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機(jī)加工綠色轉(zhuǎn)型數(shù)字化實(shí)踐：基于現(xiàn)場(chǎng)的切削液壽命快捷管理

2025-1-16 來(lái)源：炫景公司作者：范一諾鄭夢(mèng)嬌

車間現(xiàn)場(chǎng)往往充斥著噪音、鐵屑與油污，是污染的重災(zāi)區(qū)。而從另一個(gè)角度看，零件的生產(chǎn)過(guò)程匯聚了員工、設(shè)備、技術(shù)與管理這些要素，正是制造業(yè)綠色轉(zhuǎn)型最為實(shí)際的出發(fā)點(diǎn)。針對(duì)機(jī)加業(yè)工作環(huán)境與存在的環(huán)境污染問(wèn)題，我們進(jìn)行了一系列企業(yè)的實(shí)地參訪，同時(shí)面向航空航天領(lǐng)域大中型制造企業(yè)各個(gè)層級(jí)人員進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)查，收到 73 份有效問(wèn)卷，他們大多數(shù)是一線操作人員與工藝技術(shù)人員（占比 67%），管理層占比 23%，年齡集中分布在 30 歲 ~49 歲，承諾所提供的為真實(shí)信息。

問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果如圖 1~ 圖 4 所示，工人在機(jī)加車間的日常工作中有可能接觸到污染有廢液、固體污染物（切屑、碎渣等）、廢氣與噪音，其中接觸到各種廢液的情況最為常見(jiàn)（見(jiàn)圖 1）。在工作環(huán)境接觸污染后，有 30% 的受訪者反映發(fā)生了應(yīng)激性的身體不適，例如刺激性氣味導(dǎo)致的惡心等，15% 的受訪者則表示會(huì)出現(xiàn)各種過(guò)敏反映，例如接觸廢液后的皮膚刺痛以及由異味導(dǎo)致的咳嗽等，在污染環(huán)境中工作導(dǎo)致對(duì)身體健康生憂慮情緒甚至是抵觸工作的受訪者分別達(dá)到了36% 與 19%（見(jiàn)圖 2）。約 57% 的受訪者表示目前生產(chǎn)環(huán)境中污染物防護(hù)的措施主要是配備勞動(dòng)保護(hù)用品，建立規(guī)章制度在生產(chǎn)工作中對(duì)各種操作進(jìn)行規(guī)范以避免污染危害的占到了 22%，表示所在單位通過(guò)采用自動(dòng)化技術(shù)以及建立規(guī)章制度以降低工人直接接觸污染物風(fēng)險(xiǎn)的受訪者則僅有18%（圖 3）。在另一方面，受訪對(duì)象也普遍表達(dá)了對(duì)進(jìn)一步改善生產(chǎn)環(huán)境的期待，受訪者普遍指出的問(wèn)題中，“用于污染物防治的技術(shù)與設(shè)備的投入不足” 占 48%，“培訓(xùn)不足” 占 29%，“勞動(dòng)

防護(hù)用品的數(shù)量與質(zhì)量不能令人滿意” 則占 16%（圖 4）。

圖 1 工作環(huán)境中的污染物

圖 2 工作環(huán)境污染對(duì)工人身體與心理的影響

圖 3 加工車間采用的勞動(dòng)保護(hù)措施

圖 4 對(duì)車間污染治理與防護(hù)的意見(jiàn)

調(diào)研顯示，變質(zhì)的切削液是機(jī)加工中的主要污染源。在零件加工中噴射切削液能夠起到潤(rùn)滑與冷卻刀具的作用，從而保證零件加工表面的質(zhì)量，并且延長(zhǎng)刀具的使用壽命。然而在長(zhǎng)期使用后，機(jī)床泄露的油污在切削液的表面積聚形成油膜，切削液池中隔絕空氣的環(huán)境非常適宜厭氧菌的繁殖，菌群的代謝產(chǎn)物混雜著油污，產(chǎn)生濃重的異味。切削液中各種添加劑和所攜帶的油污在加工中高壓噴射產(chǎn)生大量的氣溶膠，對(duì)于呼吸道有非常強(qiáng)的刺激作用，甚至可能誘發(fā)氣道不適與突發(fā)性哮喘。長(zhǎng)期暴露在高油霧濃度的加工環(huán)境中時(shí)，工人發(fā)生慢性支氣管炎、肺部不適的可能性將激增。如圖 5 所示，空氣動(dòng)力學(xué)直徑小于10μm 的顆粒物（即 PM10）可進(jìn)入人體的呼吸系統(tǒng) ; 空氣動(dòng)力學(xué)直徑在 2.5μm~10μm 的顆粒物在人體的上呼吸道沉積 ; 空氣動(dòng)力學(xué)直徑小于2.5μm 的顆粒物（即 PM2.5）能進(jìn)入人體的下支氣管，并造成永久性傷害 ; 而小于 0.2μm 的顆粒物則能自由進(jìn)入肺泡，甚至進(jìn)入血液污染血液。出于安全原因，操作機(jī)床等旋轉(zhuǎn)機(jī)械不能佩戴手套，因此工人在機(jī)床上進(jìn)行拆卸工件等工作時(shí)將不可避免地接觸到切削液。切削液的配方中通常都會(huì)添加氯化物殺菌劑，使得切削液具有強(qiáng)刺激性。因此與切削液發(fā)生皮膚接觸后會(huì)有不同程度的過(guò)敏變態(tài)反應(yīng)。總而言之，變質(zhì)切削液作為機(jī)械加工生產(chǎn)環(huán)境中的主要污染源，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工人的身體健康與心理狀態(tài)產(chǎn)生了顯著的負(fù)面影響。

圖 5 顆粒物進(jìn)入呼吸系統(tǒng)的部位示意圖

綜合車間一線工人與生產(chǎn)管理人員的反饋，我們認(rèn)為，變質(zhì)切削液導(dǎo)致的作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境污染并非完全不可避免，通過(guò)使用高品質(zhì)的生物安全切削液并且對(duì)切削液進(jìn)行全生命周期管理能夠使切削液在盡可能長(zhǎng)的時(shí)間能保持高品質(zhì)，從而改善加工車間現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境問(wèn)題。

金屬切削加工中最為常用的是半合成式切削液，通過(guò)濃縮液（含有少量礦物油與油性劑、極壓潤(rùn)滑劑、防銹劑、表面活性劑和防腐殺菌劑等成分）與水按照一定的比例配比，均勻融合后使用。影響切削液品質(zhì)的因素包括切削液的濃度、PH 值以及亞硝酸鹽含量，此外，勾兌切削液所使用的水的硬度（即水中含有的礦物鹽的濃度）對(duì)切削液的品質(zhì)有著重要的影響，切削液過(guò)高的濃度與不適宜的 PH 值將導(dǎo)致切削液具有較高的生物刺激性。同時(shí)，在使用過(guò)程中，切削液中積聚的亞硝酸鹽含量逐步升高，接觸后有刺激癌癥的風(fēng)險(xiǎn)，是嚴(yán)重的健康隱患。此外，過(guò)高的水體硬度則將影響合成型切削液的穩(wěn)定性，促使“水油分離” 的情況產(chǎn)生，加速油膜的積聚。

對(duì)于切削液濃度的測(cè)定可以使用分光濃度計(jì)，而 PH 值、亞硝酸鹽與水體硬度則可以通過(guò)常見(jiàn)的水質(zhì)檢測(cè)試紙完成。當(dāng)然，對(duì)于非化學(xué)檢測(cè)專業(yè)的一線技術(shù)人員，如何對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行判別與及時(shí)、高效地記錄并且保存記錄是實(shí)施切削液全壽命周期管理的關(guān)鍵所在。今天，智能手機(jī)上各種移動(dòng)應(yīng)用 APP 的便利在生活中無(wú)處不在，我們認(rèn)為，可以開(kāi)發(fā)一款移動(dòng)端應(yīng)用小程序，幫助生產(chǎn)一線人員便捷地實(shí)現(xiàn)對(duì)切削液地全壽命周期管理。為了幫助加工車間實(shí)現(xiàn)切削液全壽命周期的管理，APP 設(shè)計(jì)了以下的功能：

1) 記錄分光濃度計(jì)的讀數(shù)，并且自動(dòng)根據(jù)濃度的數(shù)值對(duì)用戶進(jìn)行提示，幫助他們判斷濃度是否合適。

2) 使用手機(jī)拍攝 PH、亞硝酸鹽與水體硬度檢測(cè)試紙的照片，APP 能夠讀取照片并對(duì)試紙的顏色進(jìn)行解析并提示用戶，幫助用戶對(duì)這些指標(biāo)是否合適進(jìn)行判斷。

3) 依據(jù)時(shí)間軸存儲(chǔ)這些檢測(cè)數(shù)據(jù)，幫助用戶在換液間隔期間跟蹤切削液品質(zhì)的變化趨勢(shì)，從而及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)水、補(bǔ)液、過(guò)濾與換液的決策。在完成開(kāi)發(fā)與調(diào)試后，我們回到同一家機(jī)械加工廠的金屬切削車間，對(duì)這套 APP 進(jìn)行了試用。首先，對(duì)車間技術(shù)員與工人進(jìn)行了簡(jiǎn)單的培訓(xùn)。由于智能手機(jī)的普及，只需要采購(gòu)一支分光濃度計(jì)、一盒常見(jiàn)的檢測(cè)試劑，一線的操作人員下載 APP 即可完成檢測(cè)切削液品質(zhì)的工作。由于在開(kāi)發(fā)環(huán)節(jié)中預(yù)置了切削液各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)的判斷閾值，對(duì)切削液品質(zhì)的判斷變得非常簡(jiǎn)單，一線操作人員只需要拍攝照片與記錄數(shù)據(jù)，APP 就可以提示他們切削液的各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)是否處于正常的區(qū)間。

圖 6 為其中一次測(cè)試的截屏示例

在 APP 投入試用后，生產(chǎn)管理人員只需要設(shè)定檢測(cè)的周期，當(dāng)班的操作員工就可以高效地完成切削液品質(zhì)地檢測(cè)與記錄工作。通過(guò)對(duì)切削液各項(xiàng)指標(biāo)的跟蹤分析，車間的生產(chǎn)管理人員及時(shí)發(fā)覺(jué)了濃度與 PH 值存在偏高的問(wèn)題，由于以往切削液變質(zhì)的時(shí)間較短，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員往往勾兌濃度偏高的切削液原液，希望高濃度的切削液能夠抑制厭氧菌的繁殖。這也是一線車間操作人員反映異味濃重，皮膚與呼吸道過(guò)敏的原因所在。分析情況后，及時(shí)做出了對(duì)切削液進(jìn)行補(bǔ)水的決定。隨后在對(duì)切削液用水進(jìn)行水體硬度檢測(cè)時(shí)則發(fā)現(xiàn)了當(dāng)?shù)刈詠?lái)水水質(zhì)偏硬的問(wèn)題，及時(shí)購(gòu)買了水體軟化劑對(duì)補(bǔ)液用水進(jìn)行處置。在完成水體軟化與補(bǔ)液后，切削液進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá) 1 個(gè)小時(shí)的機(jī)床內(nèi)部循環(huán)從而使得補(bǔ)充的水分與原有的切削液融合均勻。由于切削液達(dá)到了適當(dāng)?shù)臐舛龋瑫r(shí)水質(zhì)硬度也得到了調(diào)控，切削液的刺激性與乳化穩(wěn)定性問(wèn)題得到了解決，車間工人反映強(qiáng)烈的刺激性氣味與皮膚過(guò)敏問(wèn)題與以往相比得到了改善。

同時(shí)切削液的品質(zhì)也得到了相比以往更長(zhǎng)時(shí)間的保持，操作工人認(rèn)為試用中調(diào)配的切削液能夠維持其品質(zhì)更長(zhǎng)時(shí)間，根據(jù)對(duì)切削液品質(zhì)的監(jiān)控，預(yù)計(jì)的夏季換液間隔從 1 個(gè)月提升至了 1.5 個(gè)月至 2 個(gè)月，這給了車間管理人員相當(dāng)大的信心在生產(chǎn)管理中進(jìn)行更合理的切削液換液規(guī)劃，減少了換新切削液與廢液處理的花費(fèi)，從而實(shí)現(xiàn)更有競(jìng)爭(zhēng)力的生產(chǎn)成本控制。

將化學(xué)與生物知識(shí)、數(shù)字化手段以及傳統(tǒng)加工行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型緊密地結(jié)合，我們成功地改善了一家機(jī)械加工工廠的生產(chǎn)環(huán)境，促進(jìn)了一線員工的健康福祉，同時(shí)也幫助管理人員在一定程度上實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)成本控制的目標(biāo)。相信隨著更多工廠建立起綠色生產(chǎn)的理念——可持續(xù)、負(fù)責(zé)任的生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)效益并不矛盾，通過(guò)綠色轉(zhuǎn)型，傳統(tǒng)制造業(yè)在未來(lái)同樣存在著廣闊的增長(zhǎng)空間。

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