特斯拉的鈔能力,都藏在工廠里

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今年年初,彭博社公佈了一組數據,特斯拉弗里蒙特工廠以周產8550輛的成績力壓豐田、寶馬、福特等對手成為“北美生產效率最高”的工廠。
要知道,這座工廠已經有60年歷史,在上世紀七八十年代臭名昭著,生產線上充斥着煙、酒、性和毒品,也一度被認為是通用旗下“質量、生產效率、出勤率“最差的工廠,有時候因為出勤率不足,經理甚至需要把醉醺醺的工人從工廠對面的酒吧里拽出來。
這種情況一直持續到了八十年代,當時準備在美國大乾一場的豐田和想要學習精益生產的通用一拍即合,成立了一家名為NUMMI的合資公司,重新啟用了這座工廠,在豐田的精心調校下,這座差點被淘汰的工廠重新煥發了生機,2006年產量達到歷史最高的42萬輛。
然而,2008年爆發的金融危機讓通用不得不將NUMMI工廠擺上了貨架,當時這座年產能達到50萬輛的工廠建造成本超過10億美元,但最後卻在加州政府的斡旋下僅以4200萬美元賣給了當時剛剛上市的特斯拉。

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特斯拉弗里蒙特工廠
撿了大便宜的馬斯克回來回憶道:“當我第一次踏入這座工廠時,感覺就像是一個小孩子穿了父母的鞋子[1]”。
這個比喻非常生動和準確,因為當時的特斯拉的貨架上只有Roadster一款車,但隨着時間的推移,當Model S/X/3/Y四款車都大獲成功之後,特斯拉的“體型”和“鞋碼”越來越不協調,所以過去三年,一座座龐然大物在上海、柏林和得克薩斯州相繼拔地而起。
這些工廠一座比一座大,上個月正式開業的德州工廠占地面積達到1.2萬畝,相當於1120座標準足球場的大小,如果豎起來,這座工廠比有世界第一高樓之稱的迪拜哈利法塔還要高,稱得上是名副其實的“宇宙第一大廠”。
這些工廠之所以令人贊嘆不已絕不只是因為面積和產能,按馬斯克的說法,工廠不僅是生產空間,而且是特斯拉最重要的產品之一,是“製造機器的機器”,這些產品和特斯拉的電動車一樣不僅可以”批量化生產”,還可以升級迭代,也是特斯拉製造的秘密所在。
01

雛形:從車間二樓到內華達沙漠

雖然弗里蒙特工廠是特斯拉買的,但這絕不意味着特斯拉在生產製造方面奉行“拿來主義”,恰恰相反,從這里開始,特斯拉就走上了自研之路。
和傳統整車廠不同,特斯拉從一開始就強調以機器為中心和自動化,在接手NUMMI工廠之後,特斯拉花了一年半時間訓練了130多個生產機器人,讓它們能在沖壓、焊接、塗裝等車間同時執行多種不同的任務。
整個弗里蒙特工廠,最神秘的地方莫過於二樓。在這里,特斯拉開始對產業鏈不同環節進行垂直整合,大到電芯、電池模組和自動化系統,小到高壓線束、顯示屏和保險絲,都開始自研。
特斯拉前生產副總裁Greg Reichow曾解釋道,當一個產業處於發展初期時,自研自產關鍵零件有三大好處,第一:避免了外包過程中的繁文縟節,開發速度更快;第二:縮短產品升級改進的周期;第三:親力親為更有利於積累knowhow,從而構建更深的護城河[3]。
發布Model S之後的一年時間里,特斯拉在全球賣出了2.2萬輛電動車,但馬斯克顯然並不滿足於此,根據他在2006年發布的Master Plan,特斯拉的下一步是要推出一款價格更加親民的車型,而要實現這個目標最大的瓶頸在於電池,最直接的辦法就是通過擴大規模效應來降低單位成本。
2013年11月,馬斯克對外公佈,將打造一座名叫Gigafactory的超級電池工廠,“Giga”直譯為“千兆”或者“十億”,代表規模巨大。次年,特斯拉正式宣佈聯手鬆下在內華達建廠,目的很簡單,一方面是為了保供,另一方面是降本。
當初特斯拉從松下採購電池時,馬斯克成天吐槽松下的擴產速度慢、成本又高,是特斯拉前進路上的阻礙之一[3]。為了把控電池的成本與生產節奏,特斯拉乾脆拉上松下共同投資了這座耗資約60億美元的工廠,讓最核心的供應商在眼皮子底下生產。
這座工廠也初步體現了特斯拉垂直整合以及高度自動化的生產理念。
比如距離這座工廠300公里之外就有一座鋰礦,更容易獲得生產電池所需的原材料;生產電芯的車間內筆直的通道更方便無人駕駛AGV車輛通行;此外, 這座工廠還生產包括電機在內的驅動系統,自動化水平已經超過90%,經過測試之後,它們會和電池包一起被送到4小時車程之外的弗里蒙特。
特斯拉負責內華達工廠生產的副總裁克裡斯·李斯特表示:“這就像在一座工廠里裝了十座工廠[4]。”
2017年,內華達工廠正式投產,次年8月,一期工廠產能爬坡完成後,特斯拉實質上成為了擁有最大電池產能的整車廠,年產能多達20GWh,幾乎同時,特斯拉拿下上海臨港一塊86萬平方米的地塊,準備建設第一座海外的超級整車廠。
如果說內華達是特斯拉在生產製造上的一次小試牛刀,那麽上海工廠則是一次效率至上的極致演練。

02

上海:效率至上的極致演練

上海工廠的關鍵詞只有一個:效率,這種特點不僅體現在施工速度上,同時也體現在廠房設計、物流系統以及生產工藝等方方面面。
在廠房設計上,眾所周知,一輛車的生產由沖壓、焊接、油漆和總裝四大環節組成,一座整車廠的生產動線都是圍繞這些工藝展開,弗里蒙特因為歷史悠久等原因在車間佈局上過於分散,互相之間銜接得不夠緊密,再加上不同廠房之間的高低差,導致物流成本增加,同時也會降低生產效率,這是馬斯克絕對不能忍受的。
上海工廠果斷放棄了這種分散佈局,而是將四大車間集中在一個巨大的空間內,使得零部件的流轉效率以及土地利用率都有顯著提高。
在空間佈局上,上海工廠另一大特點在於新增了一個壓鑄車間,裡面有多台IDRA生產的6000噸巨型壓鑄機,可以用於生產Model Y的車身後地板,將原本需要花費1-2個小時把70多個零件焊接起來的繁復過程,直接壓縮到僅需幾分鐘的一道工序,省掉了上百個機器人。
最令外界驚嘆的莫過於“當年開工、當年投產、當年交付”的壯舉。實際上,最初馬斯克原本預計上海在工廠兩年內投產,但實際上,整個項目只用了兩個月就完成了土地平整,六個月就搭好了廠房結構,或許是“基建狂魔”的效率過於驚人,特斯拉柏林工廠的總裝線也交給了一家中國供應商負責。

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特斯拉弗里蒙特工廠早期佈局

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特斯拉上海超級工廠
在供應鏈上,全球車企一直把豐田的精益生產作為標桿,特斯拉也不例外,這種生產模式以準時制和全員參與改善為特點,通過對上游零部件,現場生產細節以及終端消費市場的精細化管理和預測,來減少不必要的浪費和庫存。
為了減少庫存,特斯拉上海工廠採用了一種高效的物料對接系統。在工廠外圍,密密麻麻排列了80多道對接集裝箱的裝卸門,距離產線只有10米,源源不斷進廠的集裝箱某種程度上承擔了流動庫存的功能,通過這種方式,從長三角等地採購而來的零部件可以及時被送上生產線,進而實現零庫存。
憑借極高的效率,上海超級工廠在建成後兩年內產能迅速爬坡,2021年第三季度在產量上已經超過弗里蒙特,到2021年底,上海工廠總產量超過47萬輛,占全球總產量的一半以上,其中16萬輛出口到了海外市場。
上海工廠作為特斯拉成立以來第一座海外整車廠,除了肩負撬開中國市場的歷史重任之外,本身也是一次驗證自己能否批量製造超級工廠的機會,在上海驗證成功之後,特斯拉很快就在德國柏林和德州奧斯汀開始建立規模更大的工廠。

03

終極:全能的綜合體

2017年,馬斯克曾公開表示,他本人對於超級工廠的推崇,來自於1913年亨利·福特的流水線革命與之後誕生的胭脂河工廠[11]。
胭脂河工廠是汽車被發明以來最全能的工廠,裡面有一百多座建築,面積有540個足球場大,除了發動機、底盤、輪胎等各式各樣的零部件車間之外,還有發電廠、煉煤廠、煉鋼爐、軋鋼廠等,甚至包括100多公里的鐵軌,人數超過10萬,規模相當於一座小縣城。
在這里,亨利·福特將垂直整合模式玩到了極致,控制了從原材料到整車的所有環節,在裝配線上,平均每49秒鐘就能下線一輛Model A,並且把一輛車的價格降到500多美元,福特通過這種高效的生產方式以及走量的定價策略攫取了巨大財富,成為第一代“汽車大王”。

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弗里蒙特工廠的分散佈局

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特斯拉得州工廠“Under One Roof”佈局
上個月開業的德州工廠效仿的就是胭脂河,雖然自製的零部件不像當初的胭脂河一樣無所不包,但垂直整合的效率卻要甩對方一條街。
從上面兩張圖可以看出,弗里蒙特工廠是不規則形狀,德州工廠是左右對稱的八邊形,前者的空間佈局十分零散,後者的空間利用率顯然更高,生產環節更多,但不同環節之間的銜接更加緊湊,用馬斯克的話說,就是“一切都在同一個屋檐下”,能夠實現“工廠的一端輸入原材料,另一端輸出整車。”
具體來看,在弗里蒙特工廠,壓鑄車間只有一個小角落,但在德州工廠卻變得和沖壓車間一樣大,這種變化和特斯拉近年來的技術突破有直接關系。
2020年8月,特斯拉在弗里蒙特工廠開始安裝一臺6000噸級的壓鑄機,當時它還只能生產Model Y車身的後底板,但是不到兩年時間,技術取得進展,車身前底板也可以“壓”出來,大大減少了車身零部件的數量,而這無疑會增加壓鑄機的需求量以及車間的面積。
公開資料顯示,弗里蒙特工廠目前擁有兩台壓鑄機,上海有三台,年產能50萬輛柏林工廠有八台(暫時只有兩台),而前不久剛開業的德州工廠即將啟用8000噸級的壓鑄機,用於Cybertruck的生產,數量增加、噸位增加,因此也直接導致壓鑄車間面積成倍擴大。
除此之外,德州工廠也將會同時生產電芯和pack,而且面積絲毫不遜於四大工藝,這是因為特斯拉即將在這里生產4680電池。46、80分別代表電池的直徑與高度,多出來的一個“0”則代表圓柱電池。這款電池採用全極耳技術(也可稱為“無極耳”),通過增加正負極與外部導體的接觸面積,可以有效增加充放電時的電流大小並減少發熱。
馬斯克在開業典禮上表示,2022年德州工廠的主要任務就是產能爬坡,而在高效車間佈局以及一系列新技術的加持下,德州工廠有望沖擊史無前例的,年產百萬輛的目標。

04

尾聲

一百年前,福特引領了傳統燃油車時代,但隨着供應鏈的分工和發展,大包大攬的垂直整合模式逐漸解體,取而代之的是金字塔式的供應鏈層級結構,如今,在新的電動車時代,垂直整合模式又在捲土重來,特斯拉無疑是其中的翹楚。

但這種模式就一定是唯一解嗎?

或許不一定,至少在中國,電動車領域出現了很多玩家,有人可以不要靈魂專門替人代工,有人不造車但是一心想給車企“交鑰匙”,有人想通過底盤來切入,各種模式層出不窮,留給不同玩家的選擇也就更多。

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[1] Tesla Now Runs the Most Productive Auto Factory in America,Bloomberg

[2] VW CEO Tells German Workers Tesla Factory Will Threaten Jobs,Bloomberg

[3] 2013: Tesla Motors may make its own batteries,The Mercury News

[4] It’s big, loud and secretive: We got a tour of Tesla’s Gigafactory and here’s how it works,Reno Gazette Journal

[5] Updated: Tesla Gigafactory will cut battery costs 50%, analyst says,UTILITY DIVE

[6] 從Giga 1 到 Giga 3,特斯拉超級工廠的告訴迭代,42號車庫

[7] Battery production at Gigafactory 1 turns first profits,electrive

[8] 無聲的較量:特斯拉入華背後的四次握手,飯統戴老闆

[9] 獨家!深度探秘特斯拉上海超級工廠,汽車之家

[10] 特斯拉上海超級工廠年產能或超100萬台,新浪汽車

[11] Ford River Rouge Tesla,Businessinsider

[12] Tesla reached a cumulative million of its new format cells in January,GREEN CAR REPORTS

[13] 4680詳解:捲土重來的圓柱電池,42號車庫

[14] 你所不知道的特斯拉工廠二樓,藏着特斯拉成功的秘密,雷鋒網