機(jī)械制造自動化中的節(jié)能設(shè)計問題研究

鄧健 章健紅

[摘? ? 要]機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)是我國重點發(fā)展的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，在提出制造強(qiáng)國的發(fā)展戰(zhàn)略中，機(jī)械制造占據(jù)重要地位。而信息時代的到來，智能控制技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等的應(yīng)用，使得該領(lǐng)域的自動化水平逐漸提升。但是過去進(jìn)行機(jī)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(yán)重的問題，對此，提出在機(jī)械制造與自動化過程中進(jìn)行節(jié)能設(shè)計的要求。本文主要分析當(dāng)前該領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，探討應(yīng)用節(jié)能設(shè)計的必要性，提出具體的應(yīng)用基本方法。

[關(guān)鍵詞]機(jī)械制造自動化;節(jié)能設(shè)計

[中圖分類號]TP29-A5;TH16 [文獻(xiàn)標(biāo)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(jī)械制造是我中國重要的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，而且產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度持續(xù)增長，尤其是我國提出“制造強(qiáng)國”的理念之后，制造業(yè)表現(xiàn)出突飛猛進(jìn)的發(fā)展趨勢。而因著科技的進(jìn)步，該領(lǐng)域的生產(chǎn)技術(shù)水平逐漸提升，給傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域造成一定沖擊。為了促進(jìn)行業(yè)的轉(zhuǎn)型，各個企業(yè)逐漸落實節(jié)能設(shè)計理念，在實際制造過程中落實節(jié)能設(shè)計，逐漸提升節(jié)能水平。面對新時期能源緊缺的發(fā)展形勢，很多產(chǎn)業(yè)都紛紛開始思考新的發(fā)展方向，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的消耗能源發(fā)展的方式，朝向節(jié)能降耗方向發(fā)展。而對于機(jī)械制造業(yè)來說，實現(xiàn)這個目標(biāo)需要在自動化建設(shè)過程中應(yīng)用節(jié)能設(shè)計理念，減少對能源的消耗，同時保證甚至提升生產(chǎn)效率和質(zhì)量。這對于國民經(jīng)濟(jì)的長遠(yuǎn)發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展有積極作用。

1 機(jī)械制造自動化發(fā)展現(xiàn)狀

過去五年，我國是國外很多國家的主要貿(mào)易伙伴，而隨著“一帶一路”和國家系列重點建設(shè)項目的開建，社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展對于機(jī)械設(shè)備的需求數(shù)量不斷增加，表現(xiàn)出新一輪的經(jīng)濟(jì)周期發(fā)展趨勢。而隨著信息化與機(jī)械制造業(yè)的深入融合，制造業(yè)出現(xiàn)以智能制造為主的發(fā)展趨勢，工業(yè)4.0正逐漸出現(xiàn)，也即信息化制造。但隨著時代的進(jìn)步，人力成本大幅提升，而新一代的勞動力就業(yè)意愿逐漸降低，這使得機(jī)械制造業(yè)面臨的競爭危機(jī)逐漸凸顯。所以實現(xiàn)機(jī)械制造業(yè)與信息化的融合，推動進(jìn)入工業(yè)4.0時代，保持住機(jī)械制造業(yè)的優(yōu)勢，是社會發(fā)展的必然趨勢。

統(tǒng)計當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展形勢，就2018年來講，整體行業(yè)市場規(guī)模達(dá)到29.44萬億元，相比前一年增長超過9.4 %;行業(yè)經(jīng)營規(guī)模達(dá)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(yè)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(yè)的發(fā)展整體比較疲軟。為此，機(jī)械制造業(yè)引進(jìn)現(xiàn)代化技術(shù)，可以支持進(jìn)行各類自動化操作，提高生產(chǎn)效率。總體來說，當(dāng)前的機(jī)械制造與自動化處于初步發(fā)展時期，體系還不完善，相比發(fā)達(dá)國家有挺大的差距。另外，機(jī)械制造與自動化還存在能耗較多，節(jié)能水平不足等問題，對于產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來一定阻礙。對此，在其發(fā)展過程中需要進(jìn)行節(jié)能設(shè)計，統(tǒng)籌全局降低能耗，控制生產(chǎn)成本，以促進(jìn)行業(yè)的健康發(fā)展。

2 機(jī)械制造自動化應(yīng)用節(jié)能設(shè)計的必要性

對這個問題的必要性進(jìn)行分析，其實就是分析在實際生產(chǎn)過程中，進(jìn)行節(jié)能設(shè)計的重要意義，有多個層面。

2.1 減少能源損耗

節(jié)能設(shè)計理念的應(yīng)用，主要的目標(biāo)就是節(jié)能，也就是減少能耗。節(jié)能設(shè)計理念的應(yīng)用，可以從整體制造環(huán)節(jié)入手，從多個方面實施節(jié)能技術(shù)，從而大幅提升產(chǎn)業(yè)的節(jié)能水平，有效降低能耗。比如說，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)使用各種環(huán)保材料，這可以讓人們收集各類可再生材料，然后分析機(jī)械制造與自動化生產(chǎn)流程，將其中的部分材料替換下來，或?qū)崿F(xiàn)重復(fù)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(xiàn)生產(chǎn)過程的持續(xù)化發(fā)展。尤其是當(dāng)前很多資源儲備有限，長期挖掘開采之后產(chǎn)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(chǎn)過程的節(jié)能水平，減少能耗，進(jìn)而降低設(shè)計、制造成本。這樣一來不僅可以節(jié)約能源的使用，而且可以實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的長期發(fā)展，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的升級創(chuàng)新。

2.2 延長使用壽命

這樣操作還可以延長使用的機(jī)械設(shè)備的使用壽命，減少故障的發(fā)生次數(shù)，進(jìn)而降低設(shè)備養(yǎng)護(hù)難度，節(jié)約養(yǎng)護(hù)成本。對于這個目標(biāo)的視線，需要技術(shù)人員從機(jī)械制造與自動化的過程入手，針對所有設(shè)備的使用壽命設(shè)定、通用性、兼容性、容錯率等指標(biāo)進(jìn)行分析，對其中的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，來制定出科學(xué)的節(jié)能設(shè)計方案，然后借助信息技術(shù)模擬方案的進(jìn)行，打造三維虛擬生產(chǎn)過程，分析其中存在的不足，進(jìn)行科學(xué)優(yōu)化。最終確保節(jié)能設(shè)計方案的可行性以及有效性，將之應(yīng)用在實際生產(chǎn)過程中，能夠減少機(jī)械報廢的數(shù)量，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)各類資源的減量應(yīng)用，縮減整體損耗量，實現(xiàn)節(jié)約能源的目標(biāo)。同時利用節(jié)能設(shè)計理念，將一些常見的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)融入到實際生產(chǎn)過程中，打造模塊化生產(chǎn)過程，然后在此基礎(chǔ)上，對不同模塊實施組裝，這樣可以提高生產(chǎn)效率，縮短制造、裝配周期，更好地實現(xiàn)整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的節(jié)能屬性。

2.3 優(yōu)化工藝流程

在生產(chǎn)過程中，工藝流程的優(yōu)化和改造也十分關(guān)鍵。將節(jié)能設(shè)計理念融入這個環(huán)節(jié)，可以促進(jìn)工藝流程的優(yōu)化。在具體實踐中，設(shè)計人員加強(qiáng)對生產(chǎn)方式、參數(shù)、數(shù)據(jù)等的全面分析，尋找其中薄弱環(huán)節(jié)或者能耗較多的環(huán)節(jié)，利用節(jié)能設(shè)計理念進(jìn)行優(yōu)化，比如可以精簡生產(chǎn)流程，或者引進(jìn)其他先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)等，達(dá)成節(jié)能的目標(biāo)，以此控制最終生產(chǎn)環(huán)節(jié)的消耗量，同時消耗降低也帶來生產(chǎn)成本的降低，擴(kuò)大了利潤空間。以鍛壓環(huán)節(jié)為例，可以引進(jìn)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(xiàn)對各類材料的有效處理，良好用于生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)。但是需要注意的是，在工藝流程環(huán)節(jié)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計，需要技術(shù)人員對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行必要的調(diào)整，分析生產(chǎn)過程情況以及具體參數(shù)情況，從整體進(jìn)行統(tǒng)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(shù)，建立三位虛擬模型，對各個方案進(jìn)行模擬操作，統(tǒng)計不同方案的性價比，然后選擇出最優(yōu)方案。

3 機(jī)械制造與自動化應(yīng)用節(jié)能設(shè)計基本方法

研發(fā)要從多個方面入手，建立起完善的節(jié)能設(shè)計方案，從而提升具體生產(chǎn)過程的節(jié)能水平。

3.1 節(jié)能設(shè)計的基本原則

在機(jī)械制造與自動化中發(fā)展節(jié)能設(shè)計理念，為了保證最終的節(jié)能效果，并保證生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和高效性，需要堅持一定的原則。設(shè)計人員需要再考慮這些原則的基礎(chǔ)上，從多個層面出發(fā)，對機(jī)械制造過程中的設(shè)備使用壽命、能耗控制以及重量進(jìn)行調(diào)控，以此來增強(qiáng)生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的節(jié)能屬性，從而有效控制能耗。按照相關(guān)規(guī)定，節(jié)能設(shè)計需要遵循的原則有多個方面，具體包括：堅持將節(jié)能作為轉(zhuǎn)變增長方式的重要內(nèi)容，未來建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的社會，就需要堅持節(jié)能降耗，將更多的能源用于更重要的領(lǐng)域;堅持節(jié)能與結(jié)構(gòu)調(diào)整，技術(shù)進(jìn)步和加強(qiáng)管理相結(jié)合，在節(jié)能的同時，也要保證原有的生產(chǎn)工藝可以順利進(jìn)行，保證產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)太大的變化;堅持發(fā)揮市場機(jī)制與政府的宏觀調(diào)控作用相結(jié)合，要綜合當(dāng)前的市場需求以及政府發(fā)展要求進(jìn)行節(jié)能設(shè)計;堅持依法管理與政策激勵，在節(jié)能設(shè)計過程中，要遵循企業(yè)和國家、行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，并針對優(yōu)秀的節(jié)能設(shè)計方案提供科學(xué)的激勵措施;堅持突出重點，分類指導(dǎo)和全面推進(jìn)，機(jī)械制造工藝并不是所有環(huán)節(jié)都適合節(jié)能設(shè)計，設(shè)計人員要搞清楚重點，先搞定簡單的環(huán)節(jié)，然后再研究復(fù)雜的環(huán)節(jié)，分類開展;堅持全員參與，鼓勵所有員工都參與進(jìn)去，發(fā)揮全部員工的力量。

3.2 節(jié)能發(fā)動機(jī)的選擇

因為機(jī)械設(shè)備基本都需要發(fā)動機(jī)作為動力，所以發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)對于能源的消耗是大頭，選擇好節(jié)能發(fā)動機(jī)，可以直接減少對能源的消耗。而節(jié)能發(fā)動機(jī)的科學(xué)選擇，需要結(jié)合實際使用需求，通過對機(jī)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(chǔ)，再參考機(jī)械制造的產(chǎn)品類型和要求，進(jìn)行合理選擇。比如當(dāng)前大部分機(jī)械制造企業(yè)選擇的發(fā)動機(jī)是水冷增壓柴油機(jī)，這種發(fā)動機(jī)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(jié)能減排需求。在進(jìn)行發(fā)動機(jī)選擇的時候，需要考慮節(jié)能減排的要求，要求遵循國家公布的標(biāo)準(zhǔn)，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行合理科學(xué)選擇?？紤]節(jié)能目標(biāo)，進(jìn)行設(shè)計前要先詳細(xì)了解發(fā)動機(jī)運行時的原理，科學(xué)把控各類原材料的使用，然后再保證生產(chǎn)產(chǎn)品一定的基礎(chǔ)上，收集殘余的熱量，進(jìn)行再利用，以提高整體的能源利用率，并最終實現(xiàn)節(jié)能減耗的目的。

3.3 系統(tǒng)防滲設(shè)計方案

在機(jī)械制造過程中，生產(chǎn)環(huán)節(jié)的滲漏問題是導(dǎo)致生產(chǎn)工藝能耗較多的因素之一，所以設(shè)計系統(tǒng)防滲方案，減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)的滲漏情況，對于提升節(jié)能水平有積極意義。在防滲漏設(shè)計環(huán)節(jié)，設(shè)計人員要詳細(xì)分析液壓系統(tǒng)的運行情況，從傳統(tǒng)系統(tǒng)出發(fā)，科學(xué)控制液壓油的體量，確保液壓油其穩(wěn)定性，進(jìn)而保證其作用的發(fā)揮。在這個環(huán)節(jié)，實施封閉式操作，避免外界環(huán)境帶來的影響，比如減少灰塵的進(jìn)入和蓄積，而灰塵少了，設(shè)備各個組件之間的摩擦力也會減小，從而降低設(shè)備運行時的負(fù)荷量，保持良好運行;此外，設(shè)計人員也可以選擇和更換液壓系統(tǒng)的組件材質(zhì)，選擇強(qiáng)度高、韌性好、耐磨性好、環(huán)保以及節(jié)能的材料，延長使用壽命，減少液壓油的更換速度，實現(xiàn)節(jié)能降耗。

3.4 結(jié)構(gòu)一體化的實現(xiàn)

設(shè)計人員在應(yīng)用節(jié)能設(shè)計理念的過程中，還應(yīng)開展機(jī)械制造與自動化結(jié)構(gòu)一體化設(shè)置。這樣做的目標(biāo)主要是減少實際結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度上，降低冗余性，從而減少能源的消耗。在信息技術(shù)飛速發(fā)展的現(xiàn)在，利用無線網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)等，可以為實現(xiàn)這個目標(biāo)提供強(qiáng)力的技術(shù)支持。目前一些簡單的機(jī)械設(shè)備已經(jīng)實現(xiàn)結(jié)構(gòu)一體化，并可以實現(xiàn)自動化控制，這大大減輕了對人力和資源的消耗。同時設(shè)計人員還應(yīng)當(dāng)做好各個組件的優(yōu)化工作，實現(xiàn)組件之間的協(xié)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(jìn)行節(jié)能設(shè)計，優(yōu)化了該結(jié)構(gòu)的構(gòu)造，節(jié)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(jìn)行節(jié)能設(shè)計有積極意義。

4 結(jié)語

機(jī)械制造與自動化產(chǎn)業(yè)是重要的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，對于很多行業(yè)的發(fā)展存在不可替代的作用。新時期，信息技術(shù)的普遍應(yīng)用，使得該產(chǎn)業(yè)的智能化水平進(jìn)一步提升，給多個行業(yè)的發(fā)展帶來便利。但其在發(fā)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(chǎn)成本也高?？紤]因為常年能源消耗性的發(fā)展，當(dāng)前面對資源緊缺以及環(huán)境污染嚴(yán)重的問題，需要考慮將節(jié)能設(shè)計理念融入機(jī)械制造與自動化的技能屬性，實現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的節(jié)能降耗，逐漸滿足現(xiàn)階段制造業(yè)提出的節(jié)能要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 樊晨.試析機(jī)械制造與自動化中的節(jié)能設(shè)計理念[J].化工管理，2019（32）：166-167.

[2] 黃國通.機(jī)械制造與自動化中的節(jié)能設(shè)計理念[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2020（5）：192-193.

[3] 王灝元.節(jié)能設(shè)計理念在機(jī)械制造與自動化中的運用[J].黑龍江科學(xué)，2020（12）：112-113.

[4] 呂一涵.機(jī)械制造與自動化中的節(jié)能設(shè)計理念[J].電子技術(shù)與軟件工程，2020（9）：115-116.

[5] 甘璐.試論節(jié)能設(shè)計理念在機(jī)械制造與自動化中的應(yīng)用[J].農(nóng)家參謀，2020（5）：170.