論述機械設計制造與自動化中節能設計理念的應用

姚宇蘢

摘 要：當前，我國經濟和科技獲得了飛躍式的發展，機械設計制造也逐步實現了自動化。但是我國大力推進資源節約型社會的建設，要求我們將節能設計理念應用于機械設計制造與自動化過程中，以提高我國機械設計制造水平，促進生態文明建設和經濟建設協同發展。

關鍵詞：機械設計制造；自動化；節能設計；節能理念

1 機械設計制造與自動化中節能設計的優勢分析

傳統的機械產品都是從產品的功能以及壽命等產品的基本屬性進行考慮的，產品在設計與開發的過程中，先是進行市場分析，然后再進行圖紙的設計以及方案的制定。此外，還需要反復的修改以及審定，最終才能真正的進行生產。這樣的設計理念，造成了較長的設計與制造周期，產品生產后拆卸較為困難，回收的難度也較大。有些產品在報廢后，甚至不能進行回收，造成了大量的資源和能源的浪費，甚至會污染影響環境。通過與傳統的機械設計進行對比，可以了解到節能的機械設計理念的優勢在于節能的設計理念能夠根據自然環境以及原料的合理選擇等多個方面進行設計]。不僅能夠發揮傳統設計中的優勢，更能降低原料的損耗以及資源的合理使用，便于回收，并滿足持續性發展的要求。

2 機械制造與自動化中的節能方法

2.1設計階段的節能

在機械設計制造中，節能技術應該是首要考慮的事項，尤其是在設計階段。通常設計階段需要對整個系統進行總體規劃，在設計階段對節能考慮得周全與否以及規劃得是否合理，對于最終機械系統的能源利用效率有著決定性的影響。通常制造機械中最常見的部分就是發動機和液壓系統。設計發動機系統比選擇優良的排放系統，選用低油耗、低排放、低噪音和高效率的環保型發動機更為重要。這樣不但可以降低整個系統的能源消耗，還可以減輕排放系統的負荷。

機械設計過程實用化虛擬現實技術，成為設計初期的主要方式。計算機技術的長足發展使得機械制造和自動化的設計、優化和實際的使用結果都可以事先在計算機中模擬出來，這也是機械設計制造設計未來的發展方向。通過計算機模擬環境先將所要設計的系統建立虛擬模型，并賦予這些模型同現實中同樣的物理性質，使用計算機進行預先演算，尋找設計產品的缺陷。在這個過程中發現的缺陷可以直接修改計算機模型，然后重新演算，直到符合要求之后再進行生產制造。與傳統的設計流程相比，很多需要設計圖紙和樣品制造的環節都可以減少甚至完全不需要。這樣的設計方法可以縮短設計周期，減少生產過程中出現問題的可能性，由于成功率的提升，消耗資源環節的減少可以有效降低企業的成本，同時也能減少環境污染。

2.2材料的選擇和結構優化

機械設計制造過程中，選擇環保、可回收的材料是節約能源的一個重要方面。機械制造過程中一直固有的理念是：為了保證設備的使用壽命和功能，通常都是要選擇更好的材料或者是要采用更加厚重的結構。但是隨著進一步的研究，通過對各個構件的受力分析各個構件的受力特點，可以有針對性地對結構進行優化，降低材料等級或者減少使用量。比如受扭矩的圓柱狀結構，通過受力分析就可以發現承受的扭力都集中在圓柱的外圍部分，圓柱中心位置受到的扭力很小，這樣就可以將圓柱簡化為空心結構，在能夠承受的扭力不變的情況下減少材料使用，減輕設備重量。此外，一些結構用零件一定要采用比較容易裝配和分解的大模塊化的結構設計。在選用材料的過程中應當優先選取可回收、易分解、能再生，而且在加工過程中不會產生對環境有害的“三廢”的材料以及其在報廢后對環境污染最小的材料。

2.3合理工藝的選擇

機械制造業中另一個重要的環節就是工藝和流程的選擇，這一階段如果可以對能量加以充分利用和回收則可以節省大量資源。傳統的制造工藝通常都是使用冷鍛與熱鍛。冷鍛的過程都是在低于回復溫度下進行，冷鍛可以保證尺寸精度，并且表面粗糙度好、勞動條件好、生產效率高，但是由于在加工過程中金屬的變形抗力大、塑性差并積聚有殘余內應力，需中間退火后才能繼續變形。熱鍛的溫度在再結晶溫度以上，這就需要對材料再加熱和采用相應的加熱設備。可以發現冷鍛和熱鍛都需要再加熱的過程，這就造成了能源消耗增加。與之相比，采用溫鍛工藝，制造過程在相對較低的溫度下進行，也不需要二次加熱到較高的溫度，可以節省大量的能源消耗。作為長遠的發展方向，制造廠應該同金屬材料生產廠商合作，將生產出來的材料直接熱送到加工車間，充分利用生產工序中的余熱，這樣既回收了材料本身的熱量，還免去了二次加熱過程，一舉兩得。

2.4設備運轉過程的節能措施

機械設備在制造完畢后，就是在運轉過程中的消耗能源，利用先進的完全智能化的管理系統，可以控制運轉過程中實時消耗的能量。智能化的管理系統可以控制大到整個生產線小到每個開關，通過各種先進的傳感器實施收集生產過程中的相關數據，動態地調節生產設備令其同生產負荷相適應，用最小的能源消耗來滿足生產需求。以制造業的一般生產線來講，通常只是某一部分的設備需要一直運轉，其他的部分設備是在需要的時候才使用。這些設備有的可以直接關閉，有的需要保持在待機的狀態，通過及時關閉不需要的設備并讓必須待機的設備運轉在最小消耗下，這就可以減少不必要的能源消耗，降低生產成本。

結語

綜上所述，從機械設計制造的設計、材料、工藝以及設備運轉等方面，有針對性地將節能設計理念應用于機械設計制造與自動化的各個階段，有助于實現機械設計制造與自動化的集約型生產與發展。

參考文獻

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