機械制造及自動化中節能設計理念的應用研究

苗秋玲 張黎燕

（河南機電職業學院，鄭州 451191）

工業現代化進程一方面促進了社會經濟發展，另一方面也引發了環境問題。在全球環境嚴重惡化的背景下，能源消費負擔加重和能源有限矛盾不斷激化。隨著人們對環保問題越來越重視，高耗能的機械制造和自動化行業必須嘗試以多種策略來降低能耗，才能促進企業自身的長遠發展。從實踐來看，雖然我國非常重視環境保護，但是節能設計理念對各行業日常工作和經營的滲透并不理想，能源消耗過多仍是一個非常重要的問題。

1 機械制造及自動化發展現狀

企業的機械制造和自動化水平直接關系著制造業的發展。隨著我國機械制造和自動化相關行業的發展速度逐漸加快，自動化技術在我國工業制造領域中的重要性也在不斷提升[1]。隨著計算機技術的應用范圍不斷擴大，機械制造自動化水平也在不斷提升。這不但推動了機械制造業的健康發展，而且促進了我國經濟的快速發展。由于我國機械制造的發展時間比較短，很多技術還不完善，且運行中存在很多的不足，與發達國家相比還有很多要提升的地方。另外，因為我國現在的技術水平較低，難以提升機械制造產品的質量，所以相關人員需要不斷學習發達國家機械制造自動化方面先進理念，結合國內的實際情況進行創新和發展，以提高制造業的產品質量[2]。

2 機械制造與自動化的基本特征

2.1 更高的安全性

一方面，在傳統的機械制造行業中，大多數操作需要人工和個人控制來執行前線操作。然而，機械制造過程往往涉及更大的設備和更高的功率輸出，一旦發生錯誤，很可能對人員的生命安全造成嚴重威脅。另一方面，長期的人工操作會使人大腦疲勞，這樣造成誤操作的可能性更大，甚至會導致嚴重的安全事故。在機械制造和自動化行業，不僅人員參與少，而且大多數危險崗位不需要人員進行一線操作，僅依靠數據控制或自動化控制就能實現生產加工。另外，自動化的核心是信息技術，其加工過程往往更準確，出錯的概率更低，而且即使發生錯誤，檢測程序也能第一時間中斷運行。

2.2 更廣泛的應用

相對于傳統的機械制造行業，機械制造和自動化行業的技術更加成熟，可以承擔更多的工作內容。經過一段時間的發展，該行業不再只限于工業制造領域。產業的擴張不僅有效拓寬了機械制造和自動化行業自身的應用范圍，也為眾多具有精密特性和量產特性的產業發展提供了可靠的助力，從而構建了“互利共贏”的新格局[3]。

3 節能設計理念的特點

3.1 環保、低污染

我國經濟的快速增長帶來了大量的能源消耗，使節能環保成為發展過程中最熱門的話題。目前，節能設計理念已逐步應用于各行業，環保、低污染甚至無污染，已成為了設計制造的重要目標。在設計理念中融入節能環保理念，能夠在應用一些先進技術手段控制能耗的同時，提高所有機械的效率，是機械工業和自動化的發展方向。例如：在快速發展的汽車制造業中，混合動力汽車的出現就是在發動機制造過程中引入環保理念，使得其產品能有效減少環境污染，減少尾氣排放，達到了環保、低污染的目標。

3.2 材料可循環使用

在機械制造和自動化控制中，環保材料的應用是關鍵。使用過程中，各種環保材料不僅保證了產品低排放和低能耗，而且由于材料的選擇更加靈活，還能夠保證各部件的彈性、塑性、硬度和抗沖擊性等指標符合要求。另外，設計過程中應盡量避免選擇熱交換過多的材料，注意材料的可回收和再利用。現階段，很多復合材料都可以不同程度地滿足設計需求，而且環保的機械零部件也在研發中。通過整合以上資源，可以設計出更加多樣化的產品。

4 機械制造和自動化中的節能設計理念

4.1 使用節能環保材料

因為制造業生產過程中需要大量的能源支撐，特別是該類行業中的機械制造，其能源需求更為重要，所以需要在機械制造和自動化生產的過程中貫穿節能設計理念，為制造業的可持續發展提供有利保障[3]。想要減少機械制造和自動化產生的能耗，一方面在選擇原材料時就需要使用節能環保的材料，通過深入貫徹節能環保理念，選擇能夠二次利用的環保材料。這樣不僅可以實現材料的循環利用，還可避免有毒有害材料的影響。另一方面，在對機械結構進行設計時，需要重視材料的分解和回收，以提升機械制造和自動化生產中材料的循環利用率，實現節約成本的目標，從而促進機械制造業經濟的健康發展。

4.2 系統設備節能設計

機械設計中最重要的環節是系統單元，因此在機械制造的細節中要融入節能理念，合理設計系統單元[4]。一方面，在選擇系統引擎的過程中，因為發動機的質量和性能在機械制造過程中對制造環境的影響非常大，所以節能設計理念需要選擇應用環保的發動機，將機器生產對環境的破壞和影響降到最低，同時在降低能耗的基礎上提高機械系統的加工效率。另一方面，在設計過程中還要優化液壓傳動系統的設計，應用科學的方法合理設計液壓傳動系統的結構和傳動方式，并選擇氣密性好、耐老化、耐腐蝕的輸油管道，以減少液壓元件的磨損，延長元件的使用壽命。

4.3 處理技術的節能技術選擇

在機械制造與自動化的節能設計中，需要用到很多的加工工藝。設計過程中需要結合機械制造和自動化節能設計的原則，針對不同的機械制造類型運用不一樣的加工工藝。正常情況下，能源的消耗會因加工工藝的不同而產生比較大的差異，因此需要在對比不同的加工工藝后，選擇節能性比較好的加工工藝，以保證加工工藝制造過程中的能源消耗較少。另外，在選擇節能處理技術時，可以按照以下4個步驟進行。

首先，科學選擇加工方法。以機械零件的機加工和鍛造工藝為例，該過程中的主要污染是冷鍛和壓制造成的，因為熱鍛在能量轉換方面并不理想，所以在實際加工工藝中可以采用溫鍛技術。其次，合理選擇工藝參數。加工過程中參數的科學選擇是實現機械制造節能的關鍵步驟，因此應針對不同的加工工藝選擇合理的工藝參數。再次，節能技術和工藝應選擇合適的冷卻工藝。從節能減排的角度來看，創新機械制造工藝的冷卻方式，可以減少對傳統冷卻液的依賴，進一步實現機械制造的低能耗和自動化節能設計。最后，注意合理安排加工制造工序。合理安排處理程序可以進一步達到科學統籌的效果，從而縮短處理時間，降低能耗。

4.4 在機械自動化中的具體運用方式

4.4.1 自動調整和自動控制

自動調整是現代智能機械中非常明顯的特點，主要是指設備在運行的過程中要調整相應的程序參數，以滿足實際的生產需求。在機械設備運行過程中，因為很多設備都不是一直處于固定的負荷水平，所以還需要結合實際的生產情況調整供氣和供油。在傳統的制造模式下，人工調整存在一定的不確定性，不能滿足機械設備的生產需求，因此需要使用更加精確的控制方式。自動化技術能夠符合現在機械設備精確性的需求變化，能夠實現智能控制工業燃氣鍋爐等設備。例如，通過傳感器收集的信息對供氣閥門進行調整，以滿足不同負荷下對供氣的要求，從而避免不必要的損失。自動控制是幾種技術的綜合，也可以將其理解為半無人操作和無人操作技術。將該技術應用于自動化機械設備時，實現設備的節能是節能設計理念的重要表現方式。

4.4.2 在汽車制造中的應用

以汽車制造為例，其安全性是影響汽車銷量的重要因素。人們更喜歡安全性高、能耗低的產品。因此，在工業生產中，駕駛室的設計要更加注重安全性和環保性，并在其中有效利用節能設計理念，從而為人們提供更加舒適合理的駕駛環境。此外，在汽車制造中，要按照輕量化、長壽命、低能耗的原則設計安全環保的駕駛室，并采用各種輕量化的環保復合材料，使汽車的安全指數更高。因為環保、低污染是節能設計理念的主要特點，而發動機質量又與環境污染有關，所以為了有效降低發動機對環境的影響，在設計機械系統時應選擇環保節能的設計理念，并選擇節能效果比較好的發動機。這樣不僅可以有效節約能源，還能減少發動機運行過程中產生的噪聲等污染。

4.4.3 在游樂設施中的應用

機械制造和娛樂自動化設備節能的重要方式是使用節能材料。對于娛樂機械設備而言，選擇環保、可重復使用的材料，不僅可以設計出更科學的游樂設備，還可以實現最佳的節能設計理念。隨著科學技術水平不斷提升，運用先進的科學技術可以更全面地分析游樂設施的結構以及游樂設備各部件的功率等參數信息，以便于通過這種方式優化結構選擇更合適的環保材料，從而設計出更安全、更合理、使用壽命更長、能耗更低的娛樂設備。

5 結語

我國機械制造業需要順應時代的發展，才能不斷提升信息化水平。在當前的機械設計和自動化創新中，需要以創新技術為重點，將信息技術與系統配置相結合，從而提升機械設備的性能，使其滿足綠色環保的要求。因為制造業和自動化技術在我國工業發展中占據了非常大的比重，所以需要在機械制造中有效落實節能理念，同時了解機械制造和自動化技術的發展趨勢，不斷優化設計和工藝，從而實現制造業的節能目標。