孫超

珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的環(huán)保問(wèn)題意識(shí)也不斷增強(qiáng)，節(jié)能設(shè)計(jì)理念得到了全世界的認(rèn)可。機(jī)械制造和自動(dòng)化隨全球的發(fā)展不斷變化，所以需要節(jié)能的理念融入這個(gè)行業(yè)。因?yàn)橹袊?guó)機(jī)械設(shè)備所有社會(huì)功能的實(shí)現(xiàn)都需要得到保障其能源供應(yīng)，而且設(shè)備本身的制造發(fā)展過(guò)程涉及能源與資源的大規(guī)模消耗。我們要優(yōu)化設(shè)計(jì)方面，機(jī)械制造和自動(dòng)化應(yīng)用的節(jié)能設(shè)計(jì)理念的滲透，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使其更加穩(wěn)定和高效。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)制造的內(nèi)容分析

通俗來(lái)講，機(jī)械制造工藝就是對(duì)零件的機(jī)械加工和機(jī)器的裝配，由制造程序、零件定位、裝夾、加工精度控制和技術(shù)程序等流程所組成。其中，制造程序的主要任務(wù)是對(duì)原材料進(jìn)行合理規(guī)劃與利用，根據(jù)實(shí)際所需將原材料制作成半成品；零件定位是根據(jù)零件加工要求選擇不同的定位方式，如軸肩（或軸環(huán)）、套筒、圓螺母、擋圈等，所以在開(kāi)展零件加工工作時(shí)，技術(shù)人員要結(jié)合實(shí)際所需按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加工，同時(shí)合理運(yùn)用零件定位方式，以促進(jìn)零件質(zhì)量的提升；裝夾是將加工后的零件直接固定到機(jī)械產(chǎn)品的適宜位置上，要求技術(shù)人員在具體工作中注意零件固定位置的精確性與穩(wěn)定性；加工精度控制是指技術(shù)人員對(duì)零部件進(jìn)行粗加工后，對(duì)半成品狀態(tài)下的零部件所做的細(xì)化處理工作，其主要目的是提高零部件的精準(zhǔn)度，滿足客戶提出的各項(xiàng)所需；技術(shù)程序是將制作好的半成品直接加工成符合客戶所需的成品，但要保證產(chǎn)品的質(zhì)量及其使用性能[1]。

2 機(jī)械制造與自動(dòng)化設(shè)計(jì)中節(jié)能理念的具體設(shè)計(jì)內(nèi)容

2.1 設(shè)計(jì)階段的節(jié)能措施

節(jié)能設(shè)計(jì)的概念涉及機(jī)械制造和自動(dòng)化的許多領(lǐng)域。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分體現(xiàn)節(jié)能理念能夠促進(jìn)在材料選擇過(guò)程中及設(shè)計(jì)過(guò)程中環(huán)保節(jié)能理念的落實(shí)。在設(shè)計(jì)階段，應(yīng)考慮節(jié)能設(shè)計(jì)理念的合理性，高效環(huán)保發(fā)動(dòng)機(jī)可以合理地解決能耗過(guò)大的問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上降低排放系統(tǒng)負(fù)荷。

2.2 節(jié)能原理在材料設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

機(jī)械設(shè)計(jì)與制造中所用的材料是千差萬(wàn)別的，使用材料的種類、數(shù)量及方式等的區(qū)別均會(huì)使環(huán)境受到不同程度的破壞，尤其是一些材料含有有毒化學(xué)物質(zhì)，在材料選擇中，應(yīng)用綠色理念就是要考慮把材料對(duì)環(huán)境的不利影響降到最低。在選擇機(jī)械設(shè)計(jì)制造的材料時(shí)應(yīng)做到以下幾方面[2]。

首先，優(yōu)化選擇材料的方案。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中選擇材料時(shí)必須符合綠色環(huán)保要求，這是使用材料的前提，即要關(guān)注材料的性能與環(huán)保性，選擇與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相符的可行性材料，同時(shí)找到可替代污染性材料。其次，保證改造材料的方案具備可行性。在確定機(jī)械設(shè)計(jì)方案后，應(yīng)用綠色理念可能需要改造或替換一些材料，通過(guò)各種改造策略去除材料里會(huì)破壞環(huán)境的因素。所以在選擇材料時(shí)或者在改良材料后，要做好機(jī)械設(shè)計(jì)方案的技術(shù)和可行性論證工作，確保順利實(shí)施改良之后的方案。再次，保證材料的選擇與機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的特殊工藝要求相符。在生產(chǎn)某些機(jī)械產(chǎn)品時(shí)，會(huì)遇到高溫、高壓或高腐蝕的工藝情況，若選擇的材料性能無(wú)法適應(yīng)這些條件，就會(huì)直接影響機(jī)械設(shè)計(jì)制造的順利實(shí)施，材料在制造過(guò)程中受到損壞，嚴(yán)重時(shí)，還容易引發(fā)工業(yè)事故。所以在保證材料選擇方案可行的同時(shí)，要確定所選材料適應(yīng)機(jī)械生產(chǎn)的任何特殊工藝，為生產(chǎn)綠色機(jī)械提供保障。

例如，在汽車制造之中所使用的鎂合金材料，鎂合金是以鎂為基礎(chǔ)加入其他元素組成的合金，是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，其不僅吸震性能強(qiáng)、重量輕，而且能夠滿足機(jī)械的自動(dòng)化生產(chǎn)，同時(shí)，尺寸相對(duì)穩(wěn)定，是目前汽車主要的鑄造零部件，是最有效的輕量化材料，其不僅可以滿足當(dāng)前綠色發(fā)展理念對(duì)汽車的整體性要求，也可以滿足人們對(duì)環(huán)保型汽車的要求。諸如奧迪A4和A6的離合器殼體、閥蓋、閥板、變速器殼體等都使用了這類材料，進(jìn)而滿足機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)與制造的綠色環(huán)保需求[3]。

2.3 在制作工藝設(shè)計(jì)中增加節(jié)能環(huán)節(jié)

生產(chǎn)制作工藝結(jié)構(gòu)的機(jī)械制造及其自動(dòng)化，必須結(jié)合相應(yīng)的生產(chǎn)設(shè)備及相關(guān)技術(shù)。一般情況下，當(dāng)生產(chǎn)線很短很小時(shí)，與之相對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡(jiǎn)單，在資源的使用上，也不會(huì)出現(xiàn)太大的浪費(fèi)。所以，設(shè)計(jì)節(jié)能結(jié)構(gòu)實(shí)際上是通過(guò)減少附屬環(huán)節(jié)或者改用低能耗生產(chǎn)環(huán)節(jié)來(lái)達(dá)到節(jié)能效果的，能最大限度地提高生產(chǎn)效率。從具體實(shí)施應(yīng)用來(lái)看，可從以下兩個(gè)方面展開(kāi)優(yōu)化：

（1）在制作工藝設(shè)計(jì)中充分考慮外部環(huán)境因素的影響，基于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備匹配度，設(shè)計(jì)合適的制作工藝，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。如在對(duì)單個(gè)零件進(jìn)行制造加工的過(guò)程中，常用的鍛造工藝通常有熱鍛壓工藝、冷鍛壓工藝以及溫鍛壓工藝。相對(duì)而言，熱鍛壓工藝在能源利用效率上較低，而冷鍛壓工藝又會(huì)在一定程度上降低鍛造環(huán)節(jié)的效率，因此在進(jìn)行制作工藝設(shè)計(jì)時(shí)，如果現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備條件滿足，適宜選用溫鍛壓工藝。

（2）在完成機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制作工藝設(shè)計(jì)后，應(yīng)對(duì)其做進(jìn)一步優(yōu)化。首先，應(yīng)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證機(jī)械產(chǎn)品基本性能的前提下，盡可能簡(jiǎn)化其結(jié)構(gòu)，降低零件數(shù)量，通過(guò)該方式能使機(jī)械產(chǎn)品對(duì)原材料的損耗大幅減少，從而達(dá)到較好的節(jié)能效果。其次，應(yīng)對(duì)制作工藝展開(kāi)優(yōu)化，制作加工的工藝順序不同，不僅會(huì)影響加工生產(chǎn)質(zhì)量，而且會(huì)影響加工過(guò)程生產(chǎn)中能源的損耗，進(jìn)而影響整體的生產(chǎn)效率。為此，在當(dāng)前實(shí)際的機(jī)械產(chǎn)品加工制作過(guò)程中，設(shè)計(jì)制作工藝時(shí)可借助于3DMAX、3DCAD等計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，利用其展開(kāi)仿真加工，從而對(duì)制作工藝進(jìn)行優(yōu)化。機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化和制作工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化都有助于提升企業(yè)生產(chǎn)效率，使之在市場(chǎng)環(huán)境中具備更高的競(jìng)爭(zhēng)力。

2.4 機(jī)械產(chǎn)品回收節(jié)能設(shè)計(jì)

機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中融入節(jié)能設(shè)計(jì)理念，要從整體產(chǎn)品的使用環(huán)境屬性來(lái)進(jìn)行分析，做好產(chǎn)品的生產(chǎn)應(yīng)用、回收維護(hù)、反復(fù)拆卸以及廢舊零件回收等工作。機(jī)械產(chǎn)品結(jié)束使用周期后，如果質(zhì)量和使用功能仍然能夠滿足相應(yīng)的生產(chǎn)條件，可以按照單部分零件來(lái)進(jìn)行回收，而不是按照材料進(jìn)行回收。這樣的回收方式相對(duì)于傳統(tǒng)回收方式可降低70%以上的資源浪費(fèi)，并且減少材料重新回收而浪費(fèi)的成本。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以針對(duì)零件的具體使用場(chǎng)景來(lái)進(jìn)行拆分，從而保障結(jié)束產(chǎn)品生命周期之后，機(jī)械產(chǎn)品可以重新回到生產(chǎn)線中進(jìn)行二次加工。

進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)設(shè)計(jì)，也是節(jié)能產(chǎn)品方便回收的基礎(chǔ)之一。機(jī)械加工的工藝尺寸要嚴(yán)格按照規(guī)程來(lái)進(jìn)行操作，留有加工余量，并按照工序尺寸對(duì)于工藝尺寸鏈條進(jìn)行嚴(yán)格的生產(chǎn)把控。從經(jīng)濟(jì)技術(shù)角度研讀設(shè)計(jì)的工藝文件，結(jié)合客戶上傳的具體規(guī)程實(shí)例進(jìn)行定制化操作，滿足機(jī)器裝配工藝規(guī)程設(shè)計(jì)要求。高質(zhì)量的機(jī)械產(chǎn)品供應(yīng)零件會(huì)降低后期維修成本，因而只有不斷提高規(guī)范化生產(chǎn)程度與質(zhì)量水平，才能夠真正做到節(jié)能生產(chǎn)與設(shè)計(jì)。

節(jié)能機(jī)械制造要考慮到工步和工作行程。工步就是在加工表面不變、加工工具不變、切削用量不變的情況下，提升整體設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)化程度。工作行程也稱為走刀，是指完成一次精細(xì)化加工所需要的工步。在機(jī)械制造過(guò)程中要充分考慮到工步和工作行程，進(jìn)行全面的精細(xì)化測(cè)量，提高檢查的一致性，經(jīng)過(guò)精準(zhǔn)稱重之后進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品的精加工。設(shè)計(jì)人員要深入到一線生產(chǎn)車間，了解生產(chǎn)制造存在的問(wèn)題，才能夠不斷改進(jìn)操作的精細(xì)化程度。減少由于設(shè)計(jì)不合理造成的后續(xù)生產(chǎn)資源浪費(fèi)，提高對(duì)環(huán)境的保護(hù)能力[4]。

2.5 節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

相關(guān)企業(yè)在機(jī)械綠色制造工藝設(shè)計(jì)中，應(yīng)從環(huán)境、生產(chǎn)和諧發(fā)展的角度出發(fā)，探究機(jī)械產(chǎn)品加工中產(chǎn)品屬性、環(huán)境屬性的結(jié)合方法，并將綠色的生產(chǎn)技術(shù)融入機(jī)械制造、機(jī)械設(shè)計(jì)中。相關(guān)企業(yè)應(yīng)在機(jī)械工藝優(yōu)化的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化產(chǎn)品回收設(shè)計(jì)，或在機(jī)械加工環(huán)節(jié)增加綠色加工零件，以此延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命，減少機(jī)械制造、產(chǎn)品使用中產(chǎn)生的能源損耗。

3 機(jī)械制造及其自動(dòng)化中的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)

隨著機(jī)械制造及其自動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的快速發(fā)展，二者結(jié)合應(yīng)用將成為未來(lái)的主要發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)二者的有效結(jié)合，不僅能夠提升機(jī)械產(chǎn)品的整體質(zhì)量和性能，而且能夠更好地控制材料的應(yīng)用、能源的損耗，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。首先，在設(shè)計(jì)領(lǐng)域，對(duì)相關(guān)計(jì)算機(jī)仿真軟件的應(yīng)用將越來(lái)越頻繁，使得設(shè)計(jì)更加精準(zhǔn)合理；其次，在制造領(lǐng)域，對(duì)數(shù)字化制造技術(shù)的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛，使其在整個(gè)制造過(guò)程更加精準(zhǔn)可靠。在此基礎(chǔ)上融入節(jié)能理念，也更容易實(shí)現(xiàn)且達(dá)到較為突出的效果。如降低材料損耗、降低人力資源消耗、降低污染物排放等，切實(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，推動(dòng)現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)制造應(yīng)用綠色節(jié)能設(shè)計(jì)的理念可以影響到我國(guó)機(jī)械生產(chǎn)的能源水平和效率，也會(huì)推進(jìn)的企業(yè)各個(gè)地區(qū)經(jīng)營(yíng)區(qū)域產(chǎn)品信息加工技術(shù)改進(jìn)、運(yùn)營(yíng)成本理念創(chuàng)新，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)綠色制造的目標(biāo)。