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機加（jiā）工綠色轉型數（shù）字（zì）化（huà）實踐：基於現場的切削液壽命快捷管（guǎn）理

2025-1-16 來源：炫景公司作者：範一諾鄭夢嬌

車間現場（chǎng）往往充斥著（zhe）噪音、鐵屑與油汙，是汙染的重災（zāi）區。而從另一個角度看，零件（jiàn）的（de）生產過程匯（huì）聚了員工、設備、技（jì）術與管理這些要素，正是製造業綠色轉型最為實際的出發（fā）點。針對機加業工作環境與存在的環境汙染（rǎn）問題，我們進行了一係列企業的實地參訪，同時麵（miàn）向航空航天領域大中型製造企業各個層級人（rén）員進行了問卷調查，收到 73 份有效（xiào）問卷，他們大多數是一（yī）線操作人員與工藝技術人員（占比 67%），管理層占比 23%，年齡集中分布在 30 歲 ~49 歲，承諾所提（tí）供的為真實信息。

問卷調查結果如（rú）圖 1~ 圖 4 所示，工人（rén）在機加車間的日常工作（zuò）中有可能接觸到汙染有廢液、固體汙染物（切屑（xiè）、碎渣等）、廢氣與（yǔ）噪音，其中接觸到各種廢液的情況最為常見（見（jiàn）圖 1）。在工（gōng）作環境接觸（chù）汙染（rǎn）後，有 30% 的受訪者反映（yìng）發生了應激性的身體不適，例如刺（cì）激性氣味導致的惡心等，15% 的受訪者則表示會出現各種過敏反映，例如接觸廢液後的皮膚刺痛以及由異味導致的咳嗽等，在汙染環境中工作導致對身體健康生憂慮（lǜ）情（qíng）緒甚至是抵觸工作（zuò）的受訪者（zhě）分別達到了36% 與（yǔ） 19%（見圖 2）。約 57% 的受訪者（zhě）表示目前（qián）生產環境中汙染物防護的措施主要是配備勞動保護用品，建立規章製度在生產工作中對各種（zhǒng）操作進（jìn）行規範以避免（miǎn）汙染危害的占到了 22%，表示所在單位通過采用自動化技術以及建立規章製度（dù）以降低工（gōng）人直接接（jiē）觸汙染物風險的受訪（fǎng）者則僅有18%（圖 3）。在另一方麵，受訪對象也普遍（biàn）表達了對進一（yī）步改（gǎi）善生產環境的期待，受訪者普遍（biàn）指出的問題中，“用於汙染物防治的技術與設備的投（tóu）入不足” 占 48%，“培訓不足” 占 29%，“勞動

防護用品的數（shù）量與質量不能令人（rén）滿（mǎn）意” 則占 16%（圖 4）。

圖 1 工作環（huán）境中的汙染物

圖 2 工作環境汙染對工人身體與心理的影響

圖 3 加工車間采用的勞動保護措施

圖 4 對車間汙染治理與防（fáng）護的意見

調研顯示，變質的切削液是機加工中的主要汙染源。在（zài）零件加工中噴射切削液能夠起到潤滑與冷卻刀具的（de）作用，從而保證零件加（jiā）工表麵（miàn）的質量，並且延長刀具的使用壽命。然而在長期使用後，機床泄露的油汙在切削液的表麵積聚形成油膜（mó），切（qiē）削液池中隔絕空氣的環（huán）境非常（cháng）適（shì）宜厭氧菌的繁殖，菌群的代謝（xiè）產物混雜著油汙，產生濃重的異（yì）味。切削液中各種添加劑和所攜帶的油汙在加工中高壓噴射產生大量的氣溶膠，對於呼吸道有非常強的刺激作用，甚至（zhì）可能誘發氣道（dào）不適與突發性哮喘。長期暴（bào）露在高油霧濃度的加工環境中時（shí），工人發生慢性支氣管炎、肺部不適的可能性將激增。如（rú）圖 5 所示，空氣動力學直徑小於10μm 的顆粒物（即 PM10）可進入人體的呼吸係統 ; 空氣動力學直徑在（zài） 2.5μm~10μm 的顆粒物在人體的（de）上呼吸道沉積 ; 空氣動（dòng）力學直徑（jìng）小於2.5μm 的顆粒物（即 PM2.5）能進入人體的下支氣（qì）管，並造成永久性傷害 ; 而小於 0.2μm 的顆粒物則能（néng）自（zì）由進入肺泡，甚至進入血液汙染血（xuè）液。出於安全原因，操作機床等旋轉（zhuǎn）機械不能佩戴手套，因此工人在（zài）機床上進行拆（chāi）卸（xiè）工件（jiàn）等工作時將不可避免地接觸到切（qiē）削液。切削液的配方中通常都會添加氯化物（wù）殺菌劑，使得切削（xuē）液具有強刺（cì）激性。因此與切削液發生（shēng）皮膚接觸後（hòu）會有不同程度的過敏變態反應。總而言之，變質切削液作為機械加工生產環境（jìng）中的主要汙染源，對現場工人的（de）身體健康與心理狀態產生了顯著的負麵影響。

圖 5 顆粒物進（jìn）入呼吸（xī）係統（tǒng）的部位示意圖

綜合車間一（yī）線工人與生產管理人員的反饋，我們認為，變質切削液導致的作業現場環境汙染（rǎn）並（bìng）非完全不可避免，通過使用高品質的生物安全切（qiē）削液並且對切削液（yè）進行全生命（mìng）周期管理能夠（gòu）使（shǐ）切削液在盡可能長的時間能保持高（gāo）品質，從而（ér）改善加工車間現場的環境問題。

金屬（shǔ）切削（xuē）加工中最為常用的是半合（hé）成式（shì）切削液，通過濃縮液（含有少量礦物油與油性劑、極（jí）壓（yā）潤滑劑（jì）、防鏽劑、表麵（miàn）活性劑和防腐殺（shā）菌劑等成分）與水按照一定的比例配比，均（jun1）勻融合後使用。影響切削液品（pǐn）質的因素包括切削（xuē）液的濃度、PH 值以及亞硝酸鹽（yán）含量，此外，勾兌（duì）切削液所使用的水的硬度（即水中含有的礦物鹽的濃度）對切削（xuē）液的品質（zhì）有著重要的影響，切削液過高（gāo）的濃度與不適宜的 PH 值將（jiāng）導致（zhì）切削液（yè）具有較高的生（shēng）物刺激性。同時，在使（shǐ）用過程中，切削液中積聚的亞（yà）硝酸（suān）鹽含（hán）量逐步升高，接觸後有刺（cì）激癌症的（de）風險，是嚴重的健康隱患。此外，過高的水體硬度則將影響合（hé）成（chéng）型切（qiē）削液的穩定（dìng）性，促使“水油分離” 的情況產生（shēng），加速油膜（mó）的積聚。

對於切（qiē）削液濃度的測定（dìng）可以使用分光濃度計，而 PH 值、亞硝酸鹽與水（shuǐ）體硬度則可以通過常見的水質檢測試紙完（wán）成。當然，對於非化學檢測專業（yè）的一線技術人員（yuán），如何對檢測結果進行判別與及時、高效地記錄並（bìng）且保存記錄（lù）是實施切削液全壽命周期管理的關鍵所在。今（jīn）天，智能手機上各種移（yí）動應用 APP 的便利在生活中無處不在，我們認為，可以開發一款移動端應用小程序，幫助生產一線人員便捷地實現對切削液地全壽命周（zhōu）期管理。為了幫助加工車間（jiān）實現（xiàn）切削液全壽命周期（qī）的管理，APP 設計了以下的功能：

1) 記（jì）錄分光濃度計的讀（dú）數，並且（qiě）自動根據濃度的數值對用戶進行提示，幫助他們判斷濃度是否合適。

2) 使用手機拍（pāi）攝 PH、亞硝酸鹽與水（shuǐ）體硬度檢測試紙的照片，APP 能夠（gòu）讀取照片並對試紙的顏色（sè）進行解析並提示用戶，幫助用戶對這些指標是否合適進行判斷。

3) 依據時間軸存儲這些檢測數據，幫助用戶在（zài）換（huàn）液間隔期（qī）間跟蹤切削液品質的變化趨（qū）勢（shì），從而及時進行補水、補液、過濾與換液的決策。在完成開發與調（diào）試後，我們回到同一家機（jī）械加工廠的金屬切削車間，對這套 APP 進行了試用。首先，對車間技術員與工人進行了簡（jiǎn）單的培訓（xùn）。由於智能（néng）手機的普及，隻需要采購一支分光濃度計、一盒常見的（de）檢測試（shì）劑（jì），一線的操作人員下載 APP 即可完成檢測切（qiē）削液品（pǐn）質的工作。由於在開發環節中預置了切（qiē）削液各項檢測指標的判斷閾值（zhí），對切削液品質的判斷變（biàn）得非常簡單，一線操（cāo）作（zuò）人（rén）員隻需要拍（pāi）攝照片與記（jì）錄數據（jù），APP 就可以提示他們切削液（yè）的（de）各（gè）項檢測指標（biāo）是否處於正常的區間。

圖 6 為其中一次測試的截屏示例

在（zài） APP 投入試用後，生產管理人員隻需要設定檢測的周期，當班的操作員工就可（kě）以（yǐ）高效地完成切削液品質地檢測（cè）與記（jì）錄工作。通過對切削液各項指（zhǐ）標的跟蹤分析，車間的（de）生產管理人員及時發覺了濃度（dù）與 PH 值存在偏高的問題，由於以往切削液變質的時間較短（duǎn），現場技術人員往往勾兌濃度偏高的切削液原（yuán）液，希望高濃度的切（qiē）削液能夠抑製厭氧菌的繁殖。這（zhè）也是一線車間（jiān）操作人員反映異味濃重，皮膚與呼吸道過敏的原因所在。分析情（qíng）況後，及時（shí）做出了（le）對切削液進行補水的決定（dìng）。隨後在對切削液用水進行水體硬度檢測時則發現了當地自來水水質偏硬的問題，及時購買（mǎi）了水體軟化劑對補液用水進行處置。在完成水體（tǐ）軟化與（yǔ）補液（yè）後，切（qiē）削液進行了長達 1 個（gè）小時的機床內部循（xún）環從而使得補充的水分與原（yuán）有的切削（xuē）液融合均勻。由（yóu）於切削液達（dá）到了適當的濃度，同時水質硬度也得到了調控，切削液的刺激性與乳（rǔ）化穩定（dìng）性問題得到了解決，車間工人反映強烈（liè）的刺激性氣味（wèi）與皮膚過敏問題與以往相比得到了改善。

同時切削（xuē）液的品質也得到了相比以往更長時（shí）間的保持，操作工人認為試用中調配的切削液能夠維持其品質更長時間，根據對切削液（yè）品（pǐn）質的監控，預（yù）計的夏季換液間隔從 1 個（gè）月提升（shēng）至了 1.5 個月至（zhì） 2 個月，這（zhè）給（gěi）了車間管理（lǐ）人員相當大的（de）信（xìn）心在生產管理中進行（háng）更合理的切削液換液規劃，減少了換新切削液與（yǔ）廢液處理的花費，從而（ér）實現（xiàn）更有競（jìng）爭力的生產成本控製。

將化學與（yǔ）生物知識、數字化手段以（yǐ）及傳統加工行業的（de）綠色（sè）轉型緊密地結（jié）合，我們成功地改善了一家機械加工（gōng）工廠的（de）生產環境，促進了一線員工的健康福祉，同時也幫助管理人員在一定程度上實現了生產成本控製的目標。相（xiàng）信隨著更多工廠建立起綠色生產的理念——可持續、負責任的生產與經濟效益並不矛盾，通過綠色轉型，傳（chuán）統製造業在未來同樣存在（zài）著廣闊的增長空間。

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