曾松來 黃巧花

[摘? ? 要]科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展推動(dòng)了機(jī)械制造行業(yè)的進(jìn)步，并且近年來我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域不斷加快自動(dòng)化、智能化發(fā)展進(jìn)程，使得設(shè)計(jì)研發(fā)周期顯著縮短，機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)效率明顯提升。然而始終存在著能耗大的問題，不利于機(jī)械行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，為此需要在機(jī)械制造領(lǐng)域融入節(jié)能理念。文章從機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化的特點(diǎn)入手，討論節(jié)能設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用價(jià)值，最后提出節(jié)能設(shè)計(jì)理念在機(jī)械制造與自動(dòng)化中的運(yùn)用，希望對(duì)相關(guān)研究帶來幫助。

[關(guān)鍵詞]機(jī)械制造;自動(dòng)化;節(jié)能設(shè)計(jì)

[中圖分類號(hào)]TH16 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）11–00–03

Application of Energy Saving Design Concept in Mechanical

Design， Manufacturing and Automation

Zeng Song-lai， Huang Qiao-hua

[Abstract]The rapid development of science and technology has promoted the progress of machinery manufacturing industry. In recent years， China's machinery design and manufacturing field has continuously accelerated the development process of automation and intelligence， which has significantly shortened the design R & D cycle and significantly improved the production efficiency of mechanical equipment. However， there is always the problem of high energy consumption， which is not conducive to the sustainable development of the machinery industry. Therefore， it is necessary to integrate the concept of energy conservation into the field of machinery manufacturing. Starting with the characteristics of mechanical design， manufacturing and automation， this paper discusses the application value of energy-saving design concept， and finally puts forward the application of energy-saving design concept in mechanical manufacturing and automation， hoping to bring help to relevant research.

[Keywords]mechanical manufacturing; automation; energy saving design

工業(yè)革命以來，機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展顯著地推動(dòng)了人類文明發(fā)展。而當(dāng)前的工業(yè)化發(fā)展實(shí)現(xiàn)了與計(jì)算機(jī)技術(shù)的深度結(jié)合，推動(dòng)了機(jī)械設(shè)計(jì)和自動(dòng)化工業(yè)的發(fā)展?，F(xiàn)階段我國(guó)機(jī)械制造設(shè)計(jì)自動(dòng)化設(shè)計(jì)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)處在初級(jí)階段，需要解決發(fā)展過程中的能耗問題，進(jìn)一步提升機(jī)械制造和自動(dòng)化技術(shù)。隨著可持續(xù)發(fā)展理念的提出，我國(guó)高度重視各行業(yè)發(fā)展中的節(jié)能降耗問題，所以需要機(jī)械制造行業(yè)通過多項(xiàng)舉措達(dá)到這一目標(biāo)，以下進(jìn)行相關(guān)分析。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化的特點(diǎn)

1.1 綜合性強(qiáng)

現(xiàn)階段的機(jī)械設(shè)計(jì)制造以及設(shè)備自動(dòng)化在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、研發(fā)再到生產(chǎn)制造具有一定的綜合性，并且機(jī)械設(shè)計(jì)制造關(guān)系著科技發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)，在整個(gè)設(shè)計(jì)制造過程中存在較強(qiáng)的復(fù)雜性。相較于傳統(tǒng)的技術(shù)，通過運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)可以有效提升設(shè)計(jì)精度、縮短研發(fā)周期，顯著提升產(chǎn)品質(zhì)量和制造效率，并且結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)階段中存在的問題，確保產(chǎn)品符合社會(huì)發(fā)展需要。此外，當(dāng)前的自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)過程中逐漸呈現(xiàn)微型化趨勢(shì)，在確保運(yùn)動(dòng)性能的大前提下讓產(chǎn)品體積更小、能耗更低，并且機(jī)械設(shè)備靈活性更強(qiáng)，應(yīng)用范圍得到進(jìn)一步拓展。

1.2 能耗得到降低

機(jī)械的設(shè)計(jì)制造過程中會(huì)產(chǎn)生大量資源、能源消耗，尤其是規(guī)模較大的機(jī)械制造企業(yè)能源消耗量更大，也存在著資源利用率偏低的問題，造成了一定的成本浪費(fèi)。隨著可持續(xù)發(fā)展理念的深入和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，要求在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中融入節(jié)能思想，將節(jié)能降耗以及提升資源利用率作為設(shè)計(jì)研發(fā)和產(chǎn)品制造的核心。而制造企業(yè)也需要轉(zhuǎn)變?cè)械纳a(chǎn)思路，不得盲目追求高性能和低成本，這樣才能研發(fā)出更加優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。

1.3 符合生產(chǎn)要求

機(jī)械設(shè)計(jì)制造直接關(guān)系著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)，不論是提升產(chǎn)品性能還是實(shí)現(xiàn)功能的優(yōu)化創(chuàng)新都和所在領(lǐng)域的工業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān)。新時(shí)期我國(guó)工業(yè)正向著綠色化方向發(fā)展，而機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用也需要在可持續(xù)發(fā)展的大前提下積極落實(shí)國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召。比如，設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)等核心構(gòu)建過程中需要確保其功能的前提下降低能耗，再如，機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)期間通過資源消耗的控制實(shí)現(xiàn)了節(jié)約成本的目標(biāo)，有效提升利潤(rùn)空間，進(jìn)一步提升制造企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

2 節(jié)能設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用價(jià)值

在機(jī)械制造的節(jié)能設(shè)計(jì)中，主要是從技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性入手，需要機(jī)械制造企業(yè)制定和完善綠色設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系，進(jìn)而充分發(fā)揮節(jié)能設(shè)計(jì)理念的應(yīng)有價(jià)值（圖1）。

2.1 減少能源消耗并實(shí)現(xiàn)資源再利用

新時(shí)期人們高度關(guān)注工業(yè)發(fā)展過程中能源匱乏和資源緊缺的問題，而這些不利因素也持續(xù)影響著我國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。機(jī)械設(shè)計(jì)和自動(dòng)節(jié)能設(shè)計(jì)涵蓋了環(huán)保意識(shí)設(shè)計(jì)、自然環(huán)境設(shè)計(jì)、生態(tài)保護(hù)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。在機(jī)械制造企業(yè)生產(chǎn)過程中也需要將節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)用放在首位，通過能量回收的方式全面提升機(jī)械制造業(yè)自然資源利用率，如二次應(yīng)用廢棄的機(jī)械，清理金屬之后再次生產(chǎn)，加工成為全新產(chǎn)品并投入市場(chǎng)，由此節(jié)約生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染。整體看來，節(jié)能設(shè)計(jì)已經(jīng)成為整個(gè)機(jī)械制造業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要因素，更有利于推動(dòng)我國(guó)生態(tài)保護(hù)工作的開展。

2.2 減少工業(yè)生產(chǎn)投資

我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域的工業(yè)生產(chǎn)投資金額巨大，而傳統(tǒng)重工業(yè)依舊是我國(guó)重要產(chǎn)業(yè)，并在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有不可替代的作用，傳統(tǒng)的機(jī)械制造業(yè)當(dāng)中需要投入大量的人力、物力，生產(chǎn)效率偏低，已經(jīng)無法適應(yīng)新時(shí)期的行業(yè)發(fā)展需要，通過節(jié)能設(shè)計(jì)理念可以有效解決以上問題。其主要體現(xiàn)在減少了資源重復(fù)利用，降低投資成本，達(dá)到減少能源浪費(fèi)的效果，有效提升了產(chǎn)品質(zhì)量，最終在機(jī)械技術(shù)不斷進(jìn)步的背景下減少生產(chǎn)投資，為企業(yè)帶來豐厚的效益。

2.3 推動(dòng)人與自然的和諧發(fā)展

應(yīng)用節(jié)能設(shè)計(jì)理念實(shí)現(xiàn)了機(jī)械制造業(yè)的升級(jí)，并且達(dá)到了保護(hù)自然資源環(huán)境的目標(biāo)。傳統(tǒng)的工業(yè)發(fā)展過程中大量的廢水、廢氣排放污染了生態(tài)環(huán)境，并造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)問題，不利于機(jī)械制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，更威脅著人們健康。機(jī)械制造和自動(dòng)化節(jié)能設(shè)計(jì)成了推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要舉措，有效解決了工業(yè)生產(chǎn)過程中環(huán)境污染以及自然消耗問題，實(shí)現(xiàn)了制造行業(yè)和自然生態(tài)的和諧發(fā)展。

3 節(jié)能設(shè)計(jì)理念在機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化中的運(yùn)用

整體看來，我國(guó)機(jī)械制造和自動(dòng)化正處在飛速發(fā)展時(shí)期，這是由于我國(guó)有著完整的工業(yè)體系，工業(yè)體量龐大。信息技術(shù)的發(fā)展也實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)的有效結(jié)合。機(jī)械制造和自動(dòng)化也成了工業(yè)制造結(jié)合信息技術(shù)的產(chǎn)物，在其發(fā)展過程中受到了信息技術(shù)的巨大支持，為了繼續(xù)促進(jìn)我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展需要重視以下幾點(diǎn)。

3.1 優(yōu)化生產(chǎn)工藝

優(yōu)化生產(chǎn)工藝的過程中，需要生產(chǎn)人員具有節(jié)能意識(shí)，進(jìn)而在產(chǎn)品制造過程中提升資源利用效率，減少環(huán)境污染，真正實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的節(jié)能減排。對(duì)于生產(chǎn)工藝的優(yōu)化，其中涵蓋了機(jī)械設(shè)計(jì)以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的功能優(yōu)化，如發(fā)動(dòng)機(jī)是機(jī)械系統(tǒng)的主要部件，所以在設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)過程中需要融入節(jié)能理念，進(jìn)而降低發(fā)動(dòng)機(jī)油耗和對(duì)環(huán)境的污染。在工藝流程優(yōu)化的過程中需要結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際需要進(jìn)行工藝選擇，在單個(gè)零件的加工過程中需要分析設(shè)備之間的配合能力，這樣才能讓設(shè)備更加穩(wěn)定高效的運(yùn)行，今后還需要不斷完善機(jī)械結(jié)構(gòu)，降低生產(chǎn)中的能耗，通過簡(jiǎn)化運(yùn)行結(jié)構(gòu)可以有效保證運(yùn)行效率以及降低維護(hù)難度。

3.2 使用新型材料

在設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)備的過程中，生產(chǎn)材料的選擇將直接影響機(jī)械設(shè)備制造期間的污染和能耗消耗問題，所以在優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)功能的過程中需要分析機(jī)械設(shè)備性能，進(jìn)而減少高能耗設(shè)備的利用，有效提升資源利用率。在實(shí)際操作中，還需要分析動(dòng)力設(shè)備的應(yīng)用情況，全面提升機(jī)械的運(yùn)行穩(wěn)定性，并且需要結(jié)合設(shè)備功能、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求分析設(shè)備類別，確定額定參數(shù)。在具體設(shè)計(jì)過程中：一方面，需要確保選擇的材料具有節(jié)能性特征。在可持續(xù)發(fā)展理念下各行業(yè)的發(fā)展都需要應(yīng)用新型節(jié)能環(huán)保材料，對(duì)于機(jī)械制造領(lǐng)域來說也需要積極應(yīng)用可降解、可回收的材料，確保整個(gè)生產(chǎn)過程中無毒害，達(dá)到降低資源消耗的目標(biāo)。另一方面，要選擇更加輕質(zhì)的低能耗材料，進(jìn)而降低設(shè)備自身重量，便于搬運(yùn)和裝配，同時(shí)也有利于延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。此外，在材料選擇過程中還需要分析報(bào)廢后續(xù)的處理問題，比如，機(jī)械零件在長(zhǎng)期使用之后會(huì)出現(xiàn)磨損問題，超過一定限度運(yùn)行會(huì)埋下安全隱患，所以在零件選擇過程中要考慮可降解和可回收能力，以此減少污染物。

3.3 改進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)

在機(jī)械設(shè)計(jì)制造和自動(dòng)化過程中，內(nèi)部結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)人員必須考慮的部分，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、減少零件的數(shù)量也是實(shí)現(xiàn)降低能耗的措施之一，通過改進(jìn)還能夠達(dá)到簡(jiǎn)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和降低后續(xù)維護(hù)工作量的效果。對(duì)于液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來說也需要融入節(jié)能思想，確保液壓油純凈度，由此提升液壓系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定效果，避免由于負(fù)荷過載出現(xiàn)故障。安裝液壓油的過程中也需要做好保護(hù)工作，進(jìn)而確保液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.4 選用節(jié)能發(fā)動(dòng)機(jī)

機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行會(huì)伴隨大量能耗，也會(huì)對(duì)作業(yè)人員的健康和安全構(gòu)成威脅，所以進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇過程中需要考慮性能問題，將污染物排放少、噪聲小和能耗低作為首選，進(jìn)而確保廢水與廢氣的排放效果，降低功耗。在達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)的前期下重視對(duì)冷卻工藝，進(jìn)而提升散熱效果，滿足節(jié)能的設(shè)計(jì)需要。

3.5 維護(hù)處理液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)在機(jī)械自動(dòng)化設(shè)計(jì)中有著重要作用，需要在設(shè)計(jì)的過程中考慮其運(yùn)行穩(wěn)定性，尤其是做好防漏處理，避免液壓油浪費(fèi)與污染問題，還需要在節(jié)能理念下進(jìn)行液壓元件的使用。此外，需要通過封閉設(shè)計(jì)避免灰塵進(jìn)入液壓系統(tǒng)的內(nèi)部，通過多項(xiàng)整改處理提供良好的運(yùn)行環(huán)境。

3.6 設(shè)計(jì)通用構(gòu)件

機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)具有復(fù)雜性，需要對(duì)多種的零部件利用，如果其中的某個(gè)零件在使用中出現(xiàn)質(zhì)量問題，并且缺乏匹配的更換零件，就會(huì)導(dǎo)致機(jī)械產(chǎn)品不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至報(bào)廢。機(jī)械產(chǎn)品的報(bào)廢率較高，會(huì)加大機(jī)械制造企業(yè)的資源消耗，也會(huì)由于其他化學(xué)物質(zhì)帶來環(huán)境污染問題。為了解決這一問題需要在設(shè)計(jì)的過程中以通用零件為主，進(jìn)而在發(fā)生部件故障后滿足更換需要，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，提高修復(fù)率，減少產(chǎn)品報(bào)廢率與環(huán)境污染問題。此外，從縮短研發(fā)周期和節(jié)約生產(chǎn)成本方面也有著積極意義。

3.7 機(jī)械調(diào)控自動(dòng)化

在科技的支持下，如今機(jī)械產(chǎn)品研發(fā)向著自動(dòng)化和智能化的方向發(fā)展，并且結(jié)合了節(jié)能環(huán)保理念，保證了產(chǎn)品質(zhì)量與運(yùn)行效率。比如，在鍋爐的設(shè)計(jì)中，安裝通信設(shè)備、傳感器與單片機(jī)形成了自動(dòng)化控制系統(tǒng)，可以在不同的時(shí)段分析供熱情況，之后調(diào)控運(yùn)行參數(shù)，由此達(dá)到降低能耗的效果。此外，借助人工智能技術(shù)可以監(jiān)控機(jī)械設(shè)備的實(shí)時(shí)情況，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障問題，提升檢修效率。

4 結(jié)束語

“工業(yè)2035”戰(zhàn)略提出后，我國(guó)涌現(xiàn)了大批機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品，不僅設(shè)備的運(yùn)行效率好，而且在節(jié)能環(huán)保方面也有突出表現(xiàn)，對(duì)我國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展起到了推進(jìn)作用，今后需要繼續(xù)加強(qiáng)技術(shù)研究，進(jìn)而讓我國(guó)向著工業(yè)強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)。

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