機(jī)械制造與自動(dòng)化設(shè)計(jì)中的節(jié)能設(shè)計(jì)理念研究

胡易凡

摘要：機(jī)械制造與自動(dòng)化設(shè)計(jì)時(shí)機(jī)械制造業(yè)技術(shù)革新和不斷發(fā)展的重要依托，隨著我國(guó)能源形勢(shì)和環(huán)境形勢(shì)的惡化，機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域有關(guān)節(jié)能降耗的方案與設(shè)計(jì)不斷增多，本文在綜合目前機(jī)械制造與自動(dòng)化設(shè)計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)對(duì)環(huán)保節(jié)能設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行了對(duì)比研究，旨在通過(guò)將機(jī)械制造與制動(dòng)化設(shè)計(jì)和節(jié)能設(shè)計(jì)相結(jié)合，探索機(jī)械制造行業(yè)未來(lái)的全新發(fā)展思路。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制造；自動(dòng)化；節(jié)能設(shè)計(jì)

機(jī)械制造及其應(yīng)用在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)構(gòu)成中占有較大的基礎(chǔ)比重，而隨著機(jī)械制造行業(yè)的不斷發(fā)展也帶來(lái)了嚴(yán)重的能源耗費(fèi)和環(huán)境污染等問(wèn)題。在實(shí)際的生產(chǎn)生活中，通過(guò)將自動(dòng)化技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)械制造相結(jié)合，在一定程度上創(chuàng)造了不錯(cuò)的收益，因而在目前急需環(huán)保與節(jié)能設(shè)計(jì)的時(shí)代節(jié)點(diǎn)之下，將節(jié)能設(shè)計(jì)進(jìn)一步與機(jī)械制造、自動(dòng)化技術(shù)相結(jié)合以促進(jìn)行業(yè)繁榮、保護(hù)環(huán)境具有重要意義。

一、機(jī)械制造及其自動(dòng)化的發(fā)展優(yōu)勢(shì)

（一）效率進(jìn)一步提升

傳統(tǒng)的機(jī)械以其使用物質(zhì)燃料實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和動(dòng)能的轉(zhuǎn)換進(jìn)行工作而驅(qū)動(dòng)社會(huì)工業(yè)化的轉(zhuǎn)變。但是在高效率和高強(qiáng)度的生產(chǎn)環(huán)境下，傳統(tǒng)機(jī)械表現(xiàn)出能源轉(zhuǎn)換率低、動(dòng)力較差、污染嚴(yán)重的弊端。這也表現(xiàn)出機(jī)械制造領(lǐng)域缺乏較好的設(shè)計(jì)和控制理念。而自動(dòng)化技術(shù)在某種程度上實(shí)現(xiàn)了機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的信息化水平，比如現(xiàn)代化的電子控制程序（ECU）可以準(zhǔn)確檢測(cè)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)工況、燃油耗率、峰值功率、爆震情況等，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力不斷突破創(chuàng)造新紀(jì)錄。

（二）安全性獲得提升

機(jī)械的安全性一直以來(lái)是考驗(yàn)機(jī)械制造水平的重要尺度，好的機(jī)械不僅要實(shí)現(xiàn)全工況運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性和生產(chǎn)效率，還要保證在安全使用期限內(nèi)的故障水平。自動(dòng)化系統(tǒng)的加入在很大程度上實(shí)現(xiàn)了機(jī)械的自檢和故障報(bào)警，為機(jī)械使用者提供了良好的參考，從而避免了很多事故的發(fā)生。

（三）節(jié)能降耗成為可能

柴油機(jī)是一種傳統(tǒng)大馬力機(jī)械，由于柴油標(biāo)號(hào)和柴油機(jī)工況的影響，污染問(wèn)題長(zhǎng)期困擾著柴油機(jī)械制造商，但是自動(dòng)化系統(tǒng)加諸柴油機(jī)之上會(huì)使得柴油的燃燒情況得到良好的控制，通過(guò)檢測(cè)柴油機(jī)油封、缸套、燃燒室內(nèi)柴油的溫度變化等數(shù)值，自動(dòng)化系統(tǒng)能夠得出當(dāng)前柴油機(jī)的使用狀況，提升其環(huán)保系數(shù)，也為環(huán)保設(shè)計(jì)提供了技術(shù)參考。

二、機(jī)械制造領(lǐng)域中節(jié)能設(shè)計(jì)的途徑

機(jī)械制造與自動(dòng)化設(shè)計(jì)是目前機(jī)械制造領(lǐng)域中提升產(chǎn)品素質(zhì)、保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段，而節(jié)能設(shè)計(jì)是目前機(jī)械制造領(lǐng)域內(nèi)先進(jìn)的思想和方法，兩者的結(jié)合不僅是必然的，也是現(xiàn)實(shí)的。將機(jī)械制造與自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行節(jié)能減排的設(shè)計(jì)需要通過(guò)如下途徑實(shí)現(xiàn)：

（一）環(huán)保型材料的使用

機(jī)械制造的傳統(tǒng)材料比如鋼、鐵、鋁等在制造水平和發(fā)展空間上都已經(jīng)不再具有吸引力，諸如發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸套、活塞、曲軸、連桿、軸瓦的使用材料都已經(jīng)向著輕量化和環(huán)保方向進(jìn)步。諸如寶馬公司將其全新的直列六缸發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體換用輕質(zhì)的鋁鎂合金、為了保證動(dòng)力輸出還將活塞換用鈦合金、氣門涂覆低密度鈷、軸承也換用了新型合金材料。這類材料除了質(zhì)量輕、韌性好等特點(diǎn)，最重要的仍然是其環(huán)保與低耗。

（二）延長(zhǎng)使用壽命、可循環(huán)利用

在設(shè)計(jì)中考慮到機(jī)械的長(zhǎng)期使用和減少維修次數(shù)也是節(jié)能降耗的重要途徑，這在一定程度上減少了原材料的消耗，因而在生產(chǎn)和使用環(huán)節(jié)對(duì)機(jī)械的節(jié)能性起到了重大的推動(dòng)作用。同時(shí)，機(jī)械報(bào)廢之后的大部分材料都可二次回收利用，在減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)方面具有一定意義。

三、機(jī)械制造與自動(dòng)化設(shè)計(jì)中節(jié)能設(shè)計(jì)的理念

為了實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造和自動(dòng)化整個(gè)流程的節(jié)能減排，機(jī)械制造和自動(dòng)化設(shè)計(jì)者應(yīng)從以下幾點(diǎn)著手。

（一）優(yōu)化和改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)

將節(jié)能理念運(yùn)用到機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化中是貫徹節(jié)能設(shè)計(jì)理念的基礎(chǔ)，只有將節(jié)能環(huán)保技術(shù)落實(shí)到機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，才能實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造和自動(dòng)化的節(jié)能和環(huán)保性，機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)體現(xiàn)為外形和功能兩個(gè)部分。針對(duì)性的設(shè)計(jì)理念有兩種：

首先，機(jī)械產(chǎn)品的外形決定了其使用過(guò)程中的資源消耗量，舉例而言，機(jī)械阻力小的機(jī)械在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中將更加節(jié)約燃油，降低負(fù)載的能耗。而諸如輪胎阻力、風(fēng)阻等的阻力在長(zhǎng)期使用過(guò)程中會(huì)加重能耗和機(jī)械的排放。

其次，機(jī)械產(chǎn)品的功能在其特定的領(lǐng)域內(nèi)是由其設(shè)計(jì)用途決定的，為了實(shí)現(xiàn)最好的利用，發(fā)動(dòng)機(jī)是機(jī)械中重要的動(dòng)力部件，而影響發(fā)動(dòng)機(jī)能耗的關(guān)鍵是其機(jī)械結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)理念。目前小排量渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)現(xiàn)同等動(dòng)力的情況下排放量要顯著低于大排量發(fā)動(dòng)機(jī)或者柴油機(jī)，因而具有廣泛的應(yīng)用前景。因此，以節(jié)能設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇要確保其具有效率高、能耗低、污染小的特性，從而有效降低機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)危害環(huán)境的程度，在節(jié)能的同時(shí)減少對(duì)環(huán)境的污染。

（二）優(yōu)化機(jī)械的加工工藝流程

在機(jī)械零部件的加工方式中，應(yīng)當(dāng)選擇合適的方式為其加工，這樣可以避免資源浪費(fèi)。合理的設(shè)計(jì)加工工藝可以減少加工載荷的波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械在全工況內(nèi)良好的運(yùn)轉(zhuǎn)，而任何超負(fù)荷和不足負(fù)荷的情況都是對(duì)能量的浪費(fèi)。這就要求在加工過(guò)程中可以通過(guò)選擇最佳的加工方式來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械的最佳狀態(tài)。比如鍛壓，可以是冷鍛壓、溫鍛壓、熱鍛壓。其中冷鍛壓和溫鍛壓的能量利用效率高于熱鍛壓，也利于機(jī)械材料發(fā)揮其最大功用，在具體選擇鍛壓方式的時(shí)候也要結(jié)合當(dāng)前機(jī)械生產(chǎn)的目標(biāo)與實(shí)際運(yùn)行的環(huán)境來(lái)決定。

四、結(jié)語(yǔ)

在工業(yè)制造業(yè)的發(fā)展過(guò)程中，能源消耗是阻礙其進(jìn)步的重要因素，因此要實(shí)現(xiàn)工業(yè)制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，就要從節(jié)能減排為出發(fā)點(diǎn)，使工業(yè)制造業(yè)的能源消耗得到有效降低。作為工業(yè)制造業(yè)中的機(jī)械制造及其自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展過(guò)程中也要將節(jié)能減排視為促進(jìn)發(fā)展的關(guān)鍵點(diǎn)，將節(jié)能環(huán)保理念有效運(yùn)用到設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，從而從根本上實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造和自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的節(jié)能環(huán)保，有力促進(jìn)機(jī)械制造業(yè)的快速健康發(fā)展。

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