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关键词:机械设计;材料;选择;应用
中图分类号:TB
文献标识码:A
doi:10.19311/ki.1672-3198.2016.15.095
机械行业和我们的生活是密不可分的,二者之间的关系是相互促进的。机械行业的发展推动经济的发展,使人们的生活更加现代化,而在现代化的生活背景下,科学水平日益进步,从而又推动机械行业的进步。机械设计是机械生产的第一步,它直接影响到机械的使用性能。机械设计是在人力、物力、制造成本等多种限制条件下,做出最佳设计方案,让机械能够处于最佳的运行状态。随着机械行业的逐渐发展,对机械材料的要求也越来越高。合理的材料选择和应用不仅可以提高机械运转性能,还能保证材料的合理使用。本文的以机械设计中材料的选择与应用为论述核心,对设计材料类型、设计材料应用的要点等进行深入分析。
1 研究目的
随着科学技术的发展,计算机技术被广泛运用到机械设计中,很多机械设计软件通过计算机应用技术在传统机械设计方法的基础上逐渐开发出来。但是设计方法的提升并不是影响机械生产的唯一因素。因为,经济的发展使机械需求量日益增加,导致设计材料出现短缺的情况,机械设计方法的提升不能解决材料匮乏的问题。材料是构成机械原件的主体,机械生产材料供应不上,会影响机械生产的速度、数量、质量。最终也无法满足人们对生活的需求。在材料选择方面不能只注重它的使用效果,还应该考虑机械设计材料的使用成本。所以在机械设计材料的选择与应用方面,在注重机械高效性能的同时,也要结合使用材料的经济性、环保性。只要这样才能保证机械行业的健康发展。
2 材料选择的类型
2.1 金属材料
金属材料是机械设计中使用时间最长、使用频率最多的材料。通常情况下,以金属元素或者以金属元素为主组成的具有金属性质的材料都可以称为金属材料。目前,自然界中金属材料的种类达到了近80种,最常见的有金、银、铜、铁、锡等。也正是因为如此,才使金属材料成为机械设计中最受欢迎的材料。此外,大部分金属材料都具有一定的韧性与强度,极大的满足了机械生产对使用材料的要求。金属材料类型也不是单一的,金属材料又分成纯金属材料、合金材料、特种金属材料以及金属间化合物材料,金属合金材料的出现不仅提高了机械的使用性能,更拓展了金属材料在机械设计中的使用范围。尤其是特种金属与金属间化合物材料,在科技核心领域被广泛使用。
2.2 复合材料
复合材料,是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观(微观)上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。复合材料具有稳定性好、强度高、比刚度高等特点,并且很多复合材料具有导电、防热、屏蔽、吸声、磁性等性质,这些特点与性质使拓展复合材料的使用范围,像航空航天、医疗器材、建筑设施都用复合材料的身影。
2.3 高分子材料
高分子材料是指以化合物为基体,根据使用要求向化合物基体中加入与之匹配的添加剂或者助剂,因此高分子材料又称为聚合物材料。生产高分子材料的原料十分丰富,这使高分子材料更加便于获取,像生活中常见的合成纤维以及塑料就是高分子材料的代表。高分子材料可以从自然界中提取,具有可再生与可循环的特性。它和金属材料相比具有很大的优势,金属是不可再生资源,随着机械使用量的增加,金属材料日益减少,高分子材料在很多机械生产可以代替金属材料,例如聚甲醛材料聚甲醛具有很强的耐磨性质,可以拥有齿轮、轴承、螺母等机械设备的生产。因此,在汽车制造业高分子材料被广泛运用,在减少汽车自身重量的同时,也减少了能源的消耗。
2.4 陶瓷材料
陶瓷材料是指用天然或者合成化合物用高温烧结而形成的一种非金属材料。目前,陶瓷材料主要分为:氮化硅与碳化硅两种类型。陶瓷材料的硬度很高,通常被用来制作密封零件,并且陶瓷材料具有耐磨、耐腐蚀的特点,很多化学仪器的制造也会采用这种材料。此外,由于陶瓷材料的电特性,通常用来制造电容器,这种电容器在铁电陶瓷的作用下形状会产生变化,能够将电能转换成机械能,像超声仪、声呐、扩音机都是利用陶瓷材料的这种性能。此外,随着纳米陶瓷技术的出现,像航空航天、卫星通讯等高精领域都运用到了陶瓷材料。
3 材料选择与应用的要点
3.1 材料负荷性
机械设计中对于材料荷载水平的选择是很重要的,这是因为在机械设计的过程中一些材料由于荷载水平较低的原因可能会导致出现后期抑制失效的情况,使得机械零件不能发挥出应有的作用,因此在机械设计过程中应当首先对拟用到的材料进行载荷水平方面的评估,优选载荷水平较高的材料,并在有需要的情况下对材料进行后期处理,以使材料的荷载水平得到进一步的提高,例如对低碳钢进行渗碳以及对中碳钢调质等。
3.2 材料实用性
机械的种类多种多样,材料的可选择性也是如此,在机械材料设计中材料的选择不一定要最好的,但是一定要选择最实用的。例如在汽车制造种,变速箱可以说是磨损度最大的部位,因此变速箱中的零件大多采用锻钢、铸铁等坚固、耐磨性材料;汽车的散热器(水箱)作为引擎的冷却系统,可以让引擎始终在正常温度下运转。冷却系统的零件大多采用铝制品,应为铝制品具有耐腐蚀的特点,在潮湿的环境下不会生锈,此外和其他材料相比铝的质量很轻,可以减少汽车重量。
3.3 材料经济性
在机械设计中要注重材料的经济性。在机械设计当中,使用的材料都要求很高,那么价格上也是会相对昂贵的,所以在材料的选择上往往会注意材料的经济性,也就是价钱,从经济性方面考虑,就是要求机械设计过程中要尽量节约材料成本和加工过程中产生的成本。我们不仅仅要选择质量好的材料,还要对材料的价格进行控制,不能铺张浪费,也不能随意购买,要对材料的性能和价钱多做考虑,选择适合产品机械设计的,同时还要选择价格合理的。
3.4 环保与可持续性
机械行业对经济的发展起到了推动作用。但是,人们在追求经济发展的同时,却忽视了环境保护以及发展的可持续性。金属是机械设计中使用最广泛的材料,在金属材料冶炼的过程中,会投入大量的人力物力,使用成本过大。此外,由于冶炼技术、工序等问题,容易造成重金属污染,导致生态系统遭到破坏。随着机械需求量的增加,金属资源匮乏的情况日益突出。因此,在机械设计中尽量选择环保性的原材料,并且要对报废的机械进行分解,实现资源的可循环利用,尽量使用组合较少的合金,这样可以减少提取材料的成本。同时在不影响机械性能的情况下,可以采用高分子材料、复合材料以及陶瓷材料代替,这些材料都是可以从自然界中直接提取,具有可再生性。通过替代金属材料的方式,来减少金属的使用量,实现金属资源的使用的可持续性。
4 结束语
随着机械设备需求量的不断增加以及机械设备使用概率的不断提升,使得人们对机械设备质量和功能的要求也越来越高,因此做好机械设计工作对于机械设备企业来说具有十分重要的意义。目前,由于经济、技术等原因,我国机械设计大多以金属为主,对于高分子、复合、陶瓷等新型材料的研究还处于起步阶段。这不仅造成金属资源匮乏,也破坏的生态环境,加之缺乏完善的金属开采技术,造成了大量金属资源的浪费。因此,我国应该在提高金属使用效率的同时,还应该加大新型材料研究的投入力度,要站在科学的制高点,研发出更具经济性、环保性、可持续性的机械设计材料,这样也促进社会的和谐发展。
参考文献
[1]周一鸣,索春英.浅谈自动化技术在机械设计中的应用[J].价值工程,2011,(12).
[2]王杰,程明远,李士晓.浅谈机械设计加工中应注意的几个问题[J].科技信息,2011,(11).
[3]田源.机械设计中配制配合的应用研究[J].农家科技,2011,(4).
[4]李乐心.我国机械制造业中低碳模式探讨[J].现代商贸工业,2010,(17).
Abstract: Based on the development of 3D printing technology, this paper analyzed the principle and classification of 3D printing technology, incorporated it into the mineral processing machinery direction innovatively, discussed the application of 3D printing from mineral processing machinery teaching, repair parts, display of publicity, new product research. The analysis shows, 3D printing technology will have a transformative impact on the traditional mineral processing machinery industry, and have long-term development potential and enormous economic benefits.
关键词: 选矿机械;3D打印;教学设计;零件修复
Key words: mineral processing machinery;3D printing;instructional design;parts repair
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2017)22-0185-02
0 引言
3D打印技术是制造业领域正在快速发展的新兴技术,以其数字化、网络化、个性化、定制化等特点,被誉为是“推动第三次工业革命的重要生产工具”[1],3D打印技术对我国制造业的发展起着极其重要的推动作用,其应用领域十分广泛,包括航空航天、武器装备、工业设计与制造、医疗、文化、珠宝首饰、建筑等多个不同行业[2-5]。2013年,国家科技部公布《国家高技术研究发展计划(863技术)》和《国家科技支撑计划制造领域项目征集指南》中,3D打印技术首次入选,限期我国众多学者对3D打印技术深入研究,发现其具有的快速性、准确性及擅长制作任意复杂形状的特性,能够有效推动我国各行各业快速发展。但是目前3D打印技术很少提到选矿机械行业的应用,将两者融合是选矿机械发展方向的全新尝试。
1 3D打印原理及分类
3D打印(3 Dimensional Printing,三维打印)的学名为增材制造(material additive manufacturing),是以数字模型为基础,利用粉末罱鹗簟⑷热坌运芰稀⒐夤袒树脂、陶瓷粉末等可粘接材料,通过逐层打印叠加而制造复杂形状零件的方法。主要的分类为[6]:
①SLA光固化成型技术:以光敏树脂为原料,激光照射后树脂薄层产生光聚合反应而固化,形成零件的一个薄层,逐层累积。
②FDM熔融层积成型技术:将丝状的热熔性材料加热融化,选择性地涂敷在工作台上,快速冷却后形成一层截面,一层一层堆积直至形成整个实体。
③SLS选区激光烧结技术:通过预先在工作台上铺一层粉末材料,然后让激光对粉末进行烧结,然后不断循环,层层堆积成型。
④LOM分层实体制造法。根据零件分层集合信息切割材和纸等,将所获得的层片粘接成三维实体。
2 3D打印技术在选矿机械方向的应用
2.1 选矿机械教学
目前,我国高校的选矿机械教学多数采用的是传统的PPT教学模式[7],即教师多使用语言、文字和图片描述教学内容,尽管利用UG、SolidWorks、ADAMS、Proe、Catia等三维建模软件能够实现选矿机械的三维可视化,但多媒体课件展示的教学三维模型也无法使学生直接接触和观察选矿机械的实际结构和工作原理。而形象直观的选矿机械模型定制花费很高,有些甚至是无法定制的,因此很少有学校进行配备。而且需要专门的教学设备制作公司制造,更新速度慢,根本无法适用现代选矿机械多变化、多样化、迅速发展的特性。
3D打印则提供了无限的创造空间,教师可以方便地自主制作和打印选矿机械模型,以形象直观可触摸的三维模型展示教材中提取的二维信息,并可设计个性化教学模型来适应课堂教学内容的多变化,学生也可以观察、触摸和组装选矿机械零件模型,将很大程度加深学生对于选矿机械的实际结构、原理等的理解。3D打印也可以进行选矿机械的实践教学,让学生从选矿机械的设计到打印全部参与,促进学生的设计能力、观察能力和动手能力,进一步提高学生的创新能力。
2.2 选矿机械零件修复
选矿机械属于大型机械设备,造价昂贵,缺少备件,工作环境恶劣,容易产生损坏,损伤模式复杂,造成维修成本较大,一旦出现损坏,会造成生产线中断,出现较大经济损失。选矿机械的易损零部件可分为直接工作件类、结构件类型、传动系统件类三种,如颚式破碎机的颚板、跳汰机筛板、传动齿轮等,目前采用激光熔覆技术来修复受损表面,但其没有三维造形功能,因此无法恢复设备易损零部件的待修复区结构原形,仅仅实现简单的涂覆,后期还需要进一步打磨等后处理工艺[8],而3D打印激光成形修复技术解决了激光熔敷技术在成形方面的缺陷,综合了三维成形与表面强化技术的特长,同时可以实现多材料的复合制造,利用Fe基、Co基、Ni基等可熔金属作为粘接剂,并加入TiC、ZrO2、SiC、Al2O3等陶瓷作为增强相修补至易磨损部分,使得零件的耐磨性、硬度得到大幅提升,适合用于解决选矿机械的受损修复问题,可以迅速精确地实现受损设备的维修保障,它将会是未来颠覆传统机械加工设备维修保障技术的手段。
2.3 选矿机械宣传展示
选矿机械由于体积大、重量大,难以搬运等特点,因此国际国内设备展览会,如加拿大多伦多国际矿业展览会、南非国际矿山机械展览会、全国矿物加工前沿技术与装备大会上进行展示时需要耗费庞大的人力、物力和财力,若只进行部分小型设备展览,或者设备宣传片的播放,可以达到节约成本的目的,但根本达不到预期的宣传效果。将3D打印技术应用于选矿机械展示中,以打印选矿机械模型取代实体机械设备,可以大大节省搬运、安装过程中造成的损耗,完全可以取代传统的单一平面宣传方式。
2.4 新选矿设备研发
选矿机械开发周期的缩短,意味着设备能够尽快投入生产,但选矿机械设备的原型机制作将花费较长时间,并且原型机的测试需要对产品原型进行性能测试和严格的工程评价,以实现设计缺陷的及时反馈,尽最大可能地降低选矿机械设备开发风险。采用3D打印技术可大大缩短选矿机械原型机的制作时间,从以往的几个月缩短至几个星期甚至几天,及时实现市场的快速响应[9]。
目前选矿机械多为组装结构,有些M装结构增加的产品的质量、体积、复杂程度和故障几率,在生产和装配过程中浪费大量的人力物力,而3D打印采用增材制造,使得结构一体化,不仅提高了生产效率,也提高了零件的结构强度和可靠性,使得复杂的机械结构和原理得以简化实现,让制造和装配工艺不再是设计师想象力的束缚。
3 总结
本文创新性地将3D打印融入选矿机械方向,主要从选矿机械教学、选矿设备修复、展示宣传、新设备研发阐述了3D打印的应用,其快速性、准确性及擅长制作任意复杂形状的特性,将会对传统的选矿机械行业产生变革性的影响,是选矿机械行业一个全新的发展方向,具有潜在的技术优势和广阔的应用前景,将在选矿机械领域产生巨大的经济效益。
参考文献:
[1]Berman B. 3-D printing: The new industrial revolution[J]. Business horizons, 2012, 55(2): 155-162.
[2]李小丽, 马剑雄, 李萍,等.3D打印技术及应用趋势[J].自动化仪表,2014,35(1):1-5.
[3]谭立忠,方芳.3D打印技术及其在航空航天领域的应用[J]. 战术导弹技术,2016(4).
[4]张海荣,鱼泳.3D打印技术在医学领域的应用[J].医疗卫生装备,2015,36(3):118-120.
[5]王子明,刘玮.3D打印技术及其在建筑领域的应用[J].混凝土世界,2015(1):50-57.
[6]张学军,唐思熠,肇恒跃,等.3D打印技术研究现状和关键技术[J]. 材料工程,2016,44(2):122-128.
[7]江务学,祝衍军,汪嘉.现代教育技术支持下的高职教学模式研究[J].安徽电子信息职业技术学院学报,2013,12(2):54-57.
【关键词】机械手;现状;程序设计;算法分析
一、PLC的气动机械手控制系统现状
随着社会与科技的进步,工业生产自动化设备越来越广泛应用,其中机械手的诞生就是基于生产技术不断提高,是现代生产与科技应用相结合形成的一个重要技术。工业机械手的应用减轻了劳动强度、可提高产品加工精度、减少危险性生产由人工操作环节,尤其是在一些危险性大的行业生产中应用较为实用,如化工生产有存在有毒物质的;如核电厂等存在放射性物质的地方;如烟花等易燃易暴的生产场合等生产环境非常适合使用机械手进行生产。在机械行业中(铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配等)应用也十分广泛,如在柔性生产线中用气动机械手来搬运上下料材;机械零件的装配生产线中,利用机械手抓零件与另一零件装配在一起;如啤酒生产中用机械手把盖压在瓶子上等等。以上种种应用极大的减轻了劳动强度、促进安全生产、提高产品质量,适合现代化的生产趋势,具有较强的生命力。机械手的驱动方式有气压传动、液压传动、电气传动和机械传动。广泛使用的气压技术以压缩空气为介质,具有动作迅速、平稳、可靠、结构简单、较轻、体积小、节能、工作寿命长的特点,特别是对易于控制、易维护、无环境污染场合,因此气动技术常作为机械手的驱动系统的首选。气动机械手与其它控制方式的机械手相比,具有无污染、抗干扰性强、价格低廉、结构简单、功率体积比高等特点。在机械行业越来越多的自动化设备中采用了机械手,主要是液压控制和气压控制两种方式。其中气动机械手以其取之不尽、用之不完的气源,及较低的生产成本受用户喜爱,各国对气动机械手的研究越来越重视,现已发展成为满足生产需要的一种重要的实用技术。
在工业自动化中液压与气压均有较在应用,而气动技术被称为工业自动化的“肌肉”,其应用灵活,夹持工件的重量越来越重,在各种机械加工行业和制造行业中,尤其在有毒的环境下作业等其应用程序越来越受重视,并得到相应广泛使用。随着科技不断日新月异发展,自动化控制技术也不断更新,在微电子技术、计算机技术等技术的迅猛发展形势下,气动技术不断技术创新,以工程实际应用为目标,不断取得巨大的进步。另外气动技术作为一种相对来说比较廉价的自动化技术,由于其元器件的制造技术以及使用性能的不断提高,并且生产成本和流通成本不断的降低,气动技术现已被广泛的应用在现代工业、医疗业、生产以及输送领域。例如南昌市第一附属医院中引入了气动控制药品传输线,从药房配药师输出到住院部等各部门,每次提高了近5分钟,大大减少人力劳动及工作人员数量。
我国在机械手的应用方面,不是世界最发达国家,但已经较为广泛使用并取得了较成熟的技术。基于Programmable logic Controller为核心技术进行控制的液压机械手或气动机械手在工业自动化领域应用较多,非常适合PLC最基本功能,即逻辑控制。如用来上料下料、装卸机械零件、搬动物品等重复性的工作过程。我们国家原来的继电接触器控制系统大多已改造为基于 PLC 为控制器的自动化装置,通过最近20多年的应用实践表明,在机械制造及自动化领域具有强大生命力。研究的基于气动技术的可编程控制器控制的机械手是现代机电一体化自动生产线中重要辅助装置,可实现上下、左右、伸缩六个方向的三维空间运动,较适合经常变更批量生产与柔性制造生产的现代加工方法。它能按预定程序和控制要求完成物品、材料、机械零件等进行运送、上下料、搬运等作业,并可以在需要时修改程序实现动作变更。
二、PLC 程序设计算法分析
算法是决解决问题的清析思路的描述,对于一种可行的解决方案均有算法。当然对于不能解决的方案可能就没有算法可言。在本课题中编程环节要求按照机械手的工作要求实现控制要求,我们通过假定其初始位置为原点,其条件为右边、后退、松开状态为原始条件,基于此条件下实现自动操作与手动操作。
(一)分治法
设计中利用了重要的分治法实现各功能模块。依照气动机械手的工作顺序要求,划分为各小功能模块,如向左伸出与向右缩回、向下伸出与向上缩回、水平伸出与缩回等均可分为小的模块,设计中称为状态。从初始状态开始依次按要求将可画出相关系统流程图。各相关的状态中动作利用步进指令转换为梯形图程序,实现完整的控制功能。
(二)贪婪法
贪婪法的总体思路中把符合控制条件的所有情况均最大限度的列入考虑范畴,从中选取一个解决问题的办法。课题设计中考虑符合设计要求的思路会有多种,如采用最基本的思维,即把每一步均作最基本的“起-保-停”处理,并线圈内加入限制条件,在最开始作最基本的起动控制程序以实现控制功能。另一种方法可以采用 SET、RST 指令来实现控制功能。还有方法就是后续设计中用的用流程图把所有出现的动作当成状态,设计其流程图并转化为梯形图程序。
(三)递推法
对于设计的程序图中各状态的实现方法,采用逻辑递推法,依次基本逻辑关系递推。如课题设计中关于机械手控制工作顺序中的各状态中执行动作及各状态间转换关系,不断利用这种递推办法,把气动机械手的工作过程按顺序设计其控制逻辑图。在程序设计过程中存在各种逻辑限制关系,要依照控制要求反复推敲后加入程序以实现各种功能及相关条件限制。
参考文献:
[1] 秦树人.机械工程测试原理与技术 [M].重庆:重庆大学出版社,2005.
[2] 赵庆海.测试技术与工程应用 [M].北京:化学工业出版社,2005.
[3] 何延庆.常用 PLC 应用手册 [M].北京:电子工业出版社,2002.
1 国际非织造机械行业的新特点
欧洲的非织造机械企业,伴随着非织造布几十年的飞速发展而蓬勃兴起。回顾当年以生产非织造梳理、铺网设备而著称的Hergeth Hollingsworth(赫格特・豪林斯沃思)倒闭后,欧洲当时就只剩下法国的Thibeau、Asselin,德国的Spinnbau、Autefa和意大利的Bonino、FOR、Automatex等非织造机械生产厂家。而如今,欧洲一些资深的纺织机械生产商也加盟到非织造机械行业中,它们以强大的棉纺设计制造优势使非织造机械的整体水平有所上升;与此同时,各非织造机械生产企业发挥各自优势,形成全球范围的大洗牌、大组合。
如:以生产各类喂棉箱而著称的德国Truetzschler(特吕茨勒)公司的气压喂棉箱一直是非织造布企业要求配套的首选设备,而今该集团收购了德国的ERKO(埃高)公司和Fleissner(福来司拿)公司加盟其非织造机械事业部,在增强技术力量的同时,使其产品线更加丰富,从而能为客户提供一条龙服务;FOR、Autefa和Fehrer目前是Oerlikon Neumag(欧瑞康纽马格)的重要组成部分。至今,在欧洲基本上形成了 4 家大型的非织造机械生产商,它们是法国的NSC、德国的Dilo(迪罗)、Truetzschler Nonwovens以及欧瑞康纽马格。另外,在水刺设备方面,最近Andritz(安德里兹)集团收购了法国的Rieter Perfojet并将其更名为Andritz Perfojet,与福来司拿公司形成竞争。
全球非织造布行业的发展趋势是:一些规模大的企业继续扩大规模,以形成规模效应;规模小的企业数量还在不断增加,而且一些已形成各自不同的优势产品;组合技术不断显现;深加工的应用正成为非织造布产品开发的重要手段。当前,纺粘、熔喷非织造布产量还在不断增加,它伴随着化纤的发展而发展;干法方面,针刺、水刺非织造布的绝对量还要大大上升。总之,全球非织造布生产将按不同用途、不同风格、不同质量通过各种工艺生产路线来满足最终产品的要求,这就形成了对生产线和设备的要求。
2 我国非织造机械的发展方向
我国在加入WTO后,国外非织造机械的发展趋势及设备进入国内,大大促进了国内非织造布机械水平的提升,以至在近十几年里有了突飞猛进的发展,它涉及到干法、湿法、纺丝成网法以及后整理的各个方面,设备性能及档次也有较大提高。以致国外的客户也纷纷来到中国,寻找符合产品要求,有良好性价比的设备。
目前我国非织造机械的发展方向主要有以下几点。
(1)借助国外企业的转移和本土化,缩短与国外先进水平的差距。随着国际非织造机械制造业的调整,我国已成为国际先进非织造机械制造生产转移的对象及重点投资地区,不少国际著名的非织造机械制造企业在我国投资建厂,并逐步实现在中国的本土化,这不仅为我国非织造设备生产企业提供了学习和竞争的机遇,同时也为国内的客户提供了极大方便。
(2)强化产品质量与品牌效应。我国的非织造机械制造企业正逐步规范自身的运营管理,企业为增强竞争力,促进市场的开拓与销售,开始推出注册商标、标准认证及品牌,同时为用户提供使用其产品的质量保证,强化其质量和品牌上的优势。
(3)加强全方位服务。为用户提供多方位服务,在融资、工厂设计、设备安装、工人培训、试车、工艺调整、自动化控制与工程承包等方面进行全方位、全球性和全天侯的本地化服务,如今市场竞争在某种程度上已逐步转化为提供服务的竞争。
(4)加强知识产权保护。国际先进非织造机械制造企业非常注重专利申请和商标注册,国内企业也应从中看到:决定企业发展的因素已不单纯局限于的产品质量,围绕知识产权进行的竞争已成为竞争的重要内容,因此要加强维权行动。
世界经济趋于一体化,产品竞争日益激烈,并且越来越体现为科技和人才的竞争。回顾“十五”期间,国内几家大型纺机企业开始进入非织造布领域,研发的设备起点较高,制造水平和电气控制档次也大大提升,从而缩短了与国外先进水平的差距。国内诸多民营企业顺应潮流,大胆创新,以致近两年来我国非织造布装备随着我国非织造布工业的发展而飞速发展。虽然我国已能成套生产多种工艺手段的生产线设备,但高档设备仍需依赖进口(如宽幅高频高速针刺机、高速热轧机、湿法成网机和闪纺法设备等),后整理加工设备急待填平补齐。另外,与国外先进产品相比,国产设备在材质的确切选用、自动化控制的精度、各部件的可靠性设计、设备运行的稳定性以及在许多细节上的忽视,导致在生产速度、使用性能、以及非织造布产品质量的稳定性等方面还有不同程度的差距。
3 非织造布设备的发展重点
非织造布生产是完全个性化的以生产线为模式的设备配置。为满足市场新产品开发的需要,国际上各公司配置的非织造布生产线正在向功能化、差别化、组合化方向发展,以致组合工艺和复合技术成为当今最具竞争力的方式,它是利用不同的加工工艺特点和原材料的各种特性,开发出内在性能和外观优良的产品,提高非织造布的多种性能和特殊功能,以形成不同组合的人文设计理念。如非织造后整理设备的作用就是增加非织造布产品的差别化,从而进一步拓宽非织造布产品的市场。
国外制造商在设计与制造这些设备时,比较注重设备可加工产品的灵活性和适用性,为非织造布生产商开发市场创造条件。为此大多采取了模块化设计,为变换加工产品提供便利,同时又可减少用户的设备投资。另一方面是注重提高设备的机电一体化程度,加大对生产过程的控制,使非织造布产品除了具有特定的功能外,本身品质上的精致程度也能得到进步,从而适应市场、引导市场。
设备生产商应根据下游及终端产品的应用领域及其目标市场需求,加大相关设备的研发,其中后整理技术是非织造布终端产品进行功能化开发的重要手段,也是提高产品附加值的关键所在。
目前,国外非织造布后整理设备生产商的“全球化”意识较强,对环境保护、节水、节能等世界性关注热点反应比较敏捷。如泡沫整理技术是20世纪70年代出现的,转移印花技术是20世纪90年代出现的,在行业中虽有应用,但影响力并不大。但最近泡沫技术出现了新的技术进步,应用方面从涂层上胶拓展到各种功能整理。转移印花技术具有成本低、对环境影响小等优点,过去由于色泽呆滞,图案简陋,市场反响不大,而现在的印花技术带来的视觉效果已接近数码喷印效果。数码喷印虽然在生产过程中仍有废水生产,但其用水量及水中所含污染物程度明显少于传统印染加工,具有明显的减量效果。
由于非织造材料生产所采用的原料、生产工艺与产品的最终用途和传统的纺织产品有较大差异,因此只有结合非织造材料的技术特点,将目前较为成熟的后整理技术进行消化、吸收再创新,才能实现非织造产品的价值提升。在后整理设备的开发中,可依托传统纺织领域的后整理加工技术,以产品性能为基本要求,弥补国产非织造布后整理设备的严重滞后与不足。
对于我国非织造机械企业来讲,巩固提高现有的干法技术水平,如:进一步提升开清棉设备的开松度与降低纤维损伤度;研发 3 m以上的宽幅梳理机;进一步完善宽幅配套的高速铺网机及其性价比;开发 1 500 ~ 2 000 次/min的高针频针刺机;进一步推广节能型涤纶薄型纺粘、丙纶厚型纺粘及纺粘熔喷相结合的工艺路线;大力开发节能型水刺,并根据产品的需要,进行多功能水刺复合工艺配置及复合涂层浸渍等后整理设备的开发,如这几年国外刚刚开始进入商业化的水刺/针刺、水刺/机织等,以此来扩大加工领域,提升产品档次,挖掘新的应用领域。在形成适当规模的同时,依据国情和市场需求,占据不同档次的市场。
笔者期望在“十二五”期间,我国非织造机械企业能优胜劣汰,出现大组合;非织造机械产品向多元化和多功能化方向发展;非织造机械制造厂家不再单纯仿制,要有自己的创新;树立非织造后整理设备生产商的“跨系统配套”意识;优化配置、专业化生产。同时要紧跟国际发展趋势,结合生命健康、环境保护、新能源、航空航天等主题,研发迎合市场需求的轻量化、多功能化、高性能的非织造机械新产品,使其真正成为非织造机械行业新的经济增长点。
观察
话题:Recofil生产线缘何在国际纺熔领域一枝独秀?
邀请专家:刘玉军,教授级高工,中国纺织科学技术开发有限公司总经理, 《纺织导报》专家委员会委员。
背景资料
据统计,目前Recofil生产线已经占据了 70% 以上的市场份额。在最近报道的纺熔行业新增生产线中,Recofil设备是主力军,而中国目前最大的非织造材料生产企业广东俊富集团也于近日正式宣布,投资 6 000 多万美元新增一条 3.2 m幅宽、年产能 1.5 万t的Reicofil IV型多头纺熔非织造材料生产线以及配套的后整理设备。设备已确认将于2012年4月份交货,计划安装在位于山东省潍坊市的工厂里,预计2012年第4季度正式投产。俊富潍坊工厂目前已有一条 4.2 m幅宽的Reicofil IV型多头纺熔生产线,新线投产后该厂年产能将超过 3 万t,目标市场主要是目前快速增长的一次性卫生用品和医用材料应用领域。
据介绍,目前,Recofil可提供 5.2 m幅宽的生产线甚至可根据客户要求做的更宽。在复合生产线中,3 个纺粘和 3 个熔喷的复合,加上卷绕速度已可达 1 000 m/min,其单线产能之大可想而知。在产品克重方面,Recofil生产线加工的产品可达 10 g/m2甚至更低。除了不断创新,提供新型设备,该公司还可根据客户或终端产品的要求帮助客户进行老旧设备的改造。
Reicofil® IV纺粘系统的最新进展包括:产量更高(加工PP时可达 160 ~ 240 kg/(h・m));独立的冷却和拉伸管,从而使纺丝速度更快,纤维更细(PP可达 1 D左右);产品克重进一步降低,甚至可低于 10 g/m2。用于SMS或SSMMMS生产时其速度可达 1 000 m/min。
最近,德国萨克森纺织研究所(STFI)利用Reicofil® IV双组分生产线开发了一种被称为Hycospun® 的技术,可用于加工水刺与纺粘及熔喷复合非织造布,产品只有 10 µm厚,可用于精细过滤领域。其中,Hycospun® Type V2802表面附有纳米纤维,具有极好的表面过滤性能。
专家点评
刘玉军:关于纺熔生产线的投资状况,我也看到过类似的报道,具体原因各有不同,但折射出了市场的新变化和新需求。
从全球非织造布生产企业TOP 40目前提供的数据来看,纺熔产品在2010年均有一个很好的增长率,这一方面说明世界经济的确在复苏,但另一方面也说明了纺熔产品的市场生命力,因为它大部分的市场集中在民生领域,而该领域恰恰是受危机影响最小的,也是内需所最关注的,这也算是另一类的“土豆经济”吧。
从技术层面分析,我个人觉得Recofil产品最适合做复合应用,其手感柔软,纤度细,CV值小,阻隔性能高;Reicofil® IV生产线幅宽大,速度快,稳定性好,可以实现高产和规模效益;因而深受规模效益型企业的青睐。
从我国及全球市场的定位来看,医疗卫生材料仍将是非织造布的最大市场,而且需求还会持续增长;在我国,随着医疗卫生体制改革的深入,医疗、卫生、防护等有关产业用材料的供给将会越来越规范,相信在不远的将来,该市场既会开放准入又有准入门槛,这也许是Reicofil® IV系列产品受追捧的又一原因吧。
关键词 工作过程;制药机械安装维修;项目课程;课程建设
中图分类号 G718.5 文献标识码 A 文章编号 1008-3219(2014)11-0025-04
收稿日期:2014-03-07
作者简介:仲剑锋(1966- ),女,山东烟台人,山东药品食品职业学院制药机械教研室主任,副教授;于天明(1966- ),男,山东威海人,山东药品食品职业学院制药机械教研室副教授,高级工程师;逄志敏(1965- ),女,山东烟台人,山东齐鲁制药有限公司高级工程师;殷文平(1974- ),男,山东青岛人,山东新华医疗器械股份有限公司高级工程师;王君章(1970- ),男,山东淄博人,山东新华医疗器械股份有限公司高级工程师。
基金项目:山东省职业教育与成人教育科学研究2010年度研究课题《基于工作过程的学习领域课程开发研究》(编号:2010zcj222),主持人:仲剑锋,于天明。
一、课程建设背景
医药工业“十二五”发展规划指出,制药行业是关系国计民生的重要产业,也是朝阳产业。山东药品食品职业学院是山东省唯一一所高职药品食品类职业院校,具有鲜明的行业特色,也是全国食品药品职业教育教学指导委员会委员单位。2013年,山东药品食品职业学院被山东省教育厅确定为山东省人才培养特色名校立项建设单位,学校药剂设备制造与维护专业成为重点建设专业。药剂设备制造与维护专业自开办以来,秉承特色发展之路,坚持立足山东,服务区域经济,辐射全国的理念,结合山东作为全国制药大省优势和行业企业的需求,形成了“课程对接岗位、职业能力导向,校企合作,特色发展”的专业办学理念,专业建设稳步推进,成效显著。2012年,药剂设备制造与维护专业被评为山东药品食品职业学院特色专业,制药机械教学团队当选院级优秀教学团队,凸显了专业建设的优势。《制药机械安装维修》是药剂设备制造与维护专业的核心课程,2012年被评为校级精品课程。
二、课程建设思路及目标
基于工作过程的《制药机械安装维修》课程建设包括行业企业调研、职业岗位群确定、典型工作任务与职业能力分析、学习领域转换、学习项目设计及教学内容选取、教学设计及实施、评价体系的构建、教学资源的建设等环节。
课程组通过对山东省制药行业、制药装备行业、用人单位和毕业生的跟踪调研,确定了主要由设备保全工、设备运行工、设备管理员、装配钳工、售后服务(客服工程师)等岗位构成的药剂设备制造与维护专业职业岗位群,典型工作任务与职业能力概括为具有制药机械安装维修、设备运行维护、组装调试、设备现场管理的能力[1]。《制药机械安装维修》是药剂设备制造与维护专业的核心课程,课程直接对接于安装维修等核心岗位,培养制药机械的故障检测、安装维修、组装调试等方面的高素质技术技能型专门人才。
通过《制药机械安装维修》课程的学习,使学生针对设备出现的问题,能灵活制定维修工作方案,具有制药企业维修安全等方面的基本知识和技能,会正确选择和使用检测和维修机具进行制药机械的故障检测、拆卸和测量、维修、组装调试、安装和试车,能够进行管路及阀门的安装和维修,胜任制药企业设备保全工的岗位能力要求以及制药装备企业设备装配岗位能力的要求[2],考取钳工或维修电工证书。在完成任务的过程中,展现良好的职业道德和工作作风,发挥团队合作的精神风貌,贯穿质量、成本及安全环保意识的社会能力,具有自我学习的能力和分析解决实际问题的方法能力。
三、学习项目设计及教学内容选取
课程组广泛进行企业调研,与企业密切合作、共同研讨,将制药机械故障检查、测量、维修、装配、安装、管路的安装维修及制药企业维修安全等方面的知识和技能、职业素质融于学习过程中,融合钳工国家职业标准,以学生综合职业能力培养为核心,精选教学内容,注重典型性、先进性、针对性和适用性,设计项目载体,以工作任务为驱动,构建课程内容和结构。
《制药机械安装维修》设置了制药企业维修安全、维修机具的选择与使用、典型制药机械安装维修、管路安装维修4个单元,设计了制药企业维修安全、洁净区维修安全、常用维修机具的选择与使用、离心泵的安装维修、活塞式压缩机的安装维修、旋转式压片机的安装维修、全自动胶囊充填机的安装维修、管路及阀门的安装维修等9个学习任务,突出制药机械的维修、安装和安全意识,培养学生的设备安装维修及故障处理技能。学习项目设计如表1所示。
根据校企合作确定的4个单元项目9个学习任务,与教学专家共同研讨,按照学习任务的前后关联,遵从学生的认知规律,序化教学内容,从制药企业维修安全入手,强化安全意识,做到防患于未然,再通过实际操作学习和训练常用维修机具的选择和使用,进而进入教学的核心部分――典型制药机械、设备和管路的安装维修工作,整个教学顺序和安排循序渐进,符合学生的学习规律,体现了教学过程与工作过程的一致性。
单元一“制药企业维修安全项目”中,引入10余个企业常见的事故案例,加强维修工作中安全防范意识的培养。
单元二“维修机具的选择与使用项目”中,包含了企业维修工作中常用的检测和维修机具,通过现场实际认知、选择和使用操作,使学生能正确使用检测工具测量设备及零部件,会安全规范使用拆卸和装配机具拆装设备,为下一步的维修工作打好基础。
单元三“典型制药机械安装维修”是课程的核心部分,以制药企业维修工作中最常见的4类制药设备作为项目载体,按照维修工作过程和多任务串行组织任务内容,每一个任务都按照故障检查、拆卸、测量、维修、装配、安装、试车完整的维修工作展开,实现学习过程与工作过程一体化。
单元四“管路安装维修项目”中选择在制药企业和制药装备企业维修工作中常规也是最常见的维修任务――管路与阀门的安装维修2个工作任务,要求学生具备的职业能力是:能熟知各类管子和管件类型和结构,能进行管路的连接与安装;会分析各类阀门的结构,能进行阀门的拆卸、检查、维修、安装,能进行阀门的常见故障分析及处理。
四、教学过程设计及实施
《制药机械安装维修》是一门实践性非常强的工学结合课程,根据课程目标及项目任务,基于工作过程,遵循学生主体、教师主导、教学做一体化的教学理念,按照“布置任务、示范引导、制定方案、实施任务、总结评估”的项目教学5步法实施教学内容,使学生参与任务实施过程的每一个环节,成为活动的主人,培养其自主学习、分析解决问题及团结合作能力、创新能力,构建以综合职业能力培养为核心,实现“做中教、做中学、学中用、做中评”的一体化教学。具体如表2所示。
在认真进行学情分析的基础上,考虑工作任务的性质、要求不同,灵活采用任务驱动项目导向教学法、案例教学法、现场教学法、小组讨论教学法、问题引领教学法等,在一体化教室、制药机械实训车间、校外实训基地完成教学任务。
五、课程评价多元化
课程评价是课程建设和改革的重要一环。《制药机械安装维修》以综合职业能力培养为目标,实现课程评价“六结合”,即阶段性评价与终结性评价相结合、定性评价与定量评价相结合、单项评价与综合评价相结合、实践考核与理论知识考核相结合、自我评价与团队评价相结合、社会评价与学校评价相结合。依据行业企业维修岗位职业标准,过程与结果相结合,突出阶段性评价,着重考察学生运用维修基本知识和技能,分析解决制药机械设备运行过程中出现的实际问题的综合职业能力,构建社会、学生、学校等多方参与的评价机制,实施课程评价多元化,融教、学、做、用、评为一体。多元评价方式如表3所示。
六、教学资源建设
教学资源是实现人才培养目标的重要载体,也是课程建设必不可少的一部分。高职课程教学资源应涵盖教学材料、教学环境、教学支持系统等[3]。《制药机械安装维修》以精品课程建设为契机,与行业企业密切合作,共同开发紧密结合生产实际的教学资源,推进教学资源的建设和共享。
与山东齐鲁制药有限公司、山东新华医疗器械股份有限公司合作开发理实一体项目教材《制药机械安装维修》,以项目(典型制药机械设备)为载体,以维修工作任务为导向,按照“单元―项目―任务―相关知识”体例编写教材,将制药设备与管路系统的故障检查、拆卸测量、维修、装配、安装试车、企业维修安全方面的知识和技能以及职业资格标准、职业素养等融入项目教材。
校企合作,建成院级精品资源共享课程平台,开发具有实践性、职业性和开放性的课程指南、学习项目、教学资源、学习资源、视频资源、工学结合、技能鉴定、行业动态、在线测试与评价栏目。主要涵盖课程介绍、课程标准、四个单元9个项目任务的教学设计、任务书、工作单、评价表、电子教案、电子课件、参考教材、动画库、图片库、网络学习资源、学习资料、课程录像、设备装置录像、虚拟仿真、顶岗实习、技术服务、行业标准、企业维修安全管理、工程案例、事故案例、国家职业标准、技能鉴定模拟试题等,以及实时更新的制药机械发展动态、最新技术、制药机械行业知名专家讲座、企业风采等;在线测试与评价栏目可以实现学生在线答题测试、网络留言、在线交流、答疑指导等功能,供学生、教师和企业员工共享。
校企密切合作建设生产性实训车间,如与山东绿叶制药股份有限公司、科伦药业、齐都药业等合作,企业捐赠设备装置,共建固体制剂生产车间、水针剂生产装置车间;建设制药机械实训中心,选择旋转式压片机、全自动胶囊充填机、泵类、压缩机等用于开展项目教学、技能大赛和学生社团的训练活动等;增设10套管路拆装实训装置用于对工艺流程和管道系统的识图、搭建、开车、试运行和检修等过程训练,从而使学生完成管路与阀门的安装维修任务。同时,与山东齐鲁制药有限公司、山东新华医疗器械股份有限公司等20余家企业共建校外实习实训基地,实现了制药机械的检测、维修、装配、安装调试等的现场教学和顶岗实训,使学习与岗位实际工作无缝对接。
开发轴封装置安装调试、旋转式压片机冲模的安装维修、全自动胶囊充填机安装调试、压缩机安装维修、离心泵安装维修、阀门安装维修等10余个虚拟仿真软件用于实现虚实一体的教学和自学。
搭建校企生互动平台,促进校企生三方共赢。邀请山东齐鲁制药有限公司、山东新华医疗器械股份有限公司、齐都药业等知名企业专家、一线技术人员到校上课、开展讲座;课程进行中安排学生到企业短期顶岗或参观实训;企业赞助开展制药机械维修大赛、维修电工技能大赛等,让学生增进对企业的了解,也有利于企业选拔优秀人才;部分企业(齐都药业、瑞阳药业)每年还提供奖学金用于奖励品学兼优的学生。
(山东药品食品职业学院2014年度教改课题《任务驱动型教材开发实践探索―以《制药机械安装维修》为例》,编号:2014JG010,主持人:仲剑锋;2012年山东药品食品职业学院精品课程《制药机械安装维修》,主持人:于天明)
参考文献:
[1][2]仲剑锋,于天明,逄志敏.基于工作过程系统化的课程开发与实施[J].职业技术教育,2012(35):32-35.
[3]仲剑锋,于天明,逄志敏.基于工作过程的任务驱动型教材开发实践探索[J].高教论坛,2013(3):36-39.
Construction of Project Curriculum of Installation and Repair of Pharmaceutical Machinery Based on Working Process
ZHONG Jian-feng1,YU Tian-ming1,PANG Zhi-min2,YIN Wen-ping3, WANG Jun-zhang3
(1. Shandong Drug and Food Vocational College,Weihai Shandong 264210; 2. Shandong Qilu Pharmaceutical Co., Ltd., Jinan Shandong 250100; 3. Xinhua Medical Instrument Co., Ltd. of Shandong, Zibo Shandong 255000, China)