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        精益數(shù)控加工車間綠色制造與節(jié)能環(huán)保

        2018-04-28 00:35:37航空工業(yè)西安飛機工業(yè)集團有限責任公司陜西710089劉紅安
        金屬加工(冷加工) 2018年4期
        關(guān)鍵詞:切削液乳化液水基

        ■ 航空工業(yè)西安飛機工業(yè)集團有限責任公司 (陜西 710089) 劉紅安

        2015年國務(wù)院印發(fā)《中國制造2025》(國發(fā)〔2015〕28號)的指示精神,對于傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)提出了前瞻性的指導(dǎo),包含了積極構(gòu)建綠色制造體系。支持企業(yè)開發(fā)綠色產(chǎn)品,推行生態(tài)設(shè)計,顯著提升產(chǎn)品節(jié)能環(huán)保低碳水平,引導(dǎo)綠色生產(chǎn)和綠色消費。建設(shè)綠色工廠,實現(xiàn)廠房集約化、原料無害化、生產(chǎn)潔凈化、廢物資源化和能源低碳化。發(fā)展綠色園區(qū),推進工業(yè)園區(qū)產(chǎn)業(yè)耦合,實現(xiàn)近零排放。以此為指引,精益數(shù)控加工車間秉承“卓越質(zhì)量是精益生產(chǎn)的目標”,因此按照精益理念構(gòu)建了流程型的加工廠,按照價值鏈對各業(yè)務(wù)流程進行了分層分類,其中生產(chǎn)保障業(yè)務(wù)延伸并涵蓋了所有數(shù)控設(shè)備的切削液使用。精益數(shù)控加工車間通過深入推進精益管理,規(guī)范數(shù)控設(shè)備的切削液使用、回收及循環(huán)利用環(huán)節(jié),優(yōu)化數(shù)控設(shè)備工作流程,從技術(shù)、生產(chǎn)和管理等方面對切削液進行有效監(jiān)控,從而提高了設(shè)備綜合利用率OEEOverall Equipment Effectiveness,降低數(shù)控設(shè)備的輔助材料消耗費用與時間準備周期,為實現(xiàn)精益工廠建設(shè)、精益數(shù)控加工車間綠色制造與節(jié)能環(huán)保及自動化的高效生產(chǎn)組織模式提供一定的保障,并使車間數(shù)控設(shè)備管理機制長期有效運行。

        目前,傳統(tǒng)的數(shù)控加工車間切削液使用主要情況:

        一是數(shù)控加工設(shè)備的切削液由機床操作人員自行配比添加,且一般不做日常維護,如圖1所示。由于個人水平不一,沒有執(zhí)行依據(jù)標準,不監(jiān)測切削液具體技術(shù)參數(shù),如濃度(質(zhì)量比)、pH值、電導(dǎo)率和泡沫度等,無法保證切削液處于最佳使用狀態(tài),直接影響產(chǎn)品加工質(zhì)量,如產(chǎn)生零件表面銹蝕,甚至導(dǎo)致基體銹蝕,以及加工設(shè)備的銹蝕等。

        圖1 傳統(tǒng)模式-操作人員添加切削液(簡單、任意)

        二是切削液更換比較隨意,因此導(dǎo)致切削液的使用周期縮短,使用成本增大。近年來,如何減少資源消耗和盡可能少地產(chǎn)生環(huán)境污染成為制造業(yè)面臨的重大問題之一。

        三是依據(jù)國家標準DB11/T 673-2009《清潔生產(chǎn)標準-金屬切削加工》規(guī)定,廠房內(nèi)6m以下空間區(qū)域空氣中油霧濃度≤5.0 mg/m3。目前,傳統(tǒng)金屬加工廠普遍采用含油乳化液進行數(shù)控加工,由于其含有蛋白質(zhì)成分,切削液使用容易變質(zhì)。并且,近年來,隨著高速數(shù)控機床在金屬加工行業(yè)應(yīng)用的日益普及,設(shè)備的高速電主軸也是應(yīng)用首選,高速加工需求的高速電主軸一般轉(zhuǎn)速≥10 000r/min,最高可達100 000 r/min(高速磨床),在實際加工中,含油乳化液噴濺到高速主軸上立即氣霧化,空間區(qū)域空氣中油霧濃度≥5.0mg/m3,對環(huán)境衛(wèi)生及人員人身健康造成危害,在溫度高的環(huán)境下,尤其明顯。

        1. 沖突(問題)

        目前,國家要求制造業(yè)淘汰落后產(chǎn)能,同時,企業(yè)受環(huán)保政策趨嚴及自身生產(chǎn)、管理成本較大壓縮經(jīng)濟增加值EAV等因素影響,傳統(tǒng)金屬加工廠切削液的管理使用已經(jīng)無法滿足現(xiàn)階段的要求,存在諸多在環(huán)境衛(wèi)生、產(chǎn)品生產(chǎn)、質(zhì)量、環(huán)境約束和危廢品回收處理方面等的問題,產(chǎn)生諸多影響,有以下幾個主要方面。

        (1)環(huán)境衛(wèi)生:金屬加工廠房主要進行機械加工的銑削作業(yè),通過金屬切削液對工件表面進行潤滑和冷卻,在碰撞、蒸發(fā)和相變等多重作用下,在密閉的空間內(nèi)產(chǎn)生大量的油霧及有害氣體,切削液選用不當嚴重影響車間工作人員的身心健康。

        (2)產(chǎn)品質(zhì)量:精益數(shù)控加工車間切削液的選用目的是提高加工零件的表面粗糙度,延長刀具的使用壽命,防止工件和機床生銹。為了改善切削液的性能,切削液中含有大量的添加劑,如極壓潤滑劑、防銹劑、pH值調(diào)節(jié)劑、殺菌防霉劑和消泡劑等,準確無誤的成分含量配比需要專人維護,每天進行檢測與重新進行配置。另外,大型、超大型零部件的數(shù)控加工動輒在1周以上(按照1日3班工作時間計算,設(shè)備24h不停機),采用傳統(tǒng)的切削液使用模式,無法及時保證切削液濃度、pH值、硬度及菌群數(shù)量等始終處于合格線以內(nèi),導(dǎo)致零件加工質(zhì)量無法保證。

        (3)環(huán)境約束:傳統(tǒng)的機加工廠采用含油乳化液進行數(shù)控加工,由于其含有蛋白質(zhì)成分、乳化劑和礦物油,切削液使用容易變質(zhì),對環(huán)境衛(wèi)生及人員人身健康造成危害,在溫度高的環(huán)境下,尤其明顯,使用周期縮短。

        (4)傳統(tǒng)切削液服務(wù)模式、管理較為混亂:傳統(tǒng)的切削液更換依據(jù)往往由人為主觀判斷而定,一般就是目測和嗅覺感官,無科學檢測依據(jù),而且都是由操作人員進行切削液使用全流程跟蹤。操作人員在更換切削液時,切削液技術(shù)參數(shù)往往已經(jīng)改變,并且配置隨意,造成很大浪費。

        (5)危廢品回收處理:由于傳統(tǒng)的數(shù)控加工往往采用含油乳化液,如(3)、(4)所述,需求量大,更換頻繁,危廢品回收處理費用居高不下。若廢液不經(jīng)有效處理而給予焚燒或排放到江、河、湖、海中將造成嚴重的大氣污染和水污染,對生態(tài)環(huán)境造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞。目前我國大力加強環(huán)境保護建設(shè),對重污染企業(yè)嚴密監(jiān)控,提出的“誰污染、誰治理”政策,無疑將增加企業(yè)成本,降低企業(yè)EAV值。

        (6)與精益工廠的理念有差距:傳統(tǒng)的數(shù)控加工切削液服務(wù)模式中,一線工人不僅要專注于加工,還要忙于切削液的添加、日常監(jiān)測以及廢液收集、移交,無法整合資源,實現(xiàn)集約化生產(chǎn)。目前,圍繞著國家層面戰(zhàn)略規(guī)劃愿景,精益工廠通過加強內(nèi)外部各職能部門的協(xié)調(diào)運作,正在構(gòu)建績效卓越的精益生產(chǎn)體系,如圖2所示。目的在于消除生產(chǎn)環(huán)節(jié)的浪費,現(xiàn)場改進,持續(xù)優(yōu)化生產(chǎn)現(xiàn)場自主管控體系,沿著質(zhì)量、效益兩條主線,降低庫存,均衡生產(chǎn),將一線工人從其它與設(shè)備操作無關(guān)的事務(wù)中解放出來,減少干擾項,專注于零部件加工,高質(zhì)量、準時化交付。

        (7)制約設(shè)備綜合利用率OEE提升:如(6)所述,一線操作人員忙于各種與設(shè)備操作無關(guān)的事務(wù),導(dǎo)致無法專注于零部件加工,制度時間內(nèi)的有效加工時間減少,影響設(shè)備綜合利用率OEE提升。

        圖2 精益工廠生產(chǎn)組織模式

        2. 解決的思路

        精益數(shù)控加工車間以問題為導(dǎo)向和牽引,關(guān)注數(shù)控加工生產(chǎn)流程控制,按照創(chuàng)新性的理念,選用綠色水基切削液代替乳化液,建立并實施切削液服務(wù)保障管理模式。即指定專業(yè)切削液服務(wù)商,與車間相關(guān)業(yè)務(wù)部門組成專業(yè)服務(wù)團隊,負責車間所有切削加工設(shè)備的切削液的保障服務(wù),其中主要包含對切削液使用監(jiān)測技術(shù)指標和保障服務(wù)程序的確定;切削液的調(diào)配,切削加工設(shè)備切削液的添加、日常監(jiān)測、消泡處理、殺菌處理以及廢液收集、移交;切削加工設(shè)備切削液箱及切削冷卻循環(huán)系統(tǒng)的殺菌處理;對切削液日常使用狀況的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計匯總分析等。

        3. 解決的路徑

        因此,精益數(shù)控加工車間根據(jù)自身經(jīng)營發(fā)展的需要,委托具有資質(zhì)的切削液服務(wù)商公司進行切削液保障服務(wù),其中涵蓋了監(jiān)測切削液技術(shù)指標和保障服務(wù)程序,設(shè)計了專門工作流程,各部門、人員各負其責,獨立開展工作,具體工作流程如圖3所示。

        精益數(shù)控加工車間設(shè)備管理、技術(shù)部門人員必須認真履行監(jiān)管職責,做到嚴把關(guān)、勤檢測和多溝通,投身一線,與現(xiàn)場服務(wù)人員密切互動,將切削液服務(wù)保障過程中出現(xiàn)的問題閉環(huán)解決,形成良性循環(huán),確保工作順利開展,如認真查實切削液服務(wù)商填寫的檢測表單(見表1)或按照某綠色水基切削液性能檢測要求隨機抽查某數(shù)控加工設(shè)備的切削液現(xiàn)場應(yīng)用情況(見表2)。

        切削液服務(wù)商指派專業(yè)人員對每臺數(shù)控設(shè)備切削液各項指標如切削液用量、pH值、濃度、硬度和菌群量定期進行監(jiān)測并詳細記錄,如圖4所示。

        圖3

        圖4

        表1 切削液現(xiàn)場檢查記錄表

        4. 實施效果

        精益加工車間自實施綠色水基切削液服務(wù)保障管理模式以來,效果顯著。

        改善成果:精益加工車間建立并實施切削液服務(wù)保障管理,相對于傳統(tǒng)的乳化液切削液使用模式,在如下方面得到了改善:

        (1)切削液使用壽命更長。在同等條件下,綠色水基切削液的使用壽命比傳統(tǒng)乳化液切削液長2倍,而價格僅為傳統(tǒng)切削液的1.1倍,因此,選用綠色全合成水基型切削液,雖然新型切削液采購成本提高了10%,但是其使用周期可顯著延長,基本不產(chǎn)生廢液。由廢液處理產(chǎn)生的危化品處理費用基本為0,切削液濃縮液的直接購置費用比原來減少45%。

        (2)車間通過切削液收集盒將隨切屑帶出的切削液進行回收再利用,提高了切削液的利用率,實際成本比用乳化液有明顯的降低,如圖5所示。

        (3)實現(xiàn)零排放,大幅降低危廢品排放處理費用。如果再引入適當?shù)脑O(shè)備,采用綠色環(huán)保水基切削液,可以實現(xiàn)0排放,節(jié)省所有排放費用。以車間1年消耗1 000t切削液為例,在忽略添加、帶走和蒸發(fā)等因素的條件下,每年需要處理的廢液為:1 000t×20(加純凈水稀釋倍率)=20 000t,每噸以200元的處理費用計,使用普通切削液全年需要處理費用200元/t×20 000t=400萬元。而使用0排放綠色水基切削液,基本不產(chǎn)生廢液,即為公司節(jié)省400萬元。

        (4)其他社會經(jīng)濟效益。由于使用綠色水基切削液而帶來的其他社會經(jīng)濟環(huán)境效益,同樣是十分明顯的。對照國家標準DB11/T 673-2009《清潔生產(chǎn)標準金屬切削加工》規(guī)定,廠房內(nèi)6m以下空間區(qū)域空氣中油霧濃度≤5.0mg/m3。對操作者的傷害和環(huán)境的污染幾乎沒有影響等。

        (5)設(shè)備綜合利用率OEE顯著提升。精益加工車間實現(xiàn)“一人多機”、“一人多崗”的生產(chǎn)組織模式,切削液服務(wù)保障管理模式為其提供一定的保障,并且提高OEE。

        精益加工車間擁有集群化數(shù)控設(shè)備時,切削液服務(wù)保障管理模式的有效性立即得到驗證,用于日常切削液調(diào)配、更換、添加和運輸?shù)仍斐稍O(shè)備停機時間約為0小時,設(shè)備綜合利用率OEE顯著提升,如圖6所示。

        表2 切削液技術(shù)參數(shù)對照檢查表

        圖5

        圖6

        5. 結(jié)語

        切削液是切削加工過程中造成環(huán)境污染和職業(yè)健康與安全危害的主要源頭之一;并且傳統(tǒng)的切削液服務(wù)保障模式也制約了企業(yè)的生產(chǎn)。目前,國家要求建立以企業(yè)為主體、市場為導(dǎo)向、產(chǎn)學研深度融合的技術(shù)創(chuàng)新體系,促進科技成果轉(zhuǎn)化。綠色水基切削液也取得資質(zhì)準入金屬加工領(lǐng)域。因此,企業(yè)必須立足自身現(xiàn)有條件,利用自身優(yōu)勢,積極開展技術(shù)創(chuàng)新、自主創(chuàng)新,遵循精益的理念,以問題為導(dǎo)向,精準聚焦,迅速改變傳統(tǒng)保障模式,重新設(shè)計服務(wù)保障流程,從而節(jié)省輔助材料消耗費用,減少停機時間,提高設(shè)備綜合利用率OEE,提高一線人員職業(yè)健康與安全防護,實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級換代。

        參考文獻:

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