工业里程碑MM崇尚顶尖技术创新

作者:JüRGEN SCHREIER 文章来源:MM《现代制造》 发布时间:2014-10-11
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MM在即将迎来其120岁生日之际,通过推出工业里程碑系列报道,介绍了其近120年来的卓越技术创新.同时也列举了国内外大小型企业为装备制造业成为经济引擎做出的巨大贡献.

MM在即将迎来其120岁生日之际,通过推出“工业里程碑”系列报道,介绍了其近120年来的卓越技术创新。同时也列举了国内外大小型企业为装备制造业成为经济引擎做出的巨大贡献。

创新性强、竞争优势大、在世界各地的主要市场上活跃——政治家和行业协会领导们都喜欢用这样的词汇评价德国企业,但欧洲统计局(EPA)的最新统计数据却表明了某种变化。2013年是欧洲企业申报专利最少的一年。向EPA递交的大约2/3的专利申报都不是来自欧洲。其中,24%专利申请来自美国,20%来自日本。德国以不到12%的比例勉强进入了第一梯队。

“盛产诗人和思想家的国度”已经蜕变成为只有诗人而没有思想家的国家了吗? 当然不是!然而专利申报的数量是否确实构成了国民经济中的创新能力的指示器,这一点仍值得怀疑。

专利申报前十列表以大型企业集团为主导,例如三星、西门子、飞利浦、巴斯夫和博世。许多中小型企业舍不得专利申报的开支和费用,因此也就不能说是创新能力不足。按照Hermann Simon的说法,他们当中也不乏有“无冕之王”。“无冕之王”是指那些在其业务领域里做出了杰出成就、但并不被广大公众熟知的企业。

装备制造业:不为人知的获胜者行业

在德国装备制造业中也自然存在此类“无名获胜者”,因为87%的本地机床制造厂商都属于中小型企业。根据行业联合会VDMA的数据显示,德国机器制造企业在2012年所获得的销售额中有大约23%的份额来源于新产品或改进型产品。在2010~2012年中,有70%的企业对至少一种产品或工艺进行了技术创新。如果是一个 “没有思想家的国度”,那么这些就都是不可能的!

这个经济分支在未来还蕴藏着何种潜力,Carl Gustav Vogel早在1894年就已经预料到了。在当时,他在图宾根的Pößneck地区创办了“Maschinenmarkt”刊物,向机床制造厂商们提供了一种新的“报价表”,并以一种创新的销售策略推向读者。

2013在EPO方面最突出的国家(TOP 10):

(1)美国[专利数:64967](2)日本[专利数:52437](3)德国[专利数:32022](4)中国[专利数:22292](5)韩国[专利数:16857](6)法国[专利数:12417](7)瑞士[专利数:7966](8)荷兰[专利数:7606](9)英国[专利数:6469(10)瑞典[专利数:5004]

而2013年在专利申请方面最为努力的当属美国。德国位列第三。

并非所有的MM冠军都来自德国

从那时起,“Maschinenmarkt”就以批判性的同情心陪伴着这个创新性的经济分支。这个经济分支不仅紧随着全球化的进展,同时也具有积极推动作用。“MM Maschinenmarkt”正是以自身120周年庆之际通过“工业里程碑”系列报道来庆贺这一点。在MM编辑们眼里,这是一座里程碑。它有可能是给120年工业发展史打上深深烙印的技术、工艺、物流或销售方面的创新。我们的十二个“冠军”(当然并非只来自德国)以其名号代表了这个里程碑。诸如Trumpf、DMG MORI或ABB等这些行业巨人与那些被称为“隐藏冠军”的小型企业并无区别,例如通过测量臂实现移动坐标测量技术的美国Faro公司。我们系列报道的这些成功故事表明了机床设备制造业的特点:孜孜以求的思索、改进和优化,偶尔也会迸发出奇思妙想的火花。

瑞典的年轻工程师Sven Wingquist在20世纪初就曾经有过这样的奇思妙想。他对手头的纺纱机的不稳定性深感失望,但这恰恰也是促成他后来取得成就的真正诱因。这位工程师在其业余时间里以双排自调心滚珠轴承为基础研发出一种全新的产品。该产品不仅可以提高纺织行业的生产效率,同时也可以提升其他工业领域的产能。他在晚间业余时间里所做的刻苦钻研的成果促成了他在1907年与其公司雇主一起作为出资方共同建立了Aktibolaget Svenska Kugellagerfabrik(SKF)公司,并出任公司首任总经理。

奇思妙想

滚动轴承技术的革新

由Wingquist所研发的角度是可移动轴承,可以实现自行调节和校准,这在当时具有决定性的优势。

日益增长的订货量证明了这位瑞典工程师的创新是正确的。由于他同时拥有两颗心(一颗为发明家之心,另一颗是销售者之心),他并不期待世界能够向他走来,而他自己却踏上了销售之途。开拓新市场很快成了SKF公司成功的秘方。Wingquist的这项创新另一个长处便是这种双排自调心滚珠轴承在能源效率方面也树立了良好的榜样,这种观点在2005年新设立的“Beyond-Zero-Portfolio”项目上也得到印证。在SKF这项环保方案上,减少CO2排放成为一个核心话题。因此,滚珠轴承先锋Wingquist同时也是生态环保先锋。

ABB公司的工程师们也在为电气驱动装置如何达到更高的能源效率而伤脑筋。通过转速调节。如果没有电子功率调节技术,就无法实现各方面的调节。1902年对汞蒸汽阀门的研制成功成为了此类调节技术的诞生时刻。Hartmann & Braun公司与BBC公司之间的合资公司于1913年承接了此项研发工作。汞蒸汽阀门的意义重大,这是因为有了此类阀门,整流器和变频器才能实现其功能。

扭矩调节技术改变了大功率驱动装置

BBC对汞蒸汽阀门的生产一直延续到1960年代中期,因为它随后被另一项大功率电子技术革新所取代,即半导体。该公司于1954年研发出第一个半导体,即锗二极管。如果没有这项技术,也就不会有变频器的诞生。通过引入晶闸管技术,以反用换流器为基础的强制整流和对变频调速电机的研发才变得有可能。

BBC公司于1964年推出了当今仍广泛使用的利用频率生成三相电流和脉冲幅度调制(PWM)等技术。但是,这项技术距离成熟并达到市场化程度,仍需要经过一段时间。直至1973年,公司才对外提供第一套采用此类技术的变频器。由此实现了对交流电机的转速和力矩的调节。

在常见的脉冲幅度调制中,通常需要对电机电压进行调制,从而延长信号处理时间。BBC公司的继承者,即ABB公司继续接手这项工作,并于1995年以直接力矩调节(DTC)为基础推出一项新的电机调节技术,这项技术改变了大功率驱动装置,延续至今。其优点是:这种方法无需采用调制器,因而可以实现比常规调节方法快十倍的反应速度,并达到对电机轴上负荷、力矩或转速变化的极快速反应。此类调速电机在造价上会比较低廉,因此它是机械调速电机的一种经济型的替代产品,构成了现代节能型驱动技术的基础。

现代机械手所需的标准和智能

没有现代驱动技术,就没有自动化技术。Schunk公司于1983年向专业界推出了标准化的工业机械手PPG,工业界终于等到了这一天。公司建立者Friedrich Schunk投入资金,为各类问题寻找相应的解决方案。

1982年,水到渠成阶段:该公司的夹持器进入了全新的市场份额状态。在那以前所开发的机器人夹持器都是笨重和昂贵的单件产品。现在领导着这家公司的Heinz-Dieter Schunk当时想把更轻型、更紧凑、更精确和更便宜的夹持器推向市场,因此在一年之后他的想法便变成了现实。世界上首套带有十字钩机构的标准化工业机械手由此面世。后续的机械手技术创新便接二连三地出现。在2012年,Schunk公司把眼光投向了未来。在最新一版的类人机械手上,其腕关节完全由电子线路所集成,由此可以实现极为紧凑的技术方案。

气焊技术成为Kuka公司的命运

如果没有机械手技术,就没有高效的机器人:Kuka公司的机器人系统自然亦是如此。当Kuka公司于1989年成立时,机器人系统还是一种很遥远的技术。气焊技术当时初露端倪,便被Kuka公司用于生产。这一主题就像一根红线贯穿着该公司的整个历史。容器制造行业必须具备焊接和切割。人们从1920年开始了大型容器的制造。从锅炉和容器制造以及车身上部构造的生产,一直到社区垃圾和服务车辆的制造,这只是很小的一步,但在很长时间里却与Kuka这个名字紧密相连。

轻型机器人为自动化技术开辟了新纪元

自动化技术的最初尝试始于1956年。Kuka公司电焊设备部门制造了第一批针对电冰箱和洗衣机的全自动焊接设备并向大众汽车公司提供了第一条多点焊接生产线。1971年该公司真正开始了机器人化焊接技术的应用。戴姆勒公司建起了欧洲第一条机器人焊接传送生产线,但当时所配备的仍然是美国Unimation机器人产品。将来应该采用自己的机器人。被称为“Famulus”的首台样机在功能上尚有欠缺,后续的载荷能力达到60kg的IR 6/60型机器人在功能上得到了改进。

Kuka公司在1996年汉诺威展览会上,以一种操作舒适的控制系统使得当时所展出的新型机器人大放光彩。在此基础上,Kuka公司也获得了能够把机械与控制技术融合到新一代机器人中去的基本条件。基于德国宇航中心(DLR)的轻型机器人研发项目(LBR),第四代LBR 4机器人被研制出来。改款机器人仅重14kg,其有效载荷为7kg,并拥有一种可编程的挠性。通过内置的传感装置,机器人能够对外力作出屈服的反应。轻型机器人的继续发展在2013年汇入到“里程碑”式的机器人LBR iiwa里。所设计的此款机器人具有人机协作特性,通过采用LBR iiwa机器人,以往无法投入使用机器人的复杂装配工作得以实现。

坐标测量技术变得可移动

今天,位于佛罗里达的Faro公司直接把测量技术纳入到制造当中。Faro公司的移动式测量臂可以直接在制造流程中对设备和部件进行测量。通过这种方式可以比常规的固定式坐标测量装置更加快速地识别出生产错误。这项技术里程碑的其他优势在于较低的投资成本和测量臂的简便可操作性。

至于下一个里程碑是什么,我们的猜测是机壳!

这是因为机壳保护了电子元件,使之在制造过程中免受损伤,也保护了工人免受危险的电击。Rittal公司创建者Rudolf Loh也有同感。对他来说,除了Hailo牌家用铝质梯子和垃圾桶的制造之外,电控柜的生产应该成为该公司的第二个业务支点。迄今为止,工业企业自行拼凑电控柜的结果非常失败,因此,Loh反问自己:为何不让他们使用现成的电控柜呢。

由此,Rittal公司推出了首批AE系列电控柜产品。这项技术不仅是该企业的里程碑,同时也是整个自动化行业的里程碑。最初电控柜只有三款造型,但现在已经发展为35个品种。自1971年以来,Rittal电控柜成为大众汽车集团的标配产品。除了畅销的AE系列产品之外,还有其他产品。带有60个附属元件的PS 4000并排系统成为了1985年的独家新闻。该款产品成为了畅销全球的标准产品。IT业界也从Rittal研发者的奇思异想中受益。除了单独的计算中心技术方案之外,Rittal公司自2013年以来也开始提供标准模块化的计算中心Rimatrix。

超短脉冲激光器

当1970年Trumpf公司的决策者们从美国那里获悉可采用激光对钢板进行无接触切割时,他们的好奇心与日俱增。1979年,一台美国制造的500W激光装置首次被安装到Trumpf公司的冲压剪切机上。这件事在钣材加工企业当中激起了漩涡。由于美国的激光供应厂商也是为市场竞争服务的,因此可以肯定:必须要拥有自己的激光光源才行。在各方面的科技协助下,人们制造出了一台900W横向激光器。但是,这台激光器的激光在切割作业中很快就会被耗尽。

因此,研发工作一直在继续着:1985年Trumpf公司实现了技术突破。其自行研制的新一代CO2激光装置在EMO展会上向公众展出并引起轰动。后面的工作便接二连三地展开:一台双层结构的20W紧凑型激光装置可安装在机器人上,1998年Trumpf公司通过第一台二极管泵式刻字激光装置而进入二极管激励技术领域。1999年诞生了第一台实验室盘式激光器。这种激光器时至今日仍然是Trumpf所有大功率激光装置的基础。最新的亮点是:用于工业批量生产的超短脉冲激光器。通过采用这种脉冲发生器,可以在火柴头部上打出一个微型孔,而不会把火柴点燃。

白色压力机巨人

从微观世界到宏观世界,人们可以对如下话题和情景作此描述。这是因为Schuler公司在Göppingen、Waghäusel、Erfurt和Weingarten地区以及在中国和美国所制造的压力机相对于超短脉冲激光器来说,是名副其实的“轰鸣作响的大块头”。但是,其中也隐藏着大量的亮点。例如Schuler公司的最新技术成就,即针对汽车工业钣材和部件的成型技术的双伺服技术(TST)压力机设备。公司创立者Andreas Schuler本人也对这种“白色大块头”的所有功能惊叹不已。

尽管设备威力巨大,但是Schuler本人还是很怀念在钣材成型过程中巨大冲击力所发出的典型声响,他完全不能相信他眼前所看到的就是成型压力机。与以往的伺服压力机相比,该新型压力机的操作舒适性和刚性都有了改善。

在切割技术方面,DMG MORI公司可以说是当今世界市场上的龙头老大。该机床制造公司与日本Mori Seiki集团公司紧密相连,并常常以其技术亮点和无数的世界首创而声名鹊起。

在此背景下,DMC 85 V linear设备标志着制造技术上的一个里程碑,这是因为它是世界上第一批在所有轴上均配备了线性驱动装置的系列设备,运行完美,并在该技术领域里实现了突破,甚至在比较保守的刀具和模具制造业上亦是如此。除了速度和动力性能之外,精确的定位和工件的精度以及优越的表面质量令用户折服。因此,DMC 85 V linear技术设备可以更好地打消那些对线性驱动技术在机床制造上的应用长期持有疑虑用户的顾虑。

物流公司只需想着Linde

人们只要想着Linde,就无需理会气体,至少物流公司就是如此!Linde Material Handling公司很显然是叉车的专业厂家,虽然其发展历史是从一位Hugo Güldner先生及其PS内燃机开始的。Carl von Linde,这位赋予这家世界级集团公司名称的人,确保了这种设备的销量。1955年,Güldner公司推出一项发明,对此,技术发展史写着:流体静力技术。Linde叉车时至今日仍要把其在世界地面输送设备市场上的优越地位归功于这项技术。第一台按此配置的叉车被冠名为Hydrocar(液力车)。其特点在于力的静液传动,它无需开关便可实现向前或向后的无级全档加速。

1959年,第一台Linde叉车从Aschaffenburg生产线上下线,并在汉诺威展览会上展出。叉车配备有流体静力、双踏板控制和中央控制杆等技术装备,当时被冠以“Hubtrac”名称,并被视为是行车和操作舒适性方面的标杆,其后续所开发的叉车产品也均为如此。

曾经在一段时间里,各家制造厂商都愿意按照自己的品味去制造泵产品,而很多用户则希望所有制造厂家能够遵循某个统一的标准。鉴此,人们干脆把KSB公司的Eta系列产品确定为标准。同时,这家位于Frankenthal的厂家再对用户进行个性化区别对待。这种举措在开始阶段显得荒谬,而且这种微调对于KSB生产组织来说,也并非是一项简单的任务。但是工作按此进行:在每台泵上,用户通过旋转,可以使离心泵叶轮的外径与作业点相匹配,从而可以节省大量能源。叶轮直径的四次幂便是功率消耗数量。

一个泵的型号确定了一项国际标准

KSB公司早在1911年就已经设想 过这种里程碑式的技术方案并在Monos系列型号的泵上加以实施。但决定性的步骤则是发生在1930年代,当时Fritz Krisam博士在对单级离心泵进行整理和归类。由于其性能非常优越,这种型号的泵便获得Eta的标号,因为众所周知,希腊字母η在技术上代表着能效。该种产品于1935年进入市场。

汉诺威展会组织单位的行动也是有很高效率的。为了从一个战后杂乱无章的出口商品展会中打造出一个世界最大投资商品展览会,其实需要很多“Eta”。可能也由此促进了首届汉诺威出口商品展会的经济成就。当时便签订了2000项、价值达到3160万美元的交易订单。

德国首个出口商品展览变成为展览会出口商

在1970年代,德国强力推进展会经济。所有行业告别汉诺威,新的专业性展会在汉诺威诞生。因此,汉诺威展会便被冠名为“展会之母”。汉诺威接受了“改造”。29个市场被缩减为12个。五个新展区成为世界最大展区,也是世界主展区。

当然,汉诺威展会并不仅仅只把世界引向德国,同时它也通过自身的“展会分店”跨向远方的市场,由此从首个出口展会演变成为了展会业界的翘楚。首个外国展会于1991年在上海举行,为PTC Asia展会。自2001年以来,德国展会与中国合作伙伴共同经营了最大型的展区,即位于上海市的上海新国际会展中心。

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