機械制造自動化中的節能設計問題研究

鄧健 章健紅

[摘? ? 要]機械制造產業是我國重點發展的產業領域，在提出制造強國的發展戰略中，機械制造占據重要地位。而信息時代的到來，智能控制技術、大數據技術等的應用，使得該領域的自動化水平逐漸提升。但是過去進行機械制造對于能源的消耗很多，而我國目前正面臨能源緊缺和污染嚴重的問題，對此，提出在機械制造與自動化過程中進行節能設計的要求。本文主要分析當前該領域的發展現狀，探討應用節能設計的必要性，提出具體的應用基本方法。

[關鍵詞]機械制造自動化;節能設計

[中圖分類號]TP29-A5;TH16 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）10–00–03

Research on Energy Saving Design in Mechanical Manufacturing and Automation

Deng Jian，Zhang Jian-hong

[Abstract]Mechanical manufacturing industry is an important industry in China. In the development strategy of manufacturing power， mechanical manufacturing occupies an important position. With the advent of the information age， the application of intelligent control technology and big data technology makes the automation level in this field gradually improved. However， in the past， there was a lot of energy consumption for mechanical manufacturing， and our country is facing the problem of energy shortage and serious pollution. In this regard， this paper puts forward the requirements of energy-saving design in the process of mechanical manufacturing and automation. This paper mainly analyzes the current development status of the field， discusses the necessity of applying energy-saving design， and puts forward specific application basic methods.

[Keywords]mechanical manufacturing and automation; energy saving design

機械制造是我中國重要的產業領域，而且產業發展速度持續增長，尤其是我國提出“制造強國”的理念之后，制造業表現出突飛猛進的發展趨勢。而因著科技的進步，該領域的生產技術水平逐漸提升，給傳統產業領域造成一定沖擊。為了促進行業的轉型，各個企業逐漸落實節能設計理念，在實際制造過程中落實節能設計，逐漸提升節能水平。面對新時期能源緊缺的發展形勢，很多產業都紛紛開始思考新的發展方向，轉變傳統的消耗能源發展的方式，朝向節能降耗方向發展。而對于機械制造業來說，實現這個目標需要在自動化建設過程中應用節能設計理念，減少對能源的消耗，同時保證甚至提升生產效率和質量。這對于國民經濟的長遠發展和可持續發展有積極作用。

1 機械制造自動化發展現狀

過去五年，我國是國外很多國家的主要貿易伙伴，而隨著“一帶一路”和國家系列重點建設項目的開建，社會和經濟發展對于機械設備的需求數量不斷增加，表現出新一輪的經濟周期發展趨勢。而隨著信息化與機械制造業的深入融合，制造業出現以智能制造為主的發展趨勢，工業4.0正逐漸出現，也即信息化制造。但隨著時代的進步，人力成本大幅提升，而新一代的勞動力就業意愿逐漸降低，這使得機械制造業面臨的競爭危機逐漸凸顯。所以實現機械制造業與信息化的融合，推動進入工業4.0時代，保持住機械制造業的優勢，是社會發展的必然趨勢。

統計當前機械制造業的發展形勢，就2018年來講，整體行業市場規模達到29.44萬億元，相比前一年增長超過9.4 %;行業經營規模達到36.37萬億元，相比前一年增長17.87 %左右。但是因為各種原因的存在，該行業依然存在成本提高、利潤降低、供需不平衡等不足，使得該行業的發展整體比較疲軟。為此，機械制造業引進現代化技術，可以支持進行各類自動化操作，提高生產效率。總體來說，當前的機械制造與自動化處于初步發展時期，體系還不完善，相比發達國家有挺大的差距。另外，機械制造與自動化還存在能耗較多，節能水平不足等問題，對于產業的發展帶來一定阻礙。對此，在其發展過程中需要進行節能設計，統籌全局降低能耗，控制生產成本，以促進行業的健康發展。

2 機械制造自動化應用節能設計的必要性

對這個問題的必要性進行分析，其實就是分析在實際生產過程中，進行節能設計的重要意義，有多個層面。

2.1 減少能源損耗

節能設計理念的應用，主要的目標就是節能，也就是減少能耗。節能設計理念的應用，可以從整體制造環節入手，從多個方面實施節能技術，從而大幅提升產業的節能水平，有效降低能耗。比如說，在生產環節使用各種環保材料，這可以讓人們收集各類可再生材料，然后分析機械制造與自動化生產流程，將其中的部分材料替換下來，或實現重復利用，就有可能減少貴金屬、稀有金屬等類型材料的使用量，同時這樣也能實現生產過程的持續化發展。尤其是當前很多資源儲備有限，長期挖掘開采之后產量逐漸降低，迫切需要新材料的更換。通過原材料的更換，可以從根本上提升生產過程的節能水平，減少能耗，進而降低設計、制造成本。這樣一來不僅可以節約能源的使用，而且可以實現產業的長期發展，實現產業領域的升級創新。

2.2 延長使用壽命

這樣操作還可以延長使用的機械設備的使用壽命，減少故障的發生次數，進而降低設備養護難度，節約養護成本。對于這個目標的視線，需要技術人員從機械制造與自動化的過程入手，針對所有設備的使用壽命設定、通用性、兼容性、容錯率等指標進行分析，對其中的各個環節進行統籌考慮，來制定出科學的節能設計方案，然后借助信息技術模擬方案的進行，打造三維虛擬生產過程，分析其中存在的不足，進行科學優化。最終確保節能設計方案的可行性以及有效性，將之應用在實際生產過程中，能夠減少機械報廢的數量，進而能夠實現各類資源的減量應用，縮減整體損耗量，實現節約能源的目標。同時利用節能設計理念，將一些常見的生產標準融入到實際生產過程中，打造模塊化生產過程，然后在此基礎上，對不同模塊實施組裝，這樣可以提高生產效率，縮短制造、裝配周期，更好地實現整個生產環節的節能屬性。

2.3 優化工藝流程

在生產過程中，工藝流程的優化和改造也十分關鍵。將節能設計理念融入這個環節，可以促進工藝流程的優化。在具體實踐中，設計人員加強對生產方式、參數、數據等的全面分析，尋找其中薄弱環節或者能耗較多的環節，利用節能設計理念進行優化，比如可以精簡生產流程，或者引進其他先進的生產技術等，達成節能的目標，以此控制最終生產環節的消耗量，同時消耗降低也帶來生產成本的降低，擴大了利潤空間。以鍛壓環節為例，可以引進溫鍛的方式，該方式可以減少消耗，但同時保證鍛壓效果，實現對各類材料的有效處理，良好用于生產制造環節。但是需要注意的是，在工藝流程環節進行節能設計，需要技術人員對相關參數進行必要的調整，分析生產過程情況以及具體參數情況，從整體進行統籌，制定多樣化的方案，選擇其中能耗低、效益高的一種。在這里，可以積極借助信息技術，建立三位虛擬模型，對各個方案進行模擬操作，統計不同方案的性價比，然后選擇出最優方案。

3 機械制造與自動化應用節能設計基本方法

研發要從多個方面入手，建立起完善的節能設計方案，從而提升具體生產過程的節能水平。

3.1 節能設計的基本原則

在機械制造與自動化中發展節能設計理念，為了保證最終的節能效果，并保證生產過程的穩定性和高效性，需要堅持一定的原則。設計人員需要再考慮這些原則的基礎上，從多個層面出發，對機械制造過程中的設備使用壽命、能耗控制以及重量進行調控，以此來增強生產各個環節的節能屬性，從而有效控制能耗。按照相關規定，節能設計需要遵循的原則有多個方面，具體包括：堅持將節能作為轉變增長方式的重要內容，未來建設可持續發展的社會，就需要堅持節能降耗，將更多的能源用于更重要的領域;堅持節能與結構調整，技術進步和加強管理相結合，在節能的同時，也要保證原有的生產工藝可以順利進行，保證產品結構不出現太大的變化;堅持發揮市場機制與政府的宏觀調控作用相結合，要綜合當前的市場需求以及政府發展要求進行節能設計;堅持依法管理與政策激勵，在節能設計過程中，要遵循企業和國家、行業的標準規定，并針對優秀的節能設計方案提供科學的激勵措施;堅持突出重點，分類指導和全面推進，機械制造工藝并不是所有環節都適合節能設計，設計人員要搞清楚重點，先搞定簡單的環節，然后再研究復雜的環節，分類開展;堅持全員參與，鼓勵所有員工都參與進去，發揮全部員工的力量。

3.2 節能發動機的選擇

因為機械設備基本都需要發動機作為動力，所以發動機運轉對于能源的消耗是大頭，選擇好節能發動機，可以直接減少對能源的消耗。而節能發動機的科學選擇，需要結合實際使用需求，通過對機械制造過程和工藝的信息收集，分析實際的運行場景和消耗情況，然后以此為基礎，再參考機械制造的產品類型和要求，進行合理選擇。比如當前大部分機械制造企業選擇的發動機是水冷增壓柴油機，這種發動機的能耗低、效率高，而且排放量也少，可以有效控制能耗，減少廢氣的排放，能夠更好的滿足節能減排需求。在進行發動機選擇的時候，需要考慮節能減排的要求，要求遵循國家公布的標準，以此為基礎進行合理科學選擇。考慮節能目標，進行設計前要先詳細了解發動機運行時的原理，科學把控各類原材料的使用，然后再保證生產產品一定的基礎上，收集殘余的熱量，進行再利用，以提高整體的能源利用率，并最終實現節能減耗的目的。

3.3 系統防滲設計方案

在機械制造過程中，生產環節的滲漏問題是導致生產工藝能耗較多的因素之一，所以設計系統防滲方案，減少生產環節的滲漏情況，對于提升節能水平有積極意義。在防滲漏設計環節，設計人員要詳細分析液壓系統的運行情況，從傳統系統出發，科學控制液壓油的體量，確保液壓油其穩定性，進而保證其作用的發揮。在這個環節，實施封閉式操作，避免外界環境帶來的影響，比如減少灰塵的進入和蓄積，而灰塵少了，設備各個組件之間的摩擦力也會減小，從而降低設備運行時的負荷量，保持良好運行;此外，設計人員也可以選擇和更換液壓系統的組件材質，選擇強度高、韌性好、耐磨性好、環保以及節能的材料，延長使用壽命，減少液壓油的更換速度，實現節能降耗。

3.4 結構一體化的實現

設計人員在應用節能設計理念的過程中，還應開展機械制造與自動化結構一體化設置。這樣做的目標主要是減少實際結構的復雜程度上，降低冗余性，從而減少能源的消耗。在信息技術飛速發展的現在，利用無線網絡、遠程控制系統等，可以為實現這個目標提供強力的技術支持。目前一些簡單的機械設備已經實現結構一體化，并可以實現自動化控制，這大大減輕了對人力和資源的消耗。同時設計人員還應當做好各個組件的優化工作，實現組件之間的協同性，減少組件之間的摩擦，從而減少能源的使用。比如有研究人員專門對余熱鍋爐管屏吊掛裝置進行節能設計，優化了該結構的構造，節約了成本，并減少了能耗。這個裝置的適用面比較廣泛，所以進行節能設計有積極意義。

4 結語

機械制造與自動化產業是重要的產業領域，對于很多行業的發展存在不可替代的作用。新時期，信息技術的普遍應用，使得該產業的智能化水平進一步提升，給多個行業的發展帶來便利。但其在發展過程中也存在些不足，比如對于能源的消耗體量巨大，生產成本也高。考慮因為常年能源消耗性的發展，當前面對資源緊缺以及環境污染嚴重的問題，需要考慮將節能設計理念融入機械制造與自動化的技能屬性，實現生產環節的節能降耗，逐漸滿足現階段制造業提出的節能要求。

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