基于激光智能制造技術(shù)的陽江市五金刀剪產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級及人才培養(yǎng)研究

文/程格 裴新軍 王文杰

0 引言

五金刀剪是廣東省陽江市最具特色的傳統(tǒng)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，具有悠久的發(fā)展歷史和豐富的文化底蘊(yùn)。目前，陽江市刀剪產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總量約占全國總產(chǎn)量的70%，出口量約占全國總出口量的85%，是全國乃至全世界最重要的五金刀剪產(chǎn)業(yè)集群之一。

目前，陽江五金刀剪行業(yè)主要以中低端產(chǎn)品出口為主，總體呈現(xiàn)小、散、亂的競爭格局，存在核心技術(shù)掌握不足、創(chuàng)新能力缺乏、專業(yè)技能人才培養(yǎng)短缺，沒有引領(lǐng)行業(yè)持續(xù)發(fā)展的內(nèi)部動力的自身問題；同樣也包括如全球貿(mào)易保護(hù)主義有所抬頭，部分高端產(chǎn)品生產(chǎn)向發(fā)達(dá)國家回流，中低端產(chǎn)品開始向生產(chǎn)成本更低的發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移等外部問題。內(nèi)、外問題迫使陽江五金刀剪企業(yè)生存狀況持續(xù)惡化，但同時正在倒逼企業(yè)加速轉(zhuǎn)型升級。陽江市越來越多的五金刀剪企業(yè)意識到，通過采用先進(jìn)的智能制造技術(shù)，加快產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，促進(jìn)生產(chǎn)過程中產(chǎn)品生產(chǎn)要素的革新、產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)發(fā)展，才能引領(lǐng)五金刀剪產(chǎn)業(yè)持續(xù)、健康、綠色發(fā)展。

1 五金刀剪激光智能制造技術(shù)分析

五金刀剪加工制造流程主要可分為原材料下料、矯直、熱處理、鋼頭焊接、刀坯粗磨、裝刀柄、刀柄及鋼頭拋光、刀體拋光、開利刃、包裝等。各個流程加工特性不同，如下料流程，主要以材料切割為主；鋼頭焊接流程，主要以材料熱連接為主；刀坯粗磨流程，主要以材料磨削為主。這些制造流程90%以上需要人工操作或人工干預(yù)才能執(zhí)行，人力成本占比很大，且加工過程中存在噪音、廢氣、廢水，環(huán)境惡劣，影響工人身體健康。

由于五金刀剪加工制造流程中各道工序主要以人工為主，涉及刀剪重要性能（如鋒利度及耐用度等）的加工質(zhì)量環(huán)節(jié)（如刃口厚度、刃口角度、刃口微觀表面粗糙度等）由工人自身水平把控，受限于工人技術(shù)能力及熟練水平參差不齊，極易造成刀剪產(chǎn)品質(zhì)量及批次穩(wěn)定性差，最終影響刀具生產(chǎn)企業(yè)及整個行業(yè)的發(fā)展。除此以外，一把刀具加工為成品，若其性能與整批刀具性能差別較大時，通過二次開刃加工可以改善其性能，但必然存在刀具整體尺寸的改變，這對于外貿(mào)出口企業(yè)是不能接受的。因此，五金刀剪作為勞動密集型行業(yè)，降低人工操作影響，尋求生產(chǎn)過程的自動化，實(shí)現(xiàn)加工流程的智能化改造，是整個行業(yè)未來的發(fā)展方向。

激 光 加 工 技術(shù)（laser processing technology，LPT）是指利用能量密度非常高的激光束對材料（包括金屬與非金屬）進(jìn)行加工（切割、焊接、表面處理、打孔及微加工等）的技術(shù)。由于激光束易于導(dǎo)向、聚焦，能夠便捷地實(shí)現(xiàn)方向變換，使其極易與數(shù)控系統(tǒng)、精密機(jī)械、電子計(jì)算機(jī)等相配合，實(shí)現(xiàn)加工過程的高度自動化、智能化以及很高的加工精度；此外，在惡劣環(huán)境或其他人難以接近的地方，便于采用機(jī)器人搭載激光束進(jìn)行加工。因此，激光加工是一種極為靈活的加工方法，生產(chǎn)效率高，對于勞動密集型行業(yè)，取代人工操作、實(shí)現(xiàn)行業(yè)智能制造、推動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，具有無可比擬的技術(shù)優(yōu)勢。

鑒于此，針對五金刀剪行業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀，本文提出幾點(diǎn)未來產(chǎn)業(yè)升級技術(shù)方向，供行業(yè)及企業(yè)參考及思考。

1.1 傳統(tǒng)下料方法升級為激光切割下料方法

傳統(tǒng)的刀剪下料方式以開模沖壓與線切割為主，存在的主要問題是：新產(chǎn)品開發(fā)時，模具設(shè)計(jì)與加工等開發(fā)周期長，對于一些復(fù)雜形狀的刀剪產(chǎn)品和特種材料甚至難以開模下料；采用線切割下料時，切割速度慢，影響新產(chǎn)品開發(fā)周期。據(jù)統(tǒng)計(jì)，傳統(tǒng)的刀剪下料時間約占新產(chǎn)品開發(fā)整個步驟流程的30%~60%，此環(huán)節(jié)產(chǎn)能效率不高將導(dǎo)致整個加工流程徒增成本與效率的損失。

激光切割刀剪下料技術(shù)是通過與計(jì)算機(jī)控制的自動化設(shè)備結(jié)合，使激光束具有無限的仿形切割能力，切割軌跡修改十分方便，具有高切割質(zhì)量、高切割速度、高柔性（可切割任意形狀）等優(yōu)點(diǎn)。對于具有復(fù)雜、不規(guī)則的刀剪圖形，只需將刀剪圖形數(shù)據(jù)導(dǎo)入激光切割設(shè)備就可以立即下料，激光切割效率高的優(yōu)勢更加凸顯。此外，激光切割技術(shù)利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行制圖排版，通過合理的排版設(shè)計(jì)，可以有效節(jié)省材料，大大降低制造成本。近些年來，隨著國產(chǎn)激光器質(zhì)量提升、價(jià)格成本的下降，刀剪激光切割下料設(shè)備成本下降，給刀剪行業(yè)發(fā)展帶來了新的利好態(tài)勢。

1.2 傳統(tǒng)的TiG焊接方法升級為激光自動焊接方法

在目前刀具行業(yè)中，刀柄與刀體、刀體與刀刃等的焊接方法多采用人工TiG雙面焊接：工人將刀柄與刀體或刀體與刀刃固定到夾具上，然后在焊縫的正面與背面同時進(jìn)行TiG焊接。由于TiG焊接方法本身熱輸入就比較大，雙面同時TiG焊接時熱輸入更大，造成焊縫區(qū)及焊接熱影響區(qū)晶粒嚴(yán)重粗大，焊縫抗沖擊性能差，這也是廚刀在使用過程中易在刀柄焊接部位折斷的根本原因。另外，長期在一線焊接的工人若采取保護(hù)措施不到位，極易受到焊接弧光、煙塵等影響，對身體造成傷害比較大。

激光焊接是一種高速度、非接觸、熱輸入低、變形極小的焊接方法，其焊縫力學(xué)性能較常規(guī)焊接方法高，目前已廣泛應(yīng)用在能源、交通運(yùn)輸、航空航天、工程機(jī)械等領(lǐng)域。目前，一些五金刀剪科研院所及公司已成功將激光光源、焊接頭、機(jī)器人等集成為一整套五金刀剪激光焊接系統(tǒng)，并通過改進(jìn)設(shè)計(jì)，將人工上、下料升級為機(jī)器人手臂和工裝治具協(xié)同上、下料，整個焊接操作流程實(shí)現(xiàn)全自動運(yùn)行，基本實(shí)現(xiàn)以機(jī)器代人。

1.3 人工開刃、拋光方法升級為機(jī)器人自動打磨、開刃方法

目前，在刀剪行業(yè)，刀體粗磨基本已實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工，自動化程度較高，但是刀具利刃的打磨及刀柄的拋光主要由工人手持刀具在砂帶機(jī)或砂輪機(jī)上操作完成，存在的主要問題：（1）工人勞動強(qiáng)度大，打磨過程中的噪音污染嚴(yán)重；（2）打磨或拋光的效果由工人個人視覺把控，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊；（3）同一把刀具刃口兩側(cè)的開刃角度很難保持一致，進(jìn)而影響刀具使用效果，廢品率高。

刀剪機(jī)器人打磨技術(shù)是利用機(jī)器人夾持刀具，通過設(shè)計(jì)打磨、運(yùn)動軌跡，使需要打磨部位按照需求在砂帶機(jī)或砂輪機(jī)上進(jìn)行磨削拋光，通過配套視覺檢測技術(shù)及材料表面檢測技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)刀剪自動化打磨、拋光，以及打磨效果的自動化檢測，保證刀剪打磨效果一致，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，最終取代繁重的人力勞動。

此外，近些年來，隨著新興激光加工自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，且工業(yè)化應(yīng)用越來越成熟，給刀具行業(yè)帶來新的發(fā)展機(jī)遇。例如，通過激光熔覆技術(shù)可以將高性能粉末材料熔覆到刀刃表面，大大提高刀具使用性能；通過激光淬火技術(shù)可以對刀刃局部進(jìn)行淬火，提高刀刃熱處理性能；通過激光拋光技術(shù)可以對刀體進(jìn)行拋光打磨，提高刀體的打磨效果等等。

綜上所述，五金刀剪加工制造流程中不同技術(shù)環(huán)節(jié)點(diǎn)可以通過激光自動化技術(shù)進(jìn)行升級改造，提高加工質(zhì)量的同時實(shí)現(xiàn)自動化，最終通過對各個環(huán)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)，并配套相關(guān)傳動、抓取、檢測等裝置，較易實(shí)現(xiàn)五金刀剪加工制造全自動化流程，推動五金刀剪傳統(tǒng)加工方式向智能制造轉(zhuǎn)型升級。

2 五金刀剪激光智能制造技術(shù)人才培養(yǎng)

作為典型的、勞動密集型行業(yè)，五金刀剪行業(yè)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)生產(chǎn)模式向激光智能制造轉(zhuǎn)型升級，不僅需要先進(jìn)的技術(shù)、設(shè)備，更需要先進(jìn)人才的支持，這就給五金刀剪激光智能制造技術(shù)人才的培養(yǎng)提出了新的挑戰(zhàn)：

（1）智能制造時代，五金刀剪技術(shù)人員的角色除了作為傳統(tǒng)的設(shè)備操作者外，還要參與設(shè)備維護(hù)、研發(fā)等工作，除了掌握傳統(tǒng)崗位基本技能外，還要掌握不同領(lǐng)域（如電氣、通信、材料等）的基本知識，從單一技能人才向復(fù)合型、服務(wù)型智能制造技術(shù)人才轉(zhuǎn)變，以適應(yīng)五金刀剪行業(yè)智能制造轉(zhuǎn)型升級的需求。

（2）高校教師隊(duì)伍應(yīng)該積極深入到五金刀剪企業(yè)一線，參與企業(yè)的智能制造轉(zhuǎn)型升級實(shí)踐，豐富生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提高教育、科研能力，通過親身經(jīng)歷，為行業(yè)智能制造人才培養(yǎng)方案的制定、課程體系的改革提供一手資料。除此之外，還要時時關(guān)注行業(yè)前沿動態(tài)、智能技術(shù)發(fā)展方向，不斷提高自身能力，提高智能制造人才培養(yǎng)的水平。

3 結(jié)語

五金刀剪傳統(tǒng)行業(yè)向激光智能制造轉(zhuǎn)型升級是行業(yè)發(fā)展的態(tài)勢，不僅僅涉及智能設(shè)備的開發(fā)與升級，更是人才培養(yǎng)質(zhì)量的升級，這就需要高校、企業(yè)、行業(yè)、政府等多方力量聯(lián)合起來，從多方位共同推動產(chǎn)業(yè)的智能制造轉(zhuǎn)型升級。