機械加工工程技術存在的問題及改進策略

(新鄉職業技術學院,河南 新鄉 453000)

0 引言

機械加工工程技術是現代工業生產中的關鍵環節,其發展不僅關系到企業的生產效率和產品質量,還直接影響到工業發展水平[1-2]。然而,傳統工藝技術落后、設備技術不夠先進、生產自動化程度不高、技術人才缺乏等問題較為突出[3],已經無法滿足現代高精度、高效率的加工需求[4]。此外,由于現代制造業的快速發展和競爭加劇,機械加工工程技術也需要不斷地更新和改進,以適應市場和技術的需求。

目前,關于機械加工工程技術的改進已經初見成效。相關學者提出了采用新的材料和工藝技術,如激光切割和3D打印,以提高加工精度和效率[5]。此外,智能制造技術逐漸被諸多學者青睞,通過引入物聯網和人工智能技術來實現生產過程的數字化和自動化[6-9]。近年來的研究報道中,也涌現出了一些新型的高精密加工設備,應對復雜零部件的加工需求[10],同時部分學者致力于開發,研究了制造業中的數字化轉型,提出了以物聯網、大數據和云計算為基礎的智能制造解決方案,這些研究成果為相關行業發展提供了寶貴的參考和啟發,可以幫助我們更好地改進國內的機械加工工程技術。

基于此,本文深入分析機械加工工程技術領域所面臨的一系列關鍵問題,并探討可行的改進策略,通過綜合利用國內外的研究經驗和成果,有望為機械加工工程技術的可持續發展貢獻新的思考和方向,以促進其在現代工業生產中的持續發展和提升。

1 傳統機械加工工程技術存在的問題

1.1 能源消耗大

傳統機械加工通常依賴于大型機床和切削工具,在操作時需要大量電力和其他能源,尤其是高速切削、磨削和冷卻等高功率過程,需求導致了能源消耗的劇增。其次,機械加工過程中機床在運行時會產生大量廢熱,這些廢熱通常被釋放到環境中,而未被有效回收和再利用。機械加工中的切削液、潤滑液和冷卻液消耗大,在使用后會產生廢水和廢液,需要進行處理和排放[11]。綜上,能源消耗大問題主要源于傳統機械加工工藝和設備的低能效性能,以及工藝過程中的能源浪費現象。不僅會增加生產成本,還會對環境造成了負面影響。

1.2 加工效率較低

傳統機械加工需要大量的人工操作,操作過程繁瑣、復雜,需要經過多次人工調整和測量,效率較低。同時,操作人員需要進行體力勞動和技術操作,對操作人員的要求也較高,增加了工作的難度和復雜性。此外,傳統機械加工的加工精度和穩定性也存在不確定性,需要人工干預和調整,進一步影響了加工效率。另一方面,由于傳統機械加工工藝存在一定局限性,例如加工形狀的限制、工藝流程的復雜性等,導致其難以滿足大規模生產的要求,同時,傳統機械加工的加工精度和表面質量也難以保證,需要進行額外加工和處理,進一步降低了生產效率。

1.3 數字化及自動化程度低

傳統機械加工工藝需要手動設置機床參數,人工監控加工過程并時實調整,生產現場的數據采集和分析仍然依賴于傳統手段,缺乏實時性和準確性。傳感器技術、大數據分析和云計算等現代數字工具在機械加工中的應用較少,無法充分發揮生產數據的潛力,未能實現數據驅動的生產優化。另外,自動化程度較低也影響了生產的靈活性和響應速度,傳統機械加工過程需要人工干預來適應生產任務的變化,進而導致了生產過程的不穩定和生產周期的延長。

1.4 質量控制不穩定

質量控制不穩定是傳統機械加工工程技術領域的一項顯著問題。傳統機械加工工藝中依賴于人工操作,不同的操作員可能采用不同的方法和標準,導致了加工過程的差異,使得產品質量難以穩定控制。老舊的設備也會存在磨損和精度下降的問題,直接影響加工精度和質量。由于缺乏先進的檢測和測試設備,無法及時發現和糾正質量問題,難以穩定質量控制水平,確保產品質量的一致性和可靠性。

2 機械加工工程技術改進策略

2.1 數字化轉型和自動化技術引入

數字化轉型和自動化技術的引入被認為是機械加工工程技術改進的重要戰略,其關鍵目標是實現更高效、更智能的生產過程。數字化轉型涉及將生產過程數字化,從數據的角度監控和管理加工工序。通過傳感器和實時數據采集系統,工廠可以實時獲取有關設備性能、工件狀態和生產進度等信息,可以快速識別潛在問題并進行適時干預,減少了不必要的資源浪費。智能制造系統結合了物聯網(IoT)和人工智能(AI)技術,使生產設備能夠進行實時通信和自主決策[12]。提高了生產靈活性和自適應性,有助于更好地滿足市場需求。

2.2 數據驅動決策

目前,智能控制技術的方法主要包括基于物理模型的智能化技術和基于數據驅動的智能化技術,應用特點如表1所示。

表1 不同智能控制技術應用特點

由表1可知,數據驅動將大數據、傳感器技術和云計算等現代數字工具融入生產過程,主要通過使用傳感器、大數據分析和云計算技術開展。

2.3 節能設備和工藝應用

節能設備和工藝在機械加工工程中的應用有助于提高生產效率、降低成本、減少環境負擔和提高可持續性。主要包括以下措施:

1)能效改進設備。采用能效改進設備,如高效電機、節能照明、變頻器等,以減少設備在運行過程中的能源消耗。

2)優化加工工藝。通過優化切削參數、刀具選擇和切削路徑,降低加工過程中的能源消耗,同時提高生產效率和產品質量。

3)冷卻系統優化。改進冷卻系統的設計和操作,減少冷卻液的使用和能源消耗,提高切削穩定性。

綜合來說,節能設備和工藝在機械加工工程中的應用可以在經濟和環境層面帶來多重好處,通過減少能源消耗和資源浪費,實現更加可持續的生產方式,同時提高了機械加工企業自身的競爭力和盈利能力。

2.4 全面的質量管理體系

建立完善的生產質量管理體系是確保機械加工工程技術達到高質量標準的關鍵步驟,企業應該保證確所有生產流程都經過優化,并建立標準操作程序(SOP)以確保每個員工都按照相同的方法工作,并從多個部門和多個生產環節進行監控(圖1),聯合研發部門、生產部門、質量部門、采購部門和銷售部門共同合作,確保產品從設計到生產再到交付的全過程都符合質量標準[13]。同時,必須建立不良品處理程序,以及快速響應和解決質量問題,以減少不良品數量并改進產品質量。這些措施共同構建了一個全面的生產質量管理體系,確保機械加工工程技術達到高質量標準,提高產品一致性、可靠性,增強品牌聲譽,滿足法規和標準,提高客戶滿意度。

3 結語

機械加工工程技術領域,通過深入研究了存在的一系列問題,以及可能的改進策略,主要得到以下研究結論:

1)能源消耗大、加工效率低是機械加工工程技術面臨的嚴峻問題之一。針對這一問題,提出了引入節能設備和工藝應用的策略,通過優化能源使用和減少能源浪費來降低成本、減少環境影響,并提高資源可持續性。

2)數字化和自動化程度低的問題也制約了機械加工工程技術的發展,可以通過采用智能制造系統、自動化生產線和機器人技術,減少人工干預,提高生產效率和靈活性,適應現代制造業的需求,為企業帶來了更大的競爭優勢。

3)質量控制不穩定是另一個需要解決的問題,本文強調了建立完善的生產質量管理體系的必要性,包括制定質量政策和目標、流程優化和標準化、員工培訓和資質認證、質量監控和檢測、不良品管理和問題解決、供應鏈質量控制等方面,有助于提高產品質量、降低成本、滿足法規和標準、提高客戶滿意度。