淺談機(jī)械加工制造過程中的能耗優(yōu)化方法

胡金鑫

摘 要：機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展直接影響我國的經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展。制造業(yè)的生產(chǎn)過程就是將資源進(jìn)行轉(zhuǎn)化，在這一過程中往往會產(chǎn)生較高的能耗，針對我國現(xiàn)階段資源緊缺的情況，在機(jī)械加工制造的過程中進(jìn)行能耗的優(yōu)化就是機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的主要方向。該文主要研究了如何在機(jī)械制造過程中實(shí)現(xiàn)能耗優(yōu)化，節(jié)約能源，并結(jié)合實(shí)際情況，提出幾點(diǎn)能耗優(yōu)化的措施，以供參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工；制造過程；能耗優(yōu)化

中圖分類號：TH16 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

能量問題一直是國際研究的重點(diǎn)問題，對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著直接影響，在現(xiàn)今國際能源價(jià)格變動的環(huán)境下，能源市場的競爭愈發(fā)激烈。同時(shí)，隨著環(huán)境問題越來越嚴(yán)重，全球都重視節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境。而機(jī)械加工制造的過程就是將資源轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品或服務(wù)的過程，其中包括各種動力機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械和起重運(yùn)輸機(jī)械等。在機(jī)械加工制造過程中能源消耗十分嚴(yán)重，所以必須在機(jī)械加工過程中實(shí)施能耗優(yōu)化，改變機(jī)械加工制造高消耗高污染的弊端，減小能源的損耗和浪費(fèi)，對機(jī)械加工技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化和改善，實(shí)現(xiàn)綠色加工生產(chǎn)，構(gòu)建綠色生態(tài)文明。

1 機(jī)械加工制造過程能耗優(yōu)化的必要性

我國機(jī)械制造業(yè)的主要發(fā)展方向是節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境，盡可能地實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和自然環(huán)境和諧共存的目標(biāo)，因此，機(jī)械加工制造過程的必要性主要有以下3點(diǎn)。

第一，環(huán)境污染小。機(jī)械加工制造過程的能耗優(yōu)化相對于傳統(tǒng)的加工制造過程來說更加合理。在該過程中，從全面采用綠色環(huán)保加工技術(shù)，能夠在很大程度上提高能源的利用效率，并且能夠降低加工制造過程中的污染物排放，對機(jī)械廢物進(jìn)行合理科學(xué)的處理，全面降低機(jī)械加工制造過程中造成的環(huán)境污染。

第二，能源利用率高。我國機(jī)械加工的發(fā)展方向是精密化和集約化。對機(jī)械將制造過程進(jìn)行優(yōu)化和改善，不但能夠降低能耗，減少環(huán)境污染，還能夠提高能源的利用率，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用。結(jié)合我國能源的實(shí)際利用情況，仍存在著較多因資源配置而引起的能源浪費(fèi)現(xiàn)象，使能源的真正價(jià)值無法正常發(fā)揮，造成嚴(yán)重的浪費(fèi)，還在無形之中提升了機(jī)械加工制造的成本。所以優(yōu)化機(jī)械加工制造過程，能夠幫助實(shí)現(xiàn)一體化、智能化的發(fā)展，彰顯“循環(huán)”經(jīng)濟(jì)。

第三，生產(chǎn)收益高。傳統(tǒng)的機(jī)械加工制造過程在資源的使用上，會造成嚴(yán)重的損耗，并且資源得不到高效的利用，無法體現(xiàn)資源的真正使用價(jià)值。象在一些加工制造的過程中，因?qū)Y源使用無法進(jìn)行準(zhǔn)確地衡量，就會在一定程度上造成能源的大量損耗，無形增加加工制造的成本。所以，對機(jī)械加工制造過程進(jìn)行優(yōu)化，能夠有效地降低成本，提高制造企業(yè)的生產(chǎn)收益和經(jīng)濟(jì)收益。

2 機(jī)床設(shè)備資源的狀態(tài)建模和量化評估

2.1 機(jī)床設(shè)備資源的狀態(tài)建模

在該文中，參與機(jī)械加工制造的資源具體指在一個完整生產(chǎn)周期中的物理元素，針對資源的合作層次和應(yīng)用權(quán)限能夠分為生產(chǎn)單元層、設(shè)備層和車間層。在一般情況下，機(jī)械加工制造的主要過程都是在機(jī)床上進(jìn)行的，所以該文主要針對機(jī)床設(shè)備的能耗情況進(jìn)行研究。

2.2 狀態(tài)的量化評估

機(jī)床設(shè)備資源狀態(tài)的量化評估主要是對加工制造時(shí)的資源配置進(jìn)行約束，保證資源決策的科學(xué)性，從而提高機(jī)械加工制造工藝的可執(zhí)行性。通過對加工制造資源的建模進(jìn)行分析，能夠發(fā)現(xiàn)，不同的使用目的，機(jī)床設(shè)備表現(xiàn)出的相應(yīng)信息也大不相同。

3 機(jī)械加工制造過程能耗的定量分析

在對機(jī)械加工制造過程進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，對能耗的定量計(jì)算以及分析是實(shí)施優(yōu)化的基礎(chǔ)。機(jī)床設(shè)備是最主要的耗能資源，針對機(jī)床的耗能計(jì)算和分析通常情況下都是在時(shí)間維度上進(jìn)行，通過是否參與加工任務(wù)進(jìn)行區(qū)分，能夠分成非加工時(shí)間能耗和加工時(shí)間能耗。其中加工時(shí)間能耗是指設(shè)備在初始加工直至加工結(jié)束這段時(shí)間產(chǎn)生的能耗。并且在這一整體過程中，一旦機(jī)床設(shè)備沒有關(guān)機(jī)，無論是否進(jìn)行加工操作，都會產(chǎn)生相應(yīng)的能耗。傳統(tǒng)的能耗優(yōu)化過程主要是對單臺設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化的方向是則是對機(jī)床設(shè)備的非加工時(shí)間的機(jī)床設(shè)備待機(jī)能耗優(yōu)化。

4 機(jī)械加工制造過程能耗計(jì)算模型

4.1 計(jì)算模型假設(shè)

上述我們對機(jī)械加工制造過程的能耗的定量分析進(jìn)行了探討，以此進(jìn)行計(jì)算模型的假設(shè)。首先，從加工時(shí)間的定義來看，在機(jī)床加工的過程中，除了在機(jī)床加工上的輔助時(shí)間，還有加工進(jìn)行時(shí)的工藝過程時(shí)間。并且在輔助時(shí)間內(nèi)，機(jī)床處于待機(jī)狀態(tài)，則可以只針對實(shí)踐信息進(jìn)行計(jì)算。其次，從能耗和功率的關(guān)系來看，能耗可以認(rèn)為是功率在時(shí)間上形成的積累情況，功率大，但是加工時(shí)間持續(xù)較短，相應(yīng)的能耗值也會較小；功率大，加工時(shí)間持續(xù)較短，相應(yīng)的能耗值也會較大。由此，在對能耗進(jìn)行分析計(jì)算的過程中，可以將計(jì)算模型建立在加工工藝環(huán)節(jié)中子過程時(shí)間段的基礎(chǔ)上。將此計(jì)算模型同機(jī)械加工環(huán)節(jié)的功率曲線進(jìn)行對比分析，可以看出機(jī)械加工操作處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，可以稱其為活動。并且在工藝過程的功率曲線中，相應(yīng)的峰值也屬于瞬態(tài)。所以在功率曲線中，活動和活動轉(zhuǎn)移的功率均可以被認(rèn)為是機(jī)床加工過程中，不同產(chǎn)品能耗在不同運(yùn)動情況下的功率組合。

4.2 假設(shè)分析

對上述計(jì)算模型假設(shè)進(jìn)行分析，通過預(yù)測值和實(shí)際值的對比，能夠看出機(jī)床加工工序時(shí)產(chǎn)生的能耗是整個機(jī)械加工制造過程中產(chǎn)生能耗的主體。想要徹底實(shí)現(xiàn)計(jì)算模型的設(shè)計(jì)，除了上述提到的條件，還要進(jìn)行相應(yīng)的幾點(diǎn)假設(shè)：

假設(shè)一，在計(jì)算模型中，獨(dú)立機(jī)床之間完全獨(dú)立，并且每個機(jī)床在相同的加工時(shí)間內(nèi)只能完成一道工序；

假設(shè)二，在進(jìn)行加工任務(wù)進(jìn)行的過程中，相應(yīng)的所有工序只能由同一臺機(jī)床設(shè)備進(jìn)行完成。一旦加工工藝開始進(jìn)行，不能中途中斷；

假設(shè)三，機(jī)械加工的時(shí)間構(gòu)成只包括輔助時(shí)間和工藝時(shí)間2個部分，并且加工和工藝工序進(jìn)行不產(chǎn)生聯(lián)系；

假設(shè)四，在機(jī)床進(jìn)行機(jī)械加工的過程中，不存在生產(chǎn)環(huán)節(jié)的故障情況。

5 機(jī)械加工制造過程能耗優(yōu)化措施

5.1 合理使用工裝

在機(jī)械加工制造的過程中，加工方式多種多樣。在對一些細(xì)節(jié)加工較難操作的零件制造過程中，會采用制作工裝的方式幫助進(jìn)行加工生產(chǎn)，從而提升加工制造工作的效率。針對這一情況，工裝的使用必須合理。首先，確保工裝數(shù)量合理。在機(jī)床的加工制造過程中，一些工廠會采購大量的工裝讓操作人員進(jìn)行使用，幫助進(jìn)行機(jī)械加工，但是這就會造成工裝數(shù)量和操作人員數(shù)量的不匹配，引起浪費(fèi)。所以要確保工裝數(shù)量的合理。其次，對工裝進(jìn)行新工藝路線的研發(fā)設(shè)計(jì)。在未來的發(fā)展中，機(jī)械加工必然會越來越復(fù)雜，這時(shí)進(jìn)行新工藝工裝的設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。新工裝的開發(fā)是在原有工裝工藝上進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化改善，從而提升作業(yè)效率，進(jìn)一步減少能耗。

5.2 對工藝路線進(jìn)行合理的調(diào)整

在工人進(jìn)行機(jī)械加工制造的過程中，都是依照企業(yè)制定的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，其中工藝路線和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)都是固定的，但是這些工藝路線都是較為傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，沒有進(jìn)行相應(yīng)的創(chuàng)新和改良，不能充分滿足現(xiàn)今社會對機(jī)械加工的需求。針對現(xiàn)階段機(jī)械加工制造的發(fā)展而言，越來越多的機(jī)械加工技術(shù)和設(shè)備進(jìn)入人們的視野，想要實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工制造業(yè)的持續(xù)發(fā)展，必須要對傳統(tǒng)的工藝路線進(jìn)行合理的調(diào)整。首先，可以在制造生產(chǎn)的過程中，盡可能地使用新式技術(shù)和工藝，幫助進(jìn)行加工制造；其次，采用最新的數(shù)控機(jī)床等設(shè)備，提升硬件基礎(chǔ)水平；最后在實(shí)際的加工制造過程中，使用的工藝路線盡可能簡單便捷。在機(jī)械加工制造中實(shí)現(xiàn)上述幾點(diǎn)操作，能夠在很大程度上減少能耗，節(jié)約資源，提升作業(yè)效率。

5.3 采用批量流水線的方式進(jìn)行加工生產(chǎn)

在機(jī)械加工制造生產(chǎn)中，一些零件或者小型部件的加工生產(chǎn)過程是單件進(jìn)行的，或者是由小型生產(chǎn)商進(jìn)行制造。這種情況，就會造成機(jī)械加工制造的效率得不到提高。采用批量流水線的生產(chǎn)方式在相同的時(shí)間內(nèi)，會有更高的生產(chǎn)效率以及更高的經(jīng)濟(jì)收益。因此在進(jìn)行生產(chǎn)制作的準(zhǔn)備階段，可以先對制造的機(jī)械零件進(jìn)行適用性分析，將之前的單件生產(chǎn)方式，改為批量流水線生產(chǎn)方式，最后再進(jìn)行零件的組裝操作。通過這種方式提高生產(chǎn)效率，減少生產(chǎn)資源成本，降低能耗。

6 結(jié)語

綜上所述，優(yōu)化機(jī)械加工制造過程十分重要，尤其是在現(xiàn)今環(huán)境污染嚴(yán)重，資源損耗巨大的背景下，此優(yōu)化方法更具有獨(dú)特的現(xiàn)實(shí)意義。該文介紹了優(yōu)化機(jī)械加工制造過程的必要性，并且對機(jī)械技工制造過程的能耗問題進(jìn)行定量分析和計(jì)算模型的假設(shè)，最后提出幾點(diǎn)具體的優(yōu)化措施，希望能推進(jìn)機(jī)械制造業(yè)朝著低能耗綠色的制造方向發(fā)展，真正解決現(xiàn)今機(jī)械制造的能耗問題。

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