嵌入式系统是一种为特定应用而设计的专用计算机系统,其特点是专用性强,相对封闭,系统资源有限。嵌入式系统的这些特征深深影响到数控系统的开发,在此技术轨道上,先进入者对后进入者形成了很高的技术和资产壁垒,后进入者想要开发数控系统是非常困难的,不仅缺乏有效的供应链,还会因为缺乏技术积累容易被领先者扼杀在“摇篮”里。这就是中国在上世纪80~90年代靠技术引进和市场洞开的条件下怎么也做不出数控系统的原因,也是朱志浩在2006年对自主开发国产数控系统没有信心的主要原因之一。
PC平台的系统相比于嵌入式系统,最本质的区别在于软硬件的结合程度,嵌入式系统的软硬件结合非常紧密,而PC系统则可实现软硬件分离。这就意味着数控系统制造商可以直接在个人计算机的基础上进行软件开发,不用在硬件设计和建立供应链上花精力。而且PC系统平台拥有更优越的计算能力,硬件的升级换代更快。
A公司的数控系统就是采用的PC系统平台,它让朱志浩兴奋,因为它为后进入者带来一个绕开嵌入式系统领先者优势的机会:可以外购PC主板(CPU),不需要专门设计硬件并拥有专门的芯片供应商,于是可以把更多的精力集中于算法的研究和软件的开发。
2007年10月,沈阳机床集团设计研究院有限公司上海分公司正式成立,朱志浩担任研究院副院长,全权负责上海分公司(以下简称上海团队)。公司成立后,7名技术开发人员也立即进入了高强度的学习阶段。第一站是沈阳机床集团的车间现场,在那里,他们第一次对数控机床是什么有了客观的概念。一个月后,7人又被派去欧洲A公司接受数控系统的基础知识培训。
这种学习方式,让刚毕业的年轻人从一开始就接触到了数控系统最本源的理论,从而形成了一种原始的、没有框架的、最基础的创新的可能性。在后来的开发中,大家敢在基础的理论上发挥想象,发散性的思维,也在这个过程中被慢慢培养起来。
2008年1月,完成培训回国后,上海团队即刻投入到合资公司的产品合作开发当中。合作开发中,由A公司打包向上海团队提供底层技术,包括控制系统、总线、驱动器和接口等。但所有的数据和代码一律不向中方开放,唯一开放的内容是人机界面和译码的一部分,上海团队可以在对方提供的开发包上进行二次开发,但这些工作都没有涉及到数控系统最核心的部分,只是边缘性开发,例如修改用户界面中的文字或图标颜色。
除此之外,A公司的高层还对上海团队有很强的防范心理,拒绝与中方的技术人员探讨任何有关技术问题的细节,同时也禁止他们的工程师对这方面的内容做出介绍。
经过大半年的合作,上海团队深刻地意识到“市场换技术”的方式其实根本没有换来技术,因为外方根本就不会把核心技术交给自己。想要掌握核心技术,就只有自主研发一条路可以走。
真正导致双方矛盾激化的焦点在于产品开发理念。朱志浩与机床用户打交道近20年,他坚持认为产品开发要面对客户,这样产品才能卖出去。而A公司一直占据高端市场,完全站在产品的角度看问题,完全不管中国市场是否接受,专注于高精尖技术。
2008年下半年,朱志浩私下询问团队成员,如果完全自己做一个数控系统有没有把握,已经具备一定基础知识的开发人员回答说,可以,但是需要时间。于是,朱志浩决定甩开A公司自己干。不过,这样做就让关锡友不得不经历一个“漫长”的等待过程。
令人崩溃的“漫长”等待
2008年下半年,朱志浩决定自主开发数控系统,并开始组建一个完全进行自主开发的团队,除了原先的几位“元老”,又招进更多的新人。因为当时受到和A公司的合同束缚,这个新团队只能悄悄地进行“地下”开发工作,每次有A公司或者沈机的领导来视察,朱志浩就给这个小团队放假,或把门锁上。直到后来老莫(A公司老板)和老朱干掰了以后,老莫才明白他们在走自己的路。
从2008年下半年开始自主开发,差不多4年时间里,朱志浩并没有什么特别苦恼的事,他说真正的问题是得一步步走下去,“沈机这边真没有给我们特别大的压力,压力都是关老板去扛着了。”但是朱志浩坦白地说,那时应该怎么走、能走到什么程度,心里是没有谱的。
面临巨大的不确定性,只有一件事是肯定的,就是与外国企业的合作是一条死路。朱志浩说,因为关锡友最初也没想到数控系统完全可以自己做出来,“所以他一直说我是在偷偷地干。”但不论怎样,关锡友仍然坚持对朱志浩的信任和承诺:不干预。
对此,朱志浩深感这种信任的宝贵和难得,直到2015年6月还说:“如果过程中间关锡友被换掉了,我们就夭折了。我做的这七八年中,我身边的朋友不断跟我说这个,问我孤注一掷值不值得,国有企业的领导说换就换了。换了就没有第二个人会以这种模式同意你这么做下去。”
从2007年到2012年,上海团队处于完全的埋头研发状态。5年间,关锡友除了等待结果,没有任何其他办法。尤其是2012年,是关锡友最难过的一年:对数控开发项目的投资已经是第5年,上海团队已经花掉五六亿元,沈阳的库房里还有一堆做实验报废的机床,但关锡友却看不到成果。
“老朱找我说又没钱了,还要3800万,我问你都花哪去了?这也看不着啊,他那除了计算机啥也没有。他说废品都给扔了,我说你得留着啊,审计要查就跟他说花这上面了啊……我不知道老朱承担了多少压力,我承担的压力就是没法交待。”
关锡友甚至琢磨着把项目断掉。他说:“后来我着急了,就跟老朱说,别人都能拼(凑),你咋不能拼(凑)一个呢?老朱就是不干。他说他不做假的,就是要整一个真的。2012年从德国回来我就告诉自己,豁出来了,就再给老朱他们投一年吧。”
“i5”诞生
当上海团队于2008年下半年开始自主开发时,他们把数控系统的核心研发项目命名为Nut(i5最初的工程代号)。这个名称包含着两层含义。
第一层含义是美国俚语中的“傻瓜”,因为在和A公司的合作过程中,中方的开发人员经常感到对方把自己当傻子一样糊弄;
第二层含义则是“坚果”,上海团队不信自己啃不下来这颗坚果。
结果没有悬念,上海团队开发的数控系统成功了。
2010年12月,上海团队突破了整体系统架构。
2010年12月,第一套Nut实验系统测试成功。
2011年6月,第一台Nut样机成功搭载在VMC(立式加工中心)系列机床上。
到2012年,上海团队开始着手推进整个系统的工程化开发,第一台自主研发的数控车床产品和第一台数控铣床产品前后测试成功。
如果你想从上海团队开发数控系统的过程中找到“壮举”,你会失望的。从2008年到2012年,上海团队做的就是开发出一个一个的算法,写出一行一行的代码,然后把一个一个的“空格”填满。截止到2011年年底,上海团队一共进行了1917个大小版本的数控系统更新,累计了1032条测试用例。
其中,数控核心部分拥有整体代码20余万行,核心代码2万行,核心算法50余个。在伺服驱动控制技术上拥有核心代码2万余行,核心算法20余个。大部分组件及算法因为保密没有申请著作权或专利,申请了软件著作权的非涉密组件有10项,还为3种独创的算法申请了发明专利。经过4年的努力,上海团队攻克了框架里的每一项技术,做出了所有的算法,写出了所有的代码。
中国过去“引进外国先进技术”大多不成功的原因之一,是没有人愿意转让这些凝聚着开发者自己经验和诀窍的“技术”。但更重要的原因,恐怕是这些“技术”的不可转让性。由于代码及其所反映的算法是开发者能力的体现,比如策略以及经验,所以开发者即使把代码告诉给技术接受方,后者也不明白为什么这样写,除非自己在做研发。
因此,“引进外国先进技术”只有在一种条件下才能成功:引进者自己通过自主研发积累起相当的技术能力,并且把引进的技术服务于自主研发。
比如,朱志浩之所以让关锡友等待到快要崩溃的地步,就是因为“一根筋”的他和上海团队要把自己定义的架构中的所有“空格”都由自己填满。于是,不是过程中的任何事件,而是这个过程本身,成为中国工业技术史上的一个伟大壮举——这是中国第一个这样做出来的数控系统。
上海团队的成功密码
成功不是撞大运撞出来的。从事后看,有三个要素决定了上海团队的成功,它们被证明是正确有效的指导思想、开发战略和行动原则。
其一,开发战略。
“Nut”的指导思想来自朱志浩长期形成的理念:要站在用户的角度考虑问题。朱志浩其实一直有危机感,他特别害怕他们开发的数控系统“一出来就被别人拍死在沙滩上”。能不能活下去,只能看用户是否接受。
朱志浩说:“那么用户为什么接受你?如果你和别人都一样肯定和别人没法比,就是说你做的东西能帮用户解决什么问题?”这样,上海团队就形成了一个不是挂在墙上的理念:他们的产品到了用户那里就一定要超出用户的预期,其衡量标准就是一个基本原则:要比用户原来使用的机床“好那么一点点”。
这个理念是一个朴素的想法,但它能够使上海团队不去关注与领先者的“技术差距”,也不去关注领先者是怎么做的,而是集中关注自己怎么做出来一个有用的数控系统。“比别人的好一点点”,实际上就是上海团队的技术研发战略,朴素、简单,但却包含极其强大的逻辑和力量。
其二,没有被框子束缚的团队。
都来自机床及其数控系统之外的专业。这样的优势在于:
一方面,团队年轻成员们是从本源和最基础的地方开始接触机床数控系统的,没有既定的观念和概念束缚;
另一方面,他们都具有与数控相关的专业背景和知识基础。
因此,这些年轻工程师,
一是从来没有对外国领先者的恐惧;
二是从来没有必须按什么套路或技术特征来解决问题的意识;
三是这些多数来自信息技术其他领域的年轻人,其选择的技术路线和解决方案会自发地向信息技术的计算机和网络主流靠拢。
其三,只做用于沈机机床的非广谱数控系统。
从一开始,上海团队就把数控系统的研发方向限定为只适配于沈机的机床,即非广谱的数控系统。这是一个后进入者的现实选择。外国数控系统巨头提供的数控系统是针对所有的机床企业,即广谱系统。上海团队知道自己在短期内在广谱系统上拼不过那些巨头,利用被广谱系统牺牲掉的专用效率的市场缝隙,专攻用户最关心的速度、效率、精度。
在这个语境中,沈机提供的支持就愈发显现出强大:
第一,他们在机床领域的深厚经验积累成为上海团队开发数控系统的机床经验基础;
第二,沈机每年销售2万多台数控机床,是数控系统的一个“巨大”市场,上海团队的系统不用发愁刚从实验室出来就可能被枪毙;
最后是一个“意外”,由于专注适配沈机的机床,最终开发出来的数控系统与机床的机械结构高度耦合,为智能、互联提供了绝妙的技术条件。
产业升级“水到渠成”
当在2013年被证明可用之后,甚至当2014年2月在上海机床展上正式推出之后,“i5”数控机床并没有得到业内专家的认可,但用户的反馈仍然给了沈机信心。“i5”数控机床进入市场的先驱用户是那些民营制造企业,那些老板们很现实,只要机器好用就行,没有什么“发那科”、“西门子”情结。
外国巨头的反应非常快。发那科原来给沈机的立式加工中心配套的数控系统,价格是一套9万多元,多年来从未动过。当i5数控系统在沈机的“市场”上开始替代发那科的系统后,发那科于2015年4月发狠把这款系统直降到7万元,降幅达20%多,而且降价趋势还在继续。可以肯定,i5数控系统为中国工业节省的成本很快就会大大超过开发它的研发投入。
“以前中国那么多家企业都在做数控,也没见这些巨头有什么动静,也许是觉得中国没戏吧。”到2015年,西门子和发那科都已经在重点关注沈机。发那科的代理商告诉关锡友,“我们现在每个月要开一次会,跟踪你们最新的东西。”驻沈阳的西门子首席代表定期访问沈机,并悻悻地对关锡友说,i5智能数控系统的概念应该产生于西门子,而不是沈阳机床集团。
最高的“奖励”来自老莫(A公司老板),看完2015年机床展后对关锡友说的一句话:“关,你做成了!”
2015年下半年是中国经济增长放缓非常明显的时候,全球的机床工业都在经历衰退,中国机床工业也被认为是出现产能过剩。而“i5”数控机床的销量,却在这时“逆势上扬”?
何况,“i5”是一个新进入市场的数控系统,在通常情况下,新进入者的数控系统需要经过与市场多年互动的改进,才可能站稳脚跟,逐步扩大销售。“i5”数控机床推出后的第二年就开始畅销,确实算个不大不小的奇迹。原因有三:新产品、新市场和新商业模式。
新产品。“i5”数控系统的出世,激发起沈机的产品开发动力。2015年,沈机针对“i5”数控系统开发了一系列的新产品:比如i5M1智能高速钻攻中心,i5T1通用型智能车床,i5M8智能五轴立式加工中心……虽然许多产品进入市场不足一年,但也足以说明“i5”数控系统带来的“化学反应”。
新市场。“i5”数控机床目前的主要销售市场,不是被外国数控系统主导的大用户,而是边缘市场用户。“i5”数控机床的已有用户主要分布在江浙地区和珠三角一带(零星用户已遍及全国),以民营企业为主,用户总数已达数百家。如前所述,这些企业非常现实,不管数控系统是不是外国的,只要机床能帮它们增值、好用就买,而且再买。
例如,浙江片区用户的重复购买率达到64%。珠三角地区的用户集中在3C(通信和消费电子)行业。在苹果手机iPhone的带动下,智能手机纷纷开始采用金属机身,于是机床开始取代注塑机,逐渐形成3C行业的制造产业链。据不完全统计,广东地区用于加工电子产品金属机身的机床就多达30万台。
沈机专门为3C行业量身定制了M1智能高速钻攻中心,其加工精度、效率与使用发那科和西门子数控系统的机床不相上下,而且占地面积小,成为“i5”数控机床销量增长的主力。
新商业模式。i5数控机床在市场放缓时销量迅速增加的另一个主要原因是沈机开始采用新的商业模式:租赁。机床采取租赁方式并不容易,最难的是无法对用户进行准确的成本核算,租金难定。“i5”数控机床以其智能、互联的特性解决了这个难题,所以成为世界上第一个可以采用租赁方式大批量供货的机床。
2015年下半年,3C行业的订单骤然下降,很多民营企业不愿意冒风险购置机床设备,于是沈机的租赁模式受到欢迎,它使制造企业可以在有订单的时候租赁机床进行生产,行情不好时可以退还机床,转向其他行业。因此,即使整个行业呈现下滑趋势,沈机i5数控机床的销售量依然有增无减。2015年下半年,在珠三角地区以租赁形式售出的数控机床占到了总销量的80%。
发人深思的是,新的商业模式反过来又对产品的设计和开发产生了影响。例如沈机针对租赁模式专门开发的M8系列产品,特点是机床机身架构不变,但工作台及其功能部件可以拆卸重构,于是一个机身可以变成8个机种,包括钻攻、卧式车铣、立式车铣、倒立车、五轴联动等,可以加工非常不同的产品。
开发这种快速可重构机床的目的是适应租赁方式下的灵活性,一个用户完成某种产品加工之后既可以自行更换工作台以加工另一种产品,也可以在某个用户完成自己的加工任务退租后,由沈机拉回机床更换工作台,再租给另一家用户加工其他的产品。
在对i5数控机床的需求出现爆炸式增长的同时,市场对沈机原有型号机床的需求却剧减。这个变化趋势发生在整个机床工业和沈机都面临亏损的困难关头。关锡友显然把加大产品结构调整力度看作是扭转逆势的唯一出路,于是他在2015年年末下了一道让全集团瞠目的命令:2016年i5数控机床要干到2万台。
这意味着沈机的数控机床将以采用“i5”系统为主,外国数控系统在中国多年来的最大用户将“沦陷”给中国的数控系统。
2016年注定是“关老大”、“朱老师”和整个沈阳机床集团的繁忙一年。年初时,甚至连沈机管理层的多数人都不相信2016年能干到2万台i5机床,但现在这种怀疑已经烟消云散,只剩下克服产能“瓶颈”的甜蜜烦恼了。