常國棟,楊國豐
(洛陽龍鼎鋁業(yè)有限公司,河南 洛陽 471300)
21 世紀(jì)是一個(gè)科學(xué)技術(shù)的時(shí)代,隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,機(jī)械制造企業(yè)也得到了蓬勃的發(fā)展?,F(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)要符合時(shí)代發(fā)展潮流,就要持續(xù)地進(jìn)行創(chuàng)新與改革,通過將綠色理念與機(jī)械設(shè)計(jì)與制造相結(jié)合,采用合理的加工工藝,確定合理的加工流程。同時(shí),從科學(xué)創(chuàng)新和環(huán)境保護(hù)的角度進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn),這樣才能夠讓現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造發(fā)揮出應(yīng)有的作用。
機(jī)械制造工藝和設(shè)計(jì)方案創(chuàng)新的合理性,都需要配備完善的行業(yè)規(guī)范和相關(guān)制度來保證。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展,各行各業(yè)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的需求也日益增加,只有制定詳細(xì)、科學(xué)、合理的行業(yè)規(guī)范,才能滿足現(xiàn)代化機(jī)械加工工藝的設(shè)計(jì)與制造。然而,目前有些企業(yè)甚至還沒有建立起自身發(fā)展的內(nèi)部生產(chǎn)管理制度,缺乏有效的激勵(lì)和考核機(jī)制,無法保證生產(chǎn)人員的利益。如果缺乏科學(xué)的監(jiān)督管理,生產(chǎn)過程中就會(huì)出現(xiàn)安全問題,影響操作人員的安全,造成嚴(yán)重的質(zhì)量或安全事故,給企業(yè)帶來巨大損失。
在現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)管理過程中,隨著人工智能等技術(shù)在生產(chǎn)、管理等各環(huán)節(jié)中的應(yīng)用,雖然逐漸的完善了一些機(jī)械領(lǐng)域所存在的缺陷,但從國內(nèi)機(jī)械制造和加工行業(yè)的整體發(fā)展情況來看,因?yàn)槭艿郊庸すぞ吆图庸すに嚨南拗?,仍然?huì)產(chǎn)生很多不良產(chǎn)品。另外,一些機(jī)械制造企業(yè)還沒有形成完整的監(jiān)督管理體系,缺乏專業(yè)的審查隊(duì)伍,也造成了不良產(chǎn)品的出現(xiàn)和流出。這不僅使機(jī)械制造和加工企業(yè)的發(fā)展受到了影響,同時(shí)也對(duì)機(jī)械市場的穩(wěn)定性造成了不可估量的損失,還會(huì)對(duì)其他行業(yè)產(chǎn)生影響。
機(jī)械制造企業(yè)往往比較重視機(jī)械產(chǎn)品的精度,而忽視了對(duì)機(jī)械產(chǎn)品外觀的要求,因此在設(shè)計(jì)和制造過程中會(huì)選擇性地跳過外觀設(shè)計(jì)優(yōu)化和生產(chǎn)優(yōu)化。這就導(dǎo)致了很多企業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械產(chǎn)品性能良好,但缺乏良好的外觀,因此嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的市場價(jià)值。更有甚者,在機(jī)械生產(chǎn)車間,操作環(huán)境相對(duì)惡劣,不僅會(huì)對(duì)操作人員造成傷害,如果產(chǎn)品隨意堆放,還會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品在生產(chǎn)后未經(jīng)檢驗(yàn)就出現(xiàn)磨損和損壞。此時(shí)需要進(jìn)行二次加工,造成大量的資源浪費(fèi),損害企業(yè)的效益。
傳統(tǒng)機(jī)械制造行業(yè)所產(chǎn)生的廢水、廢氣、噪聲等嚴(yán)重影響和破壞了生態(tài)環(huán)境,沒有遵循綠色環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的理念,我們應(yīng)該在機(jī)械設(shè)計(jì)之初就選擇綠色環(huán)保的機(jī)械加工工藝[1],確定綠色無污染的生產(chǎn)材料和先進(jìn)節(jié)能的加工工具。只有這樣,才能在保障產(chǎn)品質(zhì)量的情況下,減少資源消耗和對(duì)環(huán)境的污染破壞。然而,在國家的強(qiáng)制要求下,很多機(jī)械制造企業(yè)已經(jīng)開始了綠色加工技術(shù)的創(chuàng)新,并嘗試選擇綠色加工技術(shù)。但仍有不少企業(yè)為了短期利益,不愿意實(shí)施生產(chǎn)技術(shù)優(yōu)化,綠色機(jī)械生產(chǎn)的發(fā)展進(jìn)程非常緩慢,效果也不明顯。
精密加工技術(shù)與現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造之間的聯(lián)系是極為緊密的,隨著各行業(yè)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品精度的要求日益提高。為順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展,我們就必須要提高機(jī)械制造的工藝精確程度,若機(jī)械產(chǎn)品的精度在加工期間不能達(dá)到設(shè)計(jì)的需求,就會(huì)嚴(yán)重影響后期的質(zhì)量和安全性能。一般情況下,精密機(jī)械制造其精度一般會(huì)控制在0.1μm 至1μm 以內(nèi),它涵蓋了切割、磨削等一系列內(nèi)容。因此,在機(jī)械加工周期內(nèi),只有從各個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行考慮,才能夠保證機(jī)械產(chǎn)品的最終質(zhì)量,而機(jī)械產(chǎn)品的表面精度和位置精度更是機(jī)械制造工藝的核心所在。例如,我公司冷、箔軋機(jī)上用于連續(xù)測量平直度的板形輥就屬于精密加工,輥體主要由芯軸、空氣軸承、輥環(huán)組成,輥環(huán)寬度為52mm(共34 個(gè),有效測量范圍1520mm~1768mm),輥環(huán)與芯軸之間為空氣軸承連接,輥環(huán)懸浮于芯軸之上,形成上下氣腔。在此種形式的板形輥具有靈敏度、分辨率、精度高,不易造成帶材表面缺陷,抗污染性高等優(yōu)點(diǎn)。
圖1 板形輥裝置示意圖
圖2 集中傳動(dòng)控制系統(tǒng)圖
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高,機(jī)械設(shè)計(jì)與制造也發(fā)生了一些變化,它開始向自動(dòng)化、數(shù)字化和智能化發(fā)展[2]。現(xiàn)代化機(jī)械制造要充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)信息技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造中的作用,將計(jì)算機(jī)納入生產(chǎn)系統(tǒng),這樣既能提高設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性,又能使生產(chǎn)出來的產(chǎn)品更加市場化。同時(shí)機(jī)械制造設(shè)備的智能化、自動(dòng)化和數(shù)字化的發(fā)展,有利于解放勞動(dòng)力,提高勞動(dòng)效率,也使機(jī)械企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益將更加可觀,例如,我公司目前推行的高端DCS 集中傳動(dòng)控制系統(tǒng),利用智能紅外激光在線測速儀、X 射線厚度在線測量系統(tǒng)、智能板形在線檢測系統(tǒng)、智能液位檢測及智能控流系統(tǒng)等智能化控制系統(tǒng),把生產(chǎn)設(shè)備嵌入了智能控制系統(tǒng)和智能儀表,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、設(shè)備運(yùn)維與產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤追溯、優(yōu)化控制和集約化生產(chǎn)。公司采用智能化控制系統(tǒng)后,生產(chǎn)系統(tǒng)工況相比以前更加穩(wěn)定,快速建立和維持動(dòng)態(tài)平衡的能力得到大幅提高,同時(shí)大大降低了操作員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中,環(huán)保節(jié)能和生產(chǎn)質(zhì)量是同等重要的,不能只重視生產(chǎn)質(zhì)量而忽略了環(huán)保節(jié)能,要重視機(jī)械設(shè)計(jì)制造的環(huán)保性與安全性,就需要從各個(gè)方面支持和獎(jiǎng)勵(lì)技術(shù)人員不斷地創(chuàng)新和研究新型環(huán)保節(jié)能技術(shù),不斷優(yōu)化產(chǎn)品的性能,深入滲透綠色理念,推動(dòng)綠色發(fā)展。我們可以從生產(chǎn)和技術(shù)兩個(gè)切入點(diǎn)入手進(jìn)行改造和優(yōu)化,通過減少廢水、廢氣和噪聲的產(chǎn)生,減少能源的消耗或新型材料的使用等方式來實(shí)現(xiàn)綠色制造。同時(shí)更要注重再生資源的利用,將機(jī)械生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢物作為資源加以回收利用,從而促進(jìn)人與自然和諧共生[3]。例如,我公司將生產(chǎn)需要的煤氣改造為天然氣,從而降低廢氣的產(chǎn)生,建立污水處理站,將生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污水進(jìn)行 集中處理,達(dá)到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)在節(jié)能降耗方面,淘汰舊式的高能耗電機(jī),采用新型的變頻式電機(jī),降低能耗等,通過以上各種措施的實(shí)施,我公司也成功取得了“綠色工廠”的稱號(hào)。
在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中,我們必須制定統(tǒng)一的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)械設(shè)計(jì)有利于提高機(jī)械設(shè)計(jì)的效率。企業(yè)所設(shè)計(jì)的機(jī)械產(chǎn)品尺寸、形狀、結(jié)構(gòu)等參數(shù)必須符合規(guī)定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),滿足加工設(shè)計(jì)要求,這樣既滿足了生產(chǎn)工藝的需求,也保證了機(jī)械制造生產(chǎn)的順利開展。它可以優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)資源的配置,有效整合不同類型的資源,提高資源利用率。同時(shí),可以在保證機(jī)械制造質(zhì)量的前提下,降低機(jī)械制造的生產(chǎn)成本,促進(jìn)機(jī)械制造企業(yè)綜合實(shí)力的提高。
機(jī)械設(shè)計(jì)的過程非常復(fù)雜,所以我們必須規(guī)范機(jī)械設(shè)計(jì)生產(chǎn)的整個(gè)過程。結(jié)合計(jì)算機(jī)信息技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)的應(yīng)用,更加注重細(xì)節(jié)的改造,從而充分利用機(jī)械設(shè)備的智能化、數(shù)字化來避免人工制造產(chǎn)生的誤差。除了人工誤操作和人工技能外,造成誤差的一個(gè)重要原因還與加工工具本身的不準(zhǔn)確性有關(guān)[4]。任何一個(gè)錯(cuò)誤的步驟都會(huì)造成巨大的誤差,這將使得生產(chǎn)出來的產(chǎn)品毫無意義。
為此,我們在設(shè)計(jì)時(shí),除了要根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)出標(biāo)準(zhǔn)的方案外,還要設(shè)計(jì)和改進(jìn)加工工具,提高工具的精度,這樣有助于減少生產(chǎn)誤差。此外,我們還應(yīng)該改進(jìn)測量工具的設(shè)計(jì),以免測量工具精度不高而無法保證產(chǎn)品符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
機(jī)械產(chǎn)品形狀的精度和外觀決定了機(jī)械產(chǎn)品的市場價(jià)值和應(yīng)用效率。我們在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)明確機(jī)械產(chǎn)品表面加工的工藝要求和加工所需的工具,并使選擇的加工工具和加工材料相適應(yīng)。其次,要根據(jù)機(jī)械零件的材料選擇合適的切削條件,減少加工表面層變形強(qiáng)化和殘余應(yīng)力。此外,在生產(chǎn)過程中常采用噴丸強(qiáng)化、金剛石壓光、滾壓、擠(脹)孔、等辦法來處理表面層材質(zhì)的變化。我們還可以通過降低材料進(jìn)給率、選擇合適的切削速度、使用切削液等方式來提高加工過程的表面精度,提高產(chǎn)品表面加工質(zhì)量。
機(jī)械設(shè)計(jì)制造應(yīng)遵循綠色環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的理念。隨著機(jī)械制造行業(yè)在我國的不斷發(fā)展進(jìn)步,很多不可再生能源被過度消耗,這種過度消耗就造成了能源危機(jī)。因此,在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí),要求設(shè)計(jì)人員緊密結(jié)合時(shí)代發(fā)展的特點(diǎn),在實(shí)踐中不斷創(chuàng)新,引入綠色設(shè)計(jì)的理念。要將綠色制造技術(shù)與機(jī)械設(shè)計(jì)相結(jié)合,使機(jī)械設(shè)計(jì)更加符合綠色環(huán)保的要求[5]。利用綠色技術(shù)進(jìn)行機(jī)械制造,可以選擇綠色無污染的原材料,選擇能耗低、污染小的生產(chǎn)工具,使機(jī)械制造產(chǎn)品從材料的選擇、加工、生產(chǎn)以及安裝的全過程中,實(shí)現(xiàn)能源消耗的減少、環(huán)境污染的降低。另外,還要做好產(chǎn)品回收工作,并以此來提高機(jī)械制造的綜合效益。
綜上所述,機(jī)械設(shè)計(jì)與制造的工藝合理化是企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然手段。為了滿足現(xiàn)代生產(chǎn)和生活應(yīng)用對(duì)機(jī)械產(chǎn)品性能和功能的需要,必須提高機(jī)械設(shè)計(jì)與制造的合理性。我們應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)合理性的科學(xué)研究,采用合理化的機(jī)械制造加工工藝,基于綠色機(jī)械的設(shè)計(jì)理念,從而實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。