袁毅胥
(湖南軟件職業(yè)技術(shù)大學(xué),湖南 湘潭 411100)
熱處理是一種用于金屬材料、金屬制品性能改善的工藝,可提升金屬材料與金屬制品的質(zhì)量。熱處理過(guò)程中,主要將所需處理的材料和制品加熱到一定溫度,并進(jìn)行保溫處理,之后結(jié)合材料及制品特點(diǎn)采用針對(duì)性方法冷卻,轉(zhuǎn)變其內(nèi)部組織成分(有時(shí)只會(huì)改變其表面組織與表面成分)獲取相應(yīng)的性能,滿足熱處理的實(shí)際需求[1]。伴隨著我國(guó)機(jī)械加工制造行業(yè)的高速發(fā)展,熱處理行業(yè)也進(jìn)入了高速發(fā)展?fàn)顟B(tài)。為保證熱處理工藝的實(shí)際價(jià)值,熱處理行業(yè)必須與時(shí)俱進(jìn),跟上加工制造業(yè)的發(fā)展步伐[2],始終處于匹配狀態(tài),才能保證熱處理行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。熱處理行業(yè)其實(shí)是一種傳統(tǒng)行業(yè),但其面臨的生存環(huán)境越發(fā)激烈,經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈。在我國(guó)加入世界貿(mào)易組織之后,全球經(jīng)濟(jì)一體化,經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈程度日益升高。為了繼續(xù)生存,滿足客戶的合理需求,則需積極創(chuàng)新改革,讓熱處理企業(yè)進(jìn)入可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài),不斷增強(qiáng)熱處理行業(yè)的實(shí)際競(jìng)爭(zhēng)能力。從現(xiàn)今發(fā)展趨勢(shì)看,增強(qiáng)熱處理企業(yè)的應(yīng)變能力,讓其短時(shí)間根據(jù)客戶實(shí)際需求對(duì)金屬材料及制品進(jìn)行針對(duì)性處理,滿足客戶對(duì)產(chǎn)品的個(gè)性化需求,無(wú)疑能夠提升客戶對(duì)產(chǎn)品的滿意度,也能提升熱處理企業(yè)的實(shí)際競(jìng)爭(zhēng)能力。在互聯(lián)網(wǎng)背景下,電子計(jì)算機(jī)在多個(gè)行業(yè)廣泛應(yīng)用,直接增強(qiáng)了該企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力,讓該企業(yè)能夠高效、迅速地完成生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)工作。在熱處理行業(yè)中應(yīng)用電子計(jì)算機(jī),充分發(fā)揮其強(qiáng)大的功能,無(wú)疑能夠促進(jìn)熱處理行業(yè)朝自動(dòng)化、智能化以及靈活化發(fā)展,加快熱處理行業(yè)的發(fā)展速度,讓熱處理企業(yè)更好地占領(lǐng)經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)。
熱處理屬于一種加工制作工藝,主要用于金屬材料、金屬制品的加工操作。熱處理操作過(guò)程如下:將需要處理的原材料放入含有一定處理介質(zhì)的容器中,并對(duì)原材料依次實(shí)施加熱、保溫、冷卻操作,操作嚴(yán)格按照順序進(jìn)行,可達(dá)到改變?cè)牧蟽?nèi)部金相組織結(jié)構(gòu)或是表面組織成分等目的[3]。熱處理操作的根本作用是通過(guò)金屬熱加工工藝操作改變金屬材料的性能,讓金屬材料性能達(dá)到消費(fèi)者滿意的狀態(tài),繼而用于各行各業(yè),滿足各行各業(yè)對(duì)金屬材料性能的根本需求[4]。相較于其他類型的加工工藝,熱處理工藝一般情況下不會(huì)對(duì)原材料形狀、原材料化學(xué)成分造成影響,這兩大項(xiàng)指標(biāo)是不變的。熱處理工藝操作后,主要改變的是原材料工件內(nèi)部顯微組織,或原材料工件表面化學(xué)成分,改善原材料原本的性能,或是賦予原材料其原本不存在的性能,讓原材料獲取所需的物理學(xué)、力學(xué)、化學(xué)性能。從金屬加工工藝操作看,除合理選擇原材料、成型工藝之外,熱處理工藝屬于原材料加工中不可缺少的操作,這是讓原材料變成性能符合要求金屬材料的唯一方案。從實(shí)際應(yīng)用可發(fā)現(xiàn),熱處理工藝方法多種多樣,包含正火、淬火、退火、化學(xué)熱處理、真空熱處理、激光熱處理以及感應(yīng)熱處理等多種工藝方法。
溫度屬于熱處理工藝中的主要工藝參數(shù)之一,選擇溫度、控制溫度,并保證操作的科學(xué)性及合理性,無(wú)疑能夠最大程度上保證熱處理質(zhì)量符合要求。從熱處理工藝可發(fā)現(xiàn),其加工處理操作主要通過(guò)控制系統(tǒng)完成,這種系統(tǒng)包含各種爐,但在降溫調(diào)節(jié)方面難度較大,且操作過(guò)程中存在較多影響因素,比如環(huán)境溫度、聯(lián)網(wǎng)電壓以及被處理材料等。所以,熱處理加工操作期間,必須有效控制溫度,保證溫度始終處于合理范圍內(nèi),最大程度上預(yù)防溫度發(fā)生異常,保證溫度控制效果適宜。熱處理工藝操作的特殊性決定其溫控必須滿足原材料的恒溫、準(zhǔn)確以及高速等需求。但在社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展背景下,熱處理工藝想要繼續(xù)占有一定市場(chǎng)份額,與時(shí)俱進(jìn)滿足消費(fèi)者的熱處理加工操作要求,必須靈活調(diào)整溫度,保證溫度始終符合熱處理加工要求,生產(chǎn)加工出性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品,讓消費(fèi)者滿意。
熱處理加工工廠工藝編制始終應(yīng)用一種傳統(tǒng)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)方法,也就是工藝人員通過(guò)手工操作方式進(jìn)行個(gè)體化勞動(dòng),工藝過(guò)程設(shè)計(jì)質(zhì)量受工藝人員技術(shù)水平、加工經(jīng)驗(yàn)影響[5]。但即便是同一位工藝人員,不同時(shí)期的工藝過(guò)程設(shè)計(jì)質(zhì)量也存在鮮明差異。也有生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn),不同工藝人員在為同一份金屬零件進(jìn)行工藝過(guò)程設(shè)計(jì)的時(shí)候,往往會(huì)有多種不同熱處理加工方案產(chǎn)生,同一位工藝人員連續(xù)數(shù)次為同一份金屬零件進(jìn)行工藝工程設(shè)計(jì),也會(huì)產(chǎn)生不同類型的熱處理加工方案。所以若單純依靠人工操作完成工藝工程設(shè)計(jì)工作,難以保證工藝設(shè)計(jì)方案的標(biāo)準(zhǔn)性與優(yōu)良性,無(wú)法保證工藝設(shè)計(jì)方案符合標(biāo)準(zhǔn)。若在工藝工程設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助,無(wú)疑可以利用計(jì)算機(jī)技術(shù)完成工藝工程設(shè)計(jì)工作,設(shè)計(jì)操作期間明確工藝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與要求,在滿足標(biāo)準(zhǔn)和要求的基礎(chǔ)上靈活設(shè)計(jì),可最大程度上扭轉(zhuǎn)人工操作對(duì)工藝工程設(shè)計(jì)的過(guò)分依賴,可有效扭轉(zhuǎn)傳統(tǒng)熱處理行業(yè)的滯后問題,促進(jìn)熱處理行業(yè)工藝設(shè)計(jì)現(xiàn)代化,可制定科學(xué)統(tǒng)一合理的工藝工程設(shè)計(jì)方案,促使熱處理工藝設(shè)計(jì)逐步標(biāo)準(zhǔn)化、最優(yōu)化、科學(xué)化與個(gè)性化,提升熱處理行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。
熱處理加工操作期間,會(huì)產(chǎn)生大量基礎(chǔ)技術(shù)數(shù)據(jù)、常用工藝數(shù)據(jù)。為保證熱處理加工操作的科學(xué)性及合理性,在數(shù)據(jù)產(chǎn)生后,由工藝人員手工記錄相應(yīng)數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)記錄在相應(yīng)的記錄本上,記錄本定時(shí)上交,儲(chǔ)藏保存到檔案室或辦公室。但是這種數(shù)據(jù)記錄方法以及保存方法存在一定缺陷,需要耗費(fèi)較多時(shí)間,且不利于工藝人員日常工作,記錄本的回顧性很低,基本不會(huì)再次使用記錄本,記錄本的價(jià)值難以充分挖掘處理。但在引入電子計(jì)算機(jī)技術(shù)之后,可充分應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、計(jì)算機(jī)作圖以及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù),形成一個(gè)完成的工藝管理系統(tǒng)或工藝管理程序。在熱處理加工操作期間應(yīng)用該系統(tǒng)或該程序,無(wú)疑可以自動(dòng)記錄、刪除、更新、文件報(bào)表打印信息數(shù)據(jù),信息數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存庫(kù)中。工藝人員若存在疑問,直接登錄進(jìn)計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存庫(kù)中,查詢相關(guān)信息數(shù)據(jù),并利用計(jì)算機(jī)顯示屏將信息數(shù)據(jù)充分顯示出來(lái),可實(shí)現(xiàn)熱處理加工工藝和熱處理設(shè)備計(jì)算機(jī)管理兩項(xiàng)功能,可有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)人工記錄統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的不足。通過(guò)計(jì)算機(jī)工藝管理系統(tǒng)或程序,還可結(jié)合熱處理加工操作原理、手冊(cè)數(shù)據(jù)、公式規(guī)則等,創(chuàng)建常規(guī)熱處理工藝計(jì)算機(jī)輔助程序。輔助程序會(huì)主動(dòng)收集大量工藝數(shù)據(jù)以及加工知識(shí),還可創(chuàng)建更具科學(xué)合理特點(diǎn)的熱處理決策邏輯,利用多種工藝邏輯原則,結(jié)合所需加工處理的金屬原材料圖像、加工要求、加工信息等,模仿熱處理工藝人員完成工藝過(guò)程設(shè)計(jì)工作。而輔助程序中自動(dòng)記錄的加工信息數(shù)據(jù)以及原材料圖形,均可指導(dǎo)工藝人員進(jìn)行操作,還能為熱處理加工提供充足證據(jù)。輔助程序會(huì)遵循熱處理要求規(guī)范,充分保存熱處理生產(chǎn)執(zhí)行、質(zhì)量情況的最初記錄,熱處理加工操作期間會(huì)自動(dòng)記錄工藝過(guò)程中產(chǎn)生的參數(shù)數(shù)據(jù),并對(duì)參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效標(biāo)識(shí),繼而輔助工藝人員進(jìn)行質(zhì)量管理。
熱處理加工操作看起來(lái)工序十分簡(jiǎn)單,但需要嚴(yán)格控制溫度,才能保證加工處理的有效性與合理性,才能獲得符合消費(fèi)者要求的產(chǎn)品。在這一過(guò)程中,單純憑借人力控制溫度,無(wú)法避免溫度的控制有效性,難以保證溫度實(shí)際控制質(zhì)量,所以產(chǎn)品的加工處理效果無(wú)法保障。但在熱處理工藝過(guò)程基礎(chǔ)上,構(gòu)建數(shù)學(xué)模型并模擬數(shù)值之后,通過(guò)熱處理過(guò)程中產(chǎn)生的多種物理量參數(shù)傳感器檢測(cè)裝置、熱處理生產(chǎn)工序啟動(dòng)程序控制軟件,可順利構(gòu)建熱處理計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),也就是由計(jì)算機(jī)控制軟件、計(jì)算機(jī)控制設(shè)備、儀表、傳感器四大類組成的結(jié)合體。我國(guó)從八十年代初開始研究熱處理的計(jì)算機(jī)控制技術(shù),現(xiàn)今碳勢(shì)控制技術(shù)、真空熱處理控制系統(tǒng)以及爐溫控制系統(tǒng)逐步實(shí)用化,并在熱處理行業(yè)中廣泛應(yīng)用。伴隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展,電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用功能日益增強(qiáng),模糊數(shù)學(xué)、PID自整定以及混合算法等多種精準(zhǔn)控制技術(shù)得到廣泛應(yīng)用?,F(xiàn)今計(jì)算機(jī)技術(shù)主張將熱處理加工過(guò)程的控制操作獨(dú)立出來(lái),通過(guò)單獨(dú)控制、單獨(dú)管理的通信系統(tǒng)連成網(wǎng)絡(luò),由一臺(tái)獨(dú)立但是可和其他計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接合作的電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理和控制。電子計(jì)算機(jī)中有大量獨(dú)立單元,各個(gè)獨(dú)立單元均可獨(dú)立完成控制及管理操作,并且可和主系統(tǒng)進(jìn)行信息交換、信息數(shù)據(jù)傳輸,及時(shí)完成主系統(tǒng)分配的工作,并構(gòu)成相應(yīng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)?,F(xiàn)今用于熱處理行業(yè)加工操作過(guò)程的熱處理計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)已經(jīng)取得一定成效,能夠在熱處理操作中發(fā)揮顯著作用,有效彌補(bǔ)人工控制的缺陷。部分熱處理企業(yè)還為電子計(jì)算機(jī)配備了數(shù)據(jù)庫(kù)、專家系統(tǒng),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行期間可獲得更多由終端提供的服務(wù),獲取更多網(wǎng)絡(luò)控制功能,實(shí)際作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出最初的計(jì)算機(jī)控制及管理功能。
熱處理加工工藝中會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)信息,若不整合這些信息,不利于熱處理行業(yè)發(fā)展。既往多由工藝人員手工記錄產(chǎn)生的各種信息數(shù)據(jù),耗時(shí)過(guò)長(zhǎng),記錄準(zhǔn)確性難以保證。但在電子計(jì)算機(jī)應(yīng)用后,熱處理行業(yè)的數(shù)據(jù)信息記錄工作發(fā)生了翻天覆地的變化,人工記錄信息數(shù)據(jù)缺陷得到充分彌補(bǔ)。基于電子計(jì)算機(jī)技術(shù),可構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng),系統(tǒng)屬于數(shù)據(jù)處理核心機(jī)構(gòu),也是現(xiàn)代化電子計(jì)算機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域。在熱處理領(lǐng)域中應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)的信息處理技術(shù),可在短時(shí)間內(nèi)處理大量數(shù)據(jù)。但數(shù)據(jù)處理主要通過(guò)基于電子計(jì)算機(jī)的熱處理數(shù)據(jù)庫(kù)完成,可有序地進(jìn)行信息處理與管理操作,還可將原始信息數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。根據(jù)工作領(lǐng)域情況,熱處理數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)進(jìn)行大概分類,包含金屬材料、熱處理原理、熱處理工藝、熱處理設(shè)備、熱處理加工工藝過(guò)程等數(shù)據(jù)庫(kù)。熱處理數(shù)據(jù)屬于基礎(chǔ)科研技術(shù),包含計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)以及輔助設(shè)計(jì)技術(shù)等。現(xiàn)今我國(guó)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到電子計(jì)算機(jī)在熱處理行業(yè)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì),積極發(fā)揮電子計(jì)算機(jī)功能的同時(shí),積極開發(fā)人工智能技術(shù),主張創(chuàng)建更強(qiáng)大的熱處理數(shù)據(jù)系統(tǒng),為熱處理數(shù)據(jù)處理提供更多有力支持,促進(jìn)熱處理行業(yè)繼續(xù)發(fā)展,提升熱處理行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。輔助決策系統(tǒng)其實(shí)是基于熱處理數(shù)據(jù)庫(kù)所研發(fā)的一種系統(tǒng),可和熱處理數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)合應(yīng)用,輔助工藝人員及時(shí)通過(guò)輔助決策系統(tǒng)查詢熱處理數(shù)據(jù),合理選擇原材料,合理設(shè)置工藝參數(shù),最大程度上發(fā)揮熱處理工藝操作的效果。
在熱處理行業(yè)逐步發(fā)展過(guò)程中,智能化技術(shù)、智能化設(shè)備在該行業(yè)中廣泛應(yīng)用,有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)技術(shù)以及傳統(tǒng)設(shè)備的應(yīng)用缺陷。熱處理智能技術(shù)是一種基于信息技術(shù)改造熱處理技術(shù)的成果,也是信息技術(shù)和熱處理行業(yè)有效融合的產(chǎn)物之一,能夠讓熱處理從經(jīng)驗(yàn)性技術(shù)換變?yōu)橹R(shí)性技術(shù)。在熱處理行業(yè)的發(fā)展過(guò)程中,除信息技術(shù)持續(xù)發(fā)展普及,熱處理面貌逐步改觀,熱處理知識(shí)的應(yīng)用頻率與創(chuàng)新頻率日益升高,所以智能熱處理技術(shù)問世,并在該行業(yè)中廣泛應(yīng)用。智能熱處理技術(shù)主要基于現(xiàn)代控制理論、智能傳感技術(shù)、智能測(cè)試技術(shù)、熱處理一體化系統(tǒng)、生產(chǎn)記錄的電子系統(tǒng)記錄及管理等組成,其中熱處理一體化系統(tǒng)可結(jié)合原材料類型與生產(chǎn)加工需求,自動(dòng)生成優(yōu)良理想的熱處理工藝流程,自動(dòng)啟動(dòng)儀器設(shè)備開始生產(chǎn),在生產(chǎn)過(guò)程中結(jié)合材料加工要求自動(dòng)開始控制溫度,自動(dòng)處理發(fā)現(xiàn)的各種影響因素,自動(dòng)消除生產(chǎn)期間出現(xiàn)的補(bǔ)償偏差對(duì)材料熱處理質(zhì)量造成的影響,所以其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值明顯更顯著。智能化儀表主要由計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、測(cè)試儀表技術(shù)、傳感器技術(shù)結(jié)合組成,也是傳感器及測(cè)試儀表自然發(fā)展的必然趨勢(shì)。我國(guó)從20世紀(jì)80年代開始研究智能化儀表,現(xiàn)今有很多類型的智能化儀表問世,尤其是熱處理行業(yè)的儀表設(shè)備。充分應(yīng)用智能化儀表,無(wú)疑可實(shí)現(xiàn)熱處理多個(gè)工序智能化儀表操作,最大程度上提升熱處理加工工藝質(zhì)量。
現(xiàn)今我國(guó)熱處理行業(yè)處于高速發(fā)展?fàn)顟B(tài),這和金屬加工制造業(yè)高速發(fā)展息息相關(guān)。但在行業(yè)高速發(fā)展的背景下,對(duì)熱處理技術(shù)有很高要求。在熱處理行業(yè)中充分應(yīng)用電子計(jì)算機(jī),利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的功能,無(wú)疑可優(yōu)化熱處理加工工藝,提升效率及質(zhì)量,讓熱處理繼續(xù)可持續(xù)發(fā)展。