Unibody那个壳
编者按:阿西摩在写完那篇关于 Unibody 的分析后,一位叫做 Benny 的读者写了很棒的回帖。因为关于 Unibody 的制作工艺仍非常识,所以我们特意邀请有专业经验的 Benny 君为我们写篇文章,他回复极快,水准也颇令人惊喜。
文 Benny
张亮发邮件给我,让我写写新的 Macbook 的 Unibody,坦白说我写东西不怎么样,就试着写点,等着大家的砖头。
这次的发布会,Apple 很高调的谈论着这个新的工艺,并称之为 New way to build notebook。看了最后的那个短片, 想必大家对这个工艺也有些直观了解——如果大家仔细看,在 46:56 秒的地方,可以看到是在中国生产的。因为也没有了解过整个工艺流程,只看到了键盘下面的这个壳的生产,以我的理解,Apple 不会傻到真的用一整块铝合金切成三块,弄成三部分组装起来,而仅仅是中间这部分使用这个工艺而已。
先说说什么是 CNC,什么是激光加工。这玩意说新也不新,说老也未必老,被广泛用在各个领域,近些年发展并不特别快,当然远比传统的那些机加工工艺发展快得多。所谓 CNC,就是 Computer Numerical Control,就是用计算机控制着加工工具对工件加工,短片中大家看到了一个被切好的铝块,固定在夹具上,然后一个快速转动的玩意(包括铣刀、钻头、磨 具等,以下简称刀)在工具上快速移动,铝块像泥一样,所到之处都被切下来了。而加工前,设计的 3D 模型转换成加工程序,然后计算机告诉刀怎么走。实际上之前见过的 Macbook Pro 的几个壳所用的模具也是被这么加工出来的,当然了模具和产品的加工还有很多不同。激光加工其实也类似,只是刀被换成了激光束(也可以算作刀吧),激光束的 能量聚焦到工件上,工件上被烧的部分汽化/熔化后消失了。以往要在iPod背面刻字也用到的是这个激光加工,只是用到的激光束的能量要小一点,不然整个外 壳要被烧穿了。
那么 CNC 和激光对于 Unibody 有什么优点呢?以往的 Macbook 里 面的增强结构和壳是分开加工的,多半都是冲压或者塑模的,然后再用螺丝、铆接等方法固定在一起的。为什么不能把几个东西一下子冲压或者塑模出来呢?这是 工艺本身的局限,冲压和塑模加工的时候只能上下两个方向用力,但是工件本身上下面和侧面都是有结构的,而且不管如何努力,这种方式生产的工件不会加工出来 直角结构,冲压有回弹,塑模有拔模角。不管工艺怎么控制,也是斜着的(不是很大,不用测量的话倒也很难看出来)。如果在加上侧方向上有众多结构孔或者中空 结构的话,就更加难办。CNC和激光就不用考虑这些,只要刀头进得去,想要什么样的就要什么样的;这样壳和增强结构成为一体,对强度的增加是非常明显,就 可以用更少的材料获得足够的强度,并且没有那些连接件和连接结构。正如Apple自己说,差不多减少一半的零件数量。还有就是这些加工对表面质量也有很好 的帮助,最后的工序一定是进行了多次的打磨和抛光,看起来会更漂亮(还有一个讲法就是,看起来跟别人不一样)。
缺点呢?成本。之前的文章中 谈过 Unibody 对于一些方面是有降低成本上帮助的。然而这种加工本身的成本增加实在是太厉害了。这些加工本身很昂贵,一个铝块被切来切去,虽说废料可以回收(回收也是要 钱的),也无法跟把铝片冲压这种方式进行成本的比较。之前本人做过的项目中也用到了 CNC 加工的铝件,这个工件是用作试验的,大小 20cm × 20cm × 20cm 左右,因为是单件,差不多要了我 1.5k RMB,而如果这个东西是冲压件生产的话,差不多是在 3 到 5 块 RMB(以每年 3 万件,3 年模具折旧来算,当然材料换成了铁片),更要命的是 CNC 和激光需要围绕着一个工件进行多次加工,按照 Dan Riccio 的 说法,有三十道工序,没有办法形成流水线式的工序,除非增加大量机台(这些机台应该都是千万级别以上的,而开模费用一般是百万级别的,模具的机台折旧寿 命又是相当长的),不然所有的后续工件只能排队等着前面的做完,即便是批量生产,也十分难以大幅度降低成本,并且很有可能在这个过程中耗费太多的时间。想 通过其他运营途径控制抵冲这部分成本几乎是不可能完成的任务。毕竟其他业务部门都已经是成熟的部门,即便是有 10% 这样的 Cost down 已经都是非常了不起的了——而且别忘记像富士康这样的代工厂对生产成本的控制原本已经是十分苛刻的——怎样跟这个几乎要增加数十上百倍的成本抗衡?
所以我说 Apple 也只会在键盘下面的中间件使用这个工艺,而其他部分,该开模具的开模具,该用螺丝就用螺丝,没有办法神奇到只用一块铝来完成所有的部件。将这个工艺用在批 量生产的笔记本上,估计也只有 Apple 可以做这样的事情,毕竟 Apple 需要与众不同的设计;毕竟 Apple 的产品有比其他厂商更高的利润率,这里亏一点没太大问题;毕竟 Apple 现在还不缺钱,投资在某种工艺上也并不费力气;而且 Apple 几条产品线上都可以分摊这些投资,可以消化掉相当部分增加成本;当然作为消费者,则要承担所有的成本,在这套工艺条件下,几年内的价格应该不会有太大的下 降。其他厂商也只是想想而已,要是真做,怕是一件相当困难的事情。
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Apple就应该是高品质的象征,这么做对于品质有着很高要求的用户很好。一台机器会用得久一些,环保的材料应用对于整个地球的未来也很有好处,严重支持苹果公司的做法!
当然只是中间的部分用的切割技术。发布会上展示的只是中间的部分,网页上介绍unibody,出现的也只是中间的部分。
to: icewwolf 对于环保这个话题而言,不太好说。铝合金本身倒是没什么,但是铝的生产要耗费大量的电能,这个不知道应该怎么算。
环保首先讲的是减少污染、其次讲的是资源可回收利用。耗费的大量的电能可以用环保能源再生 水力发电、风力发电、太阳能发电,甚至是核电。
只要采用的是不造成环境、或少污染的能源都是环保的范畴
@icewwolf 可能我的理解不太一样,我觉得环保还包括减少能源的使用的。真正意义的环保的发电还不现实。手头没有数据,不知道生产铝的碳排放和用传统材料的碳排放的对比是怎么样的。目前的铝的生产只能靠极费电的电解方式,而电多数是靠火电的。
赞同Icewwolf的观点:
主观意义上的环保第一要点就是减少生态环境污染——资源的均衡分配、回收利用都是其次得!
正常来讲,电解在条件主够的前提下所照成资源损失来得比热力要少:目前美国大部分地区的工业用电都是来自核能,在非自然发电领域里,核应用还是比较绿色di说;传统热力使用的煤炭都是不可再生资源;而且燃烧时生成的碳排放量也要高出很多⋯⋯
顺便想到:前一阵子,曼大还是伯大的化工系发现一种催化剂,专门可以提高电解水化氢氧效率!虽然目前不清楚是否可以应用在其它物质上——但是未来是明亮di~~~
学习了...
核废料要深埋,好像没有处理方法,一旦泄露或是被恐怖分子拿到,后果很严重。德国一些绿色组织已经开始说服政府减少核能的利用。
我没听错的话,那个记录片里提到的应该是“13道”工序吧。
非常棒的原创文章 但是有几点希望和benny君探讨一下 希望张亮同学可以代为转达
1 冲压和塑模是有角度的 一般是3% 但是文章中没有提到一般塑模之后可以用在精车 精车之后就不存在角度和表面的问题的
我对这个问题的理解是
1)一般做塑模和精车的是两个供应商 因为模具和车床是机械加工里的两个不同工种 这里面就有供应商管理的问题 有时塑模出问题 有时车的时候出问题 还要加上运输时间 这些都是成本
2) 塑模就是把金属变成液体 然后倒到模具里面 然后降温凝固 最后成品质量和模具质量有很大关系 比如说如果里面有很多的空气 就会造成产品很疏松
关于benny君成本的看法
1)我不认为数控机床和模具的差别是百万级的 现在很多大学也有很多数控机床 如上海大学
2)模具之后还是要车的 而且是两家供应商
3)benny强调的还是生产成本问题 我加一个开发成本的思考 国外有很严格的控制供应商的体系 要求供应商在批量生产前通过m次试生产 如果有n个供应商就等于是m*n的认证次数 如果其中一个供应商出问题 就会拖延整个项目 国外一般开发团队里面的一个高级工程师每小时的工作成本为90欧元(含给政府的税) 想想苹果的开发团队的成本吧
当然关于这次的unibody我自己看的不是很透 谢谢benny的文章 benny应该和我一样机械专业的吧 希望再多加探讨 也谢谢apple4us这个平台
@Forrest 呵呵,不用转达,这里说就可以了。
既然是学机械的,要纠正你一点,应该不是精车,是精铣吧。不过我接触的电子类产品中很少见塑模成型后还要铣的。成型后的塑料其实很难铣的,刀受不了。薄板冲压件成型后,除细节部分处理外,很少有再铣整体形状的;其二,因为这里没由具体讨论细节,拔模角和回弹影响不只是那个角度,而是一些无法成型的结构,因为结构设计的时候有些要求是有层次的,如果正好被另外一个成型表面挡住就无法塑模和冲压,这个是模具的局限性,所有做设计的人在做结构开始的时候就要考虑一个问题,这样的结构能否成型或者是不是难以成型,要知道模具加一个滑块就要贵好多。
对了,塑模指的是塑料模具,不是铸模。没讲清楚,因为我用的是小黑,还是有塑料件的。
成本问题,因为我接触的比较多,跟供应商数目没有太大关系,一般来说大公司对国内供应商的成本控制很严,基本上我算完成本加上你的利润就是报价,所以不管几家供应商,都不会影响太多,当然对供应链控制有影响。
之所以说相差的是数量级的原因在于,cnc其实一个集成的加工系统,把多种加工集中在一起进行生产,对于单件生产,比如模具加工是有利的,但是如果加入生产线生产就有困难了,在这个环节无法形成“流”,生产上叫线速太低,如果想增加线速只能增加机台的数量,或者建立像我的一个大学老师提出来的制造岛的概念。而且目前模具生产已经到了非常成熟的阶段,成本很低。
至于开发成本,其实没你想的这么严重,对于像Macbook这样产量在百万级别的非常好控制,开发最忌讳的是预期产量太小,只要产量够做什么都好做。至于供应商认证,这点钱其实也并不严重,哪怕是多个供应商,像富士康这样的加工型企业,它要控制的供应商可能上千家,这并不困难,前提就是要有足够的量。而其你也要知道,像apple这样的公司一定是要一个很成熟的开发部门,他们有很多自己的开发设备,这些成本其实是以折旧算的,而不全是一次性投入。至于人力成本么,像这样的产品,仅硬件的话,上百个工程师总归有的,总的来说,压力并不大。如果你对产品开发认证成本了解不多,我可以给你举个例子,从去年,欧洲要求电子类产品必须通过RoHS认证,RoHS要求产品中不能含有6种有害元素,而这个认证要求电子产品必须分拆到只有单一成分的部件,每个部件在国内去认证的话是1400rmb,你可以想象一下,其实开发成本本来就是很多的,工资只是九牛一毛。
ps.我文中提到的那个cnc加工的样件就是上大帮我做的。
我毕业之后没有直接从事机械相关的工作 所以有错误还请Benny兄指正 我这里讲的精车 是指先用模具造出铝的毛胚 然后再车 我们公司就是这么做的 当然benny兄说的结构方面的知识我是一无所知的
关于生产中的 流 的问题 我没怎么思考过 精益生产不能解决这个问题吗? 汽车装配远比电脑装配复杂的多啊
多谢benny兄的长文 长了见识 不过还不是十分clear 我不太相信apple会不计成本的做一件事 就像这次拒绝蓝光
虽然具体加工步骤不是很清楚(偶是学量子理论di⋯⋯)
但是,那个“流”就很明了:因为每个unibody都是一次刨出型来,仔细看资料片时就会发现,整个加工过程时,模料都是保持位置不变——由电脑控制的刨刀做运动;如果换成传统的流水作业时,每次传输过程中很容易照成一定误差!这样一来就会出现废料、返工、再修正⋯⋯这既增加劳工,又和unibody的概念不合!
至于用汽车配件来比喻有些太过夸张:体积和精确概念上不一样!
车辆零件的大小等级来讲,轧模时出现的误差等级几乎可以忽略不计!顶多在发动机等细节地方细刨刨就能组装了⋯⋯
所以,市场普及车型都是要有一定磨合期来让零件之间自行调节!
而法拉力那类的定级跑车都是和unibody的加工方式相同——一块模料用电脑车床硬刨出来!管你是发动机还是中轴齿轮:铁块子进去,成品出来⋯⋯(可以去下法拉力工厂纪录片里面都有介绍过⋯⋯)
lean或者six sigma这些方法是流程优化的过程,而不是创造流程。假如这套生产过程需要10分钟,要加快这个过程,优化加工工艺可能会节约5%,要大幅增加线速,就要增加机台数量,比如增加到10台,那么宏观上说,每件只需要不到1分钟。只是这10台需要很大的投入,对于汽车而言,因为产出大,所以投入可以更大,同样这里只要肯投入,也可以做得很快,这就是鸡生蛋蛋生鸡的问题了。至于蓝光,我相信除了技术,Jobs更多的考虑是商业策略。
apple4.us史上最专业讨论液
完全看不懂!!太专业鸟,凑热闹留名···-_-
我用汽车零件的生产想要说明的不是技术 想说的是生产方式 流水线生产是福特发明的 但是到了60年代 toyota发明了看板生产和精益生产 大大降低了库存 所以现在汽车零部件生产基本都不用流水线作业了 我讲这个是想说 流 其实不重要 (以上不能多展开 各位感兴趣的话可以用google) 但是我非常同意benny关于增加机器的说法 我特意做了一道数学题
条件1 听说富士康工厂拿下30万的苹果订单
条件2 我假设苹果发订单是以季度算的 同时假设富士康工厂是3班倒
那么季度生产总时间就是3(3个月)*22(每月上班天数)*24小时*60分钟 =95040分钟
所以每分钟富士康应该生产出 30万/95040=3,15台电脑
条件3 加工一个unibody所需时间 从ive的录像里 2分16秒 车刀准备钻孔 2分20秒 退刀 所以钻一个键盘孔时间为3到4秒 我数了一下一共有66个键盘孔 估计4分钟时间 然后加上车底平面 及其他一些孔 我估算为3分钟 总计加工一个unibody为7分钟时间
结论 富士康为了完成每分钟的出货量 数控机床的数目应为3.15*7=22台
22台数控机床对于富士康这样的厂来说应该不算什么 上海大学2004年的时候好像都有22台
另外 我想从金融方面讲一点 如果这次apple真的提高数量级的成本的话 华尔街那帮家伙肯定立马把股票抛了 然后苹果高管的期权肯定都泡汤的 工艺方面乔布斯不是专家 肯定是底下的人核算成本提出来的 不会乱拍脑袋胡乱提高数量级的成本的
@胡维 以前每次apple出新产品之后 都会有拆解公司算出成本的 你这次有没有找到这方面的资料
@benny 这次很享受和你的探讨 每次讨论都希望往真相更进一步
@张亮 最近apple4us 越来越4us了 我突然觉得你邀请的朋友大多是做媒体的 其实你可以邀请更多电子的 机械的 金融的 音乐的 电影的朋友 从设计上 工艺上 股票价值公司预期 多媒体 等方面头脑风暴 我们爱apple 自然也愿意贡献自己微薄的智慧
本来就是中间部分阿,那个 就是 结构主体 就像汽车地盘阿。
CNC ? 哈哈 不就是 数控机床麻,何必用 缩写阿~ 又不是造车,开个模具应该不要百万级吧。还有这个 成本 核算 是在中国 的 这个环境下的,什么环境呢? 激光 加工?刻个 图章 还是激光 加工的呢, 数控机床 保守估计 应该 不会超过 100 万 一台,而且你看 那个 铝块的 加工 基本上都是 直线条,应该说 一台 换刀头的 数控铣床 就搞定了。
加工中心,生产流程,JIT……好熟悉的名词啊,我大学是学工业工程(IE)的,不过毕业之后因为爱好,做了程序员了。
在这儿留个名,哈哈
我好些同学都在富士康呢,现在有走也有留的。
冲压件在效率肯定是机床加工没法比的,对于追求品质工业设计公司和追求利润的商业公司,apple肯定会找一个平衡点。商业宣传的肯定都是“报喜不报忧”的,他们自然会报一些噱头,吸引大家去买。
我刚才看了原来《省錢不代表賺錢,而花錢也不見得就是浪費!》的文章,我感觉是这样的:
苹果这次做,可能在单一的产品的层面上不是很经济的作法(按照Benny的说法),但是,我认为这是苹果的一个战略尝试。在我上学的时候,学IE就会知道些关于未来生产模式的事情——小批量、定制生产。像苹果这样一个追求个性化设计的商业公司,会不会就是在考虑这样的一种商业战略的未来呢?即:每一次设计的产品拥有多种可替换件,单一替换件的生产量都相对较低,而不再生产精密的模具,直接使用机床加工。因为一次设计的周期长、成本高,因此不可能单一设计产品少量生产,但是可以做成多替换件的少量生产。
因为我没有做过生产流程的实际工作,不清楚制作模具和机床加工的成本差距,只是一个突发的想法,呵呵
我也是学机械工程的,看到这篇文章的时间太晚了。我有一个疑问,看官方的那个录像,感觉所用的数控机床是很低端的,不是像benny说的那种千万级别的5轴机床,所以我认为即便是增加机床,成本也不会太高。
另外,我对benny关于强度的说法也有些疑问。铸造成型的零件再做机加工是非常正常的呀,又不是锻压件。反而冲压件由于金属内部的金属键结构发生变化,不太适宜切削。unibody的强度是不是比以前冲压+加强筋的设计高,我保持怀疑,切削加工对强度影响是最大的。