機械制造與自動化設計中的節能設計理念

呂一涵

（武漢理工大學 湖北省武漢市 430010）

我國進入21世紀后，人類對居住環境的需求越來越大，環保節能的理念慢慢的被大眾所接受，國家對環保節能也在大力的提倡和支持。但是隨著全球大環境的污染造成能源浪費，我國還存在資源利用效率低以及能源浪費等情況，這并不符合當前倡導的節能環保理念。所以對自動化以及機械制造的節能設計進行研究有著重要的意義[1]。在實際生產制造中，機械與自動化設計相輔相成，在機械制造過程中引入一些有利于節約能源的新型技術對制造業持續發展是很有必要的，所以在實際的制造過程中運用節能新技術可以有效的保護好環境。同時也可以顯示出大國經濟發展增長速度和國民制造業的整體發展水平。本文通過分析探討希望能夠提出一些實際運用可行性的建議思路，也是為我國在節約能源和環境保護上進一點綿薄之力。

1 機械制造及自動化目前的發展狀況和優勢

1.1 我國目前的發展現狀

在中國的工業公司中，機械工程一直扮演著重要的角色，并且仍然是中國國民經濟發展的最重要支柱之一[2]。在我國的制造業中機械制造發展以來，以幾何倍數的增長速度增長同時已經成為我國重工業中不可或缺的一部分。在現代化的制造業中已經大大減少了人力資源，對物力耗損也在逐步遞減，隨著近些年來計算機行業的迅猛發展，通過計算機的集成技術成功的應用到機械制造業中去，使得機械制造與自動化可以產生有效的連接作用，隨著自動化技術的普及，保障了機械制造的安全施工過程并有效的提高的工作效率，在推進機械制造業整體發展的過程中，高效率變成了一個代表性的描述。雖然發展速度迅猛而且還能起到帶動效果作用，不過我們必須引起高度注意的是我國的整體制造和自動化水平依然還停留在初級階段，還是要從全方位去發展。由于我國的制造業起步相對較晚有大部分技術還沒有非常的成熟，相比較于西方發達國家還有著很大一部分的差距。我們很難在能產出更高品質的產品，而今我國要跟隨世界的更新步伐不停的要加大生產規模就必須要保證產品的質量達標，我們要在技術上去學習追趕，積極的學習國外的先進科學技術并運用到國內的工業化機械制造中去，雖然目前的技術還處于落后，生產出的產品品質沒有達到應有的標準，所以我們需要嚴格認真的去保證產品品質。在我們日常的機械制造生產中往往也需要消耗非常多的資源，是完全不符合如今全球節約環保的倡導，為了更好的推動工業發展可以持續性的策略國家也相繼的出臺了一些節約資源和環境保護的相關政策來幫助落實節能減排。如今在我國還是存在大量的工廠，他們在整個工業機械生產過程中會產生大量的工業垃圾，亂排放沒有合理的規劃安置，造成了周邊環境的二次污染，他們從始至終都沒有很好的貫徹落實節能環保的理念，覺得事不關己，再加上我們工業的起步本來就落后于西方發達國家，所以各個方面的技術都完全落后，很難高效高質量的完成制造生產。這就是我國在現階段中機械制造和自動化的現狀，值得我們欣慰的是我們看到了進步，但更值得我們關注的是我們也從中意識到不足，從而在技術層面上我們還有很大的發展空間。

1.2 自動化的優勢

機械制造及自動化的運用存在著較多的優勢，首先優于傳統的制造理念，這種新的理念在保護環境方面得到了確切的實施，同時實現對資源的節約，這種新的理念體現在機械制造及自動化的每一個環節[3]。

其自動化優勢主要體現了以下特點：

（1）產能高，現在的制造流程都是采用高精度化機械設備，全部由機械自動化流水線生產，高效快捷的同時還大大減少了人為操作不當帶來的失誤，在上線生產過程里，由控制操作人員進行啟動設備，設備會根據系統識別開始設定好的程序進行操作，這種模式優勢在于產能很高并且有效率還能提高工作質量。

（2）安全，在整個設備組成中都配置了安全防護系統，自動檢查程序等功能，如果遇到狀況或者事故，系統會自動啟動防護安全措施來最大化的避免造成人員的傷亡，從而大大提高了生產中的安全，同時自動化設備組成一般都是電子元件，對比傳統的機械設備優勢明顯，它完全沒有機械設備在運作中會消耗機械磨損，從而能提高使用壽命。

（3）工作形式轉變，隨著工廠內自動化程序的普及，對員工的能力需求也發生了轉變，之前大家都是從事大量的體力勞動，而現在需要大量的腦力勞動，對勞動者的知識學習能力要求逐漸變高，慢慢的將勞動者變成技術專業型，徹底改變了制造形式也是新時代工業發展走向現代化的一個重要趨勢。

（4）能源損耗少，隨著時代的發展，高級計算機技術的水平上升了一個高度，從而使機械制造業中的自動化設計達到了更高的水平[4]，自動化大大優化了能源利用率。

（5）應用廣泛，在產品生產中運用的自動化技術，不僅僅可以運用到機械制造中去，同樣還可以廣泛的運用到農業、建筑業等領域中去。最近幾年中我國在機械節能設計上重點投入研究，在這樣的大環境之下，逐漸在機械制造及其自動化的設計過程中引入節能設計理念，從而實現兩者之間的完美融合，使資源能得到科學、合理、高效的利用[5]。

2 機械制造與自動化設計中的節能設計理念要求

材料在機械制造的生產成本中占有重要比重，所以在機械材料選擇中，要注意選擇易拆裝，能夠方便回收的材料，同時也要無毒和無污染，提高廢舊材料的利用率，實現節能理念[6]。對材料的使用壽命、能耗和重量等進行綜合性評估,三者之間存在內在聯系，通過對重量進行合理控制，在不影響機械設備使用的前提下，能夠實現對能耗的控制[7]。機械制造運行過程中，制作流程是否合理非常的重要，一個合理地制作流程可以有效提升產品質量并且能降低能耗，設計參數時可以盡量達到低能耗。設計工藝時，可以更多偏向節能理念，總之在制作工藝設計中應該遵循節能設計理念并應有到每一個加工環節中去。我們還可以適當的延遲機械產品的使用，這樣可以有效減少機械產量，同時也可以降低機械報廢量。很大程度的去降低了原材料的損耗從而達到產品的節能性。我們還可以選擇一些輕質高強度的機械設備來減少運轉材料產生的負荷，同時進行合理的機械模塊化的設計來提升運轉部件的通用性，提高效率來達到節能效果。

3 自動化應用節能設計理念的對策思考

3.1 機械設計達到優化

在現階段的機械制造過程中，往往會特別重視機械的效率和節能這兩方面的共同提升，而機械設計的優化能夠更加直接的反應出節能設計理念[8]。我們應該選擇發動機為低公害的，工程機械中發動機就好比心臟，它是工程機械動力輸出的核心，同時對環境也有一定的要求。為此，在設計中必須選用環保性好的發動機，這樣可以有效降低噪音污染，在能有效降低能源消耗量的前提下來提升機械系統程序運轉中的加工效率，有效減少機械運行過程中對環境污染破壞。我們還可以對液壓系統進行部分改進，其目的是保障液壓系統能長久的維持清潔性，設計人員根據實際情況嚴格甄選油料，并且對油液中所含有的微塵雜質進行徹底的清除，從根本上保障液壓系統的持久清潔，選擇將換油時間進行適當的延長，從而達到減少液壓系統發生故障的幾率，確保液壓系統產生的污染得到有效的控制。在此之外，對液壓管進行改進時還可以選擇預防造成腐蝕老化的優良管路，可以試著選用硬管路，來減少軟管的廢氣排量，規避管道破裂形成的污染問題。改進設計駕駛室，可以有效增強駕駛室內的安全和環保，設計時，選擇可以有效遮擋輻射和紫外線的密封式玻璃，冷暖空調必須是無氟的，根據人體設計的原理加入一些多元色彩，以有利于保障司機的切身安全性，從而提升工作效率。最后對自動加脂裝置進行增加，以前在機械制造過程中主要是通過手動去注入潤滑脂，對這種老式的方法不但時間和精力耗費量巨大，而且在加入過程中油液會流出，與空氣作用產生大量污染。所以要對其應設定自動化加脂裝置，例如，可以對潤滑系統設計成集中定時模式，到了系統設定時間就可以自動加注黃油，這樣不僅可以對黃油量進行有效的控制起來，還可以避免在充油的過程中產生油液溢出，不僅減少了浪費程度，而且還保護了環境。對于機械設計進行逐步優化,是落實節能設計理念的關鍵途徑,同時通過對駕駛室、液壓系統以及發動機等進行改良,達到有效的節能效果[9]。

3.2 選擇環保性能好的材料

在制造和自動化設計里我們有必要選擇可以再生并且能回收的環保材料，從而減少資源損耗量。挑選材料遵循9 字原則：能回收、易分解、可再生，排放過程中盡量做到減少有毒氣體排出，對環境污染減少。同時在對零件結構的設計可以遵循容易分配原則，拒絕使用含有毒性的材料，提升環保材料的再利用率。在制造自動化設計過程里應該遵循低能耗、輕重量等原則，對產品的有效使用壽命可以適當的延長，已達到機械設備廢舊率減少，有效減少報廢降低污染。另外，減少機械產品使用中的能量損耗也可以避免環境污染問題，所以機械制造公司在開始設計的時候就應該考慮到低能耗，最后，在自動化設計過程中應該對報廢零件所產生的后期污染處理成本做一個全面統計。很多制造企業在設計過程中往往沒有考慮報廢材料的如何處理的問題，導致擴大了對環境污染的程度。

3.3 工藝流程的優化

設計過程中應該根據實際情況，結合外在的環境氛圍而確定加工工藝。對于單個零件加工必須考慮設備之間的匹配程度，例如在鍛壓零件時可以根據實際來匹配工藝，由于熱鍛壓工藝沒有很好的資源利用率，而冷鍛壓工藝污染性高，所以綜合一下，可以試著采用溫鍛壓工藝方式。對現有機械結構優化，降低制造過程中的能源量損耗，設計人員可以不做單個零件，使用較為容易的運行結構。設計人員還可以對零件進行簡化，優化數量，提升機械整體性能。在制造自動化節能設計中，設計員可以針對加工工序進行優化，不斷更新方法，實現節能目標。

4 結束語

中國現階段已經進入了世界機械制造強國的大門，機械制造自動化成為代表國家技術領先的一個重要標志，我國在機械制造自動化技術上發展十分迅猛，制造規模體量和總產量持續攀升，同時機械制造與自動化也帶動其他行業的經濟發展，目前是我國主流發展行業，我們應該能意識到達到現在的發展，我們付出了很大的代價。現階段全球出現的能源危機問題一直沒有好的辦法去解決。所以發展節能技術勢在必行。