論述機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化中節(jié)能設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用

姚宇蘢

摘 要：當(dāng)前，我國經(jīng)濟(jì)和科技獲得了飛躍式的發(fā)展，機(jī)械設(shè)計(jì)制造也逐步實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。但是我國大力推進(jìn)資源節(jié)約型社會(huì)的建設(shè)，要求我們將節(jié)能設(shè)計(jì)理念應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化過程中，以提高我國機(jī)械設(shè)計(jì)制造水平，促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)協(xié)同發(fā)展。

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

1 機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化中節(jié)能設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)分析

傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品都是從產(chǎn)品的功能以及壽命等產(chǎn)品的基本屬性進(jìn)行考慮的，產(chǎn)品在設(shè)計(jì)與開發(fā)的過程中，先是進(jìn)行市場(chǎng)分析，然后再進(jìn)行圖紙的設(shè)計(jì)以及方案的制定。此外，還需要反復(fù)的修改以及審定，最終才能真正的進(jìn)行生產(chǎn)。這樣的設(shè)計(jì)理念，造成了較長的設(shè)計(jì)與制造周期，產(chǎn)品生產(chǎn)后拆卸較為困難，回收的難度也較大。有些產(chǎn)品在報(bào)廢后，甚至不能進(jìn)行回收，造成了大量的資源和能源的浪費(fèi)，甚至?xí)廴居绊懎h(huán)境。通過與傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比，可以了解到節(jié)能的機(jī)械設(shè)計(jì)理念的優(yōu)勢(shì)在于節(jié)能的設(shè)計(jì)理念能夠根據(jù)自然環(huán)境以及原料的合理選擇等多個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)]。不僅能夠發(fā)揮傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)，更能降低原料的損耗以及資源的合理使用，便于回收，并滿足持續(xù)性發(fā)展的要求。

2 機(jī)械制造與自動(dòng)化中的節(jié)能方法

2.1設(shè)計(jì)階段的節(jié)能

在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，節(jié)能技術(shù)應(yīng)該是首要考慮的事項(xiàng)，尤其是在設(shè)計(jì)階段。通常設(shè)計(jì)階段需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行總體規(guī)劃，在設(shè)計(jì)階段對(duì)節(jié)能考慮得周全與否以及規(guī)劃得是否合理，對(duì)于最終機(jī)械系統(tǒng)的能源利用效率有著決定性的影響。通常制造機(jī)械中最常見的部分就是發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓系統(tǒng)。設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)比選擇優(yōu)良的排放系統(tǒng)，選用低油耗、低排放、低噪音和高效率的環(huán)保型發(fā)動(dòng)機(jī)更為重要。這樣不但可以降低整個(gè)系統(tǒng)的能源消耗，還可以減輕排放系統(tǒng)的負(fù)荷。

機(jī)械設(shè)計(jì)過程實(shí)用化虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，成為設(shè)計(jì)初期的主要方式。計(jì)算機(jī)技術(shù)的長足發(fā)展使得機(jī)械制造和自動(dòng)化的設(shè)計(jì)、優(yōu)化和實(shí)際的使用結(jié)果都可以事先在計(jì)算機(jī)中模擬出來，這也是機(jī)械設(shè)計(jì)制造設(shè)計(jì)未來的發(fā)展方向。通過計(jì)算機(jī)模擬環(huán)境先將所要設(shè)計(jì)的系統(tǒng)建立虛擬模型，并賦予這些模型同現(xiàn)實(shí)中同樣的物理性質(zhì)，使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行預(yù)先演算，尋找設(shè)計(jì)產(chǎn)品的缺陷。在這個(gè)過程中發(fā)現(xiàn)的缺陷可以直接修改計(jì)算機(jī)模型，然后重新演算，直到符合要求之后再進(jìn)行生產(chǎn)制造。與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程相比，很多需要設(shè)計(jì)圖紙和樣品制造的環(huán)節(jié)都可以減少甚至完全不需要。這樣的設(shè)計(jì)方法可以縮短設(shè)計(jì)周期，減少生產(chǎn)過程中出現(xiàn)問題的可能性，由于成功率的提升，消耗資源環(huán)節(jié)的減少可以有效降低企業(yè)的成本，同時(shí)也能減少環(huán)境污染。

2.2材料的選擇和結(jié)構(gòu)優(yōu)化

機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中，選擇環(huán)保、可回收的材料是節(jié)約能源的一個(gè)重要方面。機(jī)械制造過程中一直固有的理念是：為了保證設(shè)備的使用壽命和功能，通常都是要選擇更好的材料或者是要采用更加厚重的結(jié)構(gòu)。但是隨著進(jìn)一步的研究，通過對(duì)各個(gè)構(gòu)件的受力分析各個(gè)構(gòu)件的受力特點(diǎn)，可以有針對(duì)性地對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，降低材料等級(jí)或者減少使用量。比如受扭矩的圓柱狀結(jié)構(gòu)，通過受力分析就可以發(fā)現(xiàn)承受的扭力都集中在圓柱的外圍部分，圓柱中心位置受到的扭力很小，這樣就可以將圓柱簡化為空心結(jié)構(gòu)，在能夠承受的扭力不變的情況下減少材料使用，減輕設(shè)備重量。此外，一些結(jié)構(gòu)用零件一定要采用比較容易裝配和分解的大模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在選用材料的過程中應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選取可回收、易分解、能再生，而且在加工過程中不會(huì)產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有害的“三廢”的材料以及其在報(bào)廢后對(duì)環(huán)境污染最小的材料。

2.3合理工藝的選擇

機(jī)械制造業(yè)中另一個(gè)重要的環(huán)節(jié)就是工藝和流程的選擇，這一階段如果可以對(duì)能量加以充分利用和回收則可以節(jié)省大量資源。傳統(tǒng)的制造工藝通常都是使用冷鍛與熱鍛。冷鍛的過程都是在低于回復(fù)溫度下進(jìn)行，冷鍛可以保證尺寸精度，并且表面粗糙度好、勞動(dòng)條件好、生產(chǎn)效率高，但是由于在加工過程中金屬的變形抗力大、塑性差并積聚有殘余內(nèi)應(yīng)力，需中間退火后才能繼續(xù)變形。熱鍛的溫度在再結(jié)晶溫度以上，這就需要對(duì)材料再加熱和采用相應(yīng)的加熱設(shè)備?？梢园l(fā)現(xiàn)冷鍛和熱鍛都需要再加熱的過程，這就造成了能源消耗增加。與之相比，采用溫鍛工藝，制造過程在相對(duì)較低的溫度下進(jìn)行，也不需要二次加熱到較高的溫度，可以節(jié)省大量的能源消耗。作為長遠(yuǎn)的發(fā)展方向，制造廠應(yīng)該同金屬材料生產(chǎn)廠商合作，將生產(chǎn)出來的材料直接熱送到加工車間，充分利用生產(chǎn)工序中的余熱，這樣既回收了材料本身的熱量，還免去了二次加熱過程，一舉兩得。

2.4設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程的節(jié)能措施

機(jī)械設(shè)備在制造完畢后，就是在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的消耗能源，利用先進(jìn)的完全智能化的管理系統(tǒng)，可以控制運(yùn)轉(zhuǎn)過程中實(shí)時(shí)消耗的能量。智能化的管理系統(tǒng)可以控制大到整個(gè)生產(chǎn)線小到每個(gè)開關(guān)，通過各種先進(jìn)的傳感器實(shí)施收集生產(chǎn)過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)生產(chǎn)設(shè)備令其同生產(chǎn)負(fù)荷相適應(yīng)，用最小的能源消耗來滿足生產(chǎn)需求。以制造業(yè)的一般生產(chǎn)線來講，通常只是某一部分的設(shè)備需要一直運(yùn)轉(zhuǎn)，其他的部分設(shè)備是在需要的時(shí)候才使用。這些設(shè)備有的可以直接關(guān)閉，有的需要保持在待機(jī)的狀態(tài)，通過及時(shí)關(guān)閉不需要的設(shè)備并讓必須待機(jī)的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)在最小消耗下，這就可以減少不必要的能源消耗，降低生產(chǎn)成本。

結(jié)語

綜上所述，從機(jī)械設(shè)計(jì)制造的設(shè)計(jì)、材料、工藝以及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)等方面，有針對(duì)性地將節(jié)能設(shè)計(jì)理念應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化的各個(gè)階段，有助于實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化的集約型生產(chǎn)與發(fā)展。

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