Плоскоштамповочный станок от Baier & Michels и технология ECCO TEC – комбинированный процесс прессования и прокатки для производства прецизионных деталей без образования стружки

Революция в машиностроении: как новый процесс прокатки позволяет сэкономить 80% материала

Доставка и установка 125-тонного прокатного стана для плоских штампов на заводе в Рорбахе, Обер-Рамштадт, — это гораздо больше, чем просто логистический подвиг в снежные январские выходные. За этим событием стоит фундаментальная трансформация промышленного производства, демонстрирующая, как немецкие компании должны реагировать на усиливающееся глобальное конкурентное давление. Система, разработанная компанией baier & michels, представляет собой технологический ответ на экзистенциальный вопрос: может ли высокоавтоматизированное бесщеточное производство компенсировать ценовые преимущества азиатских конкурентов, одновременно отвечая экологическим требованиям?

Технологические прорывы в производстве прецизионных деталей

Станок для прокатки плоских губок представляет собой фундаментальный сдвиг парадигмы в производстве прецизионных деталей с длинным хвостовиком. Процесс основан на принципе холодной формовки с использованием двух вращающихся в противоположных направлениях плоских валков, один из которых неподвижен, а другой перемещается горизонтально с помощью кривошипного механизма. Заготовка, расположенная между губками, постепенно формируется клиновидной геометрией валков, одновременно вращающихся и уменьшающих свою площадь поперечного сечения.

В отличие от ротационных штамповочных машин, работающих непрерывно и обеспечивающих более высокую скорость цикла, плоскоштамповочные машины предлагают решающие преимущества для средних партий и сложных геометрических форм. Основное преимущество заключается в значительно меньших инвестиционных затратах в сочетании с гибкостью, что делает этот процесс особенно подходящим для средних производственных предприятий Европы. Технология b&m-ECCO TEC, разработанная компанией baier & michels, объединяет процессы прессования и прокатки в бесстружечный производственный процесс, позволяющий изготавливать компоненты, традиционно производимые с помощью нескольких этапов механической обработки, в рамках единого интегрированного процесса.

Значение этой технологии становится очевидным только при сравнении с традиционной механической обработкой. Поршневые штоки, регулировочные шпиндели и приводные валы обычно изготавливаются путем токарной обработки, фрезерования, нарезания зубьев, термообработки и окончательной шлифовки — многоступенчатого, ресурсоемкого и энергоемкого процесса. Холодная формовка без образования стружки, напротив, практически полностью использует исходный материал, поскольку стружка не образуется. Для сложных деталей, изготовленных методом холодной формовки, можно достичь экономии материала до 80 процентов. Эта экономия приводит к значительным экологическим преимуществам: выбросы CO2 сокращаются до 67 процентов, поскольку исключаются энергоемкие процессы переработки металлической стружки, а потребность в первичных ресурсах значительно снижается.

Упрочнение материала в процессе формования обеспечивает дополнительное металлургическое преимущество. Волокна материала не разрываются; вместо этого увеличивается плотность дислокаций в кристаллических решетках, что приводит к более плотной и особенно упругой структуре поверхности. Такое упрочнение позволяет избежать необходимости в последующей обработке, такой как закалка, и одновременно обеспечивает более высокие значения прочности, чем у обработанных механическим способом компонентов. Для критически важных с точки зрения безопасности применений в гидравлических цилиндрах, где поршневые штоки подвергаются огромным сжимающим и растягивающим нагрузкам, это представляет собой значительное улучшение качества.

Стратегическое значение для немецкого машиностроения

Инвестиции в размере 20 миллионов евро от компании baier & michels, входящей в группу Würth и насчитывающей около 500 сотрудников, следует рассматривать в контексте фундаментальной угрозы промышленной базе Германии. Немецкое машиностроение, традиционно являющееся основой этой ориентированной на экспорт страны с более чем 1,2 миллионами сотрудников и долей экспорта, превышающей 70 процентов, сталкивается с систематической атакой со стороны китайских конкурентов.

В то время как доля Германии на мировом рынке экспорта машиностроительной продукции снизилась до 15,2% в период с 2013 по 2023 год, доля Китая за тот же период выросла с 14,3% до 22,1%. Этот сдвиг обусловлен не только сравнительными преимуществами в стоимости, но и активной промышленной политикой: в 2019 году китайские производители машиностроительной продукции получили прямые и косвенные субсидии в среднем в размере 15,7 млн ​​евро на компанию, что позволило им предлагать продукцию по ценам, которые иногда на 50% ниже немецких. В то же время 61% членов VDMA прогнозируют, что через пять лет их конкурентная позиция будет лишь средней или низкой.

В этих условиях решение компании baier & michels инвестировать 20 миллионов евро в свой завод в Обер-Рамштадте, идя против тенденции переноса производства за границу, представляет собой стратегический шаг. Генеральный директор Йорг Поль четко сформулировал обоснование: производственные технологии в новом цехе обладают настолько значительными преимуществами, что дальнейшие инвестиции в технологии неизбежны. Он заявил, что компания разработала практически непревзойденные продукты, которые приносят клиентам настолько большую выгоду, что, например, затраты на рабочую силу не являются первостепенным фактором.

Это утверждение раскрывает как основную дилемму, так и потенциальное решение. Структурные затраты на рабочую силу в Германии выше, чем в Азии, но высокоавтоматизированные, технологически емкие производственные процессы могут более чем компенсировать этот недостаток, если одновременно сократят время производства в восемь-десять раз и значительно снизят затраты на материалы. Таким образом, технология b&m-ECCO TEC создает конкурентное преимущество, которое невозможно воспроизвести в странах с низким уровнем заработной платы просто за счет сокращения затрат.

Яна Тишлер, руководитель отдела продаж новым клиентам в baier & michels, подчеркнула высокое рыночное давление со стороны Азии как еще один стратегический аспект. Оборудование обеспечивает безопасность производственной площадки компании в Германии, одновременно гарантируя очень короткие транспортные маршруты внутри Европы. Это утверждение указывает на структурное преимущество, которое приобретает все большее значение в связи с геополитическими событиями. Устойчивость глобальных цепочек поставок стала приоритетом после сбоев, связанных с пандемией, и геополитической напряженности. Местные или региональные цепочки создания стоимости минимизируют транспортные риски, сокращают выбросы и позволяют быстрее реагировать на потребности клиентов.

Решение о размещении производства в Германии вместо переноса производства в соседние страны ЕС или возвращения производства из Азии должно оцениваться также с макроэкономической точки зрения. Исследования показывают, что, хотя стратегия межотраслевого возвращения производства снижает зависимость, она также влечет за собой значительные потери в благосостоянии. Полное возвращение производства в Германию сократит ВВП страны почти на 10 процентов, поскольку будут утрачены преимущества специализации, обусловленные глобальным разделением труда. Тем не менее, стратегическое возвращение производства может быть выгодно в ключевых секторах с высокой добавленной стоимостью и технологической сложностью, особенно в сочетании с повышением производительности за счет технологий Индустрии 4.0.

Наша глобальная отраслевая и деловая экспертиза в области развития бизнеса, продаж и маркетинга - Изображение: Xpert.Digital

Отраслевые направления: B2B, цифровизация (от искусственного интеллекта до расширенной реальности), машиностроение, логистика, возобновляемые источники энергии и промышленность

Подробнее об этом здесь:

• Xpert Business Hub

Тематический центр с идеями и опытом:

• Платформа знаний о мировой и региональной экономике, инновациях и отраслевых тенденциях
• Сбор анализов, импульсов и справочной информации из наших приоритетных направлений
• Место для получения экспертных знаний и информации о текущих событиях в бизнесе и технологиях
• Тематический центр для компаний, желающих узнать больше о рынках, цифровизации и отраслевых инновациях

Экономическая и экологическая синергия

Присуждение немецкой премии в области устойчивого развития 2025 года подчеркивает двойную выгоду от этой технологии: экономическую эффективность и экологическую результативность. Жюри особо отметило ее вклад в сокращение потребления первичных ресурсов и повышение эффективности в секторе с высоким спросом. Укрепляя региональные цепочки создания стоимости и избегая транспортировки на большие расстояния, этот процесс также способствует сокращению выбросов.

С точки зрения промышленной политики, это сочетание имеет большое значение. Европейская таксономия и более строгие климатические цели вынуждают компании декарбонизировать свое производство. В то же время, затраты на энергию в Европе структурно растут быстрее, чем в Азии, что ставит под угрозу конкурентоспособность энергоемких отраслей. Поэтому технологии, сочетающие существенное сокращение выбросов CO2 с экономией затрат, становятся ключевым конкурентным фактором.

Эффективность использования материалов при холодной формовке влияет на несколько уровней. Во-первых, снижается прямой расход материала, что, учитывая нынешнюю нестабильную цену сырья, сразу же уменьшает производственные затраты. Во-вторых, исключаются затраты на утилизацию металлической стружки. В-третьих, значительно снижается энергопотребление, поскольку не требуется энергоемкая термообработка, а сама холодная формовка происходит при комнатной температуре. В-четвертых, более высокая точность формованных деталей позволяет достигать более жестких допусков без последующих процессов шлифовки, что приводит к дальнейшей экономии энергии и времени.

Концепция циркулярной экономики подкрепляет эти преимущества. Практически полное использование материалов минимизирует потребность в первичном сырье. В то же время, компоненты, изготовленные методом холодной формовки, более долговечны благодаря повышенной прочности, что продлевает срок службы изделий и снижает потребление ресурсов на протяжении всего периода их эксплуатации. Исследования показывают, что сокращение выбросов CO2 до 30 процентов может быть достигнуто за счет продления срока службы компонентов посредством оптимизации производственных процессов.

Области применения и промышленное значение

Значение технологии плоской штамповки становится очевидным из областей применения изготавливаемых прецизионных деталей. Поршневые штоки являются ключевыми компонентами гидравлических цилиндров, используемых в строительной технике, горнодобывающем оборудовании, морских установках и промышленных прессах. Эти цилиндры преобразуют гидравлическое давление в механическую силу и должны выдерживать экстремальные нагрузки. Качество поршневого штока — его чистота поверхности, прямолинейность, твердость и прочность — в значительной степени определяет эксплуатационную надежность и срок службы всей гидравлической системы.

Приводные шпиндели и валы используются в станках, системах позиционирования и редукторах. Они передают крутящий момент или преобразуют вращение в линейное движение, требуя высочайшей точности и несущей способности. Возможность изготовления таких компонентов без механической обработки, со сложными профилями и переменными диаметрами вдоль продольной оси, открывает новые возможности для конструкторов в области облегченных конструкций и функционально-интегрированного проектирования.

Рынок этих компонентов значителен. Только мировой рынок гидравлических цилиндров оценивается в несколько миллиардов евро в год, при этом растущий спрос обусловлен расширением использования возобновляемых источников энергии, инфраструктурными проектами и промышленной автоматизацией. Возможность производить эти детали значительно быстрее, экономичнее и экологичнее не только дает производителям конкурентное преимущество, но и снижает затраты по всей цепочке создания стоимости.

Это особенно актуально в контексте электромобильности и облегченных конструкций. Холодная формовка позволяет создавать более легкие компоненты с той же прочностью или большей прочностью при том же весе. Это критически важно для систем электропривода и аккумуляторных батарей, где каждый сэкономленный килограмм увеличивает запас хода или уменьшает емкость батареи. Холодная формовка также позволяет использовать более экономичные базовые материалы, которые приобретают необходимые механические свойства в процессе формовки.

Логистические сложности и операционная сложность

Транспортировка и установка 125-тонной машины наглядно демонстрируют сложность крупномасштабных промышленных проектов. Тяжелый транспортер доставил 100-тонную центральную деталь из Бельгии в Рорбах за три ночи, в сопровождении шести других грузовиков, перевозивших дополнительные компоненты. Для подъема детали через крышу недавно построенного заводского здания потребовались специальные краны. Несмотря на тщательное планирование, задержки с прибытием кровельщиков из-за зимних дорожных условий и трудности с демонтажем стационарно установленных элементов крыши привели к четырехчасовой задержке.

Эти проблемы являются симптомом требований современных производственных систем. Сама машина была изготовлена ​​в Бельгии, а производственный цех параллельно строился в Рорбахе – пример международного разделения труда, даже в европейских проектах. Координация строительства цеха, изготовления машины, транспортировки, сборки крана и окончательной установки требует точного управления проектом и привлечения многочисленных специалистов.

После установки оборудования начинается этап ввода в эксплуатацию и запуска производства. В ходе этого этапа запуска необходимо оптимизировать параметры процесса, настроить инструменты и обучить персонал до тех пор, пока не будет достигнута готовность к серийному производству и не будут надежно реализованы целевые циклы производства.

Цифровизация и интеграция Индустрии 4.0

Современные прокатные станы все чаще оснащаются функциями Индустрии 4.0. Датчики регистрируют параметры процесса в режиме реального времени, самообучающиеся системы управления автономно компенсируют специфические для материала вариации, а данные инструмента автоматически считываются с помощью кода DMC. Такая цифровая интеграция обеспечивает отслеживаемость деталей, прогнозируемое техническое обслуживание и непрерывную оптимизацию процесса.

Разработанная компанией Baier & Michels система самообучения представляет собой уникальное конкурентное преимущество. Такие адаптивные системы имеют решающее значение для прибыльности, поскольку они сокращают брак, уменьшают время переналадки и максимизируют использование производственных мощностей. В отрасли, где маржа сокращается из-за ценового давления, разница между 85 и 95 процентами использования производственных мощностей может означать разницу между прибылью и убытком.

Цифровизация также открывает новые бизнес-модели. Удаленное техническое обслуживание, прогнозирующее техническое обслуживание и консультации по процессам на основе данных могут предлагаться в качестве дополнительных услуг. Интеграция оборудования с системой планирования производства позволяет вносить корректировки в режиме, близком к реальному времени, в связи с колебаниями заказов и оптимизировать управление цепочкой поставок.

Компания среднего размера демонстрирует, как это делается: план повышения конкурентоспособности Германии

Развитие компании Baier & Michels демонстрирует возможный путь развития немецкого машиностроения: технологическое лидерство за счет инноваций в процессах, устойчивое развитие как отличительная черта и стратегическая безопасность площадки за счет резкого повышения производительности. Успех этой стратегии зависит от нескольких факторов.

Во-первых, политическая основа должна быть правильной. Стоимость энергии, бюрократия, налоговое бремя и качество инфраструктуры являются ключевыми факторами, определяющими привлекательность региона. Немецкая федерация машиностроения (VDMA) справедливо призывает к фундаментальным реформам: улучшению инфраструктуры, повышению международной конкурентоспособности налоговой системы, сокращению нормативных препятствий и обеспечению доступных цен на энергоносители. Без этих структурных улучшений технологического превосходства отдельных компаний будет недостаточно для стабилизации региона в целом.

Во-вторых, масштабирование имеет решающее значение. Технология b&m-ECCO TEC должна закрепиться на рынке и применяться в значительных количествах, чтобы добиться широкого распространения. Для этого необходимы убедительные отзывы клиентов, передача технологий и, возможно, лицензирование другим производителям. Группа Würth, обладающая глобальной сетью и финансовой мощью, может выступить в качестве мультипликатора в этом процессе.

В-третьих, необходимо поддерживать интенсивность исследований и разработок. 28 000 часов работы над разработкой нынешней машины демонстрируют необходимость непрерывных инноваций. Государственное финансирование исследований, сотрудничество с университетами и научно-исследовательскими институтами, а также защита интеллектуальной собственности являются важнейшими факторами успеха.

В-четвертых, нельзя игнорировать зависимость от китайского рынка. Китай является вторым по значимости экспортным рынком для немецкой машиностроительной отрасли и одновременно важнейшим поставщиком машиностроительной продукции для Германии. Одностороннее разъединение приведет к значительным потерям в благосостоянии. Поэтому стратегия должна предусматривать баланс между диверсификацией рынков сбыта, повышением конкурентоспособности в Европе и выборочным сотрудничеством с Китаем в некритических областях.

Поэтому установка крупнейшего в мире станка для прокатки плоских штампов в Рорбахе — это не просто технический шедевр. Это заявление о будущей жизнеспособности Германии как промышленного центра — доказательство того, что страны с высоким уровнем заработной платы могут конкурировать на мировом рынке благодаря инновациям, устойчивому развитию и технологическому совершенству. Станет ли этот пример прецедентом или останется исключением, станет ясно в ближайшие годы. Одно можно сказать наверняка: гонка не проиграна, но разрыв с конкурентами сокращается с каждой отложенной реформой и каждой упущенной инвестицией.

Konrad Wolfenstein

Буду рад стать вашим личным консультантом.

связаться со мной под Wolfenstein ∂ xpert.Digital

позвоните мне под +49 89 674 804 (Мюнхен)

LinkedIn