機械制造及自動化中節(jié)能設(shè)計理念的應(yīng)用研究

苗秋玲 張黎燕

（河南機電職業(yè)學(xué)院，鄭州 451191）

工業(yè)現(xiàn)代化進程一方面促進了社會經(jīng)濟發(fā)展，另一方面也引發(fā)了環(huán)境問題。在全球環(huán)境嚴重惡化的背景下，能源消費負擔(dān)加重和能源有限矛盾不斷激化。隨著人們對環(huán)保問題越來越重視，高耗能的機械制造和自動化行業(yè)必須嘗試以多種策略來降低能耗，才能促進企業(yè)自身的長遠發(fā)展。從實踐來看，雖然我國非常重視環(huán)境保護，但是節(jié)能設(shè)計理念對各行業(yè)日常工作和經(jīng)營的滲透并不理想，能源消耗過多仍是一個非常重要的問題。

1 機械制造及自動化發(fā)展現(xiàn)狀

企業(yè)的機械制造和自動化水平直接關(guān)系著制造業(yè)的發(fā)展。隨著我國機械制造和自動化相關(guān)行業(yè)的發(fā)展速度逐漸加快，自動化技術(shù)在我國工業(yè)制造領(lǐng)域中的重要性也在不斷提升[1]。隨著計算機技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷擴大，機械制造自動化水平也在不斷提升。這不但推動了機械制造業(yè)的健康發(fā)展，而且促進了我國經(jīng)濟的快速發(fā)展。由于我國機械制造的發(fā)展時間比較短，很多技術(shù)還不完善，且運行中存在很多的不足，與發(fā)達國家相比還有很多要提升的地方。另外，因為我國現(xiàn)在的技術(shù)水平較低，難以提升機械制造產(chǎn)品的質(zhì)量，所以相關(guān)人員需要不斷學(xué)習(xí)發(fā)達國家機械制造自動化方面先進理念，結(jié)合國內(nèi)的實際情況進行創(chuàng)新和發(fā)展，以提高制造業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量[2]。

2 機械制造與自動化的基本特征

2.1 更高的安全性

一方面，在傳統(tǒng)的機械制造行業(yè)中，大多數(shù)操作需要人工和個人控制來執(zhí)行前線操作。然而，機械制造過程往往涉及更大的設(shè)備和更高的功率輸出，一旦發(fā)生錯誤，很可能對人員的生命安全造成嚴重威脅。另一方面，長期的人工操作會使人大腦疲勞，這樣造成誤操作的可能性更大，甚至?xí)?dǎo)致嚴重的安全事故。在機械制造和自動化行業(yè)，不僅人員參與少，而且大多數(shù)危險崗位不需要人員進行一線操作，僅依靠數(shù)據(jù)控制或自動化控制就能實現(xiàn)生產(chǎn)加工。另外，自動化的核心是信息技術(shù)，其加工過程往往更準確，出錯的概率更低，而且即使發(fā)生錯誤，檢測程序也能第一時間中斷運行。

2.2 更廣泛的應(yīng)用

相對于傳統(tǒng)的機械制造行業(yè)，機械制造和自動化行業(yè)的技術(shù)更加成熟，可以承擔(dān)更多的工作內(nèi)容。經(jīng)過一段時間的發(fā)展，該行業(yè)不再只限于工業(yè)制造領(lǐng)域。產(chǎn)業(yè)的擴張不僅有效拓寬了機械制造和自動化行業(yè)自身的應(yīng)用范圍，也為眾多具有精密特性和量產(chǎn)特性的產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了可靠的助力，從而構(gòu)建了“互利共贏”的新格局[3]。

3 節(jié)能設(shè)計理念的特點

3.1 環(huán)保、低污染

我國經(jīng)濟的快速增長帶來了大量的能源消耗，使節(jié)能環(huán)保成為發(fā)展過程中最熱門的話題。目前，節(jié)能設(shè)計理念已逐步應(yīng)用于各行業(yè)，環(huán)保、低污染甚至無污染，已成為了設(shè)計制造的重要目標。在設(shè)計理念中融入節(jié)能環(huán)保理念，能夠在應(yīng)用一些先進技術(shù)手段控制能耗的同時，提高所有機械的效率，是機械工業(yè)和自動化的發(fā)展方向。例如：在快速發(fā)展的汽車制造業(yè)中，混合動力汽車的出現(xiàn)就是在發(fā)動機制造過程中引入環(huán)保理念，使得其產(chǎn)品能有效減少環(huán)境污染，減少尾氣排放，達到了環(huán)保、低污染的目標。

3.2 材料可循環(huán)使用

在機械制造和自動化控制中，環(huán)保材料的應(yīng)用是關(guān)鍵。使用過程中，各種環(huán)保材料不僅保證了產(chǎn)品低排放和低能耗，而且由于材料的選擇更加靈活，還能夠保證各部件的彈性、塑性、硬度和抗沖擊性等指標符合要求。另外，設(shè)計過程中應(yīng)盡量避免選擇熱交換過多的材料，注意材料的可回收和再利用。現(xiàn)階段，很多復(fù)合材料都可以不同程度地滿足設(shè)計需求，而且環(huán)保的機械零部件也在研發(fā)中。通過整合以上資源，可以設(shè)計出更加多樣化的產(chǎn)品。

4 機械制造和自動化中的節(jié)能設(shè)計理念

4.1 使用節(jié)能環(huán)保材料

因為制造業(yè)生產(chǎn)過程中需要大量的能源支撐，特別是該類行業(yè)中的機械制造，其能源需求更為重要，所以需要在機械制造和自動化生產(chǎn)的過程中貫穿節(jié)能設(shè)計理念，為制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供有利保障[3]。想要減少機械制造和自動化產(chǎn)生的能耗，一方面在選擇原材料時就需要使用節(jié)能環(huán)保的材料，通過深入貫徹節(jié)能環(huán)保理念，選擇能夠二次利用的環(huán)保材料。這樣不僅可以實現(xiàn)材料的循環(huán)利用，還可避免有毒有害材料的影響。另一方面，在對機械結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，需要重視材料的分解和回收，以提升機械制造和自動化生產(chǎn)中材料的循環(huán)利用率，實現(xiàn)節(jié)約成本的目標，從而促進機械制造業(yè)經(jīng)濟的健康發(fā)展。

4.2 系統(tǒng)設(shè)備節(jié)能設(shè)計

機械設(shè)計中最重要的環(huán)節(jié)是系統(tǒng)單元，因此在機械制造的細節(jié)中要融入節(jié)能理念，合理設(shè)計系統(tǒng)單元[4]。一方面，在選擇系統(tǒng)引擎的過程中，因為發(fā)動機的質(zhì)量和性能在機械制造過程中對制造環(huán)境的影響非常大，所以節(jié)能設(shè)計理念需要選擇應(yīng)用環(huán)保的發(fā)動機，將機器生產(chǎn)對環(huán)境的破壞和影響降到最低，同時在降低能耗的基礎(chǔ)上提高機械系統(tǒng)的加工效率。另一方面，在設(shè)計過程中還要優(yōu)化液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計，應(yīng)用科學(xué)的方法合理設(shè)計液壓傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和傳動方式，并選擇氣密性好、耐老化、耐腐蝕的輸油管道，以減少液壓元件的磨損，延長元件的使用壽命。

4.3 處理技術(shù)的節(jié)能技術(shù)選擇

在機械制造與自動化的節(jié)能設(shè)計中，需要用到很多的加工工藝。設(shè)計過程中需要結(jié)合機械制造和自動化節(jié)能設(shè)計的原則，針對不同的機械制造類型運用不一樣的加工工藝。正常情況下，能源的消耗會因加工工藝的不同而產(chǎn)生比較大的差異，因此需要在對比不同的加工工藝后，選擇節(jié)能性比較好的加工工藝，以保證加工工藝制造過程中的能源消耗較少。另外，在選擇節(jié)能處理技術(shù)時，可以按照以下4個步驟進行。

首先，科學(xué)選擇加工方法。以機械零件的機加工和鍛造工藝為例，該過程中的主要污染是冷鍛和壓制造成的，因為熱鍛在能量轉(zhuǎn)換方面并不理想，所以在實際加工工藝中可以采用溫鍛技術(shù)。其次，合理選擇工藝參數(shù)。加工過程中參數(shù)的科學(xué)選擇是實現(xiàn)機械制造節(jié)能的關(guān)鍵步驟，因此應(yīng)針對不同的加工工藝選擇合理的工藝參數(shù)。再次，節(jié)能技術(shù)和工藝應(yīng)選擇合適的冷卻工藝。從節(jié)能減排的角度來看，創(chuàng)新機械制造工藝的冷卻方式，可以減少對傳統(tǒng)冷卻液的依賴，進一步實現(xiàn)機械制造的低能耗和自動化節(jié)能設(shè)計。最后，注意合理安排加工制造工序。合理安排處理程序可以進一步達到科學(xué)統(tǒng)籌的效果，從而縮短處理時間，降低能耗。

4.4 在機械自動化中的具體運用方式

4.4.1 自動調(diào)整和自動控制

自動調(diào)整是現(xiàn)代智能機械中非常明顯的特點，主要是指設(shè)備在運行的過程中要調(diào)整相應(yīng)的程序參數(shù)，以滿足實際的生產(chǎn)需求。在機械設(shè)備運行過程中，因為很多設(shè)備都不是一直處于固定的負荷水平，所以還需要結(jié)合實際的生產(chǎn)情況調(diào)整供氣和供油。在傳統(tǒng)的制造模式下，人工調(diào)整存在一定的不確定性，不能滿足機械設(shè)備的生產(chǎn)需求，因此需要使用更加精確的控制方式。自動化技術(shù)能夠符合現(xiàn)在機械設(shè)備精確性的需求變化，能夠?qū)崿F(xiàn)智能控制工業(yè)燃氣鍋爐等設(shè)備。例如，通過傳感器收集的信息對供氣閥門進行調(diào)整，以滿足不同負荷下對供氣的要求，從而避免不必要的損失。自動控制是幾種技術(shù)的綜合，也可以將其理解為半無人操作和無人操作技術(shù)。將該技術(shù)應(yīng)用于自動化機械設(shè)備時，實現(xiàn)設(shè)備的節(jié)能是節(jié)能設(shè)計理念的重要表現(xiàn)方式。

4.4.2 在汽車制造中的應(yīng)用

以汽車制造為例，其安全性是影響汽車銷量的重要因素。人們更喜歡安全性高、能耗低的產(chǎn)品。因此，在工業(yè)生產(chǎn)中，駕駛室的設(shè)計要更加注重安全性和環(huán)保性，并在其中有效利用節(jié)能設(shè)計理念，從而為人們提供更加舒適合理的駕駛環(huán)境。此外，在汽車制造中，要按照輕量化、長壽命、低能耗的原則設(shè)計安全環(huán)保的駕駛室，并采用各種輕量化的環(huán)保復(fù)合材料，使汽車的安全指數(shù)更高。因為環(huán)保、低污染是節(jié)能設(shè)計理念的主要特點，而發(fā)動機質(zhì)量又與環(huán)境污染有關(guān)，所以為了有效降低發(fā)動機對環(huán)境的影響，在設(shè)計機械系統(tǒng)時應(yīng)選擇環(huán)保節(jié)能的設(shè)計理念，并選擇節(jié)能效果比較好的發(fā)動機。這樣不僅可以有效節(jié)約能源，還能減少發(fā)動機運行過程中產(chǎn)生的噪聲等污染。

4.4.3 在游樂設(shè)施中的應(yīng)用

機械制造和娛樂自動化設(shè)備節(jié)能的重要方式是使用節(jié)能材料。對于娛樂機械設(shè)備而言，選擇環(huán)保、可重復(fù)使用的材料，不僅可以設(shè)計出更科學(xué)的游樂設(shè)備，還可以實現(xiàn)最佳的節(jié)能設(shè)計理念。隨著科學(xué)技術(shù)水平不斷提升，運用先進的科學(xué)技術(shù)可以更全面地分析游樂設(shè)施的結(jié)構(gòu)以及游樂設(shè)備各部件的功率等參數(shù)信息，以便于通過這種方式優(yōu)化結(jié)構(gòu)選擇更合適的環(huán)保材料，從而設(shè)計出更安全、更合理、使用壽命更長、能耗更低的娛樂設(shè)備。

5 結(jié)語

我國機械制造業(yè)需要順應(yīng)時代的發(fā)展，才能不斷提升信息化水平。在當前的機械設(shè)計和自動化創(chuàng)新中，需要以創(chuàng)新技術(shù)為重點，將信息技術(shù)與系統(tǒng)配置相結(jié)合，從而提升機械設(shè)備的性能，使其滿足綠色環(huán)保的要求。因為制造業(yè)和自動化技術(shù)在我國工業(yè)發(fā)展中占據(jù)了非常大的比重，所以需要在機械制造中有效落實節(jié)能理念，同時了解機械制造和自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢，不斷優(yōu)化設(shè)計和工藝，從而實現(xiàn)制造業(yè)的節(jié)能目標。