機械制造與自動化設(shè)計中的節(jié)能設(shè)計理念

李彥翔 曾英金

摘要：科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不斷推動著勞動生產(chǎn)力提高，讓人們的生活方式由最開始的手工勞動，逐步發(fā)展為簡單的生產(chǎn)工具和具有簡單功能的機械。隨著經(jīng)濟，科技的發(fā)展，機械制造和自動化逐漸在我們生活中廣泛應(yīng)用，卻也帶來了不小的問題。時至今日，越來越多的工廠采用自動化程度高的生產(chǎn)線，大大減少了工人的數(shù)量，但對于能源的胃口卻是越來越大。同時工廠生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水、廢氣和廢料都沒有經(jīng)過妥善的處理，導(dǎo)致了經(jīng)濟發(fā)展同日益嚴(yán)重的環(huán)境污染并存的局面。因此，為了減少對能源的消耗，最終達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)與長久發(fā)展的目標(biāo)，我們就需要在設(shè)計理念的選擇上考慮到節(jié)能這個重要的因素，此篇文章就針對機械制造與自動化中的節(jié)能設(shè)計理念進(jìn)行了詳細(xì)的分析與研究，希望可以對節(jié)能設(shè)計實踐提供一些具有建設(shè)性意義的建議與意見。

關(guān)鍵詞：機械制造；自動化；節(jié)能設(shè)計

一、國內(nèi)機械制造與自動化技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

機械制造在我國發(fā)展以來，以非常快的速度在不斷地發(fā)展。在我國的工業(yè)發(fā)展中起著越來越重要的作用。由于近年來隨著計算機行業(yè)的發(fā)展，更多的將計算機集成技術(shù)運用到了機械制造業(yè)中，使機械制造很好的與自動化相結(jié)合，機械制造業(yè)的自動化，使其更加快速"安全地完成作業(yè)，極大地推進(jìn)了機械制造業(yè)的快速發(fā)展，效率高成為現(xiàn)在機械制造及其自動化的一個代名詞。但是由于我國的自動化機械制造起步較發(fā)達(dá)國家晚，技術(shù)相對落后，導(dǎo)致與發(fā)達(dá)國家制造的產(chǎn)品在質(zhì)量、可靠度方面都有很大差距，競爭力方面沒有優(yōu)勢可言。

國外的機械制造技術(shù)與自動化技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展得很完善，目前正朝著智能、環(huán)保的方向發(fā)展，國內(nèi)的企業(yè)在這方面還存在很大的差距。國內(nèi)企業(yè)應(yīng)該積極嘗試與國際接軌，目前有些企業(yè)通過加強與國際公司的交流或建立跨國公司，已經(jīng)使自身的技術(shù)水平取得了長足的進(jìn)步，機械制造的自動化程度也越來越高，縮短了與國外企業(yè)的差距。但是在最前沿的智能、環(huán)保領(lǐng)域還沒有跟上國際的步伐。這需要我國的企業(yè)改變發(fā)展理念以及國家相關(guān)政策的積極扶持，只有通過持續(xù)不斷的發(fā)展及投入，才能在這些領(lǐng)域發(fā)展出我國企業(yè)特有的競爭力。

二、機械制造和自動化利用節(jié)能設(shè)計的優(yōu)勢

通過在機械制造中對節(jié)能設(shè)計的引用，可以達(dá)到節(jié)約資源的目的。節(jié)能設(shè)計也可以理解為對環(huán)境維護的設(shè)計、生態(tài)保護的設(shè)計等。其內(nèi)涵主要在于對機械產(chǎn)品進(jìn)行制造時可以實現(xiàn)對各種資源的循環(huán)利用，從而減小對環(huán)境的污染。對機械產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計時，要滿足可拆裝、可回收的相關(guān)要求。對傳統(tǒng)產(chǎn)品的制造一般是從其功能、壽命等基本的屬性方面來進(jìn)行考慮，在進(jìn)行對產(chǎn)品的設(shè)計和開發(fā)時，應(yīng)首先了解市場的情況，并對其進(jìn)行分析，然后在根據(jù)圖紙的設(shè)計來制定方案。此外，還應(yīng)該對其設(shè)計理念及方案進(jìn)行不斷的修改、審定，通過之后才能夠真正的對其進(jìn)行生產(chǎn)。而且傳統(tǒng)機械制造的設(shè)計理念使得其制造與設(shè)計的時間都相對較長，且產(chǎn)品的可拆裝難度較大，對資源的回收也較為困難，有的產(chǎn)品報廢后無法進(jìn)行回收利用，因此就造成了資源、能源的大量浪費，甚至更為嚴(yán)重的還會對環(huán)境造成重度污染。因此，相關(guān)企業(yè)要不斷的對節(jié)能減排的設(shè)計理念進(jìn)行宣傳和推廣，充分合理的利用資源，使資源得到科學(xué)合理、有效的利用，提高廢物的回收率，從而實現(xiàn)資源的可持續(xù)發(fā)展。

三、節(jié)能理念在機械設(shè)計中的應(yīng)用

前期設(shè)計方案的制定是機械設(shè)計中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，而且對機械的設(shè)計要將節(jié)能的理念融入于對其產(chǎn)品的設(shè)計之中，要把先進(jìn)的理念和技術(shù)當(dāng)做主要的依托，并且要與自然環(huán)境相適應(yīng)，從而減少資源的消耗量，實現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展。要想讓以上的節(jié)能設(shè)計要求得到滿足，就應(yīng)該從以下幾個方面來完成對其的設(shè)計。

（一）對節(jié)能機械產(chǎn)品成本進(jìn)行分析

在進(jìn)行機械產(chǎn)品制造時，首先要將前期的設(shè)立工作做好，尤其是在產(chǎn)品的初期，必須把對資源的回收再利用融入到設(shè)計中，從而達(dá)到節(jié)約資源、減少能源浪費的目的。所以，在對節(jié)能設(shè)計理念下機械產(chǎn)品的成本進(jìn)行分析時，應(yīng)注意的是要將產(chǎn)品的回收再利用、污染的處理和替代材料等因素充分考慮，并將其帶入到設(shè)計中，以保證可以更好的制造出節(jié)能的機械產(chǎn)品。

（二）配備自動加脂裝置

通常情況下，以傳統(tǒng)手動方式來進(jìn)行潤滑脂的加注工作往往既耗時又費力，同時，溢出的油液還會對周邊的環(huán)境造成污染。因此，應(yīng)給機械系統(tǒng)配備自動加脂系統(tǒng)，實現(xiàn)對各個設(shè)備的定時加脂，比如集中潤滑系統(tǒng)，該系統(tǒng)能對各鉸銷定時加注黃油，其油量已于事前計算并設(shè)定好，在保證銷軸充足油量的同時還不會造成油液溢出浪費，方便又環(huán)保。此外，小型機械出于對設(shè)計成本的控制，可使用新型軸套材料與密封性的銷軸，或者安裝二級防塵裝置，有效防止內(nèi)部油脂排出以及外部異物進(jìn)入，使?jié)櫥图幼⒌臅r間間隔得以延長，從而降低環(huán)境污染。

（三）可拆裝再使用機械產(chǎn)品設(shè)計研究

我們可以通過對拆裝項進(jìn)行合理的調(diào)整，從而滿足整個設(shè)計的節(jié)能要求。要想節(jié)約成本和降低對資源的浪費，就需要對回收性以及拆裝性進(jìn)行考慮，同時還需要將這兩方面考慮的比例進(jìn)行合理的增加，從而讓機械制造實現(xiàn)對資源進(jìn)行充分利用，使其更大程度上實現(xiàn)節(jié)能的設(shè)計。

（四）完善節(jié)能機械的設(shè)計數(shù)據(jù)庫

完善的數(shù)據(jù)庫可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的優(yōu)先分析，增強數(shù)據(jù)的掌握力度，設(shè)計人員可以在數(shù)據(jù)庫里將其制造時所需的全部數(shù)據(jù)做好相應(yīng)的備份，從而完成對數(shù)據(jù)的分析與整理，這樣不僅可以將設(shè)計的成本和資源的利用程度用數(shù)據(jù)體現(xiàn)出來，還可以有效的對其進(jìn)行控制，并將此當(dāng)作節(jié)能設(shè)計的基礎(chǔ)。

四、設(shè)計完善節(jié)能制作加工的工藝

（一）設(shè)計低能耗的工藝流程

對于同一種零件或者產(chǎn)品，在實際的生產(chǎn)過程中可以采用不同的工藝進(jìn)行加工，但是不同的加工工藝消耗的能源是不同的，合理的設(shè)計加工工藝可以減少加工載荷的波動，即利用合理的工藝設(shè)計讓設(shè)備達(dá)到最佳的運行載荷，盡量的讓設(shè)備處在滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)，避免出現(xiàn)能量的浪費。因此在保證生產(chǎn)效率和制造質(zhì)量和經(jīng)濟性等前提下，降低制造工藝能耗。

（二）根據(jù)工作環(huán)境的不同來選擇加工的工藝

在進(jìn)行單個零件加工時，要充分考慮其現(xiàn)場設(shè)施的匹配，比如在進(jìn)行零件鍛壓時的方式有多種，包括：熱鍛壓、溫鍛壓、冷鍛壓等。其中，熱鍛壓相比于溫鍛壓和冷鍛壓來說，它對能源的利用效率最低，但是冷鍛壓要比熱鍛壓和溫鍛壓對環(huán)境帶來的危害相對較高，所以綜合來看應(yīng)該多使用溫鍛壓工藝。

（三）進(jìn)行合理工序改進(jìn)和設(shè)計。

在節(jié)能設(shè)計時，不僅要正確選用合理的節(jié)能工藝，還應(yīng)合理地安排加工工序。例如：普遍用于港口機械生產(chǎn)中的冷軋薄板，因為冷軋過程中，鋼板要經(jīng)受七成以上的塑性變形，其結(jié)晶組織延伸為纖維狀，并極端硬化，因此必須經(jīng)過退火處理，才能適于復(fù)雜的成形加工。

（四）對工藝流程要進(jìn)行合理安排

在進(jìn)行節(jié)能設(shè)計時，要對其工序進(jìn)行合理的調(diào)整，對其所用的工藝方法要進(jìn)行有效的優(yōu)化，這樣才可以更好的實現(xiàn)目標(biāo)。比如對冷軋薄板進(jìn)行生產(chǎn)時，由于冷軋時鋼板需要經(jīng)過塑性的作用對其變形，所以必須要通過退火處理之后才可以進(jìn)行繁雜成行的加工。而且在加工的環(huán)節(jié)中必須對所有工序的環(huán)保功能進(jìn)行優(yōu)化，從而最大化的增強能源利用率。

五、節(jié)能環(huán)保材料的使用

（一）采用可回收和可再生的資源

在進(jìn)行對機械制造和自動化技術(shù)選材時，要遵循可回收、可再生、易分解的原則，因為這類材料的使用不僅可以降低對污染物的排放，還可以減小對環(huán)境的污染。除此之外，必須嚴(yán)禁對有毒材料的使用，應(yīng)該擴大對環(huán)保材料的使用范圍，提高資源循環(huán)利用的效率。

（二）對處理污染成本的思考

在進(jìn)行對機械制造和自動化的設(shè)計過程中，還應(yīng)該考慮對報廢零件處理的成本.因此，為減少成本的耗費，可以采用一些綜合成本較低而且還環(huán)保的材料，而且要盡量的減少對含有氟利昂、樹脂、氟橡膠、石棉等材料的使用。

（三）在設(shè)計中盡量利用長壽命、低能耗、輕重量原則

一般情況下，產(chǎn)品的壽命得到延長就意味著機械生產(chǎn)產(chǎn)量的減少及其報廢速度的降低，對原材料的消耗也有所減少。與此同時，產(chǎn)品能耗的降低也從另一方面減少污染，保護了環(huán)境；輕重量更是有助于降低對材料的能耗。此外，還應(yīng)從減少對環(huán)境的負(fù)荷方面展開設(shè)計，讓設(shè)計符合通用標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)機械構(gòu)件的通用性，為此在設(shè)計中要從綜合性考慮設(shè)計對象的具體功能，將結(jié)構(gòu)強度、尺寸標(biāo)準(zhǔn)、材料選取綜合的權(quán)衡，從而實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。

結(jié)語：

隨著國家經(jīng)濟的快速發(fā)展，國內(nèi)機械制造與自動化產(chǎn)業(yè)也在蓬勃興起。機械制造與自動化的發(fā)展，帶來的不僅僅是經(jīng)濟的利益，也有對環(huán)境的污染等，因此，在其中注入節(jié)能的設(shè)計理念，才能使機械制造與自動化產(chǎn)業(yè)更上一層樓，使國家的制造業(yè)經(jīng)濟也能長久持續(xù)地發(fā)展下去。

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