馮碩春

中國電子科技集團公司第46 研究所設備開發(fā)部，中國·天津 300220

機械制造；自動化；節(jié)能設計

1 引言

機械制造是能源資源消耗量較大的行業(yè)，從中國現(xiàn)有的機械制造技術來說，盡管相比較原有的技術，中國不斷提高機械制造自動化程度，且生產(chǎn)中的能源消耗量也有所減少，但隨著機械制造業(yè)的發(fā)展，能源資源的消耗總量不斷的增多。為了改變這種現(xiàn)狀，可以應用現(xiàn)有的節(jié)能技術，對機械制造與自動化進行創(chuàng)新改造，從而提高機械制造的實際效能，同時也可以提升機械制造業(yè)工程施工的環(huán)保性和節(jié)能性，降低單位工程的資源消耗量，制造出符合社會需求的機械產(chǎn)品。

2 機械制造及自動化的概述以及應用節(jié)能設計理念的價值分析

2.1 概述

機械制造及其自動化（Machinery Manufacturing and Automation）作為一種新型的生產(chǎn)工藝，包含了各種先進工程技術內(nèi)容，其中包括了工程技術，編程技術和計算機技術等等，在有效提升機械生產(chǎn)效率的基礎上也能更好的保證整個產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，對促進現(xiàn)代工業(yè)建設發(fā)展等方面均有著不可替代的作用。機械設計制造及自動化應用也具有以下幾個特點：首先是安全性。與以往傳統(tǒng)機械制造業(yè)相比，現(xiàn)代的機械制造及自動化很大程度上實現(xiàn)了機械的智能化和自動化。例如，當生產(chǎn)過程中出現(xiàn)了問題，設備會自動檢測并做出停機處理，還可以對已經(jīng)發(fā)生的故障進行細致分析，也能及時有效的采取相應措施，真正有效減少生產(chǎn)過程中事故發(fā)生率，從而切實保障工作人員的安全。其次是應用廣泛，與傳統(tǒng)機械設備相比，現(xiàn)代機械制造及自動化技術不僅是生產(chǎn)技術方面的創(chuàng)新，也帶動了各個領域中的技術革新。并且當前該項技術已經(jīng)被廣泛應用到各個行業(yè)，也取得了較為理想的效果。最后是節(jié)能化和微型化。微型化是機械設計制造及自動化技術中的又一特點，在更加完善性能的基礎上，其造型也更加簡潔并且便于應用，而機械微型化在在一定程度上減少了能源損耗，在節(jié)能環(huán)保上的效果更是十分顯著。

2.2 價值分析

相比起傳統(tǒng)的機械與自動化設計理念，節(jié)能理念的滲透則具有著較強的專業(yè)性，這種專業(yè)先進的節(jié)能理念可以充分體現(xiàn)在自然環(huán)境設計，生態(tài)設計以及環(huán)境意識設計等方面，并且節(jié)能設計在工程制造的過程中，也可以真正實現(xiàn)資源的循環(huán)再利用。并且機械制造工程可以有效減少對環(huán)境的污染，也能在機械報廢時，真正做到重復使用，加速了人類社會與自然環(huán)境之間的協(xié)調(diào)發(fā)展。而機械制造與自動化工程實踐中，往往需要投入較大的人力物力財力，利用大量資金真正實現(xiàn)相關節(jié)能設計的應用。那么利用節(jié)能理念，能夠真正做到綠色管理行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，在獲取一定經(jīng)濟效益的同時，緩解中國相對嚴峻的資源和環(huán)境態(tài)勢。而當前計算機技術也加強了機械制造業(yè)的自動化水平，也在生產(chǎn)效率和生產(chǎn)安全性性能等方面起到了重要的作用。那么機械制造與自動化技術的結合對中國工業(yè)化發(fā)展更是起到不可忽視的作用。在機械制造以及整個自動化發(fā)展過程中，更是務必要引入節(jié)能環(huán)保技術，在實現(xiàn)技術發(fā)展創(chuàng)新的基礎上，真正促使中國產(chǎn)業(yè)走向可持續(xù)發(fā)展的道路，并縮小與西方發(fā)達國家之間的發(fā)展差距，間接提升中國有的科研水平和工業(yè)水平。

3 節(jié)能設計理念在機械制造與自動化過程中的具體表現(xiàn)

與傳統(tǒng)的機械制造模式相比較，節(jié)能機械制造具有明顯的先進性。機械制造與自動化的過程中應用節(jié)能設計理念，貫穿于機械設計的全過程。節(jié)能設計理念應用在自然環(huán)境生態(tài)環(huán)境生活環(huán)境等多方面的改造上。從設計理念上來說，節(jié)能設計理念，實際上是對自然環(huán)境中的資源進行二次利用或者是進行循環(huán)利用，將機械制造自動化過程中產(chǎn)生的一些廢料得以回收進行回收再次利用。這種情況實際上可以降低生態(tài)環(huán)境的污染程度，同時也能夠提高能源應用的實際效能，提高節(jié)能設計在機械制造中的應用價值。中國為了加快建設節(jié)約型社會，必須全面的進行機械制造與自動化技術的改進，有效解決資源能源過度消耗的問題。機械制造中節(jié)能設計理念應用以下的評價體系（如圖1所示），用來判斷節(jié)能技術是否提高了機械制造與自動化的機械效能。

圖1 機械制造節(jié)能設計評價指標體系

4 機械制造與自動化設計節(jié)能設計理念的應用路徑

4.1 機械結構設計的優(yōu)化

機械制造自動化的過程中，首先必須要進行機械結構的優(yōu)化設計，要將節(jié)能設計理念應用在機械結構設計的全過程中，提高機械設計的整體質(zhì)量。機械結構的優(yōu)化設計，可以從以下五個方面展開。

第一，選擇使用機械高能效型的電機，電機是機械生產(chǎn)中能耗量最大的部件，是其核心部件，因此在進行機械制造的自動化過程中必須首先要關注電機?；谥评湓O計的要求可以選擇能耗量低、高效率的電機，目前中國的機械設計中普通機床上一般用的是導軌的y 系列電機，這種電機基本上被全面淘汰。其能耗高、效率低，決定了其必將被淘汰的命運。電機被淘汰后又用了升降電機y90-l6，這種電機的效率達到了百分之七十二，盡管這種電機的能效量達到了百分之七十以上，但從中國出臺的規(guī)定《中小型三相異步電動機能耗限定值及能效等級》可以看出電機能效不能低于百分之八十一，因此這兩種電機必定被淘汰[[]]。由此可見，在機械設計電機的選擇上，要想實現(xiàn)節(jié)能設計的要求，就必須要淘汰這兩種已經(jīng)被淘汰的電機。

第二，優(yōu)化機械設計系統(tǒng)的動態(tài)響應功能，實際上就是減少機械制造的無用功的時間，提高工作的綜合效率，這種設計有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。機械制造的動態(tài)設計，實際上是提升工作效率的有效途徑。在這種節(jié)能設計中必須要注意移動部件屬于高速精密設備，因此必須要注意精密化設計，在符合其基本要求的基礎上進行節(jié)能優(yōu)化設計，以此來提高機械制造的生產(chǎn)效率。

第三，在關注移動部件精密設計的過程中還要不斷的優(yōu)化零部件的內(nèi)部結構。這些產(chǎn)品的零部件，實際上是對移動部件的一個補充。在這一過程中，要想實現(xiàn)優(yōu)化節(jié)能設計的目標，必須要注重這些部件的優(yōu)化設計，重點是對零件的內(nèi)部結構進行優(yōu)化設計，減少零件的重量，從而有效減少內(nèi)部結構的重量，以提升其機械性能。這種設計方式一方面可以降低成本，另一方面也不會污染大氣環(huán)境，實現(xiàn)機械制造與自動化控制系統(tǒng)的全面優(yōu)化。

第四，機械制造自動化的過程中還必須要進行防漏和自動回收設計的節(jié)能優(yōu)化，要針對其存在的漏油現(xiàn)象等原料浪費情況進行優(yōu)化改造，盡可能的減少原料浪費現(xiàn)象的發(fā)生。如在數(shù)控立式車床的工作中x 軸采用井下導軌方式，這種方式極易導致液壓油四處飛濺，其會對周圍的環(huán)境產(chǎn)生不良的影響，因此可以在導軌工作的內(nèi)部設置防護罩進行引流，將飛濺出的液壓油再次引導回油盒，這種節(jié)能優(yōu)化設計，可以有效的提高煙油的使用能效，降低使用成本，提高整體的工作效率。

4.2 運用環(huán)保型材料進行節(jié)能優(yōu)化設計

除了進行機械結構的優(yōu)化設計外，還要進行設計材料的優(yōu)化設計。機械制造自動化應該遵循“環(huán)保高效”的利用原則在施工過程中盡量選擇具有“可回收，可再生性”的生產(chǎn)材料進行生產(chǎn)，降低不可回收材料的應用選擇率。另外這些設備可以選擇一些環(huán)保材料，滿足容易更換、可循環(huán)使用的要求，以此來降低材料對環(huán)境的污染率，提高環(huán)保材料的應用效率。

4.3 機械制造工藝的節(jié)能優(yōu)化設計

機械制造工藝的優(yōu)化設計，主要表現(xiàn)在優(yōu)化工藝工序上，機械制造工藝的優(yōu)化應該配合著機械制造內(nèi)部結構的優(yōu)化來進行，要改變機械設備始終處于滿負荷的狀態(tài)，從而有效的降低機械設備的資源能耗量，提升生產(chǎn)效率，提高節(jié)能建設的實用性，從而達到節(jié)能優(yōu)化設計的目的。

5 上海龍發(fā)機械廠的機械制造實例

該機械廠在實際的機械制造中，將內(nèi)部結構與零件優(yōu)化結合起來，實際上這種節(jié)能優(yōu)化設計是在保證內(nèi)部結構的基本剛度的基礎上進行的。

在動態(tài)響應功能節(jié)能優(yōu)化設計上，主要表現(xiàn)在提高移動件的加速度，該廠在最核心的部件電機選擇好后，將電機的最大輸出扭距M 值定下來，以一級電機輸出效率高于百分之九十一為例子，可以將動部件的負載軸角加速度a 與負載轉(zhuǎn)動慣量l 驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動慣量及m和一級降速比i 聯(lián)系起來，畫出與之對應的函數(shù)曲線，從而將本廠動部件的負載軸角加速度a與一級降速比i的比值降下來，得到系統(tǒng)的最佳響應速度。

具體零部件的優(yōu)化流程如下：首先要進行橫梁的截面優(yōu)化，不同截面所形成的高度是不一樣的，因此可以利用軟件進行綜合分析，分析不同截面下剛度的最大誤差，將其控制在誤差范圍內(nèi)，以便于得出最佳剛度需求，從而進行零件建模，實現(xiàn)零件的有效分析，得出最佳的內(nèi)部結構方案[[]]。其次，要進行機械制造自動化的控制方式的節(jié)能優(yōu)化設計，該廠采用液壓控制系統(tǒng)，但由于其本身存在著制動工作中液壓油污染環(huán)境、流體傳動裝置不宜在高溫下工作以及成本過高等問題，因此在機械節(jié)能優(yōu)化設計的過程中，必須要結合企業(yè)控制系統(tǒng)的優(yōu)點，盡量利用空氣等無成本的資源，由此可以設計出液壓氣動相結合的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的設計目的[[]]。

6 結語

經(jīng)濟發(fā)展必然會以消耗大量的能源和資源作為代價，中國正在加快建設節(jié)約型社會的進程，針對中國能源資源消耗量日益突出的問題，進行機械制造與自動化的節(jié)能優(yōu)化設計，勢在必行。機械制造與自動化的節(jié)能優(yōu)化設計必須要結合工作現(xiàn)狀，進行內(nèi)部結構、制造工藝以及應用材料等的全方面的優(yōu)化，來有效降低機械制造與自動化的成本，提高能源資源的有效率，這種節(jié)能設計理念的應用也符合節(jié)能型社會的建設要求，可避免出現(xiàn)消耗量大和環(huán)境污染嚴重等問題。