基于节能理念的机械制造和自动化设计

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摘要：现代制造业中机械制造和自动化是高能耗的行业，节能理念的引入具有重要的现实意义。当前虽然经济发展迅速，但能源更加紧缺，资源供需之间矛盾不断加剧。机械制造和自动化可以提高生产效率，降低生产成本，提升企业的市场竞争力，推动我国工业的发展。机械制造和自动化在促进各行业发展的同时，也不可避免出现较大能耗和资源浪费的问题。我国机械制造和自动化水平还不高，部分技术还不成熟，在设计环节容易出现多种能源和资源的浪费，要将节能理念融入机械制造和自动化设计中，实现资源的高效利用。

关键词：节能理念;机械制造;自动化

中图分类号：TP311      文献标识码：A      文章编号：1009-3044（2019）02-0258-02

机械制造和自动化推动着工程机械行业的发展，给其带来巨大生产力，促进了我国机械制造业和工业的发展。随着计算机集成技术的进步，自动化设计不断提升，能够提供更多样化和安全的生产服务。我国机械自动化行业起步晚，与发达国家还有较大差距。机械制造和自动化技术不仅影响通用机械工业的发展，而且与国家的经济增长和产业发展密切相关。传统机械产品设计和制造时间长，浪费大量资源能源，并且回收拆卸困难。在机械制造和自动化设计环节，坚持节能理念，可以促进资源的合理利用，促进资源的可持续发展。

1 节能理念在机械制造中的体现

与传统制造相比，节能型的机械制造有独特的特点，节能型机械制造更加先进，在设计中融合了生态环境、生活环境、自然环境等理念，具有可持续发展的意识。基于节能理念的机械设计，能够反复循环利用自然环境中的有效资源，回收利用许多报废后的资源，减少生态和环境污染，提高居住环境质量[1]。在机械设计中注重节能，可以很大程度上缓解资源消耗过度的问题，节约资源。我国十分关注节能理念的应用，尤其是面对资源短缺的现实问题，积极构建资源节约型和环境友好型社会，机械行业作为重要的工业领域，更要注意节能，在机械设计中应用节能理念，实现“绿色化”的设计。绿色理念下的机械设计指标体系包括经济指标、环境资源指标、技术指标。经济指标包括设计成本、制造成本、使用成本、处置成本[2]。环境资源指标包括人体健康、水土影响、大气影响、能源消耗。技术指标包括功能性、技术创新性、技术先进性、技术独占性。

2 基于节能理念的机械制造和自动化设计要求

2.1 使用环保型材料

在材料设计上机械制造要遵循环保和高效的原则，尽量选择可再生、可回收的材料，使用环保型材料，减少贵金属材料、重金属和稀有材料的使用。对于易坏性部件，要满足可循环使用、容易更换的要求，选择塑料质地的环保材料，或者其他非金属材质的器件。在材料的选择上体现无害化、资源化的环保特点。处理报废的机械材料，也要满足价格低廉、流程简单和环境友好的要求。

2.2 突出质量轻、使用广和壽命长

机械制造和自动化设计要体现轻质量、使用时间长和适用范围广的特征。机械产品的适用范围广，意味产品替换频率的减少，产品的使用周期可以延长，报废率有效降低。广泛的适用范围使能源和原材料得到充分的运用，产品的节能性明显提升。产品质量轻体现了技术的先进性，根据机械制造要求，产品质量轻可以减少实际生产对机械装置的损耗，使生产运行中形成的负荷量明显降低，实现节能生产的目的[3]。机械制造和自动化设计要符合通用的制造标准，设计制造的机械制品的适用性要高，提高配件在设备中的应用效能，提升产品的应用效率，从而满足节能需求。

3 基于节能理念的机械制造和自动化设计的实现

3.1 选择节能类型的发动机

发动机是机械工程中最大的运用部件，发动机会影响周围的环境。要选择节能类型的发动机，使用的发动机类型要坚持污染少、耗能低、效率高。如果发动装置没有达到节能的要求，要避免使用[4]。目前最佳的选择是水冷增压式柴油发动机。

3.2 液压系统防护渗漏处理

机械自动化工程中，液压系统有稳固运转的作用，在设计时需要注意液压系统的防护处理，处理好防渗漏的问题，防止液压油从系统中流失。加强渗透防护处理，可以促进系统的高效运转[5]。封闭型的设计能够防止灰尘进入液压系统内里空间，使各个组件之间的相互冲击力有所缓解，减少转运的负荷和负载量，保持机械装置处于良好的工作状态。

3.3 优化机械内置的总体构造

从内置构造上来看，机械配件类别越少，构造越简单，产品的制造过程越简单。更简易的机械工程有利于降低能耗。因此要做好机械零配件的相关设计工作，在保证机械系统有效运转的前提下，去掉多余的配件，精简工程结构。如下图，机械器件的新型设计和制造流程。

3.4 机械工艺的合理化设计

根据机械生产的需求合理分析和设计工艺，提高系统的运行速率，减少有效时间的浪费，提高机械设备的运作功能。要合理设计机械工艺，对于某一特定的机械器件，可以选择不同层次的温度进行加工，在冷、温、热等条件下锻压加工，要满足各方面对器件的需求。同时要明确各个加工环节需要的能耗，综合考虑能源消耗的特点进行选择。比如实行冷锻压，虽然能源消耗少，但对外围环境的污染较大。实行高热锻压的能源使用效率低，在实际锻压工作中要减少使用这种方式[6]。温锻压方式综合了两种加工因素，锻压优势更加突出。在具体操作中可以优先选择使用温锻压的工艺方式。

在机械制造和自动化设计中，工艺参数十分关键，与节约能耗也密切相关，参数值的设定对工程节能的效果有直接的影响。如下图2，制造系统中电气交版的定量。以轴类配件加工为例，主要需制备多种类的毛坯，在制备工程中要注意毛坯需要的具体能耗，避免盲目投入，造成能源的浪费。加工余量参数的设定要标准化、科学化。通过降低余量可以促进能源节约。在机械领域也常见冷却液的使用，但制造器件中，大规模使用冷却液会消耗过多的有效能源，因此要节能减耗，需要减少冷却液的使用。机械制造中要对工序流程进行整体把控，有效减少加工时间，减少不必要的工序，缩短各工序之间的等待时间。工序设定不合理，会增加能源损耗，延长转换时间和工序衔接时间，增加不必要的经费。

4 机械制造和自动化设计发展前景

机械前期设计方案是机械制造的关键，节能理念设计要以先进的理论和技术为依托，适应节约资源和环境保护的要求。基于节能理念的机械制造和自动化设计，要从综合角度出发，考虑经济性、实用性和环境性。在设计中要做好成本需求分析，产品初期要考虑回收和再利用问题[7]。在节能理念下考虑污染物处理、产品回收、再利用成本等。分析机械产品的再利用和可拆装设计，节能设计改善了机械的可拆装性，可以减少资源浪费，节约成本。要建立完善的节能机械设计数据库，在数据库中将所有相关数据备份，通过系统化存储和分析，数据化呈现机械设计的相关开支和资源利用。

单个零件的众多加工工艺中要考虑匹配现场设备，因地制宜，综合外部环境选择加工工艺，合理调整加工工序，优化工艺方法选择，实现节能减耗。传统选材方式过于强调工艺性能和环境属性，安全性有待加强，在节能理念下要保证环保和健康。机械设计和制造总会有部分含有特殊化学物质的材料，比如汞、铅等，都会影响环境，后期处理不当对环境的危害较大。因此要节能选材，选择材料首先要满足机械的基本性能要求，材料的形状和结构要有可实现性和可用性。材料要有基本的抗冲击性能、耐腐蚀性能、耐高温性能等。

机械制造中的自动化设计可以促进机械工业发展的多元化，随着自动化技术的进步和高新技术市场的不断发展，自动化技术应用范围不断拓展，自动化设计的引入可以提高系统的节能属性，也可以优化机械系统的原有性能。机械制造产业未来发展的其中一个方向就是多元化。我国机械制造产业更加细化，管理、生产操作、制造运转、机械设计等都独立运作，各个环节的衔接性不足[8]。机械产业要进一步优化设计制造的各个工序，更好地处理工作的衔接问题，促进机械运行系统的一体化和集成化发展。节能减耗是当前提倡的设计理念，符合可持续发展的要求，机械企业要针对机械运作产量和能源投入进行综合分析，达到节能化的机械制造。要考虑好系统优化的各个干扰因素，以及各个系统部件的内部配置，提高工业材料的利用率，促进废品的循环利用，减少重度污染物的排放量，要以最低的能源投入获得最优的产出。机械制造和自动化技术与国家计算机应用技术发展水平有关，随着其应用合作的规模化和国际化，与自动化相关的计算机集成和网络技术也要相应不断进步。基于节能理念的设计，有利于提高产品质量，提升企业的经济效益，并且能够节能减排，实现经济效益和环境效益的统一。

总之，随着我国工业制造业的发展，机械制造和自动化设计不断进步，推动各行各业的发展，但同时机械制造和自动化发展的背后是能源的大量消耗和浪费。长期以来能源危机是各国要面临的重要问题，在机械制造业中融入节能理念和节能技术十分必要。

参考文献：

[1] 胡易凡. 机械制造与自动化设计中的节能设计理念研究[J]. 科技风， 2017（19）：133-133.

[2] 王小梅， 田鹏. 节能设计理念在机械制造与自动化中的应用[J]. 中国高新技术企业， 2016（14）：87-88.

[3] 张子健. 节能设计理念在机械制造和自动化设计中的分析[J]. 工程技术（文摘版）， 2016（6）：00188-00188.

[4] 陈义德. 机械制造与自动化中的节能设计理念分析[J]. 山东工业技术， 2016（16）：50-50.

[5] 王尋. 节能设计理念在机械制造与自动化中的应用分析[J]. 工程技术（文摘版）， 2016（9）：00146-00146.

[6] 姚杰. 节能设计理念在机械制造与自动化中的应用分析[J]. 现代工业经济和信息化， 2016， 6（5）：21-22.

[7] 吴文鹏. 浅谈机械制造与自动化设计中的节能设计理念[J]. 大陆桥视野， 2016（10）：100-100.

[8] 姜志豪. 基于节能设计理念的机械制造及自动化应用探讨[J]. 中国设备工程， 2017（18）：161-162.

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