历经30余年的发展,如今在行业中拥有一定的地位与话语权,在深圳这个改革开放的桥头堡能发展至此,在同行业里是一个奇迹。”金洲精工精密刀具事业部总监王剑说。


金洲精工的主要产品微钻和铣刀是PCB加工制造专用的耗材,其市场需求也与PCB行业的发展紧密相连。真正意义上的PCB是诞生于20世纪30年代,初期由欧、美主导,后与日本形成“三足鼎立”之局。


我国铣刀行业起步较晚,市场格局具有散而小的特点。同时,目前我国铣刀行业产品主要集中在中低端市场,高端市场被国际巨头企业所占据。不过,随着国内铣刀企业持续不断的研发投入和生产经验的逐步积累,国产中高档铣刀产品品质持续提升,在性能方面与欧美、日韩的差距不断缩小;在产品品类方面,国内铣刀企业开发能力不断增强,产品线也日趋丰富;加上本土化生产带来的性价比优势和服务优势,国产铣刀企业将逐步在中高端铣刀领域实现进口替代。


我国50年代才开始PCB的研制工作,并且技术发展水平缓慢,一度落后于国外。一直到90年代中后期,亚洲地区凭借劳动力成本优势,成功吸引PCB产业东移,我国香港、台湾地区以及日本等外国印制板生产厂商也纷纷来内地合资和独资建厂。


自此,亚洲尤其是我国的PCB市场几乎占据了半壁江山,同时也给金洲精工这样的微钻企业带来了巨大的发展机遇。另一方面,随着电子信息技术的高速发展,电子产品趋向轻薄化、微型化和高性能化,电路板材越做越精致,钻孔孔径越来越小,孔密度越来越大,材料也越来越复杂,这不仅对PCB制造工艺提出了新的挑战,与之相应地对精细刀具的技术要求也越来越严苛。


近年来,在高精尖技术的竞技场上,企业频频“亮剑”,先后突破了0.01mm微钻和0.01mm铣刀的关键技术,实现钻铣“双剑合璧”。自此,该领域长期以来寡头封锁的局面被打破,中国制造有了更坚实的话语权。


精密刀具的加工极限能做到哪里?


全世界最细的铣刀,直径只有0.01毫米,能在米粒上刻出56个汉字,在一根头发丝上铣出7个字母,这一产品诞生于中国五矿所属中钨高新金洲公司,被誉为“最精致的工业牙齿”。如此极致的精细度,不仅代表了公司的创新研发能力,更突破了制造领域关键技术的“卡脖子”难题。


铣刀,是具有一个或多个刀齿的旋转刀具,主要用于铝合金、不锈钢、模具钢、树脂、玻纤等各类工业材料加工,其精度是制造加工业的重要参考指标。尤其是,高精度的铣刀是精密加工不可或缺的工具,一旦断供,多条产业链都会面临停摆。


中钨高新董事长李仲泽。摄影:史小兵


2021年10月,我国首次实现直径0.01毫米极小径铣刀的上机加工实验。据了解,在研制过程中,金洲公司突破传统工艺设计,开创新型微小刀具磨削工艺,有针对性地解决了结构难设计、制作状态难监控、磨削力难控制、刃径小易折断等一系列难题。


聚焦于精密微型刀具研制的金洲公司是国内著名的“隐形冠军”,目前拥有330多项发明和实用新型专利。在一个竞争激烈、产品更新换代极快的市场里,金洲公司主产品PCB微钻不断实现进口替代,市占率全球第一。2018~2021年,公司净利率水平由15%增长至19%,亦位于同行前列。


“每三部手机里,就有一部使用我们金洲公司的产品加工。”中钨高新董事长李仲泽近日接受《中国企业家》专访时说。近些年,因为市场变化太快,很多欧洲和日本企业退出了。在他看来,市场起伏很正常,关键是保持进步。“我们不把价格竞争作为手段,要确保成本领先。”


2016年,经历过重整的中钨高新,以技术创新为引领,制定了一系列新发展战略。据了解,中钨高新每年的新产品贡献率超过30%,技术研发投入亦超过公司总营收的5%,“金洲投入更大”。此外,公司每年给到科技人员创新成果的奖励超过2000万元。


一个高精密加工的时代已经到来,精密刀具可以成为破壁者。一把小小的铣刀,可以改变器具,提升产品性能,推动行业发展,直至影响产业链,催生全面的高精度加工需求。“说到底,真正的竞争要靠领先的技术,技术创新能力就是我们的核心竞争力。”李仲泽说。


破壁:实现“米粒上刻字”


眼瞅着第一支目标刀具即将磨削成型,厉学广难抑兴奋地跑回办公室,呼喊同事们来围观。当晚,团队一起吃饭庆祝。100多天,“煎熬、紧张、疲累感终于烟消云散,仿佛来到了美丽新世界”,他形容说,自己有一种“发现了新大陆和攀登珠峰成功的双重喜悦,有能够改变未来的畅想”。


现年42岁的厉学广,是0.01毫米极小径铣刀项目研发负责人。最初的研发契机源自客户的抱怨。2020年末,曾有客户跟厉学广说有些刀具买不到,“你们金洲既然做微型刀具,能不能做这个?”而在他印象中,当时市场上的铣刀,直径较小的是0.1毫米。


2021年初,与客户几经研讨后,厉学广意识到高端精密刀具“卡脖子”问题的严重性。经过多年发展,精密加工的级别已经不同往日,随着通信等现代技术对小体积、低功耗、多功能、高效率等要求的提出,市场对精密加工需求已不仅仅局限在1毫米、0.1毫米,0.01毫米、0.02毫米也有真实需求,10微米级别的精密加工年代已经到来。此外,这个工具涉及重点行业,所以极小径精密刀具的供给变为关键点。在此大环境下,金洲的精密刀具不能停在概念阶段,技术不能只用来储备,而要转化为产品,切切实实应用在这些关键领域,发挥作用。


0.01mm铣刀米粒铣字。来源:受访者


还有一个原因是,虽然日本也有同类产品,但要么因为人家不愿意卖,要么因为交期长、价格非常高,而且几乎没有技术服务,只能望而却步。“求着人家卖刀具这件事,真的很痛苦。他们既然找到我们,我觉得,这件事我们一定要做,这是刀具人的担当。”厉学广说。


构思初步方案时,他先在脑海里过了三五天,找到核心点,作图、模拟、验证。后来做梦时,还得到了新想法。“那些最微小的技术改变,也能改变很大的事,这是一种职业的渴望。醒来我觉得,这件事,必须要干。”如今回顾起来,他将之前的决心归为热血赤诚。


同事口中的厉学广有个称呼:阿广。阿广从小就想当科学家。2004年,本科机械专业的他通过校招,从辽宁奔赴深圳,加入金洲公司。2013年,基于工作需求,厉学广又去读了光学专业工程硕士。研发突破的想法让他感到兴奋,直到后来,他发现,困难着实不少。


2021年5月,厉学广着手研发0.01~0.04毫米极小径铣刀。首要困难就是没有设备去加工如此精密的刀具。如何找到加工设备?他的答案是“改”。“我们原先有些进口高精度设备,可以适当做些改造,优势发挥,劣势克服,比如,精度再提高,磨削力再降低。轴的磨削运动也要调整,通过改造,消除掉一些波动。”


除了硬件,决心和信念也是一大考验。“你怎么让大家有信心跟你干下去?”厉学广有自己的方法。首先是消除大家的顾虑。他对团队说:“做项目是用科学的理论指导实践,在没有谁能论证这项技术和产品无法成功之前,我们就要坚定地走下去。能发现不可逾越的难题或者理论错误,反而是幸运的事,这正是我们要集中攻克的难点。”


其次是引导团队去憧憬未来。“如果造出比头发细多倍的铣刀,打破目前铣削刀具的极限,真能铣削出0.01、0.02毫米宽的槽,让生物医疗芯片、通讯关键零部件实现前所未有的性能,改变行业现状,解决供应链受制于人的问题,让精密制造腾飞,你们是否愿意为之努力?这是你们肩上使命的重量。”


做好思想准备后,接下来的0.01毫米极小径铣刀技术攻关则是个反复实验的过程。厉学广说,技术难点首先体现在“特别容易折断”。


相对于直径0.1毫米的头发丝,0.01毫米铣刀的直径是其1/10,截面积是其1/100,强度降低到直径0.1毫米刀具的1/1000,吹振可断。厉学广认为,铣刀做到这个层级,一定要应用才有它的价值。“它太细了,但这不代表它没法用,只要给它稳定精度的加工和使用条件。”


0.01毫米极小径铣刀结构复杂,亦是最难设计和磨削的工具。要实现周刃、端齿都能切削的完整铣刀功能,就要让刀体具备齐全的结构。而磨削时,刀体亦无法托附,只能悬空。另一方面,磨削时砂轮线速度与汽车速度相当,冲击力大,易折断。


作为目前精度要求最高的刀具,0.01毫米铣刀让很多技术研发人员不敢接招。当直径降为普通刀具的1/10、1/100,精度也要求相应降为1/10、1/100,以至于0.01毫米铣刀典型结构的精度要求在±0.0005毫米级别,难度极高。“我们的要求不仅是做出来,还要做到位。”


厉学广笃定,做应用工程不同于做科研,结果一定藏在大量的实验中,所以要有耐心。仅在结构方面,团队就来回尝试了两个多月,反复实验接近200次。2021年9月,初代样品实现产出。2021年10月,初代0.01毫米铣刀上机加工头发、米粒成功。

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0.01mm铣刀头发丝铣字。来源:受访者


2019年底,金洲公司成功研制出直径0.01毫米的超细微型钻头,打破了长期以来我国在该领域受制于人的局面。仅用一年半的时间,金洲公司又实现了直径0.01毫米超细微型钻头和直径0.01毫米极小径铣刀的钻铣“双剑合璧”。


“这个成果肯定不是一蹴而就,而是前面十年的持续研究积累。”厉学广说,很多事情,第一阶段,往往比较顺利;第二阶段,稍微有点困难,但努力克服了,以为摸到底,信心十足;第三阶段,遇到困难解决不了,困顿无法突破;第四阶段,军心动摇,很多挑战项目和创业公司基本死在了这个阶段。“所以理性复盘问题在哪儿,不要迷信、不要消极非常重要。通常韧性强、科学、客观、理性的团队能活下来,做得更好,能力更强,涅槃重生。”


落地:以快“市占第一”


多年前的一段经历,让中钨高新金洲公司总经理罗春峰至今印象深刻。那是在2016年前后的多次行业展会上,他被一家日本竞争对手的高管问询,“为什么同一家客户,从捕捉客户需求到研发再到现场测试,相同时间内,你们能够做到比我们多测试两到三次?”


“我们的策略就是:以快打快。”罗春峰对《中国企业家》总结道。“金洲的市占率第一,不仅(局限)在中国内地,全球只要有PCB制造的地方,就在用金洲的产品。”


这是一个产品更新极快的领域。尽管受新冠疫情影响,全球经济承压,但疫情催生线上活动,提升了对电子产品的需求。同时 5G 基建推进,使得全球PCB产品需求呈现较为强劲的增长。未来 5G、汽车电子、工业 4.0、云端服务器等,将成为驱动PCB需求增长的新方向。


在罗春峰的切身感受中,竞争已愈发激烈,作为龙头的金洲公司,团队的危机感始终相随。


“我们时刻提醒自己,对产品的开发更新速度能不能更快。而行业也反推我们,对产品的开发一定要贴近市场需求。”他说。金洲现有330多项专利,其中发明过百项。在研发投入上,“前年是营收占比的5%、去年6%,今年的目标是7%”。


0.02mm铣刀加工不锈钢。来源:受访者


2006年,在中南大学读完材料学专业本科和研究生的罗春峰,一毕业就进入了金洲公司,此后6年一直从事技术研发工作。直到一个契机,让他与市场“接轨”。“我带领的涂层产品项目研发成功后,市场却推不动,当时的总经理找到我说,要不你自己去市场上推广一下?”


2012年,罗春峰“转战”营销管理。那一年,金洲在细分市场占有率挺进第三。2015年,金洲主力产品在韩国的市占率达到第一。2019年,东南亚市场也取得重大突破,市占率达到第一。出自罗春峰的涂层产品,已在市场上领先,并成为公司业绩贡献的“金洲法宝”之一。


2017年,中钨高新在金洲公司开展了首批职业经理人管理试点,明晰职业经理人的“责、权、利”,严格执行任期目标考核,按业绩考核兑现薪酬,建立市场化退出机制。2018年起,罗春峰开始担任金洲公司总经理。他希望通过拓展国际市场,“各区域都能做到第二、第一”。


“没想到产能翻一番。”谈及实行改革五年间金洲公司的变化,李仲泽感慨称。据其透露,如今在整个中钨高新集团中,金洲公司的营收占比1/6,利润占比1/3。相比于一般制造业6%~7%的利润率水平,金洲公司的销售利润率已接近20%。


未来:做高附加值产品


“我所焦虑的,是我们还不够快,要再快一点。”李仲泽给金洲公司提出要求。中钨高新营收水平已经位居世界前四,他希望在“十四五”之内,对标世界前三,进入世界一流阵营。“再造一个新金洲,肯定不能靠量的堆砌、靠铺产能,而是做高附加值。”李仲泽说。


新冠疫情、国际局势等已成为影响经济及产业发展的重要因素。李仲泽认为,对于中钨高新这样的全产业链公司而言,最大的机会是中国新发展格局的构建,而公司缺少的,是进一步接近用户的机会。“我们的用户是高进入门槛,而中国的(精密)刀具以前一直被国外垄断。”


“细到如0.1毫米微钻产品,全球PCB工具企业,目前只有三家可以批量交付,国内只有我们一家。”罗春峰说。金洲虽处于行业领先地位,但外部也危机四伏。一方面,是实力派老对手的紧咬不放;另一方面,新来的挑战者亦在步步紧逼。


在罗春峰眼中,竞争对手目前大致有三类:


一类是日本企业,市占率虽落后于金洲,但技术与品控水平排第一,曾长期是金洲的对标公司;第二类是台资企业,它们强调成本领先,不舍得为研发、为未来去花钱;第三类是来自内地的民营企业,成本控制做得好,但研发投入也低。


“大者恒大确实是行业的发展格局,但每家企业的路径选择不同。”罗春峰称。


他总结了金洲公司实现增长的两个引擎:一个是科技创新能力,意在“开源”;另一个则是精益生产能力,“追求成本控制,即节流”。“对手也很关心,我们的研发投入怎么达成,资产周转率怎么提高,双方的差距到底在哪儿。”罗春峰说。


另据罗春峰介绍,金洲还在研发体系上下功夫,通过设置不同层级实现不同领域和体量的创新。第一个是公司级研发项目,由研发副总主持,力求跨部门突破;第二个是部门级研发项目,“前面这两个都是以研发团队为主;第三个是技师主导,追求产线研发与突破。”


最近三年,公司自动化建设被提上日程。2019年5月,金洲公司建成了业内唯一且具有国际先进水平的自动化车间。2022年3月,自动化车间二期建成,并与之前单元形成一个工业互联生产系统。


而今,在金洲公司自动化车间中,作业人员相比传统工序已减少一半,清洗与打字工序亦实现无人化生产;车间在制品由7天降到2天,下降71.4%。


一些意想不到的市场机会也在奔来。2020年新冠疫情暴发,当时口罩产能仅为需求量的1/30。其中熔喷布是口罩的核心材料,生产它需要喷丝板,而制造喷丝板最难的部分是加工微孔,要用到能加工模具钢、不锈钢的0.2~0.35毫米微型钻头。


生产口罩用熔喷布需要喷丝板,制造喷丝板最难的部分是微孔的加工。来源:受访者


口罩需求量的暴增带来喷丝板模具、钻头需求量的暴增,形势紧迫。当年3月,金洲公司接到市场需求,开始研制钻头。在关连储备技术支撑下,通过多部门高效合作,一周后即研发成功。4月初,第一批产品铺货下线,一直到5月中下旬解决市场所需。该系列产品大量用于口罩喷丝板模具行业,一个半月时间创造销售收入约千万元。


市场增长是罗春峰最大的KPI。2019年起,金洲公司市占率开始位居第一。“行业都关注我们,加上现在国际形势错综复杂,怎么突围向前、实现既定目标、发展得更加稳健,都是我们要思考的。压力叠加,运行效率不能低,人均年度产出要不断提高,还要向日本和欧美先进制造企业看齐。”


“0.01毫米铣刀目前还未实现产业化应用。”罗春峰说。研发成功后,公司亦在努力寻找相关机会和应用场景,比如医疗领域。去年底,曾有一家海外公司联系到金洲,探讨合作可能。“这一年我们一直在思考,既然这种能力已经体现出来了,就要努力推进商业化。”罗春峰说。


去年10月以后,厉学广带领技术研发团队陆续做了几项工作。一是保证产品方面的稳定和批量生产,另一方面就是更加贴近应用需求。“我们去找行业专家聊,他们的需求是什么,我们有没有可能快速把握。大的技术方向要往哪里走,如何才能发挥研究的最大效益。”


当下,0.01毫米铣刀所体现的技术研发能力,已为金洲公司打开了更为广泛的知名度和市场空间。目前金洲极小径铣刀将直径0.02毫米及以上范围列为应用级刀具。罗春峰表示,0.01毫米铣刀的面世,直接拉动了0.02毫米及相近规格的产品出货量,“很多原来不知道我们的芯片封测和精密医疗器械企业都找过来了”。


罗春峰还表示,金洲现在大批量出货的是0.1毫米极小径微钻,跟市场上0.2毫米~0.5毫米的常规产品相比要小很多,每月出货量已达400多万支,用于加工芯片配套的封装载板,“这个是PCB工具技术要求最高,也是附加值最高的产品”。



来源:中国企业家杂志,深圳市机械行业协会,智研咨询

注:文章内的所有配图皆为网络转载图片,侵权即删!

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