林雪萍 | 美国能重振落后的机床产业吗？

林雪萍 — 清华大学热能工程系, 北京联讯动力咨询公司总经理、中国科协智能制造学会联合体研究所副所长。|名家专栏|Famous column|Experts|

2021-12-31 10:49:58 0

美国机床落后是一个不争的事实。这一点，早在1993年，兰德智库就已经发出“美国机床的下滑与振兴”的警告。然而，之后的近三十年，随着全球化的扩张，美国制造业大幅度外包。机床作为工业母机，自然也就衰落了。

图1 挽回颓势：三十年前的呐喊

最近几年，美国制造又期望重归胜势。机床，也得到了更大的关注。美国在1月份推出的《2020财年工业能力评估》报告中，对16个产业进行评估。作为重点交叉产业，机床的发展策略，连续三年被列入讨论范围。

美国机床界的颠峰时代是在1980s前后。意味深长的是，就在1971年，以制造业立国而强盛起来的美国，第一次开始出现了贸易逆差。这个裂缝并不算大，但却成为了一个美国制造的分水岭。机床经常被称为工业母机，是绝大多数机械制造的源头；其实机床还有一种作用，那就是制造业的温度计，是满江春水的一只渡鸭，它最能敏感地感知到周围的变化。贸易逆差后的十年，当初微不足道的信号，已经变成了强大的号角。美国机床产值开始急转直下，而日本和德国则狂歌猛进，意大利作为机床强国，也跌跌撞撞地基本守护了自己的江山。

图3 四大机床强国的产值

（Source：兰德报告，1993年）

兰德智库的警告，就是发生在这个时间。1993年的报告，给出了苦口婆心的建议。但是，智库的嘴皮子，抵不过企业家的飞毛腿。美国制造商，迅速将生产基地遍布全球，也因此获得了丰厚的回报。而美国的本土制造则走向衰落，机床界也了无生气。

中国机床：无法平复的火山口

十年前，中国机床曾经有着辉煌的日子。2012年，全球第一、第二的机床厂商都是中国机床。以并购德国机床企业作为中国机床国际化的策略，也是风生水起。那个时候，人们或许以为，天下机床，大局已定。

然而，机床从来就是一个奇葩行业，不按常理出牌，尤其是在中国。后来事态的发展，证明了一件事情：全球机床行业已经成为一个成熟的市场，但中国还远远没有。尽管几乎从二十一世纪一开始（加入WTO之后的第二年，中国机床产值达到了近60亿美元，位居第一），中国就一直是最大的机床生产国和消费国。但中国的机床行业，却一直都处在一个动荡不定的火山口。二十年来，中国机床产业，并没有找到让自己平静下来的方法。2020年重组沈机后的中国通用技术集团，刚刚能静下心来规划未来机床组合的大计，人们完全可以想象，中国机床振兴之路，或许才刚刚开始。

从产值来看，2019年中国大陆和中国台湾地区的总产值为240亿美元，几乎是美国的四倍。德国、日本、意大利则尾随其后。这三个国家，基本保持了四十年前的格局。

尽管如此，美国依然保持很强的机床消费能力。以100亿美元，仅次于中国220亿美元的消费能力排名第二。但二者的差距在减小。根据美国去年出版的《2019年工业能力评估报告》提到，在2018年的时候，中国机床消费产值接近300亿美元，而美国为85亿。当时差距达到了3.5倍。美国的机床消费量在增长，说明美国制造业，对机床产品仍然是一个很有吸引力的市场。只是，它已经无法由美国机床制造商来满足。

机床是一个刺头行业，最不服管理

机床是工业母机，但也是一个刺头行业。它最不服政府管理，无论是经济手段，还是行政手段，对它似乎都不管用。它好像只遵循工程师主义。

没有任何一个行业，能像机床这样。全球第一大和第二大经济体，都是贸易逆差。美国的评估报告非常感慨，就机床而言，美国是表现最糟糕的国家，贸易逆差达到了38亿美元。全球Top20的机床厂家，美国只剩下军方力保的格里森机床和哈斯机床。中国的贸易逆差，也达到25亿美元——考虑到中国是全球最大的机床消费国——达到了220亿美元。这个将近11%比例的逆差，实在是非同寻常。中国机床实在太需要突破了。而相比而言，日本和德国的机床贸易顺差分别为70亿和60亿美元。

图6 机床贸易顺差和逆差

这几年贸易战引起制造风生水起的墨西哥、印度和越南等，也都是逆差国家。俄罗斯制造业这几年萎缩厉害，但机床照样逆差。说明这些国家制造，都要靠国外的机床来做支撑。然而，如果看那些实力强大的工业国家，例如加拿大和法国，机床也是进多出少，同样也是逆差。看起来，机床真是一个奇葩的行业，跟哪个行业都不像。

机床是一个高度情绪化的行业，几年峰顶几年谷底，有着强烈的周期性。很多机床企业，都是在谷底被绊倒了。任何一个国家的工业健康，它的心脏部位就是机床。只有靠国家的大力和精准的扶植，才能保得住这颗强大的心脏。在贸易顺差的前列，包括日本、德国、韩国、意大利和西班牙，在过去发展阶段，政府都曾起到了巨大的作用。美国人现在对此似乎也有所认同，甚至在暗示羡慕中国和欧盟的投资扶持计划。

值得关注的是，机床产业的发展，并不是靠劳动力的工资红利而保证的。许多贸易平衡为正的国家，如日本、德国、意大利、瑞士、韩国、西班牙和奥地利，几乎都不是低工资市场。这表明，机床的发展，对劳动力成本并不敏感，它并不是一个劳动力密集的产业。低工资的人力资本结构，会恶化机床的发展。

美国机床也深受SCI的毒害

任何国家工业健康的核心是其机床工业。机床行业的衰退与国内制造业的衰退是相伴而行的。

令美国焦虑的是，机床本身是机器人、自动化、精密零件的基础，不仅仅是工业，而且军火商也都是直接利益攸关方。然而，在世界上最大的21家机床制造商中，如今美国仅占两家——格里森和哈斯自动化。而相比之下，日本拥有8家，德国拥有6家。从这一点看，美国对中国机床的戒心似乎并不大。美国认为，中国为全球设计、制造和销售大量相对低成本的机床，并从更先进的地区(特别是日本、欧洲和美国)进口高端机床。但从来也不会因此放弃宣扬中国机床威胁的机会，在去年的报告中，就非常笼统地指责中国知识产权、倾销等问题。

作为最大贸易逆差国，美国机床为何在高精尖机床领域，对外依赖度如此巨大。美国机床为何发展不利？

一个重要的原因，就是大学资源的枯竭。机床研究耗时耗力，但成果却没有显示度。刊登机床相关技术的出版物，基本都是影响因子比较低的期刊。没有科学引文索引SCI因子的牵引，许多大学领导也都将机床行业视为“老技术”，更愿意将资源集中在“新领域”。美国一直是管道创新的典范，如果缺少了上游大学、研究院的创新火种，后面的制造创新就会一塌糊涂。美国机床的落败，就是这样一个明显的案例。

另外，制造资源和材料的短缺，以及人力资源缺口，都是美国机床难以产生竞争力的原因。美国家长和大学生，都更青睐一刀切的四年制（无论是否需要）。而这种教育的结果，也使得学生对于机床制造业都选择了远离。

这种人才现状，跟中国制造面临的情况，还真是一样。

而新冠疫情，导致美国成千上万的小型公司情况更加糟糕，而美国机床工业和非常依赖这些公司。而小型公司的减少，将使得大公司进一步产生更多的离岸外包。报告认为，这种企业战略会与国家利益相背离。

美国的挣扎

美国的评估报告，每年都有。在去年的报告强调了构思、设计、开发和制造先进机床的能力与民族自决之间联系的重要性。2020年的新冠病毒大流行让这一教训变得更加深刻。由于无法迅速获得生产个人防护用品和药品的工具，使美国工人无法继续工作，这不仅危害了医疗状况，也损害了各个领域的经济。

因此，在美国已经缩减规模的行业中，认为需要建立一种快速制造能力恢复机制，或者发展新的灵活制造能力，以便在有需求的时候实现快速恢复。

去年3月，国际商业银行协会联合能源部下属的橡树岭国家实验室，一起推出了“美国尖切削前沿”ACE，这是一个全国范围内的机床中心网络。它主要解决三个战略研究方向，包括提高机床的效率，实现增材和切削在一起的混合制造，以及为大型部件建立新的控制系统。而美国14个制造创新网络之一的复合材料研究院，将与ACE密切合作。实施一种全新的训练模型，完全超越当前的CAD/CAM。

应该说，这些修补对于美国机床界的发展，作用并不明显。美国机床有自身的发展节奏。美国机床有三个优秀生，一个是宠儿——格里森齿轮机床，靠着数学家打底，成为曲面加工之王；一个是哈斯自动化，这是美国机床界非常少见，能以经济型机床而存活下来；一个是悄无声息的哈挺机床，在过去25年，通过收购拥有了八个磨削品牌的的精密磨床兵团，在欧美中小型超精密加工市场占据80%的市场份额。其它都是一些非常小众的机床，例如善能的珩磨机、福禄水刀等。还有一些独家兵器，可以为美国太空探索提供服务。例如，美国正在建造的下一代巨型光学红外天文台，将于2027年在智利投入使用，据信将改变眺望太空的历史。那里使用的巨型麦哲伦望远镜的支架，至关重要。做为望远镜的心脏和灵魂，支架重达18000吨，唯有美国英格索尔机床的重型铣削方能胜任。就在三月底，英格索尔刚刚在美国伊利诺伊州破土建造工厂，这座立式龙门铣将是该州最大的机床。当然，英格索尔现在已经“不美国”了。它早在世纪之初的那次机床波谷的时候，就被意大利一家做压缩机的集团给收购了。

美国机床也在尝试另外一个方向，那就是与新兴产业的加工相结合。如半导体设备、医疗设备。美国第二大半导体设备制造商泛林Lam，已经收购了德国一家磨床。半导体设备与机床的结合点，非常值得寻味，这是美国机床的机会。而在医疗器械的精密化发展方面，也给美国机床带来了跃跃欲试的期望。

小结：机床的奥秘

随着工业自动化和数字化程度的提高，对机床可靠性、精度和生产时间，都有了更大、更高的诉求，数控机床显然有着更好的发展空间。

机床为什么在美国发展不好？这跟机床的战略投资品的属性也有关系。机床本身是一个高度分层的包容性概念，低端和高端产品的属性差异巨大——正如“地球”这个概念会让人忽视了赤道与北极的温度差异。低端机床是标准化工业品，而高端机床则是价高量寡的精致艺术品，二者的发力点完全不同。而华尔街的金融家们，既看不上低端机床那少得可怜的利润率，又看不上高端机床那少得可怜的销售额。于是，机床在美国就成为一个必然被舍弃的产业。这也给中国机床的产业发展，留下一个重要的启示：高端机床在中国是战略物资，不要像斤斤计较的菜农那样，每天都盯着它挣了多少钱。高端机床的发展规律，与GDP思维是背道而驰。它既没有量，也无法保障持续增长。而追赶者对待它最好的方法，则是从国家利益和安全战略的角度，而非仅仅从利润出发。当年三星、LG能够在不可一世的日本液晶面板厂商手中，抢到主导权并彻底将日本挤出市场，靠的不是成本利润观，而是面向未来的投资战略观。所谓“液晶逆周期”投资，并非完全是企业家之功，与其说是一个企业的格局魄力，不如说是一个国家的战略定力。这是落后者必须要为未来付出的代价。机床的门道——远看是机械，近看是工艺，细看是数学。以齿轮机床为例，唯有将机械的齿轮啮合原理，与微分几何——这是南开大学丘成桐等数学家的天下——相互交融才能成就一方天地。造就各种齿轮稀奇古怪的钢齿铜牙，需要材料、刀具、整机组件，最后则还要靠数学家的方程式作为支撑。而这背后的产业链条发展规律，很难是普通管理者或者技术门外汉所能体察得到的。没有对技术的偏执狂，没有一颗懂得机床的“敬畏心”，高端机床是不太可能发展起来的。在国内，无论是昔日的秦川齿轮机布局，还是沈机的数控系统和激光器，如果不能容忍它们巨亏几年，不能看到长远技术储备的所带来的巨大价值，而是换成了盈利至上的小算盘，那么高端机床就很难胜出。而机床产业界，只能是又多了一些温润发亮的良家碧玉而已。这是高端机床发展的悲哀。在落后漫长的追赶者路上，没有技术赌徒，就没有高端机床。中国民营企业这几年反而在高端机床有所发展，某种原因也是它容忍了技术赌注的冒险精神。

而在大洋彼岸，美国机床很难再回归昔日高度，尽管这仍然是一个高度依靠机械精度和电控软、深度依赖工艺、底层依靠数学的顶级产品，但美国的数学家们、制造工厂都既无兴趣也无心力去支撑。那里，已经是整个生态的坍塌，而非单纯机床产业的失落。

美国机床，回不去了。

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