技術(shù)進(jìn)步是推動(dòng)現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力
上世紀(jì)七十年代末到八十年代初,由于微電子技術(shù)的飛速進(jìn)展,現(xiàn)代數(shù)字化制造技術(shù)和裝備也獲得了空前發(fā)展和廣泛應(yīng)用,極大地推動(dòng)了制造業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高,使制造業(yè)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代:由主要依靠勞動(dòng)能力的改善轉(zhuǎn)向主要依靠科技進(jìn)步。新技術(shù)的應(yīng)用使制造業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率的增長(zhǎng)速度大大加快。
我們知道,不斷追求勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高,是制造業(yè)永恒的主題,這是由制造業(yè)自身的生存和發(fā)展需要所決定的。國(guó)際經(jīng)合組織(OECD)的調(diào)查結(jié)果表明,價(jià)格的變化要滯后于成本的增加,從而形成“生產(chǎn)率差距”,這是對(duì)制造業(yè)的一種長(zhǎng)期挑戰(zhàn)。
現(xiàn)代數(shù)字化制造技術(shù)就是為了滿足制造業(yè)提高生產(chǎn)率的需求而發(fā)展起來(lái)的。作為一個(gè)完整的制造技術(shù)體系,現(xiàn)代數(shù)字化制造技術(shù)主要由數(shù)控機(jī)床、數(shù)控量?jī)x和數(shù)控刀具(國(guó)際上習(xí)稱(chēng)“現(xiàn)代高效刀具”)三部分組成。這三個(gè)子系統(tǒng)既獨(dú)立發(fā)展,又相輔相成、互相促進(jìn),不斷推動(dòng)制造業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高。
以現(xiàn)代高效刀具為例,盡管其價(jià)格大大高于傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)刀具,但由于其優(yōu)良的性能,使加工質(zhì)量和加工效率大幅度提高,從而使制造業(yè)提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率,降低了生產(chǎn)成本,獲得了更大收益,其效益杠桿比達(dá)到五倍以上。例如,美國(guó)每年的刀具消費(fèi)額為30多億美元,而制造業(yè)因提高效率、降低成本而獲得的收益卻達(dá)到150億美元。
與此同時(shí),現(xiàn)代高效刀具對(duì)解決長(zhǎng)期困擾制造業(yè)的重大環(huán)保難題——大量使用冷卻潤(rùn)滑液造成的環(huán)境污染——也提供了有效的解決途徑。通過(guò)刀具基體材料和涂層技術(shù)的突破性改進(jìn),以及刀具切削參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì),使高速切削實(shí)現(xiàn)了僅使用微量潤(rùn)滑液的MQL加工和完全不使用冷卻液的干式加工。在發(fā)達(dá)國(guó)家,冷卻液的使用和無(wú)害化處理費(fèi)用達(dá)到制造成本的15%,為刀具費(fèi)用的4-5倍。實(shí)現(xiàn)微量潤(rùn)滑和干式加工,對(duì)大幅降低制造成本和實(shí)現(xiàn)綠色加工發(fā)揮了決定性的作用。
另外,近年來(lái)制造業(yè)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)證明,在經(jīng)濟(jì)繁榮時(shí)期,為了應(yīng)對(duì)需求增長(zhǎng)、滿足市場(chǎng)需要,在一定條件下,通過(guò)改進(jìn)刀具、提高效率來(lái)增加產(chǎn)能,比通過(guò)增加廠房、設(shè)備和工人來(lái)擴(kuò)張產(chǎn)能更為合理,而且可以大大降低經(jīng)濟(jì)低迷時(shí)期產(chǎn)能閑置的風(fēng)險(xiǎn)。
由此可見(jiàn),現(xiàn)代高效刀具對(duì)于充分發(fā)揮數(shù)字化制造技術(shù)的綜合優(yōu)勢(shì),起著關(guān)鍵而不可替代的作用。
但是,在我國(guó)數(shù)字化制造技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中,存在一個(gè)認(rèn)識(shí)上的誤區(qū):簡(jiǎn)單地把數(shù)控機(jī)床看成是數(shù)字化制造技術(shù)的全部,認(rèn)為刀具和量?jī)x只是機(jī)床的 “附件”而已,只要把主機(jī)抓好了,附件就自然能跟著上去。這種認(rèn)識(shí)忽略了對(duì)數(shù)控刀具和數(shù)控量?jī)x應(yīng)有的重視和投入,其結(jié)果是我國(guó)現(xiàn)代切削刀具和測(cè)量技術(shù)的發(fā)展滯后于機(jī)床的發(fā)展。國(guó)內(nèi)外的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)證明,數(shù)字化制造技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)之間發(fā)展不平衡,會(huì)大大影響其整體效率和效益的發(fā)揮。
在發(fā)達(dá)國(guó)家,采用高效刀具來(lái)發(fā)揮數(shù)字化制造技術(shù)的潛力已成為共識(shí)?,F(xiàn)代高效刀具的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用受到高度重視。從2007年我國(guó)與幾個(gè)主要發(fā)達(dá)國(guó)家機(jī)床與刀具消費(fèi)額的對(duì)比(表1),可以看出存在的巨大差異。
表1 2007年各國(guó)機(jī)床與刀具消費(fèi)額對(duì)比(單位:億美元)
機(jī)床消費(fèi)額:中國(guó)161.7-日本76.2-德國(guó)72.5-美國(guó)61.7
刀具消費(fèi)額:中國(guó)32-日本35-德國(guó)30-美國(guó)33
從表1可以看出,發(fā)達(dá)國(guó)家每年的刀具消費(fèi)額約為機(jī)床消費(fèi)額的50%左右。大大高于中國(guó)制造業(yè)刀具消費(fèi)的比重。從全球范圍來(lái)看,2008年,機(jī)床消費(fèi)達(dá)到850億美元的水平,而刀具消費(fèi)也創(chuàng)下了210億美元的新高,刀具消費(fèi)與機(jī)床消費(fèi)比重的全球平均水平約為25%。在我國(guó),機(jī)床消費(fèi)已連續(xù)七年高居世界第一,2008年更達(dá)到了194.4億美元的創(chuàng)記錄水平。我國(guó)刀具消費(fèi)額也首次超過(guò)各主要發(fā)達(dá)國(guó)家,達(dá)到40億美元。但是,相對(duì)于我國(guó)制造業(yè)龐大的機(jī)床消費(fèi)規(guī)模而言,刀具消費(fèi)水平仍大大偏低,僅為機(jī)床消費(fèi)的20%。這一比重不但遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家,也低于世界平均水平。這就說(shuō)明,在我國(guó)的刀具消費(fèi)中,廉價(jià)而低效的傳統(tǒng)刀具仍占主流,機(jī)床功能遠(yuǎn)未得到充分發(fā)揮,制造業(yè)提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的潛力巨大。這既是中國(guó)工具工業(yè)的差距所在,也是中國(guó)工具工業(yè)的用武之地。發(fā)展現(xiàn)代高效刀具,替代廉價(jià)、低效的傳統(tǒng)刀具,是中國(guó)制造業(yè)提高競(jìng)爭(zhēng)力的必由之路。
國(guó)際、國(guó)內(nèi)現(xiàn)代工具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展簡(jiǎn)況
在國(guó)際上,現(xiàn)代高效刀具(國(guó)內(nèi)習(xí)慣稱(chēng)為“數(shù)控刀具”)是伴隨著現(xiàn)代制造業(yè)的需求而發(fā)展起來(lái)的。在上世紀(jì)六、七十年代,各主要發(fā)達(dá)國(guó)家先后完成了后工業(yè)化發(fā)展階段,進(jìn)入了新經(jīng)濟(jì)時(shí)代。信息技術(shù)迅速滲透到各行各業(yè)。在制造業(yè),以現(xiàn)代數(shù)字化制造技術(shù)和裝備替代和更新傳統(tǒng)技術(shù)和裝備也成為潮流。在此背景下,過(guò)去與機(jī)床配套的、千篇一律的傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)刀具已經(jīng)完全不能適應(yīng)制造業(yè)新的發(fā)展需要。于是,大約在三十年前,發(fā)達(dá)國(guó)家的工具工業(yè)在制造業(yè)新需求的強(qiáng)勁帶動(dòng)下,經(jīng)歷了一場(chǎng)從生產(chǎn)傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)刀具到現(xiàn)代高效刀具的深刻變革。首先,在轎車(chē)制造業(yè),大量采用“高精度、高效率、高可靠性和專(zhuān)用化”的現(xiàn)代高效刀具替代傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)刀具,使生產(chǎn)效率獲得極大提高。從此,現(xiàn)代高效刀具的發(fā)展勢(shì)如破竹,迅速推廣到各行各業(yè),成為工具技術(shù)發(fā)展的主流。
現(xiàn)代高效刀具是現(xiàn)代數(shù)字化制造技術(shù)的一個(gè)有機(jī)組成部分,其中包括作為主流產(chǎn)品的硬質(zhì)合金刀具和正在發(fā)展中的超硬刀具(金剛石、立方氮化硼刀具),以及應(yīng)用于特定領(lǐng)域的高速鋼刀具。在發(fā)達(dá)國(guó)家,硬質(zhì)合金刀具已占全部刀具銷(xiāo)售的70%以上。
現(xiàn)代高效刀具使用領(lǐng)域廣泛,汽車(chē)工業(yè)和通用機(jī)械行業(yè)是其最大的消費(fèi)者,航空航天工業(yè)緊跟其后,名列第三。
在我國(guó),直到上世紀(jì)末,現(xiàn)代高效刀具一直發(fā)展緩慢。工具工業(yè)向制造業(yè)提供的基本上是傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)高速鋼刀具和少量硬質(zhì)合金刀具,相當(dāng)于發(fā)達(dá)國(guó)家三十年前工具工業(yè)轉(zhuǎn)型前的水平。但進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái),隨著我國(guó)新一輪的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng),制造業(yè)現(xiàn)代化的步伐加快,我國(guó)數(shù)字化制造技術(shù)和裝備(包括數(shù)控機(jī)床、配套功能部件、數(shù)控量?jī)x和現(xiàn)代高效刀具)也獲得了快速發(fā)展。上世紀(jì)末,我國(guó)金切機(jī)床年產(chǎn)量已達(dá)19萬(wàn)臺(tái),但其中數(shù)控機(jī)床僅有1.4萬(wàn)臺(tái);當(dāng)時(shí),以新型硬質(zhì)合金刀具為代表的現(xiàn)代高效刀具亦不足全部刀具銷(xiāo)售的15%,且水平較低。到2007年,我國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量已達(dá)到12.32萬(wàn)臺(tái),產(chǎn)值數(shù)控化率達(dá)到43.7%;與此相匹配的高效硬質(zhì)合金刀具的比重亦上升到占全部刀具銷(xiāo)售的40.3%。由此可見(jiàn),進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái),我國(guó)數(shù)控機(jī)床和高效刀具取得了快速發(fā)展。目前,國(guó)產(chǎn)化的現(xiàn)代高效刀具已經(jīng)批量進(jìn)入汽車(chē)、模具、航空航天、發(fā)電裝備、通用機(jī)械等各個(gè)行業(yè)。部分產(chǎn)品的性能已達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平,有效地打破了進(jìn)口刀具在一些領(lǐng)域的壟斷地位,為我國(guó)高效刀具市場(chǎng)的規(guī)范競(jìng)爭(zhēng)作出了貢獻(xiàn)。
更須指出的是,國(guó)產(chǎn)高效硬質(zhì)合金刀具的發(fā)展突破了長(zhǎng)期徘徊不前的局面,獲得了高速發(fā)展,連續(xù)幾年增長(zhǎng)率都超過(guò)30%,遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)高速鋼刀具的增長(zhǎng)速度。這種可喜的變化標(biāo)志著,進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái),我國(guó)工具工業(yè)已經(jīng)開(kāi)始了從傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)刀具向現(xiàn)代高效刀具的轉(zhuǎn)型,進(jìn)入了嶄新的發(fā)展軌道。當(dāng)然,工具行業(yè)近年來(lái)取得的進(jìn)展,與制造業(yè)的發(fā)展需要相比仍有很大差距。廣大工具企業(yè)必須認(rèn)清發(fā)展趨勢(shì),堅(jiān)定不移地加速現(xiàn)代高效刀具的發(fā)展進(jìn)程。