節(jié)能設計理念在機械制造及自動化應用中的滲透研究

羅昌裕

摘要：此文簡單介紹了機械制造關鍵技術與節(jié)能設計理念間的關系，詳細分析了節(jié)能設計理念應用措施。

關鍵詞：節(jié)能設計理念;機械制造;自動化應用;研究

隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，機械制造行業(yè)在生產(chǎn)能力和自動化應用方面也有了明顯的進步，有力地推動了國民經(jīng)濟建設。與此同時，機械制造行業(yè)作為傳統(tǒng)的高能耗型行業(yè)，其在生產(chǎn)制造以及自動化應用的過程中會消耗大量的能源。因此必須從機械制造的設計環(huán)節(jié)入手，從而實現(xiàn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉型升級，促進機械制造行業(yè)的綠色發(fā)展。

一、機械制造關鍵技術與節(jié)能設計理念的聯(lián)系

（一）自動控制技術

自動控制技術在現(xiàn)代機械制造領域的應用價值不僅在于豐富產(chǎn)品功能和提升其運行效率，而是成為優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程、節(jié)約驅動生產(chǎn)設備以及輔助設備運行動能的關鍵。因此，自動控制技術的合理運用對機械制造企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能目標有極其重要的意義，也決定了產(chǎn)品生產(chǎn)活動中的能耗水平。首先，自動化技術使機械設備的運行過程可以基于編程精準控制，根據(jù)產(chǎn)品加工需要自動化調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，提升生產(chǎn)質(zhì)量，并在沒有人為干預的情況下完成所有加工流程。其次，自動化控制技術賦予了機械設備乃至生產(chǎn)線自動化運行的功能，集成化的控制以及生產(chǎn)管理系統(tǒng)能準確調(diào)節(jié)所有機電設備的運行工況，自行檢測負荷變化并做出最優(yōu)化決策，從而降低單位產(chǎn)能下的總體能耗[1]。

（二）機械制造原材料的研發(fā)和應用

工業(yè)生產(chǎn)原材料的研發(fā)對資源環(huán)境保護具有多重意義，而機械制造所用材料不僅涉及自然資源的優(yōu)化利用，還會通過設備的性能改進、影響下游產(chǎn)業(yè)鏈的工藝創(chuàng)新達到節(jié)能目的。首先，機械制造行業(yè)生產(chǎn)使用的金屬及非金屬材料直接影響設備的性能。例如，傳動部件的材料決定了設備運行工況的穩(wěn)定性和能量損耗大小，而具有優(yōu)良工藝性能以及力學、物理學性能的材料則有助于降低摩擦力、提升設備使用壽命，從而減少設備運行過程中的能量損耗并提升其產(chǎn)能。其次，基于可循環(huán)利用或者低能耗水平新材料的利用也能有效降低機械制造以及設備使用領域的能耗[2]。

（三）信息技術在機械制造中的應用

無線通信以及人工智能等現(xiàn)代信息技術的快速演進和應用改變了所有領域的生產(chǎn)和管理理念，在優(yōu)化資源配置以及動態(tài)控制生產(chǎn)過程、實時優(yōu)化各類組織計劃方面體現(xiàn)出空前的優(yōu)勢。首先，基于信息技術可以優(yōu)化機械制造業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)過程，運用計算機軟件進行零部件的受力分析、模擬設備零件加工以及組裝過程，既可以簡化產(chǎn)品的設計流程并且壓縮其研發(fā)周期，還可以免去試生產(chǎn)以及反復評估和調(diào)試的過程，節(jié)省生產(chǎn)材料、能源以及優(yōu)化企業(yè)的資源配置。其次，在互聯(lián)網(wǎng)、無線通信以及自動控制等技術聯(lián)合應用的背景下，能對機械制造過程進行動態(tài)的監(jiān)測并實現(xiàn)過程控制，讓原材料供應、半成品質(zhì)量檢測以及工藝參數(shù)調(diào)節(jié)等環(huán)節(jié)全部自動化完成。而在此基礎上，不僅機電設備的有功功率可以始終保持最優(yōu)化，減少中間環(huán)節(jié)的人力資源需求，還可以基于動態(tài)的智能化控制減少生產(chǎn)原料的耗費[3]。

二、節(jié)能設計理念應用策略

（一）產(chǎn)品結構設計與功能優(yōu)化

作為生產(chǎn)領域能量轉換的核心，機械設備的構造形式?jīng)Q定了能源的利用率，也對資源的合理利用產(chǎn)生了深遠影響。因此，節(jié)能設計理念應用必須從優(yōu)化機械設備的構造和功能入手，基于降低設備能耗以及提高資源利用率的視角審視設計方案的合理性。首先，鑒于電機等動力設備完成能量轉化并驅動機械設備運行，因此，應根據(jù)設備的功能設計構想以及應用場景特點確定電機或燃油發(fā)動機的類型以及優(yōu)化其額定參數(shù)的選擇。其次，在設備傳動、自動控制等系統(tǒng)的設計過程中，應首選能量損耗小、可靠性高的技術方案。

（二）機械設備的加工工藝

在結構日漸復雜和精密的機械設備生產(chǎn)工藝流程中，能源以及生產(chǎn)資源的消耗形式也多種多樣，除了成功轉化為產(chǎn)品加工動能和被加工成設備零部件的部分，其他能量和材料等資源以多種形態(tài)、通過多個生產(chǎn)環(huán)節(jié)和渠道被耗費和排放到環(huán)境中，包括直接的熱量散失、振動等機械能損耗以及廢棄物等。所以，基于節(jié)能設計理念、運用自動化技術優(yōu)化機械制造領域的加工工藝，能有效控制能量和資源的損耗。首先，運用當前廣為應用的數(shù)控加工技術能精確控制零部件加工過程中的溫度、切削量等參數(shù)，從而基于對設備自身工況的精確控制達到節(jié)能目標，并且可以簡化工藝流程并減少設備生產(chǎn)過程的能耗，節(jié)約零部件的加工材料。其次，基于技術創(chuàng)新改進生產(chǎn)過程中的冷卻、表面處理等工藝，可以直接減少熱能損失并改進設備性能，提高零部件的耐久性與可靠性[4]。

（三）新材料的研發(fā)與使用

材料性能對機械設備的節(jié)能效果有決定性影響，因此，著重研發(fā)與應用各類功能性材料并提升可循環(huán)利用材料的比例，都是體現(xiàn)節(jié)能設計理念很好的方式。基于對力學等性能突出的功能性材料的利用，可以滿足設備使用功能要求的前提下縮小零部件的體積，減少其材料用量的同時，提高設備運行的可靠性。例如，在軸承、密封件等關鍵零配件的加工和選用方面使用具有卓越的耐磨、耐腐蝕等性能的新興材料，可以達到節(jié)能和改進設備使用性能的目的。而在機械制造中優(yōu)先選用綠色制造工藝生產(chǎn)的材料，則可以推動產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)化，并在更廣闊的范圍內(nèi)產(chǎn)生積極的節(jié)能作用[5]。

三、結語

綜上所述，機械設備幾乎參與社會能源使用過程中的所有能量轉換，所以在機械設備的制造與應用環(huán)節(jié)踐行節(jié)能設計理念，必然對能源的轉換率產(chǎn)生重要影響，而且能推動各個生產(chǎn)領域的產(chǎn)品加工工藝改進、功能性材料研發(fā)以及運營管理理念的創(chuàng)新，實現(xiàn)綠色制造的目標。

參考文獻：

[1]連俊茂，陳正堂.節(jié)能設計理念在機械制造自動化中的研究[J].科學技術創(chuàng)新，2018（36）：188-189.

[2]李永鋒.節(jié)能設計理念在機械制造與自動化中的應用分析[J].南方農(nóng)機，2018，49（21）：175+177.

[3]蔡漢明，張鎮(zhèn).淺析節(jié)能設計理念在機械制造與自動化中的應用[J].南方農(nóng)機，2018，49（19）：156.

[4]李宏業(yè)，李瑞鵬，唐建勇.節(jié)能設計理念在機械制造與自動化中的有效應用[J].黑龍江科學，2018，9（18）：54-55.

[5]申永紅.論述機械設計制造與自動化中節(jié)能設計理念的應用[J].科技風，2018（19）：155.