机械加工工程技术存在的问题及改进策略

(新乡职业技术学院,河南 新乡 453000)

0 引言

机械加工工程技术是现代工业生产中的关键环节,其发展不仅关系到企业的生产效率和产品质量,还直接影响到工业发展水平[1-2]。然而,传统工艺技术落后、设备技术不够先进、生产自动化程度不高、技术人才缺乏等问题较为突出[3],已经无法满足现代高精度、高效率的加工需求[4]。此外,由于现代制造业的快速发展和竞争加剧,机械加工工程技术也需要不断地更新和改进,以适应市场和技术的需求。

目前,关于机械加工工程技术的改进已经初见成效。相关学者提出了采用新的材料和工艺技术,如激光切割和3D打印,以提高加工精度和效率[5]。此外,智能制造技术逐渐被诸多学者青睐,通过引入物联网和人工智能技术来实现生产过程的数字化和自动化[6-9]。近年来的研究报道中,也涌现出了一些新型的高精密加工设备,应对复杂零部件的加工需求[10],同时部分学者致力于开发,研究了制造业中的数字化转型,提出了以物联网、大数据和云计算为基础的智能制造解决方案,这些研究成果为相关行业发展提供了宝贵的参考和启发,可以帮助我们更好地改进国内的机械加工工程技术。

基于此,本文深入分析机械加工工程技术领域所面临的一系列关键问题,并探讨可行的改进策略,通过综合利用国内外的研究经验和成果,有望为机械加工工程技术的可持续发展贡献新的思考和方向,以促进其在现代工业生产中的持续发展和提升。

1 传统机械加工工程技术存在的问题

1.1 能源消耗大

传统机械加工通常依赖于大型机床和切削工具,在操作时需要大量电力和其他能源,尤其是高速切削、磨削和冷却等高功率过程,需求导致了能源消耗的剧增。其次,机械加工过程中机床在运行时会产生大量废热,这些废热通常被释放到环境中,而未被有效回收和再利用。机械加工中的切削液、润滑液和冷却液消耗大,在使用后会产生废水和废液,需要进行处理和排放[11]。综上,能源消耗大问题主要源于传统机械加工工艺和设备的低能效性能,以及工艺过程中的能源浪费现象。不仅会增加生产成本,还会对环境造成了负面影响。

1.2 加工效率较低

传统机械加工需要大量的人工操作,操作过程繁琐、复杂,需要经过多次人工调整和测量,效率较低。同时,操作人员需要进行体力劳动和技术操作,对操作人员的要求也较高,增加了工作的难度和复杂性。此外,传统机械加工的加工精度和稳定性也存在不确定性,需要人工干预和调整,进一步影响了加工效率。另一方面,由于传统机械加工工艺存在一定局限性,例如加工形状的限制、工艺流程的复杂性等,导致其难以满足大规模生产的要求,同时,传统机械加工的加工精度和表面质量也难以保证,需要进行额外加工和处理,进一步降低了生产效率。

1.3 数字化及自动化程度低

传统机械加工工艺需要手动设置机床参数,人工监控加工过程并时实调整,生产现场的数据采集和分析仍然依赖于传统手段,缺乏实时性和准确性。传感器技术、大数据分析和云计算等现代数字工具在机械加工中的应用较少,无法充分发挥生产数据的潜力,未能实现数据驱动的生产优化。另外,自动化程度较低也影响了生产的灵活性和响应速度,传统机械加工过程需要人工干预来适应生产任务的变化,进而导致了生产过程的不稳定和生产周期的延长。

1.4 质量控制不稳定

质量控制不稳定是传统机械加工工程技术领域的一项显著问题。传统机械加工工艺中依赖于人工操作,不同的操作员可能采用不同的方法和标准,导致了加工过程的差异,使得产品质量难以稳定控制。老旧的设备也会存在磨损和精度下降的问题,直接影响加工精度和质量。由于缺乏先进的检测和测试设备,无法及时发现和纠正质量问题,难以稳定质量控制水平,确保产品质量的一致性和可靠性。

2 机械加工工程技术改进策略

2.1 数字化转型和自动化技术引入

数字化转型和自动化技术的引入被认为是机械加工工程技术改进的重要战略,其关键目标是实现更高效、更智能的生产过程。数字化转型涉及将生产过程数字化,从数据的角度监控和管理加工工序。通过传感器和实时数据采集系统,工厂可以实时获取有关设备性能、工件状态和生产进度等信息,可以快速识别潜在问题并进行适时干预,减少了不必要的资源浪费。智能制造系统结合了物联网(IoT)和人工智能(AI)技术,使生产设备能够进行实时通信和自主决策[12]。提高了生产灵活性和自适应性,有助于更好地满足市场需求。

2.2 数据驱动决策

目前,智能控制技术的方法主要包括基于物理模型的智能化技术和基于数据驱动的智能化技术,应用特点如表1所示。

表1 不同智能控制技术应用特点

由表1可知,数据驱动将大数据、传感器技术和云计算等现代数字工具融入生产过程,主要通过使用传感器、大数据分析和云计算技术开展。

2.3 节能设备和工艺应用

节能设备和工艺在机械加工工程中的应用有助于提高生产效率、降低成本、减少环境负担和提高可持续性。主要包括以下措施:

1)能效改进设备。采用能效改进设备,如高效电机、节能照明、变频器等,以减少设备在运行过程中的能源消耗。

2)优化加工工艺。通过优化切削参数、刀具选择和切削路径,降低加工过程中的能源消耗,同时提高生产效率和产品质量。

3)冷却系统优化。改进冷却系统的设计和操作,减少冷却液的使用和能源消耗,提高切削稳定性。

综合来说,节能设备和工艺在机械加工工程中的应用可以在经济和环境层面带来多重好处,通过减少能源消耗和资源浪费,实现更加可持续的生产方式,同时提高了机械加工企业自身的竞争力和盈利能力。

2.4 全面的质量管理体系

建立完善的生产质量管理体系是确保机械加工工程技术达到高质量标准的关键步骤,企业应该保证确所有生产流程都经过优化,并建立标准操作程序(SOP)以确保每个员工都按照相同的方法工作,并从多个部门和多个生产环节进行监控(图1),联合研发部门、生产部门、质量部门、采购部门和销售部门共同合作,确保产品从设计到生产再到交付的全过程都符合质量标准[13]。同时,必须建立不良品处理程序,以及快速响应和解决质量问题,以减少不良品数量并改进产品质量。这些措施共同构建了一个全面的生产质量管理体系,确保机械加工工程技术达到高质量标准,提高产品一致性、可靠性,增强品牌声誉,满足法规和标准,提高客户满意度。

3 结语

机械加工工程技术领域,通过深入研究了存在的一系列问题,以及可能的改进策略,主要得到以下研究结论:

1)能源消耗大、加工效率低是机械加工工程技术面临的严峻问题之一。针对这一问题,提出了引入节能设备和工艺应用的策略,通过优化能源使用和减少能源浪费来降低成本、减少环境影响,并提高资源可持续性。

2)数字化和自动化程度低的问题也制约了机械加工工程技术的发展,可以通过采用智能制造系统、自动化生产线和机器人技术,减少人工干预,提高生产效率和灵活性,适应现代制造业的需求,为企业带来了更大的竞争优势。

3)质量控制不稳定是另一个需要解决的问题,本文强调了建立完善的生产质量管理体系的必要性,包括制定质量政策和目标、流程优化和标准化、员工培训和资质认证、质量监控和检测、不良品管理和问题解决、供应链质量控制等方面,有助于提高产品质量、降低成本、满足法规和标准、提高客户满意度。