電子計(jì)算機(jī)在熱處理中的應(yīng)用分析

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)。

一、熱處理行業(yè)的特點(diǎn)

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。

二、熱處理行業(yè)中應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)的必要性

熱處理加工工廠工藝編制始終應(yīng)用一種傳統(tǒng)工藝過程設(shè)計(jì)方法，也就是工藝人員通過手工操作方式進(jìn)行個(gè)體化勞動(dòng)，工藝過程設(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。

三、電子計(jì)算機(jī)在熱處理中的應(yīng)用

1.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)

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。但在熱處理工藝過程基礎(chǔ)上，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型并模擬數(shù)值之后，通過熱處理過程中產(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程的控制操作獨(dú)立出來(lái)，通過單獨(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)。現(xiàn)今用于熱處理行業(yè)加工操作過程的熱處理計(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。

2.熱處理數(shù)據(jù)庫(kù)及輔助決策系統(tǒng)

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。

3.智能熱處理技術(shù)與計(jì)算機(jī)智能化儀表

在熱處理行業(yè)逐步發(fā)展過程中，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。

結(jié)語(yǔ)

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。