策划：东方出版社丨文：日经BP社丨编辑：吕媛媛

1评价日本制造，除了要看“商品”，还要看“原材料”和“零部件”。

2日本中小企业、小规模企业拥有世界第一的精细加工技术。

3松下、索尼等大企业凭借零件、新材料生产扭亏为盈。

4钻研“纳米技术”是做好零部件生产的关键。

片山和也

片山和也：

船井综合研究所集团经理、首席顾问；中小企业诊断士

生于日本冈山县。在大型专业商社的工作器械部门创造过一流业绩后，入职船井综合研究所。在生产资料领域拥有20多年的顾问咨询经历，主要面向以零部件加工业、组合制造商为代表的中小工厂及街头工厂，以及以机械工具商社为代表的地区密着型商店。以“中小企业在国内中胜出吧！”为方针，开展抑制日本国内制造业空洞化的活动。

日本以制造立国，制造业撑起了日本经济的中心。然而近年来，有关“日本制造业已经衰落”的声音不绝于耳。事实果真如此吗？

日本制造衰落了吗？

“制造业”大致可以分为“原材料”“零部件”“商品”等几大类。它们在日本出口产品总额（约70兆日元）中的比例为1：1：2（图1）。提及日本制造，我们注意到的多是“商品”，也就是家电产品、摄像机、移动设备等。人们对这些“日本商品”的衰落议论纷纷，但是在占出口额约一半的“原材料”“零部件”方面，日本仍在全世界保有较强的竞争力。例如，为美国波音公司（Boeing）提供最新客运飞机用炭纤维的东丽公司()、为汽车轻量化提供必不可少的超高强度钢材料（高强度钢板）等的日本的钢铁生产商，在制造业舞台上几乎没有竞争对手。

图1制造业的3大分类及其占出口额的比例

日本尤其在“零部件”领域拥有较强的竞争力。比如，美国苹果公司（Apple）出品的苹果手机（iPhone）中，有50%的电子零部件产自日本。再比如，松下的车载用零部件、索尼的移动设备用图像传感器等零部件非常畅销，两家公司竟由此恢复了自身业绩。

为什么日本生产的“零部件”如此之强？因为日本的“零部件加工技术”世界第一。尤其在物联网（InternetofThings，IoT）所必需的、被称作“精细加工”的高精密领域，日本的技术更是独占鳌头。

例如，为了制造出高性能的智能手机，用于组装的电子零部件必须实现小型化。于是接下来，处理精细电子零部件的喷头（nozzle）——在喷头上开一个又小又长的开口——就成了必须攻克的难点。想象一下很容易理解，但在实际操作中，开口越小越难开得长（图2）。

超硬喷头：开口直径Φ0.15mm±0.01mm；深1.5mm；细孔放电完成；前端镜面完成。

超硬弹簧夹头：开口直径Φ0.06mm±0.01mm；深1.5mm；细孔放电完成。

图2吸附电子零部件并进行处理的精细喷头（上面2个是CAD图，下面2个是照片）。

由于对耐久性要求较高，因此需采用超硬合金制作。前端有一个0.1mm左右的微细开口。近年来电子零部件逐渐小型化，这种吸附喷头也需要利用具有更精细的开口及高长宽比（深孔）的加工技术。

当然，正因为拥有处理疑难问题的加工技术能力，才使日本掌握了iPhone电子零部件50%的市场占有率。

中小企业·小规模企业积累的精细加工技术

多数情况下，掌握这种精细加工技术的不是大企业，而是中小企业（资金在3亿日元以下或者职员在300人以下）或小规模企业（职员在20人以下）。

日本国内约有420万家公司企业，其中大型企业有1.2万家，仅占总企业数的0.3%。也就是说，日本企业中的99.7%都是中小企业和小规模企业。

从职员和附加价值的角度来看，日本职员人数中的69%、制造业附加价值中的53%都出自中小企业和小规模企业（图3）。换句话说，日本是中小企业大国，这些中小企业、小规模企业主要承担“零部件”中的“加工技术”任务。

图3日本的中小企业

以前发生过一件很有意思的事情。美国一家飞机制造商开发了一款隐形战斗机，却遇到了一个无论如何都攻克不了的难题——给机体喷涂隐形性较高的涂料时，涂料的喷射喷头无论如何都坚持不下来。当时制造商使用的是钨制喷头，硬度不够，所以换成了陶瓷制的喷头。然而，在陶瓷喷头上开一个细微的口难度非常高，需要相应的技术支持。

后来，这家美国飞机制造商将这项加工工作委托给了日本的大型企业。可惜的是，这家大型企业也满足不了美国飞机制造商的加工要求。美国飞机制造商寻遍了整个日本，才终于在一个职员只有5人的街头工厂完成了加工工作。

谷口纪男确立纳米技术

1974年，在日本东京召开的第一次生产技术国际会议（由精密工学会主办）上，当时的东京理科大学教授谷口纪男提出了“纳米技术（nanotechnology）”的概念，并展示了著名的《综合加工精度和实现年代预测表》（日文：到達限界予測）。由此，纳米技术的概念迅速传播，受到世界瞩目。

谷口纪男把纳米技术定义为“生产加工精度在1nm的产品综合生产技术”。20世纪80年代，美国麻省理工学院的K·埃里克·德雷克斯勒（KimEricDrexler）进一步发展了这一概念。

K·埃里克·德雷克斯勒在其著作《纳米技术创造的机器》中提出了一种技术。这种技术通过利用纳米自由控制原子或分子的排列来得到具有人们所期望的性质的材料、制造出具备人们所期望的功能的设备，并灵活运用于生产。此后，这一概念由克林顿总统的纳米技术倡议继承下来。

值得注意的是，领先于世界、最早提出纳米技术概念的是日本人。

谷口纪男在1974年提出的《综合加工精度和实现年代预测表》几乎对加工精度的每1位数进行了区分，将加工技术分成普通加工、精密加工、高精密加工和超精密加工4种。当时，超精密加工（纳米技术）的极限加工精度在5nm左右，谷口纪男预测2000年将达到1nm的级别。但是，该预测是站在形状尺寸加工的立场来说的，前提是物质连续性的极限是原子晶格间隔0.3nm，制造商无法完成比0.3nm还要细小的加工。

实际中的纳米技术

那么，实际的生产现场如何呢？

在半导体制造流程的世界里，以纳米为单位的加工精度得以实现。但是，半导体制造过程不过是成膜、蚀刻法（Etching）等所谓的限定形状的二次元加工。

在实际生产的三次元加工中，现在市场上出售的超精密加工机械（纳米加工机械）的尺度分辨能力大约在10nm左右。也就是说，实际的加工精度达到了100nm（0.1μm）的级别。此外，超精密加工的领域在用途上非常受限。前文提及的利用纳米加工机械制造的主要产品中，透镜、镜头用金属模具、镜片等光学系的金属模具和零部件占了大半。

与此相对，近几年来比超精密加工（纳米技术）略低一级的高精密加工（精细加工）领域的需求急速增加。这里所说的高精密加工，是指加工精度在1μm（微米）左右的加工技术。那么，加工精度为1μm左右又是什么概念呢？

用实际业务中的加工精度（加工公差）来讲，如果是0.05mm左右的加工，那么大部分的加工厂商都能顺利完成加工任务。但如果是0.03mm的话，加工产商不同，质量方面会产生显著的优劣差异。将0.01mm再分割，即到达μm级别的话，一般加工厂商很难维持加工精度。

特别是在批量生产中，维持低于0.01mm（10μm）的加工精度是实际业务中最困难的。也就是说，0.01mm级别的世界和0.001mm级别的世界是完全不同的。并且，即使是0.001mm级别（1-9μm），根据加工精度处于微米级别的后半（0.005mm以上）还是微米级别的前半（0.005mm以下），难易程度的差别也相当大（图4）。

图4实际加工精度（公差）与难易度的关系

“纳米技术”说起来容易，但在零部件加工的实际业务，尤其是实际操作中难度远比想象的要大。

Q：日本小厂拿到美国飞机制造商的订单靠的是什么？对你有哪些启发？

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