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特斯拉的钞能力,都藏在工厂里

远川研究所 | 来源

 王磊 | 作者

  罗松松 | 编辑

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今年年初,彭博社公布了一组数据,特斯拉弗里蒙特工厂以周产8550辆的成绩力压丰田、宝马、福特等对手成为“北美生产效率最高”的工厂。

要知道,这座工厂已经有60年历史,在上世纪七八十年代臭名昭著,生产线上充斥着烟、酒、性和毒品,也一度被认为是通用旗下“质量、生产效率、出勤率“最差的工厂,有时候因为出勤率不足,经理甚至需要把醉醺醺的工人从工厂对面的酒吧里拽出来。

这种情况一直持续到了八十年代,当时准备在美国大干一场的丰田和想要学习精益生产的通用一拍即合,成立了一家名为NUMMI的合资公司,重新启用了这座工厂,在丰田的精心调校下,这座差点被淘汰的工厂重新焕发了生机,2006年产量达到历史最高的42万辆。

然而,2008年爆发的金融危机让通用不得不将NUMMI工厂摆上了货架,当时这座年产能达到50万辆的工厂建造成本超过10亿美元,但最后却在加州政府的斡旋下仅以4200万美元卖给了当时刚刚上市的特斯拉。

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特斯拉弗里蒙特工厂

捡了大便宜的马斯克回来回忆道:“当我第一次踏入这座工厂时,感觉就像是一个小孩子穿了父母的鞋子[1]”。

这个比喻非常生动和准确,因为当时的特斯拉的货架上只有Roadster一款车,但随着时间的推移,当Model S/X/3/Y四款车都大获成功之后,特斯拉的“体型”和“鞋码”越来越不协调,所以过去三年,一座座庞然大物在上海、柏林和得克萨斯州相继拔地而起。

这些工厂一座比一座大,上个月正式开业的德州工厂占地面积达到1.2万亩,相当于1120座标准足球场的大小,如果竖起来,这座工厂比有世界第一高楼之称的迪拜哈利法塔还要高,称得上是名副其实的“宇宙第一大厂”。

这些工厂之所以令人赞叹不已绝不只是因为面积和产能,按马斯克的说法,工厂不仅是生产空间,而且是特斯拉最重要的产品之一,是“制造机器的机器”,这些产品和特斯拉的电动车一样不仅可以”批量化生产”,还可以升级迭代,也是特斯拉制造的秘密所在。

01雏形:从车间二楼到内华达沙漠

虽然弗里蒙特工厂是特斯拉买的,但这绝不意味着特斯拉在生产制造方面奉行“拿来主义”,恰恰相反,从这里开始,特斯拉就走上了自研之路。

和传统整车厂不同,特斯拉从一开始就强调以机器为中心和自动化,在接手NUMMI工厂之后,特斯拉花了一年半时间训练了130多个生产机器人,让它们能在冲压、焊接、涂装等车间同时执行多种不同的任务。

整个弗里蒙特工厂,最神秘的地方莫过于二楼。在这里,特斯拉开始对产业链不同环节进行垂直整合,大到电芯、电池模组和自动化系统,小到高压线束、显示屏和保险丝,都开始自研。

特斯拉前生产副总裁Greg Reichow曾解释道,当一个产业处于发展初期时,自研自产关键零件有三大好处,第一:避免了外包过程中的繁文缛节,开发速度更快;第二:缩短产品升级改进的周期;第三:亲力亲为更有利于积累knowhow,从而构建更深的护城河[3]。

发布Model S之后的一年时间里,特斯拉在全球卖出了2.2万辆电动车,但马斯克显然并不满足于此,根据他在2006年发布的Master Plan,特斯拉的下一步是要推出一款价格更加亲民的车型,而要实现这个目标最大的瓶颈在于电池,最直接的办法就是通过扩大规模效应来降低单位成本。

2013年11月,马斯克对外公布,将打造一座名叫Gigafactory的超级电池工厂,“Giga”直译为“千兆”或者“十亿”,代表规模巨大。次年,特斯拉正式宣布联手松下在内华达建厂,目的很简单,一方面是为了保供,另一方面是降本。

当初特斯拉从松下采购电池时,马斯克成天吐槽松下的扩产速度慢、成本又高,是特斯拉前进路上的阻碍之一[3]。为了把控电池的成本与生产节奏,特斯拉干脆拉上松下共同投资了这座耗资约60亿美元的工厂,让最核心的供应商在眼皮子底下生产。这座工厂也初步体现了特斯拉垂直整合以及高度自动化的生产理念。

比如距离这座工厂300公里之外就有一座锂矿,更容易获得生产电池所需的原材料;生产电芯的车间内笔直的通道更方便无人驾驶AGV车辆通行;此外, 这座工厂还生产包括电机在内的驱动系统,自动化水平已经超过90%,经过测试之后,它们会和电池包一起被送到4小时车程之外的弗里蒙特。

特斯拉负责内华达工厂生产的副总裁克里斯·李斯特表示:“这就像在一座工厂里装了十座工厂[4]。”

2017年,内华达工厂正式投产,次年8月,一期工厂产能爬坡完成后,特斯拉实质上成为了拥有最大电池产能的整车厂,年产能多达20GWh,几乎同时,特斯拉拿下上海临港一块86万平方米的地块,准备建设第一座海外的超级整车厂。

如果说内华达是特斯拉在生产制造上的一次小试牛刀,那么上海工厂则是一次效率至上的极致演练。

02 上海:效率至上的极致演练

上海工厂的关键词只有一个:效率,这种特点不仅体现在施工速度上,同时也体现在厂房设计、物流系统以及生产工艺等方方面面。

在厂房设计上,众所周知,一辆车的生产由冲压、焊接、油漆和总装四大环节组成,一座整车厂的生产动线都是围绕这些工艺展开,弗里蒙特因为历史悠久等原因在车间布局上过于分散,互相之间衔接得不够紧密,再加上不同厂房之间的高低差,导致物流成本增加,同时也会降低生产效率,这是马斯克绝对不能忍受的。

上海工厂果断放弃了这种分散布局,而是将四大车间集中在一个巨大的空间内,使得零部件的流转效率以及土地利用率都有显著提高。

在空间布局上,上海工厂另一大特点在于新增了一个压铸车间,里面有多台IDRA生产的6000吨巨型压铸机,可以用于生产Model Y的车身后地板,将原本需要花费1-2个小时把70多个零件焊接起来的繁复过程,直接压缩到仅需几分钟的一道工序,省掉了上百个机器人。

最令外界惊叹的莫过于“当年开工、当年投产、当年交付”的壮举。实际上,最初马斯克原本预计上海在工厂两年内投产,但实际上,整个项目只用了两个月就完成了土地平整,六个月就搭好了厂房结构,或许是“基建狂魔”的效率过于惊人,特斯拉柏林工厂的总装线也交给了一家中国供应商负责。

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特斯拉弗里蒙特工厂早期布局

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特斯拉上海超级工厂

在供应链上,全球车企一直把丰田的精益生产作为标杆,特斯拉也不例外,这种生产模式以准时制和全员参与改善为特点,通过对上游零部件,现场生产细节以及终端消费市场的精细化管理和预测,来减少不必要的浪费和库存。

为了减少库存,特斯拉上海工厂采用了一种高效的物料对接系统。在工厂外围,密密麻麻排列了80多道对接集装箱的装卸门,距离产线只有10米,源源不断进厂的集装箱某种程度上承担了流动库存的功能,通过这种方式,从长三角等地采购而来的零部件可以及时被送上生产线,进而实现零库存。

凭借极高的效率,上海超级工厂在建成后两年内产能迅速爬坡,2021年第三季度在产量上已经超过弗里蒙特,到2021年底,上海工厂总产量超过47万辆,占全球总产量的一半以上,其中16万辆出口到了海外市场。

上海工厂作为特斯拉成立以来第一座海外整车厂,除了肩负撬开中国市场的历史重任之外,本身也是一次验证自己能否批量制造超级工厂的机会,在上海验证成功之后,特斯拉很快就在德国柏林和德州奥斯汀开始建立规模更大的工厂。

03 终极:全能的综合体

2017年,马斯克曾公开表示,他本人对于超级工厂的推崇,来自于1913年亨利·福特的流水线革命与之后诞生的胭脂河工厂[11]。

胭脂河工厂是汽车被发明以来最全能的工厂,里面有一百多座建筑,面积有540个足球场大,除了发动机、底盘、轮胎等各式各样的零部件车间之外,还有发电厂、炼煤厂、炼钢炉、轧钢厂等,甚至包括100多公里的铁轨,人数超过10万,规模相当于一座小县城。

在这里,亨利·福特将垂直整合模式玩到了极致,控制了从原材料到整车的所有环节,在装配线上,平均每49秒钟就能下线一辆Model A,并且把一辆车的价格降到500多美元,福特通过这种高效的生产方式以及走量的定价策略攫取了巨大财富,成为第一代“汽车大王”。

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弗里蒙特工厂的分散布局

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特斯拉得州工厂“Under One Roof”布局

上个月开业的德州工厂效仿的就是胭脂河,虽然自制的零部件不像当初的胭脂河一样无所不包,但垂直整合的效率却要甩对方一条街。

从上面两张图可以看出,弗里蒙特工厂是不规则形状,德州工厂是左右对称的八边形,前者的空间布局十分零散,后者的空间利用率显然更高,生产环节更多,但不同环节之间的衔接更加紧凑,用马斯克的话说,就是“一切都在同一个屋檐下”,能够实现“工厂的一端输入原材料,另一端输出整车。”

具体来看,在弗里蒙特工厂,压铸车间只有一个小角落,但在德州工厂却变得和冲压车间一样大,这种变化和特斯拉近年来的技术突破有直接关系。

2020年8月,特斯拉在弗里蒙特工厂开始安装一台6000吨级的压铸机,当时它还只能生产Model Y车身的后底板,但是不到两年时间,技术取得进展,车身前底板也可以“压”出来,大大减少了车身零部件的数量,而这无疑会增加压铸机的需求量以及车间的面积。

公开资料显示,弗里蒙特工厂目前拥有两台压铸机,上海有三台,年产能50万辆柏林工厂有八台(暂时只有两台),而前不久刚开业的德州工厂即将启用8000吨级的压铸机,用于Cybertruck的生产,数量增加、吨位增加,因此也直接导致压铸车间面积成倍扩大。

除此之外,德州工厂也将会同时生产电芯和pack,而且面积丝毫不逊于四大工艺,这是因为特斯拉即将在这里生产4680电池。46、80分别代表电池的直径与高度,多出来的一个“0”则代表圆柱电池。这款电池采用全极耳技术(也可称为“无极耳”),通过增加正负极与外部导体的接触面积,可以有效增加充放电时的电流大小并减少发热。

马斯克在开业典礼上表示,2022年德州工厂的主要任务就是产能爬坡,而在高效车间布局以及一系列新技术的加持下,德州工厂有望冲击史无前例的,年产百万辆的目标。

04尾声

一百年前,福特引领了传统燃油车时代,但随着供应链的分工和发展,大包大揽的垂直整合模式逐渐解体,取而代之的是金字塔式的供应链层级结构,如今,在新的电动车时代,垂直整合模式又在卷土重来,特斯拉无疑是其中的翘楚。

但这种模式就一定是唯一解吗?

或许不一定,至少在中国,电动车领域出现了很多玩家,有人可以不要灵魂专门替人代工,有人不造车但是一心想给车企“交钥匙”,有人想通过底盘来切入,各种模式层出不穷,留给不同玩家的选择也就更多。

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