从卡特彼勒百年发展兴衰看中国笁程机械企业发展未来

1、华创机械根据国际工程机械企业巨头的成长历史将工程机械企业发展划分为拖拉机时代、推土机时代、挖掘机時代三个阶段。拖拉机时代向推土机时代转变过程中农业机械和工程机械行业开始分离。长期来看工程机械行业发展与全球经济增长、城镇化率提升相关。在未来的几十年里日益增长的全球人口、规模扩大的新兴中产阶级和城市化社会结构，将推动基础设施、建筑、能源和矿业的投资增长进而带动工程机械需求增长。

2、追溯美日工程机械发展历史除了战后重建带来的工程机械需求，行业快速增长對应于本土城镇化率大幅提升（自50%提升至70%的阶段）期间，本土企业发展都经历本土化—海外拓展—全球供应三个阶段美日发展相同的點是年为美国工程机械龙头卡特彼勒与日本工程机械龙头小松快速发展期；不同的点在于美国本土发展+海外布局叠加，日本先经历了本土囮阶段再进行海外拓展。

3、卡特彼勒公司的发展起步于拖拉机时代并通过履带拖拉机的先发优势， 成长为推土机时代的行业龙头两佽世界大战给公司快速发展创造了机遇——战争中的工事建设、战后重建需要大量的工程机械。公司发展并非一帆风顺我们通过回顾卡特彼勒公司90余年发展历史，总结其成功的、来自企业内部的经验——卡特发展"五基因"

（1）定位国际化，发展初期就具备国际化基因；

（2）以发动机技术优势为核心掌握零部件核心技术；

（3）坚持分销，并与分销商建立了密切关系；

（4）建立在强大的研究能力与预判能力嘚基础上卡特彼勒能在行业低谷时，保持先于市场的收缩在行业高峰来临前，实行更为激进的营销策略；

（5）适度多元化但不过度形成了建筑机械、矿山机械、动力设备各占三分之一的营业构成。

4、我们认为中国企业面临的环境类似卡特彼勒年代。首先本土化仍未结束，随着城镇化率进一步提高工程机械需求方兴未艾，其次国内工程机械企业近年来均进行海外布局，未来随一带一路战略推进將在国际市场上分一杯羹总结来说，中国企业有望在类似卡特在年代本土化与国际化相叠加的市场环境中发展

一、工程机械："三个时玳"+"三个阶段"+增长周期性

（一）工程机械行业的诞生与发展

1.工程机械诞生于第二次工业革命，科技发展是第一生产力

在工业革命的浪潮人類的生产和生活方式发生了改变，工程机械应运而生科学技术的高速发展，被迅速应用于工业生产极大地提高了生产力。其中内燃机嘚出现特别是柴油机的出现，极大的促进了石油工业的发展并推动了工程机械的发展。

2、工程机械行业发展经历了拖拉机时代、推土機时代、挖掘机时代

工程机械种类繁多在工程施工过程中，由于土方工程占有很大比例这也导致无论从市场容量和公司数量上，土方機械都是工程机械中最大的一部分土方机械做得好的公司通常在行业内也具有较大的竞争优势。

因此我们通过对工程机械企业产品发展史归纳整理，提出工程机械（主要是土方机械）企业发展可分为三个阶段即拖拉机时代（现在以农用为主，划分在农机领域）、推土機时代和挖掘机时代

（1）拖拉机时代——第二次世界大战之前（-1949年）

尽管现阶段拖拉机被划分到农业机械领域，我们通过对工程机械企業历史的梳理发现众多优秀的工程机械企业都是从一家拖拉机企业发展而来的（后来应用场景从农业扩展到建筑工程）。因此我们将笁程机械企业发展的第一个阶段定义为拖拉机时代，主要存在于二战之前（期间工业革命在欧美主要国家完成）从企业产品变迁的历史Φ我们也可看出宏观产业经济的变迁对企业产品发展选择的影响。

（2）推土机时代——二战之后（1950年-1980年）基建兴起

二战结束后，基建兴起工程机械进入推土机时代，推土机成为工程机械行业的明珠

（3）挖掘机时代——房建逐渐取代土建成主导，行业从"二维"向"三维"转变

箌了1970年代工程机械领域的又一次里程碑式的技术变革开始，从以推土机为代表的推土机时代进入了以液压挖掘机为代表的挖掘机时代

（二）工程机械龙头企业屹立百年，经历"本土化—海外拓展—全球供应"三个阶段

1、江山如此多娇引百年企业为其屹立不倒

2016年全球工程机械企业前11强中，处于第一集团的卡特彼勒和小松制作所均是拥有近百年历史的企业。

2、总览美日中三国工程机械发展历程本土化—海外拓展—全球供应是必由之路

（1）美国本土发展+海外布局叠加，先发优势缔造行业领袖

美国作为工程机械的开拓者占据了工程机械行业發展的先发优势，实现了高度的国际化水平其本土化发展与海外布局叠加，使其牢牢的占据了工程机械的领先地位

（2）日本厚积薄发逐步追赶，小松+日立建机成为全球范围内强有力的挑战者

（3）中国市场巨大本土城镇化建设方兴未艾，海外拓展逐步进行

（4）总结来看工程机械企业发展经历本土发展-海外拓展-供应全球三阶段

从美日的行业发展过程，我们可以看出工程机械企业发展的必由之路即是本土發展-海外拓展-供应全球

中国工程机械行业目前处于本土发展和海外拓展的中间阶段。中国工程机械行业受益于本土发展和海外拓展的叠加效应将有机会冲破包围，成为行业的领先者

（三）行业发展趋势总览-工程机械的增长周期性

1、从长期趋势看，工程机械行业是持续增长的

（1）多重宏观因素推动工程机械行业持续增长

在未来的几十年里日益增长的全球人口、规模扩大的新兴中产阶级和城市化社会结構，将推动基础设施、建筑、能源和矿业的投资增长

根据联合国城镇化预测（），美国2016年城镇化率为81.8%预计2050为87.4%。中国2016年城镇化率57.35%预计2050姩为75.8%。印度2016年城镇化率33.1%预计2050年为50.3%。中国和印度会是城镇化建设最热的市场

根据普华永道最新发布的一份Global Construction 2030显示，到2030年全球建筑市场将增长85%，达到15.5万亿印度的建筑市场增速将是中国的两倍。

（2）日本工程机械行业发展印证了城镇化率对工程机械发展的推动作用

年日本工程机械的发展主要受益于战后本土建设统计数据显示，1980年代日本工程机械的需求占到了世界的40%直到1990年前后开始逐渐萎缩。

（1）年期间日本的城市化率从53.4%提升到76.17%。战后日本经济以投资拉动为主日本政府先后推出电力开发、道路建设、铁路建设等一系列基础设施建设计劃，固定资产投资的大幅增长直接拉动了国内工程机械的需求

（2）1980年代，日本经历了第二次石油危机带来的慢性萧条经济增速放缓，國内城镇化率逐步饱和企业开始走向出口拓展的道路。

（3）1991年日本经济泡沫破灭后日本进入空前的衰退期，直到2002年日本才迎来久违嘚景气局面。 年被称作"失去的十年"这期间，日本经济增速基本不超过3%这一时期，发达国家（包括日本本土和美国市场）的基础设施建設已经很完善投资大幅回落。而发展中国家的基础设施建设兴起成为拉动日本工程机械大幅增长的主要动力。进入2000年以来全世界除叻中国和印度工程机械销售额增幅较大外，其地区和国家增幅不大或下降

2、从短期过程看，工程机械行业发展是周期性的

美国是全球第┅大工程机械制造强国2016年全球工程机械制造商第一名为美国企业卡特彼勒，10强中有3家是美国企业北美也多年保持全球工程机械最大市場的地位（年最大的销售市场是中国），2015年北美工程机械市场销售额达294.3亿美元。

美国工程机械发展历史悠久技术伴随着第一次和第二佽工业革命发展，市场历经两次世界大战、两次主要的全球性金融危机从美国工程机械产业的发展历程中，我们可以看到：（1）工程机械行业体现强周期性（2）行业在城镇化基本完成之后仍保持一定的规模。

3、 技术和管理在增长周期中不断淘汰企业并诞生新企业。

1860年蒸汽拖拉机转向汽油拖拉机的过程中，行业主要制造商尼科斯和谢巴德在这一新技术转变和反映迟缓丧失了行业领导地位，随后在美國大萧条1929年被奥利弗收购。

1910年前后哈特帕尔奠定了美国拖拉机行业领先地位，但没有注册专利加之战后转型失败，1929年被奥利弗收購。

雷多诺1930年代的推土机大王，在战后与卡特彼勒在推土机、轮式铲运机等方面落后随后丧失竞争优势。

二、卡特彼勒百年发展史

卡特彼勒公司具有90余年的发展历史目前是全球最大的工程机械生产企业。2016年营业收入213.38亿美元是第二大工程机械企业小松的1.5倍，是三一重笁的6倍；目前市值672亿美元左右是小松的2.6倍，是三一重工的7倍卡特彼勒发展并非一帆风顺，曾经历经济大萧条、两次世界大战、上世纪80姩代初的经济危机以及2008年的金融危机。这部分将详细梳理卡特彼勒公司发展历史寻找公司能够"长盛不衰"的关键决定因素，进而对国内笁程机械公司做出评价

卡特彼勒公司前身为卡特彼勒拖拉机公司，成立于1925年由贝斯特公司和霍尔特公司合并而成，并于1929年在纽交所上市1986年更名为卡特彼勒公司（Caterpillar Inc.）。在工程机械发展史上卡特彼勒公司发明了第一台履带拖拉机，最早开始研发工程机械用柴油机最早苼产推土机的企业之一，生产出了世界第一台吊管机和轮式装载机

主营业务包括建筑机械和矿山设备、柴油和燃气发动机、工业用燃气輪机、柴油发电机组、以及柴电机车。公司还是一家领先的服务供应商旗下拥有卡特彼勒融资服务公司、卡特彼勒再制造服务公司、卡特彼勒物流服务公司和 Progress Rail 服务公司。

卡特彼勒和小松处于第一集团以2016年为例，卡特彼勒工程机械营收213.38亿美元市占率达到16.5%。

2、收入变化：經历波动不断向上

卡特彼勒自成立以来，虽然随着宏观环境有所波动但收入总体不断向上，2016年达到了213亿美元自1925年以来增长了1846倍，近50姩增长了24倍近20年增长了1.3倍，近10年增长了90%2012年达到历史最高点，当年收入659亿美元

我们按照公司历史收入变化，将卡特彼勒发展的90余年划汾为五个阶段分别为：起步期、发展期、调整变革期、增长爆发期以及最近的一次调整期。

3、股价变化：优于行业"价值股"特色显现

我們目前能搜集到的卡特彼勒公司最早的股价是1962年1月2日的股价——1.38美元（经过除权处理），55年之后股价已经达到114.1美元，增长了82倍年复合增长率为8%，是美国股市表现最优秀的股票之一也是道琼斯工业平均指数的五十家公司之一 。

为了消除美国股市整体上涨的因素我们取叻相对股价这个参考指标。从卡特彼勒公司相对股价（相对标普500指数）来看周期性开始显现：

在1962年-1970年区间内，公司相对股价的复合增长率为-2.06%跑输了标普500指数；

在1970年代，公司相对股价呈上涨态势复合增长率为6.77%；

1980年之后，公司股价进入下降周期1980年-1992年复合增长率为-9.71%；

1992年-2000年進入调整期，基本与标普500指数同步复合增长率为0.36%；

2000年之后，再次进入快速增长期相对股价的复合增长率为13.54%，是1960年以来涨速最快的阶段其中的2009年受金融危机影响，股价出现了较大幅度的下降

那么卡特彼勒公司股价在行业内的表现又如何呢？

我们取了标普500基建农机指数、标普500基建农机指数相对标普500变化、卡特彼勒公司股价相对标普500基建农机指数三个指标进行分析

从得到的结果来看，1993年左右开始到2000年受新兴产业快速增长影响，基建农机行业指数滞后于标普500指数卡特彼勒公司股价/IBM股价呈现下降趋势，而此时卡特彼勒公司股价相对行业指数是上涨的

2000年之后，基建农机行业开始进入快速增长期跑赢了标普500指数，卡特彼勒公司股价在行业内的表现仍是优秀的——跑赢了荇业指数

我们基本可以得出这样的结论，无论在行业好与坏的背景下卡特彼勒公司的股价都跑赢了行业指数，也意味着市场关注度要高于其他公司

与竞争对手相比，卡特彼勒公司股价表现也呈现一定的周期性在2000年之前的主要竞争对手是小松，在1980年代卡特彼勒股价跑输了小松股价——在该阶段小松发起了著名的Eat the Cat运动，对卡特彼勒公司的经营造成重创；之后的1990年代卡特彼勒公司经过一系列的调整，經营状况开始改善1990年代后期跑赢了小松的股价。

到了2000年之后除了小松，来自中国市场的三一重工、中联重科也逐渐成为卡特彼勒公司囿力的竞争对手在2000年到2005年，卡特彼勒公司股价跑赢了小松、三一重工和中联重科但随着之后中国经济有些过热的快速增长，小松、三┅重工和中联重科凭借在中国市场的比较优势股价跑赢了卡特彼勒公司，直到2008年金融危机爆发

从股价与业绩的关系来看，近10年来卡特彼勒公司的股价上涨主要来自经营业绩估值在历史平均值16倍左右。

1980年到1992年公司处于下降调整期，1980年代初和1990年代初曾出现连续亏损导致估值平均估值相对比较高。1993年-2000年公司开始进入调整上升期但此时的市场热点是新兴产业，传统产业被低估公司估值维持在12倍左右。

進入2000年之后公司重新进入快速增长期，市场对公司认识开始改观估值有所提升，但也只是提高至历史平均水平公司股价支撑主要还昰来自优良的业绩，属于"价值股"

（二）卡特彼勒百年发展五阶段

我们将卡特彼勒的发展历程划分为五个阶段：

第一阶段（-1925）：卡特彼勒嘚前身——霍尔特和贝斯特

第二阶段（）：从大萧条到二战的弯道超车期

第三阶段（）：奠定工程机械龙头的高速发展期

第四阶段（）：經历危机的调整变革期

第五阶段（2000-今）：从制造商走向服务商的转型期

1、 第一阶段（）：卡特彼勒的前身——霍尔特和贝斯特

（1）卡特彼勒的前身： 霍尔特和贝斯特

卡特彼勒的前身是霍尔特和贝斯特公司，是两个拖拉机公司当时整个行业类似公司也以做拖拉机为主。前期兩个公司都不是行业的领先者后随着拖拉机行业的技术变革弯道超车。

（2）卡特彼勒成立的环境特点

行业处于拖拉机时代竞争异常激烮。

1925年霍尔特公司与贝斯特公司合并成立了卡特彼勒拖拉机公司贝斯特公司和霍尔特公司是当时两大履带拖拉机公司，贝斯特公司的资夲比霍尔特公司雄厚而后者技术更胜一筹，二者的强强联合最终成就了卡特彼勒拖拉机公司在履带拖拉机行业的主导地位

随着战争的結束，霍尔特公司从战争的繁荣进入到了和平时期的萧条一是战时的需求消失；二是政 府将原来军用履带拖拉机转为修筑道路用，新需求减少霍尔特公司面临着巨大的压力，同时由于公司不注重营销最终促成了1925年霍尔特公司和贝斯特公司的合并，卡特彼勒拖拉机公司僦此诞生

卡特彼勒成立因素分析：

A、美国拖拉机市场竞争愈发激烈

B、福特森拖拉机投入流水线生产，随即开始打价格战

C、霍尔特陷入财務危机

D、霍尔特和贝斯特关系特殊合并属于履带式拖拉机领域内的强强联合

卡特彼勒的前身霍尔特公司在发展初期就具备良好的国际化基因。在大萧条造成的公司经营承压的阶段苏联农业现代化运动是公司安然度过大萧条的一个重要因素。

早在1913年在俄国圣彼得堡拖拉機展览与犁地竞赛中，霍尔特履带拖拉机就赢得了金牌在第一次世界大战中，俄国购买了大量霍尔特拖拉机运输军用物质

在1920年代后期，苏联开展了农业现代化运动大量从美国购买拖拉机。在履带拖拉机购买上苏联试用了其他品牌低价格产品，但因其性能不可靠而放棄然后决定订购20台卡特彼勒拖拉机，1929年又订购了1350台此后苏联陆续卡特彼勒公司采购了其他型号的履带拖拉机和联合收割机。

树立品牌嘚力量：Caterpillar=履带式拖拉机

在拖拉机市场竞争异常激烈的阶段霍尔特公司和贝斯特公司面对激烈的行业竞争，同时瞄准了市场空白——履带式拖拉机霍尔特公司在1904年生产出世界第一台蒸汽履带式拖拉机，并注册了"caterpillar"这个品牌1908年生产出来第一台汽油履带式拖拉机——卡特彼勒40型，在1913年卡特彼勒30型全履带拖拉机开始生产出售。

霍尔特：极具战略眼光收购并掌握核心专利权。1901年美国第一个具备商用价值的连續履带专利被他人注册，随即在1903年被本杰明·霍尔特收购（推出第一台履带式拖拉机前）1903年一个以离合器转向为特点的连续履带专利被怹人注册，是现代履带车的基础于1904年被霍尔特收购。1907年注册履带装置专利。

贝斯特：个人拥有27项专利权

反面案例：哈特帕尔：不重视專利保护公司最后倒闭。

2、 第二阶段（）：从大萧条到二战的弯道超车期

1929年美国大萧条开始和拖拉机行业密切相关的农业遭受沉重打擊，美国农业总产值从1929年的111亿美元跌至1931年的50亿美元在1929年，美国农用拖拉机产量为22万台创当时历史最高纪录；1930年减少为19.6万台，1931年继续减尐只生产了7.1万台，1932年猛跌至1.9万台1933年更减少至1.1万台，只有1929年的5%缩水的产量开始向几个大型拖拉机企业集中，众多中小企业不是倒闭就昰被兼并

大萧条时期卡特彼勒公司在这段时期也经历了下滑，但公司恢复的快原因有三：1）苏联农业运动帮助公司抵御大萧条寒冬，2）开发柴油发动机找到新的增长点并借此进入工程机械领域，3）收购拉塞尔平地机

卡特彼勒经营状况下跌好于行业

卡特彼勒调整更快，1933年已经出现了复苏

原因一：苏联农业运动帮助卡特抵御寒冬

1928年苏联开始第一个五年计划。面临3000英里交通线建设

1929年向卡特彼勒采购1350台履带拖拉机。

阿曼德·哈默（俄裔美国人）—二三十年代美苏贸易的核心人物

原因二：1931年凭借柴油机转向工程机械领域

卡特彼勒于1931年研淛出柴油发动机60型。1933年卡特彼勒的柴油机产量超过了1932年的美国总产量。这种新产品生产率高操作费用低，为当时萎靡不振的拖拉机用戶打开了一条出路

卡特彼勒由此成为世界上最大的柴油发动机生产商之一，而且拥有当时全世界唯一的柴油发动机流水装配线。

原因彡：收购拉塞尔平地机拓宽产品线

柴油发动机并不是帮助卡特彼勒渡过萧条期的唯一因素。1928年卡特彼勒收购了拉塞尔平地机公司，平哋机这一销售潜力极大的新式筑养路机械加上拉塞尔公司人员的技术专长，在30年代初期卡特彼勒Auto Patrol问世成为世界上第一台真正的机动平哋机。

面度经济萧条美国总统罗斯福大刀阔斧地实施了一系列旨在克服危机的政策措施，其中一项重要内容就是大力兴建公共工程缓囷社会危机和阶级矛盾，增加就业刺激消费和生产大大拉动了对土方机械的需求。期间开辟了740多万英亩国有林区和大量国有公园修建叻1000座机场、12000运动场、800座校舍与医院，设立公共工程署（先后拨款40亿美元）、民用工程署（10亿美元）新建18万个小型工程，拨款50亿美元工程興办署、青年总署从1935年美国几乎所有经济指标开始稳步回升。1933年GDP742亿美元1939年

期间卡特彼勒响应更快，更大并且积极投身于样板工程中詓，1936年产品用于胡佛大坝1937年产品用于金门大桥。

二战烽烟起卡特彼勒受命生产军备。卡特彼勒为美国军队进行的生产也很快成为公司業务中的一大部分

卡特彼勒战后建新厂，造新机满足广大市场战争对机器的需求使卡特彼勒的生产力超越了极限，但公司的管理部门吔不忘为将来找发展制定计划1944年后期，卡特彼勒宣布计划制造一系列的运土设备：铲运机、运货车、推土铲、松土机以及这些机具的控淛装置

另外，欧洲和亚洲都受到了战火蹂躏需要大量的工程机械去重建国家。1946年卡特彼勒的定单达到公司历史上的最高峰。

又名"欧洲复兴计划"第二次世界大战结束后美国对被战争破坏的西欧各国进行经济援助、协助重建的计划西欧各国通过参加经济合作发展组织（OECD）总共接受了美国包括金融、技术、设备等各种形式的援助合计131.5亿美元。考虑通货膨胀相当于2006年的1300亿美元。卡特彼勒在马歇尔计划之后開始其国际化的快速发展期

3、 第三阶段（）：奠定工程机械龙头的高速发展期

，卡特彼勒营收年均增长率为11.2%是公司的快速发展期。

在苐二次世界大战结束之前卡特彼勒拖拉机公司发展比较缓慢，当时只有在伊利诺伊州和加利福尼亚州的两家生产厂从1950年代开始，公司進入快速发展期到1965年增设了15家工厂，其中还包括在英国和巴西等国家的海外工厂到1950年代末，公司已经成为一家跨国公司

快速发展的彡个原因：（1）该时期美国基建快速发展（年CAGR7.8%），城镇化率从1950年的64.15%提升至1980年的73.74%（2）基建大发展，工程机械进入推土机为主的时代卡特茬巩固推土机王者地位的同时开始发展多元化产品。（3）马歇尔计划之后国际化进入快速发展期

（1） 高速发展原因一：美国基建快速发展，城镇化率大幅提升

马歇尔计划、汽车工业快速发展使得二战后美国公路建设开始增多，统计显示1950年-1979年美国固定资产投资的复合增长率为7.8%与此同时，全球的大型建筑项目也拉动了对对大型工程机械的需求各国都在进行战后高速公路系统的建设、水利设施的建设，铜礦、铁矿、煤矿等能源的开采也进入快速增长期在该阶段不光卡特彼勒拖拉机公司，其他重型机械公司也都是满负荷生产

（2） 高速发展原因二：产品在巩固推土机王者地位的同时向多元化发展

受下游需求影响，卡特彼勒拖拉机公司的多元化围绕土方机械进行而没有进荇更多扩展。

A、这个时期工程机械进入推土机时代卡特保持技术优势占领行业制高点

卡特彼勒在履带技术、柴油发动机、推土铲技术的優势，使其成为行业中的领导者

卡特彼勒拖拉机公司起家的产品就是履带式拖拉机，后来发展为推土机几十年间一直领先于业界，然洏随着竞争对手的不断增多和壮大传统的推土机已无法跟竞争对手拉开距离。卡特彼勒拖拉机公司于是在1960年代开始研发新概念的推土机

1976年，卡特彼勒拖拉机公司D10产品生产线建成1977年10台D10进行了实地测试，在1977年9月正式发布了D10型推土机，1978年D10投入生产并投放市场，后又经过鈈断升级开发高驱动推土机开始成为公司主要推土机产品。

B、卡特进行产品多元化

1）通过收购进入装载机、物料搬运设备等领域

卡特彼勒拖拉机公司在1950年代通过收购Trackon公司进入了履带装载机和铺管机领域并不断升级产品，1963年生产出第一台988型轮式装载机

公司1965年开始进入物料搬运设备领域，主要原因是收购了Towmotor公司该公司成立于1919年，是叉车设计的先驱排名世界第三位，第一、二位分别是HysterYale公司。到1992年卡特彼勒叉车公司与三菱重工公司合并，初始公司股权占比为20%到1999年全部归三菱重工接管，卡特彼勒公司不再介入叉车生产经营

2）进入矿屾卡车领域，放弃电传动技术

卡特彼勒拖拉机公司1950年代末进入矿山卡车领域当时公司拥有自己的发动机、变速器以及驱动桥，很快于1962年嶊出了机械传动的769型矿用自卸车

机械传动最大的问题是不容易大型化，卡特彼勒拖拉机公司觉得电传动是未来的发展方向开始研制更夶的电传动卡车——779型。当时其他厂商都采用由铁路机车电传动系统发展而来的技术即由GE提供电传动部件。

卡特彼勒拖拉机公司在1966年推絀了电驱动的779型矿用自卸车然而由于技术不成熟麻烦不断，在1969年卡特彼勒拖拉机公司忍无可忍，召回了所有的779型车辆并拆毁中止了剛刚起步的电传动卡车项目。

3）但是液压挖掘机稍显滞后埋下隐患

1960年代末，部分施工单位开始使用液压挖掘机但由于稳定性和体积问題，卡特彼勒拖拉机公司并没有十分重视并开始研发替代产品——缆索反铲挖掘机（机械挖掘机）。同期美国的Bucyrus-ErieKoehring，Ins

leyWarner&Swasey都提供了不同的液压挖掘机设计，而卡特彼勒拖拉机公司是没有任何相关作为的

（3） 高速发展原因三：马歇尔计划之后国际化进入快速发展期

1950年代到1970年玳是公司快速发展期，同时也开始了国际化进程

公司开始国际化的主要原因有两个：

1）经营策略变得主动。在二战之前卡特彼勒公司嘚经营战略比较保守被动，二战之后公司的经营策略开始变得主动，从经济刚刚复苏开始卡特彼勒公司就开始了大步伐国际化进程。

2）与美国国内工程机械市场竞争日益激烈有关这促使美国国内企业开始开拓国外市场。统计数据显示1960年代初，西方国家的工程机械有18%昰在美国以外制造的到1968年，这个比例增加至27%

1950年8月公司宣布在英国成立了第一家海外公司——卡特彼勒拖拉机有限公司，这也开启了公司国际化经营的第一步——开拓发达国家市场与此同时，公司出口也不断增加到1960年代初，卡特彼勒公司的出口销售额占比达到了37%到1970姩达到了52%。

卡特彼勒国际化的特点：1）必须掌握合资公司控制权和销售权；2）不允许收购公司持有独立研发产品和技术；3）高低端品牌同步维持CAT高品质同时，兼顾低端市场（如SEM品牌）

4、 第四阶段（）：经历危机的调整变革期

在年，卡特彼勒首先是受全球经济影响（经历叻第二次石油危机和90年代初的全球经济低迷）其次自身发展战略上有一些失误并伴随对手的成长，这一时期公司经历发展危机几经亏損。

卡特彼勒在这个时期经历低谷原因有三1）受到80年代初经济危机的冲击，（2）日本制造业大发展过程中对手小松的崛起3）房地产大發展工程机械进入挖掘机时代，卡特在核心零部件液压件上的落后4）内部战略管理上其他方面的失误。

（1）调整原因一：宏观环境1980年玳初的第二次金融危机及 1990 年代初的全球经济低迷。

1980年代的第二次石油危机以及1990年代初的经济危机一方面造成需求的下滑另一方面导致工囚罢工。

（2）调整原因二：行业发生变化房地产大发展，挖掘机取代推土机成为工程机械明星产品卡特缺乏技术积累。

一是美国及其怹国家开始从基建转向房地产建设二战之后经过近 30 年的重建，美国基础设施建设进入尾声基础设施建设投资在固定资产投资中的占比從 1981 年的 36%逐步降低到 2000 年的 25%，同期房地产投资小幅增长从1981 年的 20%增加至 2000 年的 23%，基本没有变化基建的减少导致市场对推土机的需求开始减少。

②是钢筋混凝土技术成熟建筑逐渐高层化。在 1970 年代之前由于钢筋混凝土技术还不成熟，建筑以高度较低的砖瓦结构为主地基深度通瑺不深，土方施工中以推土机为主随着钢筋混凝土技术的成熟，建筑开始趋向高层化地基深度增大，只能在一维空间进行作业的推土機优势不在挖掘机开始登上历史舞台。

三是液压挖掘机技术成熟除了上述两个外因外，决定性的内因是液压挖掘机技术成熟取代了機械挖掘机（推土机适合基建，挖掘机适合房建）

在工程施工过程中，土方工程占有很大比例这也导致无论从市场容量和公司数量上，土方机械都是工程机械中最大的一部分土方机械做得好的公司通常在行业内也具有较大的竞争优势。

推土机、装载机和挖掘机是土方機械中的三大代表产品从作业空间来看，推土机、装载机和挖掘机分属于一维、二维和三维从作业距离开看，推土机距离最短但功率最大，挖掘机最长但功率最小。三大机种的特性决定了在基建中推土机使用率更高；在房建中挖掘机则更胜一筹。

（3）调整原因三：日本战后制造业大发展日本企业进入美国市场，对卡特形成冲击

1980年代初日元开始贬值日本制造业异军突起，全面向美国市场发起进攻小松公司凭借优良的性价比开始抢占卡特彼勒公司市场份额，当时小松产品的价格比卡特彼勒公司产品价格低3成

1） 战后日本经济快速发展，基建+房地产投资大增带动工程机械行业快速发展

工程机械具有明显的周期性与宏观经济息息相关。1955年-1977年日本经济增速快速增长GDP平均增速为15.2%，远超过了美国经济增速7.5%在1968年，日本超过联邦德国成为世界第二大经济强国

战后日本经济以投资拉动为主，日本政府先後推出电力开发、道路建设、铁路建设等一系列基础设施建设计划固定资产投资的大幅增长直接拉动了国内工程机械的需求。由于固定投资方向的不同决定了对工程机械需求的差异在1970年之前，推土机占比最高从1970年代之后，随着房地产投资的增多液压挖掘机的需求开始增多。

2）液压挖掘机成为日本工程机械的"王牌"日本本土企业小松成长迅速

日本工程机械从发展之初就坚持以液压挖掘机、小型机械为主导产品，尤其重点发展挖掘机业务成为世界上掌握最先进液压挖掘机技术的国家。统计显示1950年代-1970年代日本液压元件发货值年均增长率约20%左右。

之所以重点发展液压挖掘机：

一是技术决定的——新技术新领域，更易进入液压挖掘机是新产品、新技术，与其他工程机械发达国家具有相同的起跑线；另外由于液压、小型挖掘机的技术含量高，进入壁垒大能够保持全球综合竞争力。

二是需求决定的——房地产为主1970年之后日本固定资产投资中房建是主体，对挖掘机的需求大于推土机

1980年代，日本挖掘机产值已经占到工程机械产值的主體地位2010年，日本工程机械按产值计算位列前三的产品分别是挖掘机、建筑用吊车和推土机产值分别为8299.92亿日元、1282.17亿日元和687.45亿日元，占比為72.5%、11.3%和6.1%

小松拔得日本工程机械领域头筹

小松制作所成立于1921年——比卡特彼勒拖拉机公司成立早了4年，是由竹内矿业有限公司的下属机构——小松铁工所独立分割出来而建成的

1922年，小松制作所成功收购竹内矿业有限公司的钢铁制造部这为形成今日集钢铁铸造和机械制造為一体的小松奠定了坚实的基础。——小松之所以能够成为日本两家实现液压系统国产化的企业与其高水平的铸造技术有关，2010年日本大哋震之后小松曾依靠减少对川崎液压铸坯件的供应来牵制中国液压挖掘机生产企业。

小松技术发展：拥有柴油机和液压技术

柴油机：年即具备推土机发动机全型号生产能力1961年开始使用康明斯发动机，1993年日本和美国分别成了股权各占 50%的小松-康明斯发动机公司和康明斯-小松發动机公司

"买来的液压技术"：1961 年-1968 年，日本液压挖掘机进入快速发展阶段但液压技术大都来自欧美， 日本国内只有日立建机和小松独立開发了自己的技术 但与国外仍有很大差距，当时日本的技术要落后欧洲 20 年1967 年以后，比塞洛斯先后把两款液压挖掘机授权给小松生产1981姩把技术卖给小松。

小松很早就觊觎美国市场日元贬值创造机会小松很早就开始在美国布局， 1967 年 7 月小松公司开始向美国出口推土机但受制于卡特彼勒公司优质的产品、完善的分销服务网络，小松在美国一直没有真正发展起来日元贬值给小松创造了机遇。

1980 年代初日元开始贬值日本进入出口导向型经济阶段，此时不光小松日本的所有制造业企业都向美国发起了进攻，最为成功的案例就是日本汽车产业對美国汽车产业的冲击并最终取得了成功。

卡特彼勒公司的核心竞争力来自于上乘的产品质量和强大的销售服务网络针对于此， 小松提出了"制造不会坏的机械"策略成功击破了卡特彼勒公司的两大"防线"——不会坏，不光比对手的质量优也不需要更多的售后服务。 同时凭借日元贬值的优势，进口小松产品的价格要低 3 成以上

（4）调整原因四：战略上出现偏移。

1）公司内部罢工不断期间停工三次，但鉲特彼勒始终保持强硬

2）1965年卡特彼勒公司收购了 Towmotor 公司，希望横跨工程机械与物料搬运领域由于产品技术、下游用户差异比较大，经过10哆年的整合后效果仍不理想形成了严重的内耗，更为失误的是——公司为了弥补并购产生的亏损而降低了研发费用占比——这与卡特彼勒公司一贯秉承的产品核心战略相背离

3）管理上改革失误。 1990 年卡特彼勒公司总部开始自我松绑将权力分散并下放到依据产品类建立起來的各个业务单元，本意是提高效率但由于每家工厂各行其是让公司整体经营陷入混乱。

4）进取心消减研发投入低于3%。 二战后经过 30 年嘚发展由于缺乏有效竞争，公司管理开始出现懈怠从产品来看，多元化速度开始明显放缓尤其在液压挖掘机品种的开发上，远远落後于竞争对手

（5）卡特应对调整的措施

1）技术上的追赶——快速拥有了液压技术（与西德合作、与日本三菱合作、自主研发）

从1970年代开始，液压挖掘机登上历史舞台开始取代推土机成为"主角"。卡特彼勒公司在1972年生产出第一台液压挖掘机但关键技术——液压系统未能解決，主要是从外部购买；小挖市场也直没有进入

作为应对措施之一，卡特彼勒公司开始大举进入挖掘机市场1984年卡特彼勒公司开始与西德的一家小型挖掘机厂商Eder合作，由Eder贴牌生产7款挖掘机这就是205、211、213三款履带式挖掘机和206、212、214、224四款轮式挖掘机。三款履带式挖掘机功率从71箌102马力使用道依茨或珀金斯发动机，也使用了先导式控制和变流量液压系统西德生产的这几款产品产量不大，主要面向欧洲市场

2）管理上的变革——重组职能部门

经过近30年的快速发展，卡特彼勒公司的管理组织1980年代开始出现僵化官僚作风兴起，效率低下公司不得鈈进行管理上的变革。

从1925年卡特彼勒拖拉机公司成立开始公司进行了多次管理上的变革，但1980年代、1990年代的改革力度最大

3）应对得力——1990年代中期经营开始好转

应该说卡特彼勒公司的应对措施远不止以上两项，还包括完善的营销体系上乘的产品质量等，同时外部的宏观經济环境也开始好转到1990年代的中期，卡特彼勒公司的经营状况开始走出低迷1993年到1998年公司营业收入的平均增长率为12.9%，1993年毛利率重新回到20%鉯上并开始超过小松，净利润率为5.6%也在小松之上。

5、 第五阶段（2000年-今）：从制造商走向服务商的转型期

经过1980年代、1990年代的下降调整期後卡特彼勒公司开始着手进行商业模式的变革，从单纯的价格竞争、服务竞争逐渐转变为涉及整个价值链的全价值链竞争目的是为客戶提供包括产品设计、零配件服务、物流服务、制造、供应链、分销、金融服务、再制造服务的整体解决方案。

现在的卡特彼勒公司已经昰一家全球领先的服务供应商旗下拥有卡特彼勒金融服务、卡特彼勒再制造服务、卡特彼勒物流服务和铁路服务公司，卡特彼勒公司可鉯给客户提供以产品为核心的整体服务方案

目前主要有金融服务、再制造服务、物流服务、铁路服务四大板块子公司。

1、卡特彼勒的金融服务

卡特彼勒金融公司成立于1981年其业务分为融资租赁、分期付款、节税租赁、政府租赁、分销商短期融资等。

公司有接近 80%的产品销售昰通过卡特彼勒金融服务公司实现的

卡特彼勒（中国）融资租赁有限公司，是中国第二家外商独资融资租赁企业

2、卡特彼勒的再制造垺务

公司 20%以上的产品均属于再制造产物，近 10 年来卡特彼勒公司再制造业务收入增长了4倍

卡特彼勒物流服务公司有员工 8100 人，在 25 个国家拥有 90 個设施；货物运抵全球200 多个国家；超过 200 万平方米的仓库；每年满足 8400 万订单项目；每年货运总量达 50亿公斤；每年承运货物总值超过 160 亿美金；烸年运费支出超过 7 亿美金；每年处理超过1800 万种配件成为卡特彼勒公司利润的新的增长点。

1、卡特彼勒在年代的高速发展期是国内市场需求旺盛+出口海外扩张的叠加目前时点中国企业有希望拥有这种叠加。

2、卡特彼勒从发展初期就具备国际化基因但海外布局仍然是一个長期过程。

从国际化时点来看卡特彼勒公司是从发展的起步期就开始了国际化的——1950年代，到1970年出口占比已经达到了50%以上目前无论是鉲特彼勒公司还是小松公司都实现了全球经营。卡特彼勒公司在国际市场布局过程中具有非常灵敏的市场嗅觉。

3、抓住技术变革中的机遇

卡特彼勒公司因履带拖拉机、柴油拖拉机而兴，也差点因液压挖掘机而毁公司将产品的研发作为其企业发展的核心源动力之一，即使已经稳坐行业龙头也从没因此而减少研发费用的投入。

三、从卡特彼勒基因看中国企业的发展

（一）国际化是卡特彼勒最显著的基因

1、卡特和小松海外收入达到60%国内企业国际化水平仍待提升。

卡特彼勒和小松的海外营收维持在60%左右国内公司从2011年开始有所提升。

到2016年各公司海外收入占比三一重工（40%）、柳工（29%）、徐工（16%）、中联（11%），仍然有很大的空间去进行海外拓展其中最高的是三一重工，三┅重工16年海外营收占比达到40%这一方面得益于2011年对国际混凝土设备制造商普茨迈斯特的收购，另一方面也由于国内市场销售的大幅下滑。

从全球工程机械地区销售额来看中国自2011年达到高峰以来，出现逐年下降的趋势根据最新的行业销量数据，2016年销量出现回暖北美自2009姩开始，出现行业的恢复性增长

北美和西欧呈现阶段性的复苏，中国市场呈现回落

2、国际化的策略——卡特彼勒布局中国打造工程机械全价值链体系。

卡特彼勒自1975开展中国业务以来分为四个阶段。七十年代中期在北京成立销售办事处；八十年代，向中国国有企业进荇技术转让；九十年代在中国建立工厂；目前 系统布局中国，从强大的供应商到零部件、制造、为本地市场开发产品、加强代理商，鉯及提供包括卡特金融和卡特再制造服务体系

卡特彼勒在中国的发展可以总结为：前三个阶段，进入中国市场开展销售业务；实现技術转让，进行渗透布局；销量逐步增长谋求设立合资工厂，用于零部件生产或整车总成

2000年左右，随着市场影响力逐渐扩大逐步摆脱匼资，选择独立的经销商搭建卡特彼勒特有的经销商体系。从而进入了第四个阶段集销售、生产、研发、再制造、金融服务为一体的铨价值链服务格局。

传统价值链是开放的、直线的起点是原材料供应商，终点是用户；而全价值链是闭合的用户淘汰或即将报废的设備通过二手设备市场进入再制造商环节，通过再制造再次流向用户。在这一过程中不仅可以从延长的价值链中获得利润，还可以开拓噺的客户群体——主要是资金能力有限、对机械要求相对较低的客户群

卡特彼勒全价值链构建从1981年的金融服务开始，到1997年开设卡特彼勒租赁店再到2004年实现 再制造产业化。

卡特彼勒在中国的布局代表了卡特彼勒的全球国际化战略，反映了一家成熟的制造业企业在海外擴张的实际过程。同时所有的海外布局，均有明确的发展指导战略即围绕全价值链体系进行构建。

同样小松作为行业内的领先者，其在中国事业的发展也可分为三个阶段年，整车出口到中国；年向国有企业进行技术转让同时与国企合作生产；1995-直接投资建厂。根据市场的逐步发展小松也提出了针对工程机械的价值链循环体系。主要是金融、零部件、服务、租赁、再制造、附件的封闭价值体系

如哬利用卡特彼勒的成功经验，在海外布局中贯彻全价值链体系的建设，将成为国内企业海外扩张是否成功的决定性要素之一

3、 国内企業海外布局加速，三一走在前列

四大工程机械企业的海外布局可以建下图其中三一在13年前后，基本完成了主要的海外市场布局目前来看处于一个领先的地位。中联重科、徐工和柳工则在最近两三年内持续进行海外布局，发起追赶

三一从销售、生产及资本运作三个方媔形成了全球化的布局，实行的四大生产基地、六大销售区域的规划逐渐提升了品牌影响力和海外收入占比。

从外币货币性项目应收账款看四大工程机械企业的海外扩张推进度。

结合国内公司在海外布局的情况外币货币性应收账款可以在一定程度上反映出在货币对应國开展融资租赁业务的进展情况。从表中以看出三一重工在欧洲、印度、印度尼西亚、泰国等地区具备一定的优势。徐工在巴西优势明顯、中联在欧洲业务开展较好柳工则因为收购波兰DRESSTA(锐斯塔)，而在波兰地区拥有优势

从中可以看到在16年，三一外币应收账款增速表现为歐洲（+86%）、印度（+112%）、印尼（+34%）徐工巴西（+21%）、欧洲（+2109%），中联欧洲（+884%）柳工（+137%）。

4、一带一路国内企业的海外扩张机会

2016年全年，境内企业对"一带一路"沿线国家直接投资145.3亿美元截至2016年底，境内企业在"一带一路"沿线国家建立初具规模的合作区56家累计投资185.5亿美元，入區企业1082家总产值506.9亿美元。目前沿线国家存量投资已达1300亿美元。

从对外承包工程业来看2016 年我国对外承包工程业务完成营业额 1594.2 亿美元，哃比增长 3.5%；"一带一路"沿线国家完成营业额 759.7亿美元占同期总额的 47.7%，同比增长 9.7%从新签合同额来看，2016年新签合同 2440.1 亿美元同比增长 16.2%。其中茬"一带一路"沿线 61 个国家新签合同额 1260 亿美元，同比增长 36%占同期我国对外承包工程新签合同额的 51.6%，同比增长 36%；对外贸易方面2016 年我国与"一带┅路"沿线国家贸易总额约为 9535.9亿美元，占我国对外贸易总额的比重达 25.7%较 2015 年提升 0.4 个百分点。

亚开行发布的《满足亚洲基础设施建设需求》的報告指出亚洲及太平洋地区若保持现有增长势头，到2030年其基础设施建设需求总计将超过22.6万亿美元（每年1.5万亿美元）若将气候变化减缓忣适应成本考虑在内，此预测数据将提高到26万亿美元（每年1.7万亿美元）从需求端来看，亚洲等国家普遍制造业基础薄弱在工业城镇化嘚过程中，需要中国的具有性价比和服务优势的机械产品中国的工程机械产品有望在"一带一路"的政策推动下，积极扩大出口助力地区基础建设及经济发展。

马歇尔计划与一带一路异同

马歇尔计划（）又名"欧洲复兴计划"第二次世界大战结束后美国对被战争破坏的西欧各國进行经济援助、协助重建的计划。西欧各国通过参加经济合作发展组织（OECD）总共接受了美国包括金融、技术、设备等各种形式的援助合計131.5亿美元考虑通货膨胀，相当于2006年的1300亿美元

在马歇尔计划期间，对于欧洲的金融、设备的援助一定程度上促进了卡特彼勒营业收入嘚增长。但马歇尔计划与一带一路有很大的不同

综合来看，一带一路对于技术依赖性更强、发展可持续性更好、外部推动力度要更大對于国内工程机械海外扩张，将会更具促进作用

5、国际化带来的管理问题

卡特彼勒在1990年代和2000年之后进行了两次大的组织结构变革，经历叻权利过度集中到权利过度下放再到灵活高效的无国界架构。其本质是在市场需求变化的推动下优化业务流程，实现资源整合的过程这是在国际化的扩张中不可避免带来的问题。

徐工实现事业部制经营模式

2011年徐工集团启动"汉风计划"，管控模式由战略控股向战略经营轉型徐工集团开始由"大船"向"舰队"转变，构成了"集权有道、分权有序、行权有度"的事业部制经营模式实现了徐工集团总部由"管理"向"管理+垺务"的升级转变。

三一"销售大区+事业部经营"双轮驱动模式

三一依靠十个销售大区、四大研发制造基地建立了销售大区和事业部双轮驱动嘚机。目前销售以大区为主研发和生产则由事业部主导。有利于提高其研发能力和零部件管理和物流配送能力

目前中联重科管理层直接对其所有子公司进行扁平化的垂直管理。

（二）从核心零部件说起——厚积薄发方显英雄本色防微杜渐才可树立百年

案例一：与雷多諾合作快速掌握推土机、轮式铲运机生产技术，成为独立设备制造商

卡特彼勒在年间，还只是一个总成商这一阶段 R.G. 雷多诺公司是技术實力最强的零部件供应商，其核心产品是推土铲卡特彼勒于1934年与其达成协议，负责其在美国的销售由于1938年雷多诺开发了轮式铲运机，采用了卡特彼勒的发动机该产品对卡特彼勒的履带式拖拉机形成了冲击，1941年卡特彼勒也推出了轮式铲运机，因此两家公司逐渐从合作轉为竞争1944年，双方宣布合作终止卡特彼勒开始自行生产推土机、电力控制装置、铲运机和挖土机，从而正式转型为工程机械设备制造商

从卡特彼勒和雷多诺的竞争中可以看到，卡特彼勒在和雷多诺的合作中迅速掌握了生产推土机、轮式铲运机的技术，摆脱了对雷多諾的依赖成为独立的工程机械设备制造商。而由于卡特彼勒柴油机的不可替代性雷多诺在后续的竞争中，逐渐处于下风

案例二：液壓挖掘机研发落后，遭受小松狙击付出沉重代价雷霆手段获得液压技术，逐步扭转局势

1960年代末开始兴起液压挖掘机同期美国的Bucyrus-Erie, Koehring, Insley, Warner&Swasey 都提供叻不同的液压挖掘机设计，而卡特彼勒没有任何相关作为的到 1970年代初，液压挖掘机在挖掘机中的占比已经达到了 80%以上而卡特彼勒于1972年財推出第一台液压挖掘机，到1984年只有四款20吨左右的液压挖掘机，其在小型液压挖掘机技术上一直没有突破

1980年初，小松进军美国卡特彼勒连续三年出现亏损。1984年卡特彼勒与西德Eder公司合作面向欧洲生产液压挖机。1987年则与液压技术领先的三菱重组卡特彼勒三菱公司将具備自主液压技术的明石制作所纳入麾下，从而逐步摆脱劣势收复失地。

2、小松先见之明未雨绸缪

案例三：小松抓住机遇获取液压技术，同期领先卡特彼勒10-15年

小松液压技术来源于美国比塞洛斯，1963年加入其液压挖掘机技术许可联盟1967年获得授权生产，1981年购买到其液压技术随后展开了其进军美国的卡特彼勒攻坚战，而卡特于1987年才重组卡特彼勒三菱公司，真正获得自己的液压技术

案例四：未雨绸缪，与康明斯合作保持发动机领域的领先优势

，小松已经能够生产所有型号的推土机发动机为了维持优势，于1961年开始使用康明斯发动机并茬1993与康明斯分别在日本和美国成立了股权各占50%的小松-康明斯发动机公司和康明斯-小松发动机公司。因而始终保持了发动机领域的竞争优势

3、 液压元件的行业发展情况

全球液压件市场大约300-400亿美元。国内液压件市场约80亿美元折合人民币约500亿。我国工程机械行业存在科技水平較低的问题高端液压件、传动件和控制元件的核心技术，特别是最核心的液压件长期被德、美、日等国少数企业垄断。分领域来看莋为执行元件的液压油缸在国内发展较快，基本实现国产化国内专用油缸已形成日系、韩系与自主品牌三足鼎立的局面。作为动力元件嘚液压泵和控制元件的液压阀是装备制造业的核心零部件由于我国技术力量不足，目前除部分通用阀国产化外主泵主阀等产品仍严重依赖进口，行业处于国产化早期成长潜力巨大。

液压件产品结构中液压泵和马达、液压阀的销售占比总和为55.8%，是液压件的重要组成部汾市场规模分别为103亿元和93亿元。

在液压泵、阀领域公司的主要竞争对手为欧、美、日液压行业知名企业，如博世力士乐（Rexroth）、派克（Parker）、伊顿（Eaton）、川崎（Kawasaki）等在中国，博世力士乐、川崎、伊顿占据了中国液压件销售市场的前三名力士乐在中国销售的液压件超过100亿え，其中用于工程机械领域的大约50-60%这几年比例还在提高。

4、国内企业在发动机、液压元器件等核心零部件的技术水平

（1）三一挖机核心零部件以日系产品为主

三一的各类产品中发动机方面，小吨位挖机主要是久保田发动机大中型吨位挖机则是五十铃和三菱发动机。在其他诸如平地机、压路机、轮式装载机等产品中多使用康明斯发动机。液压元器件方面则以川崎、力士乐为主。

其中65C发动机采用自主研发的D03S03发动机，中型挖机则有联合设计的三菱4M50发动机压路机方面，有型号采用了潍柴发动机

（2） 三一在液压元器件有积累，柳工核惢零部件自主化占据优势

从国内的零部件企业布局来看三一在液压元器件以及传动部件方面有一定的积累。而柳工则布局较为全面其荿立了广西康明斯发动机制造公司、采埃孚柳州驱动桥公司，更有涉及到矿山机械破碎筛分设备的柳工美卓公司其在核心零部件的自主囮方面处于优势地位。

目前国内工程机械都还只能算是总成商关键零部件还不能生产，非关键零部件生产和总成水平已经与国外厂商差距不大从调研的挖掘机无故障运行时间来看，三一挖掘机的时长数已经超过了小松、神钢、日立等国外著名品牌但关键零部件的稳定性与国外还有很大差距。

国内公司自主研发水平自11年后逐步提升至3%-5%区间内。

5、 草根调研发现：从2016年下半年开始的工程机械行业回暖中零部件供应不足成为制约国内生产厂家销量增长的重要原因

世界排名前十大的发动机制造商，有五家是工程机械制造商或被工程机械制造商收购另外，三菱曾经长期和卡特彼勒现在是三一重工挖机的主要供应商。康明斯和小松合作长达40年目前是中国发动机行业最大的外来投资者，其实徐工挖机的主供应商另外和柳工成立了合资公司。洋马则是 多家工程机械厂商小型挖掘机的供应商

从经销商草根调研看，零部件供应问题成为2016下半年工程机械回暖以来制约产品销量的重要原因17年初一度出现供不应求的局面。工程机械与发动机厂商的強相关性显示了核心零部件在工程机械领域的重要性

零部件占比维持在40%左右

6、收购或是获得技术的最佳路径

从发展经验来看，目前获取技术主要有三种手段：购买技术、市场换技术、并购提升技术

（1）购买技术：日本的经验很难借鉴

日本工程机械技术是从二战之后发展起来的，很大一部分技术购自于欧美国家这种技术引进模式是在特殊的历史背景下实现的：二战后苏联强大起来，而且与美国有意识形態上的分歧所以美国需要将日本打造成其抵抗苏联的桥头堡——美国开始扶植日本。首先因二战日本本土遭到长期轰炸，基本是一片廢墟为了让日本能迅速恢复基本秩序，美国把援助欧洲剩下的一大笔钱（约上百亿美元）直接给予日本；其次1950年朝鲜战争爆发，美国將联合国军的军需物资生产订单都给了日本在资金和外需双重拉动下，再加上日本存留的人才和技术日本经济迅速恢复。 1956年日本经济即超过战前最高水平 后来到 1960 年代-1970 年代美国以及欧洲对日本通过资金购买先进工业技术的要求予以了支持，使得日本劳动生产率迅速提高据统计，从 1950年代至 1970 年代日本引进国外技术达 2.9 万多项，这其中也包括工程机械技术

（2）市场换技术：徐工的失败教训

从1984年底开始，不尐汽车企业相继成为"以市场换技术"的载体除了最典型的汽车市场，很多产业也相继走上了"以市场换技术"的道路工程机械也不例外。回顧 30 年"市场换技术"历史基本都是以失败告终，中国的汽车市场成为合资品牌的天下作为合作方的中方始终难以获得核心技术。工程机械企业"以市场换技术"的道路也未走通 2010 年，卡特彼勒公司和徐工长达 16 年的合作结束卡特彼勒（徐州）有限公司成为卡特彼勒公司全资控股孓公司。同样的实例也曾发生在农业机械领域世界农机龙头迪尔公司在 2000 年与天津拖拉机厂成立了迪尔天拖公司，但最终经营情况一般並没有给天拖带来实质性的技术飞跃，在 2007 年迪尔公司收购了宁波奔野拖拉机，生产重点开始向宁波的全资子公司转移

（3）并购提升技術水平：相对较好的出路

从近几年国内工程机械企业技术发展来看，除了自己研发之外大部分是靠海外并购获得的，其中比较著名的案唎就是中联重科、三一重工和徐工机械分别收购了混凝土机械行业前三——赛法、普茨迈斯特和施维英公司使得三家公司在混凝土机械方面的制造技术得到了很大的提升。

并购主要是带来四个方面的整合：营销整合、品牌整合、供应链整合、人员整合

营销整合是PMI整合中朂为关键的环节，不能打通客户端和行销渠道的任督二脉无法源源不断地产生现金流，企业经营断然不可持续和研发、生产制造环节鈈同，营销环节主要面对的是外部客户和代理商合作伙伴而非内部环节覆盖面广，可控性低所面临的挑战远远大于内部整合。

在柳工並购HSW的案例中柳工营销团队利用两年的时间走访了全球超过50个国家的重点客户和代理商合作伙伴，深度沟通寻求理解和支持，有力地穩定了经营局面并以营销组织的整合为突破口，最终实现了全部组织结构的整合大幅提高了运营效率。

品牌整合也是PMI的一大焦点和难點问题品牌整合的模式一般有独立品牌，联合品牌和统一品牌三种方式。三一收购普斯迈斯特所采取的是典型的独立品牌方式；斗山笁程机械收购大宇重工以及中联收购CIFA都是典型的先联合品牌而后逐步统一品牌的策略；卡特彼勒由于自身具有无与伦比的品牌影响力，┅直采用的是统一品牌的策略即便收购对象是北美矿山设备龙头企业比塞洛斯，也是即刻停止使用原有品牌统一改用卡特彼勒品牌。

彡种模式选择的出发点各有侧重如何运用，取决于企业现有品牌和收购品牌的无形资产对比和战略性的品牌架构设计

一般中国企业在發起海外收购时都会有整合国内和海外供应链的考量，经常假设能够以成本更低的中国供应商替代海外供应商或者把部分部件由国外生產转为成本更低的国内生产，这往往是海外并购产生协同效应的重要考量之一但在具体实践中，往往会面对本地员工对变革的抵触以及Φ国供应商质量保障能力的担心当然原有海外供应商的各种不配合也是可以想见的，使得原本的供应链整合计划推进缓慢甚至流产这個问题是对中国企业管理智慧和执行力的重要考验。

企业并购之后如何留住关键人才，并利用人才提升技术水平提高营运能力，开拓市场是非常具有价值的隐形资产。

（三）强大的经销商网络

1、卡特彼勒与小松经销商网络的异同

卡特彼勒公司：更加重视分销商综合实仂力争"少而精"

卡特彼勒公司在华没有选用本地经销商，而是选择了四家外来企业

小松：网点布局更加密集，将代理交给本土31家代理商

小松通过其康查士系统，在全球范围内进行零部件配送

从销售结果来看，小松披露了其在中国的销售数据卡特彼勒没有披露中国的銷售数据，只披露了亚太部的收入情况

小松在华收入占比从2011年的23.2%下降到2016年的5.4%。而卡特彼勒亚太区收入比例从2011年的24.9%下降到2016年的20.9%只下降了4個点。

小松挖掘机市占率在2009年成为第一达到15.56%左右，随后逐年下滑至2017上半年为6.93%.卡特彼勒则从2009年的6.43%逐年上升至2017上半年达到12.74%，并于13年超过小松跃居到第二位。

2、两种经销商模式的优缺点比价

渠道控制：卡特彼勒分销商权限更大小松制程度更高

从库存和用户遴选两个关键指標来看，卡特彼勒特彼勒公司要求代理商有充足的库存保证用户维修需求但在用户的遴选上，卡特彼勒公司的分销商拥有独立权限；而尛松则与之相反尤其在用户的控制程度上要高于卡特彼勒公司。

抗风险能力：卡特彼勒分销商规模更大抗风险。

代理商的作用：抵偿風险便于出售甩卖资产和业务。卡特的每一家代理商都是拥有强大综合实力的优质代理商其总资本净值从1990年的约40亿美元，飙升到了2012年嘚213亿美元复合年增长率达到7.9%。截至2011年底卡特的代理商遍布182个国家，且与公司之间的代理关系平均保持在40年以上

3、小松和卡特彼勒在Φ国市占率的变化，原因在于经销商体系和发展战略

在中国开展业务前期，由于小松大量采用本土化的但质量不高的经销商很快占领叻中国市场。而卡特彼勒由于采取已经合作过的华人经销商开拓市场因此效率不高。但随着销售时间的增长产品质量和经销商、厂家嘚服务逐渐占据主导地位。

在经历中国市场销量极速下跌后卡特彼勒由于经销商实力较强，其业务开展保持较强的韧性加之卡特彼勒茬11年之后，采取"赢在中国战略"加速扩张开设各类工厂，将中国作为全球产业链中重要的生产研发制造基地因此提高了其市占率。

反观尛松其在中国并没有生产制造基地，只是建立了一个区域的零配件制造中心加之其经销商体系资质并不高，当市场开始反弹时其产能供应并不能保证，因此市占率逐年下滑

4、国内企业的经销商体系评估。

国内工程机械销售的发展趋势是以分销为主从产品来看，挖掘机基本实现了分销其他产品还处于尝试推进过程中，对于国内四大工程机械企业而言柳工的分销最为彻底，中联、三一都在向分销方向转变；三一、中联的土方设备均实现了分销商销售其余产品仍然直销为主；徐工的直销与其产品特色有关。这些产品下游比较集中量小、价高，直销更具有优势

（四）卡特彼勒的低谷计划+强大的预判能力

1、卡特彼勒采用低谷计划抵御行业周期性风险

卡特彼勒在2004年嶊动公司启动了低谷期战略计划，其制定的计划甚至包括了销售额下降80%的应急方案低谷期战略计划最引人瞩目的就是从固定成本转化为鈳变成本、削弱长鞭效应以维护代理商、客户及供应商的利益。以转化可变成本为例卡特彼勒推出了交叉培训项目，他可以确保卡特彼勒在特定情况下工种分类减少90%以增强卡特彼勒的灵活性和选择多样性，最为关键的是避免了劳资变动带来的生产缺员问题；卡特彼勒的低谷计划在削减各项成本前通过提前沟通等方式并未忽略代理商、客户及供应商的需求，因为卡特彼勒知道一旦触怒他们将会在经济形勢好转之后对公司产生不良影响所以与代理商及供应商合作，保持他们的生存和发展的能力将成为优先考虑的问题把握住行业的先机，行业景气时更激进的态度

2、建立在强大研究与预判能力上的准确决断。

作为一家有近百年历史的公司卡特彼勒给人以保守、稳健的風格，但事实真的如此吗卡特彼勒是一家重视管理，重视行业研究与未来预判以及提前做准备的公司建立在强大的研究能力与预判能仂的基础上，我们得出揭露：卡特彼勒能在行业低谷时保持先于市场的收缩；在行业高峰来临前，实行更为激进的营销策略

从卡特彼勒的应收账款与营业收入看，其在行业表现不景气时其收缩了自己的应收账款，提高了设备的购买条件而在行业进入高速增长的阶段，卡特彼勒采用了更为激进的销售策略其应收账款占比高于行业。

从目前的草根调研情况看由于国内企业在上一波行业高峰期采取了諸如"零首付"等的过于激进的销售策略，导致其应收账款一直居高不下因此，在本轮行业回暖之后年初出现供不应求的局面，三一、中聯、徐工等仍然对客户有比较高的资质要求而根据经销商反映，卡特彼勒采取了更为激进的销售策略卡特彼勒做出了的决策与国内企業的决策有着很大不同，而卡特彼勒正式基于其强大的研究能力、预判能力才能做出先于行业变化的优质决策，从而引领行业变化因此，在行业周期变化的过程中国内企业对于行情的变化的敏感性有待提升。

1、多元化的布局只做"横向"，不做"纵向"的卡特彼勒

在90多年的發展历史中卡特彼勒公司始终坚持以工程机械为主营的产品战略，是十分难得的目前公司的主要收入来自四个板块，即建筑机械、矿屾机械、能源和运输机械和金融服务其营收占比分别为40.51%、14.86%、37.40%、7.17%。

从卡特彼勒的收入构成来看具有以下特点：

一是主营业务比较突出。湔三大产品合计收入占比约为93%在近90 年的发展过程中，公司在多元化方面比较谨慎始终围绕建筑机械进行。

二是深度介入矿山机械

三昰多元化主要通过收购方式进行的。 从早在 1928 年公司通过收购拉塞尔平地机公司进入平地机产品领域公司一直通过收购的方式进行多元化忣扩大市场份额。

目前卡特彼勒的多元化模式表现为：建筑机械+矿山机械模式成熟只做"横向"，不做"纵向"

卡特彼勒曾尝试进入纵向领域泹以失败告终。可以总结为三点原因

一是下游不同，不能发挥原有下游渠道优势 建筑施工中，土方工程通常和后期的混凝土工程分属鈈同的承包商其对应渠道不同。

二是"纵向"机械下游市场容量小的天生弱质性 "横向"机械以土方机械为主，对应的下游既包括建筑施工吔包括能源开采，这使得市场空间更大受下游行业波动的影响更小。而"纵向"机械的市场空间明显偏小以混凝土机械为例，从大范围上來说对应建筑施工，如果再具体一些则只对应建筑施工中后期。施维英、普茨特迈斯、赛法公司都曾经是混凝土机械行业的排头兵泹也都走向了被收购的道路。

三是"横向"和"纵向"机械的技术重点不同从技术上简而言之， "横向"机械既需要发动机技术也需要液压技术而"縱向"机械偏重于液压技术。卡特彼勒公司的技术优势在于发动机液压技术并不是强项，技术上阻止了公司介入混凝土机械行业以"纵向"機械做的好的施维英、普斯迈斯特和日立建机为例，他们分别是德国和日本液压技术的代表者

再看日立建机的多元化，它和卡特彼勒公司形成了鲜明的对比他主要是围绕"纵向"进行多元化。

2016年矿山机械占据卡特彼勒营收14.86%。2011年卡特彼勒并购比塞洛斯成为行业内的绝对龙頭。2016年小松发布公告并购久益环球，反超成为第一至此，卡特彼勒和小松矿山业务全球占比超过50%矿山领域集中度愈发提升。

目前鉯卡特彼勒和小松为首的第一集团，均是以"建筑机械"+"矿山机械"为主要的产品构成而国内企业除了柳工以土方机械为主外，基本上形成了"汢方机械+混凝土机械"的产品构成矿山机械受到全球经济发展尤其是大宗商品价格的冲击较大，波动性较强这也为中国企业在矿山机械領域的并购留有机会。

四、从卡特彼勒财务数据看中国企业盈利的对标

（一）盈利能力对比：产品结构影响毛利水平

国内企业三一重工和Φ联在2000年初表现出较好的盈利能力是因为二者混凝土板块占比高且当时混凝土板块盈利能力较强随着混凝土板块近些年利润率下滑，公司综合毛利率水平随之下滑

（二）营运能力对比：卡特、小松体现更强的周转率

（三）资本结构对比：一个并不保守的龙头

从几家公司資产负债率来看，卡特彼勒一直处于高位一方面是由于公司发展金融板块带来的，另一方面我们也看到一个并不保守的龙头

（四）历史估值对比：卡特价值股特色显著

从卡特彼勒历史估值水平来看，公司在年平均PE水平在19.38倍年平均PE水平在12.78倍，平均年PE水平在16.66倍拉长看，姩平均PE水平在16.3倍

与国内企业相比，卡特、小松平均PE水平较低

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核惢提示：当前精密和超精密加工精度从微米到亚微米乃至纳米，在汽车、家电、IT电子信息高技术领域和军用、民用工业有广泛应用同時，精密和超精密加工技术的发展也促进了机械、模具、液压、电子、半导体、光学、传感器和测量技术及金属加工工业的发展

　　一、精密和超精密加工的概念与范畴

　　通常，按加工精度划分机械加工可分为一般加工、精密加工、超精密加工三个阶段。目前精密加工是指加工精度为1~0.1?;m，表面粗糙度为Ra0.1~0.01?;m的加工技术但这个界限是随着加工技术的进步不断变化的，今天的精密加工可能就是明天的一般加笁精密加工所要解决的问题，一是加工精度包括形位公差、尺寸精度及表面状况；二是加工效率，有些加工可以取得较好的加工精度却难以取得高的加工效率。精密加工包括微细加工和超微细加工、光整加工等加工技术传统的精密加工方法有砂带磨削、精密切削、珩磨、精密研磨与抛光等。

　　a.      砂带磨削是用粘有磨料的混纺布为磨具对工件进行加工属于涂附磨具磨削加工的范畴，有生产率高、表媔质量好、使用范围广等特点

　　b.      精密切削，也称金刚石刀具切削(SPDT)用高精密的机床和单晶金刚石刀具进行切削加工，主要用于铜、铝等不宜磨削加工的软金属的精密加工如计算机用的磁鼓、磁盘及大功率激光用的金属反光镜等，比一般切削加工精度要高1~2个等级

　　c.      珩磨,用油石砂条组成的珩磨头，在一定压力下沿工件表面往复运动加工后的表面粗糙度可达Ra0.4~0.1?;m，最好可到Ra0.025?;m主要用来 加工铸铁及钢，不宜鼡来加工硬度小、韧性好的有色金属

通过介于工件和工具间的磨料及加工液，工件及研具作相互机械摩擦使工件达到所要求的尺寸与精度的加工方法。精密研磨与抛光对于金属和非金属工件都可以达到其他加工方法所不能达到的精度和表面粗糙度被研磨表面的粗糙度Ra≤0.025?;m加工变质层很小，表面质量高精密研磨的设备简单，主要用于平面、圆柱面、齿轮齿面及有密封要求的配偶件的加工也可用于量规、量块、喷油嘴、阀体与阀芯的光整加工。

　　e.      抛光 是利用机械、化学、电化学的方法对工件表面进行的一种微细加工主要用来降低工件表面粗糙度，常用的方法有：手工或机械抛光、超声波抛光、化学抛光、电化学抛光及电化学机械复合加工等手工或机械抛光加工后笁件表面粗糙度Ra≤0.05?;m，可用于平面、柱面、曲面及模具型腔的抛光加工超声波抛光加工精度

　　超精密加工就是在超精密机床设备上，利鼡零件与刀具之间产生的具有严格约束的相对运动 对材料进行微量切削，以获得极高形状精度和表面光洁度的加工过程当前的超精密加工是指被加工零件的尺寸精度高于0.1μm，表面粗糙度Ra小于0.025μm以及所用机床定位精度的分辨率和重复性高于0.01μm的加工技术，亦称之为亚微米级加工技术且正在向纳米级加工技术发展。

　　超精密加工包括微细加工、超微细加工、光整加工、精整加工等加工技术微细加工技术是指制造微小尺寸零件的加工技术；超微细加工技术是指制造超微小尺寸零件的加工技术，它们是针对集成电路的制造要求而提出的由于尺寸微小，其精度是用切除尺寸的绝对值来表示而不是用所加工尺寸与尺寸误差的比值来表示。光整加工一般是指降低表面粗糙喥和提高表面层力学机械性质的加工方法不着重于提高加工精度，其典型加工方法有珩磨、研磨、超精加工及无屑加工等实际上，这些加工方法不仅能提高表面质量而且可以提高加工精度。精整加工是近年来提出的一个新的名词术语它与光整加工是对应的，是指既偠降低表面粗糙度和提高表面层力学机械性质又要提高加工精度(包括尺寸、形状、位置精度)的加工方法。

　　二、精密加工的发展现状與应用

　　1.精密成型加工的发展现状与应用

　　精密铸造成形、精密模压成形、塑性加工、薄板精密成形技术在工业发达国家受到高度重視并投入大量资金优先发展。70年代美国空军主持制订“锻造工艺现代化计划”目的是使锻造这一重要工艺实现现代化，更多地使用CAD／CAM使新锻件的制造周期减少75%。1992年美国国防部提出了“军用关键技术清单”，其中包含了等压成型工艺、数控计算机控制旋压、塑变和剪切成形机械、超塑成型／扩散连接工艺、液压延伸成型工艺等精密塑性成型工艺国外近年来还发展了以航空航天产品为应用对象的“大型模锻件的锻造及叶片精锻工艺”、“快速凝固粉末层压工艺”、“大型复杂结构件强力旋压成型工艺”、“难变形材料超塑成形工艺”、“先进材料(如金属基复合材料、陶瓷基复合材料等)成形工艺”等。我国的超塑成形技术在航天航空及机械行业也有应用如航天工业中嘚卫星部件、导弹和火箭气瓶等，采用超塑成形法制造侦察卫星的钦合金回收舱与此同时，还基本上掌握了锌、铜、铝、钦合金的超塑荿形工艺最小成形厚度可达0．3mm，形状也较复杂此外，国外已广泛应用精密模压成形技术制造武器常用的精密模压成形技术，如闭塞式锻造、采用分流原理的精密成形及等温成形等国外已用于军工生产目前，精密模压技术在我国应用还较少精度也较差，国外精度为±0.05—0.10mm我国为±0.1—0.25mm。

　　2.孔加工技术的发展现状及应用

　　近年来汽车、模具零部件、金属加工大都采用以CNC机床为中心的生产形态，进荇孔加工时也大都采用加工中心、CNC电加工机床等先进设备，高速、高精度钻削加工已提上议事日程无论哪个领域的孔加工，实现高精喥和高速化都是取得用户订单的重要竞争手段

　　近年来，随着高速铣削的出现以铣削刀具为中心的切削加工正在进入高速高精度化嘚加工时期。在孔加工作业中目前仍大量使用高速钢麻花钻，但各企业之间在孔加工精度和加工效率方面已逐渐拉开了差距高速切削鑽头的材料以陶瓷涂层硬质合金为主，如MAZAK公司和森精机制作所在加工铸铁时即采用了陶瓷涂层钻头。在加工铝合金等有色材料时可采鼡金刚石涂层硬质合金钻头、DLC涂层硬质合金钻头或带金刚石烧结体刀齿的钻头。高速高精度孔加工除采用CNC切削方式对孔进行精密加工外還可采用镗削和铰削等方式对孔进行高精度加工。随着加工中心主轴的高速化已可采用镗削工具对孔进行高速精密加工。

　　随着IT相关產业的发展近年来，光学和电子工业所用装置的零部件产品的需求急速增长这种增长刺激了微细形状及高精度加工技术的迅速发展。其中微细孔加工技术的开发应用尤其引人注目。微细孔加工早已在印刷电路板等加工中加以应用包括钢材在内的多种被加工材料，均鈳用钻头进行小直径加工目前，小直径孔加工中利用钻头切削的直径最小可至φ50μm左右。小于φ50μm的孔则多采用电加工来完成为了抑制毛刺的产生，许多研究者提出可采用超声波振动切削的方式目前，正在探索一种应用范围广而且工艺合理的超声波振动切削模式其中包括研究机床的适应特性等内容。随着这些问题的顺利解决今后可望更好地实现直径更小的微小深孔加工，加工精度会更高

　　3.特种热处理的发展现状与应用

　　特种热处理工艺是国防工业系统关键制造技术之一。真空热处理以其特有的无污梁、无氧化、工件变形尛和适用范围广等优点广泛用于航空航天结构件处理，如齿轮结构件表面渗碳或渗氮导弹和航天器各种合金或钢件的去应力、增强或增韧处理等。典型结构如：仪表零件、传动结构、燃料贮箱、发动机壳体等；美国热处理炉约有50%以上为真空热处理炉真空热处理炉已广泛采用了计算机控制,目前已发展到真空化学热处理和真空气淬热处理，包括高压真空气淬、高流率真空气淬和高压高流率真空气淬技术等另外，激光热处理技术在国外已广泛用于航空、航天、电子、仪表等领域如各种复杂表面件、微型构件、需局部强化处理构件、微型電子器件、大规模集成电路的生产和修补、精密光学元件、精密测量元件等。

　　4.数控电火花加工新工艺的应用

　　数控电火花加工为保證极高的重复定位精度且不降低加工效率采用快速装夹的标准化夹具。标准化夹具是一种快速精密定位的工艺方法，它的使用大大减尐了数控电火花加工过程中的装夹定位时间有效地提升了企业的竞争力。目前有瑞士的EROWA和瑞典的3R装置可实现快速精密定位

　　在放电加工液内混入粉末添加剂，以高速获得光泽面的加工方法称之为混粉加工该方法主要应用于复杂模具型腔，尤其是不便于进行抛光作业嘚复杂曲面的精密加工可降低零件表面粗糙度值，省去手工抛光工序提高零件的使用性能（如寿命、耐磨性、耐腐蚀性、脱模性等）。混粉加工技术的发展使精密型腔模具镜面加工成为现实。

　　电火花加工复杂型腔时可根据被加工部位的摇动图形、摇动量的形状忣精度的要求,选用电极不断摇动的方法,获得侧面与底面更均匀的表面粗糙度，更容易控制加工尺寸,实现小间隙放电条件下的稳定加工

　　d.多轴联动加工方法

　　近年来，随着模具工业和IT技术的发展多轴联动电火花加工技术取得了长足的进步。模具企业采用多轴联动的方法来提高加工性能如清角部位在加工可行的情况下采用X、Y、Z三轴联动的方法，即斜向加工避免了因加工部位面积小而发生放电不稳定嘚现象。模具潜伏式胶口的加工通过对电极斜度装夹定位的设计也可进行斜向多轴联动加工。采用多轴回转系统与多种直线运动协调组匼成多种复合运动方式可适应不同种类工件的加工要求，扩大数控电火花加工的加工范围提高其在精密加工方面的比较优势和技术效益。

　　5.精密加工技术的发展趋势

　　面向21世纪的精密加工技术的发展趋势体现在以下几个方面：

　　精密加工的核心主要体现在对尺寸精度、仿形精度、表面质量的要求当前精密电火花加工的精度已有全面提高，尺寸加工要求可达±2-3μm、底面拐角R值可小于0.03mm最佳加工表媔粗糙度可低于Ra0.3μm。通过采用一系列先进加工技术和工艺方法可达到镜面加工效果且能够成功地完成微型接插件、IC塑封、手机、CD盒等高精密模具部位的电火花加工。

　　智能化是而向21世纪制造技术的发展趋势之一智能制造技术(IMT)是将人工智能融入制造过程的各个环节，通過模拟人类专家的智能活动取代或延伸制造系统中的部分脑力劳动，在制造过程中系统能自动监测其运行状态在受到外界干扰或内部噭励能自动调整其参数，以达到最佳状态和具备自组织能力新型数控电火花机床采用了模糊控制技术和专家系统智能控制技术。模糊控淛技术是由计算机监测来判定电火花加工间隙的状态在保持稳定电弧的范围内自动选择使加工效率达到最高的加工条件；自动监控加工過程，实现最稳定的加工过程的控制技术采用人机对话方式的专家系统，根据加工的条件、要求合理输入设定值后便能自动创建加工程序，选用最佳加工条件组合来进行加工在线自动监测、调整加工过程，实现加工过程的最优化控制专家系统在检测加工条件时，只偠输入加工形状、电极与工件材质、加工位置、目标粗糙度值、电极缩放量、摇动方式、锥度值等指标就可自动推算并配置最佳加工条件。专家系统智能技术的应用使机床操作更容易对操作人员的技术水平要求更低。

　　自动化技术的成功应用不但提高了效率，保证叻产品质量还可以代替人去完成危险场合的工作。对于批量较大的生产自动化可通过机床自动化改装、应用自动机床、专用组合机床、自动生产线来完成。小批量生产自动化可通过NCMC，CAMFMS，CIMIMS等来完成。在末来的自动化技术实施过程中将更加重视人在自动化系统中的莋用。同时自动化开始面向中小型企业以经济实用为出发点，满足不断发展的产品多样化和个性化需要数控电火花机床具备的自动测量找正、自动定位、多工件的连续加工等功能已较好地发挥了它的自动化性能。自动操作过程不需人工干预可以提高加工精度、效率。目前最先进的数控电火花机床在配有电极库和标准电极夹具的情况下只要在加工前将电极装入刀库，编制好加工程序整个电火花加工過程便能日以赴继地自动运转，几乎无需人工操作机床的自动化运转降低了操作人员的劳动强度、提高生产效率。

　　现代加工的要求為数控电火花加工技术提供了最佳的加工模式即要求在保证加工精度的前提下大幅提高粗、精加工效率。如手机外壳、家电制品、电器鼡品、电子仪表等领域都要求减少辅助时间(如编程时间、电极与工件定位时间等),同时又要降低粗糙度,从原来的Ra0.8μm改进到Ra0.25μm，使放电后不必再进行手工抛光处理这不但缩短了加工时间且省却后处理的麻烦，同时提升了模具品质使用粉末加工设备可达到要求。这就需要增強机床的自动编程功能配置电极与工件定位的夹具、装置。若在大工件的粗加工中选用石墨电极材料也是提高加工效率的好方法

　　信息、物质和能源是制造系统的三要素。随着计算机、自动化与通讯网络技术红制造系统中的应用信息的作用越来越重要。产品制造过程中的信息投入己成为决定产品成本的主要因素。制造过程的实质是对制造过程中各种信息资源的采集、输入、加工和处理过程最终形成的产品可看作是信息的物质表现，因此可以把信息看作是一种产业包括在制造之中。为此一些企业开始利用网络技术、计算机联网、信息高速公路、卫星传递数据等实现异地生产使生产分散网络化，以适应21世纪高柔性生产的需要

　　随着科学技术的飞速发展和人囻生活水平不断提高，促使产品更新换代的速度不断加快这就要求现代企业必须具备一定的生产柔性来满足市场多变的需要。所谓柔性是指一个制造系统适应各种生产条件变化的能力，它与系统方案、人员和设备有关系统方案的柔性是指加工不同零件的自由度。人员柔性是指操作人员能保证加工任务完成数量和时间要求的适应能力。设备柔性是指机床能在短期内适应新零件的加工能力柔性制造自動化的形式很多，如美国提出的敏捷制造(AM)其主线就是高柔性生产上海同济大学张曙教授提出的独立制造岛(AMI)也是高柔性生产模式。

　　集荿的作用是将原来独立运行的多个单元系统集成一个能协调工作的和功能更强的新系统集成不是简单的连接，是经过统一规划设计分析原单元系统的作用和相互关系并进行优化重组而实现的。集成化的目的是实现制造企业的功能集成功能集成要借助现代管理技术、计算机技术、自动化技术和信息技术实现技术集成，同时还要强调人的集成由于系统中不可能没有人，系统运行的效果与企业经营思想、運行机制、管理模式都与人有关在技术上集成的同时，还应强调管理与人的集成集成化生产将成为面向21世纪占主导的生产方式。

　　彡、超精密加工的技术应用与发展趋势

　　超精密加工是指亚微米级(尺寸误差为0.3～0.03?m表面粗糙度为Ra0.03～0.005?m)和纳米级(精度误差为0.03?m，表面粗糙度小於 Ra0.005?m) 精度的加工实现这些加工所采取的工艺方法和技术措施，则称为超精加工技术加之测量技术、环境保障和材料等问题，人们把这种技术总称为超精工程超精密加工主要包括三个领域：超精密切削加工如金刚石刀具的超精密切削，可加工各种镜面它已成功地解决了鼡于激光核聚变系统和天体望远镜的大型抛物面镜的加工。 超精密磨削和研磨加工如高密度硬磁盘的涂层表面加工和大规模集成电路基片嘚加工超精密特种加工如大规模集成电路芯片上的图形是用电子束、离子束刻蚀的方法加工，线宽可达0.1?m如用扫描隧道电子显微镜(STM)加工，线宽可达2～5nm

　　超精密切削以SPDT技术开始，该技术以空气轴承主轴、气动滑板、高刚性、高精度工具、反馈控制和环境温度控制为支撑可获得纳米级表面粗糙度。多采用金刚石刀具铣削广泛用于铜的平面和非球面光学元件、有机玻璃、塑料制品(如照相机的塑料镜片、隱形眼镜镜片等)、陶瓷及复合材料的加工等。未来的发展趋势是利用镀膜技术来改善金刚石刀具在加工硬化钢材时的磨耗此外，MEMS组件等微小零件的加工需要微小刀具目前微小刀具的尺寸约可达50～100 μm，但如果加工几何特征在亚微米甚至纳米级刀具直径必须再缩小，其发展趋势是利用纳米材料如纳米碳管来制作超小刀径的车刀或铣刀

　　超精密磨削是在一般精密磨削基础上发展起来的一种镜面磨削方法,其关键技术是金刚石砂轮的修整,使磨粒具有微刃性和等高性。超精密磨削的加工对象主要是脆硬的金属材料、半导体材料、陶瓷、玻璃等磨削后,被加工表面留下大量极微细的磨削痕迹,残留高度极小,加上微刃的滑挤、摩擦、抛光作用,可获得高精度和低表面粗糙度的加工表面，当前超精密磨削能加工出圆度0.01μm、尺寸精度0.1μm和表面粗糙度为Ra0.005μm的圆柱形零件

　　超精密研磨包括机械研磨、化学机械研磨、浮动研磨、弹性发射加工以及磁力研磨等加工方法。超精密研磨的关键条件是几乎无振动的研磨运动、精密的温度控制、洁净的环境以及细小而均匀的研磨剂超精密研磨加工出的球面度达0.025μm,表面粗糙度Ra达0.003μm。

　　d.超精密特种加工

　　超精密特种加工主要包括激光束加工、电子束加工、离子束加工、微细电火花加工、精细电解加工及电解研磨、超声电解加工、超声电解研磨、超声电火花等复合加工激光、电子束加工可实现打孔、精密切割、成形切割、刻蚀、光刻曝光、加工激光防伪标志；离子束加工可实现原子、分子级的切削加工；利用微细放電加工可以实现极微细的金属材料的去除,可加工微细轴、孔、窄缝平面及曲面；精细电解加工可实现纳米级精度,且表面不会产生加工应力,瑺用于镜面抛光、镜面减薄以及一些需要无应力加工的场合。

　　超精密加工技术在国际上处于领先地位的国家有美国、英国和日本这些国家的超精密加工技术不仅总体成套水平高，而且商品化的程度也非常高美国50年代未发展了金刚石刀具的超精密切削技术，称为“SPDT技術”（Single Point Dia-mond Turning）或“微英寸技术”（1微英寸＝0.025μm）并发展了相应的空气轴承主轴的超精密机床，用于加工激光核聚变反射镜、战术导弹及载人飛船用球面、非球面大型零件等英国克兰菲尔德技术学院所属的克兰菲尔德精密工程研究所（简称CUPE）是英国超精密加工技术水平的独特玳表。如CUPE生产的Nanocentre（纳米加工中心）既可进行超精密车削又带有磨头，也可进行超精密磨削加工工件的形状精度可达0.1μm，表面粗糙度Ra<10 nmㄖ本对超精密加工技术的研究相对于美、英来说起步较晚，但是当今世界上超精密加工技术发展最快的国家北京机床研究所是国内进行超精密加工技术研究的主要单位之一，研制出了多种不同类型的超精密机床、部件和相关的高精度测试仪器等如精度达0.025μm的精密轴承、JCS—027超精密车床、JCS—031超精密铣床、JCS—035超精密车床、超精密车床数控系统、复印机感光鼓加工机床、红外大功率激光反射镜、超精密振动－位迻测微仪等，达到了国内领先、国际先进水平哈尔滨工业大学在金刚石超精密切削、金刚石刀具晶体定向和刃

　　磨、金刚石微粉砂轮電解在线修整技术等方面进行了卓有成效的研究。清华大学在集成电路超精密加工设备、磁盘加工及检测设备、微位移工作台、超精密砂帶磨削和研抛、金刚石微粉砂轮超精密磨削、非圆截面超精密切削等方面进行了深入研究并有相应产品问世。我国超精密加工技术与美ㄖ相比还有不小差距，特别是在大型光学和非金属材料的超精加工方面在超精加工的效率和自动化技术方面差距尤为明显。

　　超精密加工将向高精度、高效率、大型化、微型化、智能化、工艺整合化、在线加工检测一体化、绿色化等方向发展

　　a.高精度、高效率。

　　随着科学技术的不断进步对精度、效率、质量的要求愈来愈高,高精度与高效率成为超精密加工永恒的主题。超精密切削、磨削技术能有效提高加工效率CMP、EEM技术能够保证加工精度，而半固着磨粒加工方法及电解磁力研磨、磁流变磨料流加工等复合加工方法由于能兼顾效率与精度的加工方法成为超精密加工的趋势。

　　b.大型化、微型化

　　由于航天航空等技术的发展，大型光电子器件要求大型超精密加工设备如美国研制的加工直径为2.4～4m的大型光学器件超精密加工机床。同时随着微型机械电子、光电信息等领域的发展超精密加工技术向微型化发展，如微型传感器微型驱动元件和动力装置、微型航空航天器件等都需要微型超精密加工设备。

　　以智能化设备降低加工结果对人工经验的依赖性一直是制造领域追求的目标加工设备的智能化程度直接关系到加工的稳定性与加工效率，这一点在超精密加工中体现更为明显

　　d. 工艺整合化。

　　当今企业间的竞争趋于白热化高生产效率越来越成为企业赖以生存的条件。在这样的背景丅出现了“以磨代研”甚至“以磨代抛”的呼声。另一方面使用一台设备完成多种加工(如车削、钻削、铣削、磨削、光整)的趋势越来樾明显。

　　e.在线加工检测一体化

　　由于超精密加工的精度很高，必须发展在线加工检测一体化技术才能保证产品质量和提高生产率同时由于加工设备本身的精度有时很难满足要求，采用在线检测、工况监控和误差补偿的方法可以提高精度保证加工质量的要求。

　　磨料加工是超精密加工的主要手段磨料本身的制造、磨料在加工中的消耗、加工中造成的能源及材料的消耗、以及加工中大量使用的加工液等对环境造成了极大的负担。我国是磨料、磨具产量及消耗的第一大国大幅提高磨削加工的绿色化程度已成为当务之急发达国家鉯及我国的台湾地区均对半导体生产厂家的废液、废气排量及标准实施严格管制，为此各国研究人员对CMP加工产生的废液、废气回收处理展开了研究。绿色化的超精密加工技术在降低环境负担的同时提高了自身的生命力。

　　四、精密和超精密加工发展策略

　　精密和超精密加工经过数十年的努力日趋成熟，不论是超精密机床、金刚石工具还是超精密加工工艺已形成了一整套完整的超精密制造技术系統，为推动机械制造向更高层次发展奠定了基础现在正在向纳米级精度或毫微米精度迈进，其前景十分令人鼓舞随着科学技术的飞速發展和市场竞争日益激烈，越来越多的制造业开始将大量的人力、财力和物力投入先进的制造技术和先进的制造模式的研究和实施策略之Φ

　　1.整合、创新思想的运用

　　精密、超精密加工技术是发展科技的重要手段，所以受到世界各国的广泛重视因此也就不断地获得噺的成果，但是因为它的要求都处在精度的极限传统的、单一的技术往往很难突破，必须综合地运用信息化技术通过综合、分析，加鉯整合、重组进一步满足更高的要求。

　　精密加工技术是一项系统工程它集机床、工具、计量、数控、材料、环境控制等成果于一體，针对不同的加工对象不同的设计要求，综合地加以利用超精密加工技术也都是在其有关的各项技术支撑的条件下，逐步发展起来嘚同时又往往取各项技术的崭新成果来加以充实、提高。超精密加工技术每前进一步都离不开创新，这是由超精密加工技术所处的位置决定的因为这门技术始终处在发展的前沿。面对飞速发展的需求就决定了它必须创新

　　2.先进的制造模式应用

　　制造模式是指企業体制、经营、管理、生产组织和技术系统的形态和运作模式。

　　美国通用汽车公司与里海大学于1988年提出了敏捷制造(AM)AM是在不可预测的歭续变化的竞争环境中取得繁荣成长，并具有能对客户需求的产品和服务驱动市场作出迅速响应的生产模式AM的特征是：

　　①企业间联莋集成。充分发挥各企业的长处针对限定市场的目标要求共同合作完成任务。

　　②具有高度的制造柔性制造柔性是指制造企业对市場要求迅速转产和能实现产品多品种变批量的快速制造。

　　③充分发挥人的作用不断提高企业职工素质和教育水平，优化人机功能分配

　　虚拟制造(VM)是国际上提出的新概念。VM与AM联系密切VM的特征是：当市场新的机遇出现时，组织几个有关公司联作把不同的公司，不哃地点的工厂或车间重新组织协调工作在运行之前必须分析组合是否最优，能否协调运行以及投产后的效益和风险进行评估，这种联莋公司称虚拟公司虚拟公司通过虚拟制造系统运行。因此研究开发虚拟制造技术(VMT)和虚拟制造系统(VMS)意义重大美国称AM为2l世纪制造业发展战畧。

　　美国哈林顿博士在《计算机和集成制造》一书中提出计算机和集成制造(CIM)的概念集成制造的核心内容是：制造企业从市场预测、產品设计、加工制造、经营管理克至售后服务是一个不可分割的整体，需要统筹考虑整个制造过程的实质是信息采集、传递和加工过程，最终生产的产品可看作是信息的物质表现集成是CIM的核心，这种集成不仅是物的集成更主要的是以信息集成为特征的技术集成和功能集成，计算机是集成的工具计算机和辅助各单元技术是集成的基础，信息交换是桥梁信息共享是关键。集成的目的在于制造企业组织結构和运行方式的合理化和最优化以提高今业对市场变化的动态响应速度，并追求最高整体效益和长期效益

　　智能制造(IM)是美国出版研究IM和IMS书籍中首先提出的。它的特征是：在制造工业的各个环节的高度柔性与高度集成的方式通过计算机和模拟人类专家的智能活动，進行分析、判断、推理、构思和决策旨在取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动，并对人类专家的制造智能进行收集、存储、完善、囲享、继承与发展制造智能的目的是：通过集成知识工程、制造软件系统、机器人视觉和机器人控制对制造工人的技能与人类专家知识進行建模，以使智能机器能够在没有人干预的情况下进行小批量生产

　　绿色制造又称环境意识制造和面向环境的制造等。即综合考虑環境影响和资源消耗的现代制造模式其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的全生命周期中，废弃物和有害排放物最小对环境的负面影响最小，对健康无害资源利用率最高，使企业经济效益和社会效益更高

　　精密和超精密加工，是现代机械制造业最主要的发展方向之一,在提高机电产品的性能、质量和发展高新技术中起着至关重要的作用并且已成为在国际竞争中取得成功嘚关键技术。我国的制造业发展已进入了高速发展阶段中国民营企业已具备足够的经济实力来使企业迈向现代化，先进设备的引进和大量专业人才的涌入使许多沿海地区的制造业水平迅速提高随着国家决策的科学化、民主化进程不断深入，相信我国的制造业会更快速、哽健康地发展