機(jī)械制造與自動(dòng)化設(shè)計(jì)中的節(jié)能設(shè)計(jì)理念

呂一涵

（武漢理工大學(xué) 湖北省武漢市 430010）

我國(guó)進(jìn)入21世紀(jì)后，人類對(duì)居住環(huán)境的需求越來(lái)越大，環(huán)保節(jié)能的理念慢慢的被大眾所接受，國(guó)家對(duì)環(huán)保節(jié)能也在大力的提倡和支持。但是隨著全球大環(huán)境的污染造成能源浪費(fèi)，我國(guó)還存在資源利用效率低以及能源浪費(fèi)等情況，這并不符合當(dāng)前倡導(dǎo)的節(jié)能環(huán)保理念。所以對(duì)自動(dòng)化以及機(jī)械制造的節(jié)能設(shè)計(jì)進(jìn)行研究有著重要的意義[1]。在實(shí)際生產(chǎn)制造中，機(jī)械與自動(dòng)化設(shè)計(jì)相輔相成，在機(jī)械制造過(guò)程中引入一些有利于節(jié)約能源的新型技術(shù)對(duì)制造業(yè)持續(xù)發(fā)展是很有必要的，所以在實(shí)際的制造過(guò)程中運(yùn)用節(jié)能新技術(shù)可以有效的保護(hù)好環(huán)境。同時(shí)也可以顯示出大國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展增長(zhǎng)速度和國(guó)民制造業(yè)的整體發(fā)展水平。本文通過(guò)分析探討希望能夠提出一些實(shí)際運(yùn)用可行性的建議思路，也是為我國(guó)在節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)上進(jìn)一點(diǎn)綿薄之力。

1 機(jī)械制造及自動(dòng)化目前的發(fā)展?fàn)顩r和優(yōu)勢(shì)

1.1 我國(guó)目前的發(fā)展現(xiàn)狀

在中國(guó)的工業(yè)公司中，機(jī)械工程一直扮演著重要的角色，并且仍然是中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最重要支柱之一[2]。在我國(guó)的制造業(yè)中機(jī)械制造發(fā)展以來(lái)，以幾何倍數(shù)的增長(zhǎng)速度增長(zhǎng)同時(shí)已經(jīng)成為我國(guó)重工業(yè)中不可或缺的一部分。在現(xiàn)代化的制造業(yè)中已經(jīng)大大減少了人力資源，對(duì)物力耗損也在逐步遞減，隨著近些年來(lái)計(jì)算機(jī)行業(yè)的迅猛發(fā)展，通過(guò)計(jì)算機(jī)的集成技術(shù)成功的應(yīng)用到機(jī)械制造業(yè)中去，使得機(jī)械制造與自動(dòng)化可以產(chǎn)生有效的連接作用，隨著自動(dòng)化技術(shù)的普及，保障了機(jī)械制造的安全施工過(guò)程并有效的提高的工作效率，在推進(jìn)機(jī)械制造業(yè)整體發(fā)展的過(guò)程中，高效率變成了一個(gè)代表性的描述。雖然發(fā)展速度迅猛而且還能起到帶動(dòng)效果作用，不過(guò)我們必須引起高度注意的是我國(guó)的整體制造和自動(dòng)化水平依然還停留在初級(jí)階段，還是要從全方位去發(fā)展。由于我國(guó)的制造業(yè)起步相對(duì)較晚有大部分技術(shù)還沒(méi)有非常的成熟，相比較于西方發(fā)達(dá)國(guó)家還有著很大一部分的差距。我們很難在能產(chǎn)出更高品質(zhì)的產(chǎn)品，而今我國(guó)要跟隨世界的更新步伐不停的要加大生產(chǎn)規(guī)模就必須要保證產(chǎn)品的質(zhì)量達(dá)標(biāo)，我們要在技術(shù)上去學(xué)習(xí)追趕，積極的學(xué)習(xí)國(guó)外的先進(jìn)科學(xué)技術(shù)并運(yùn)用到國(guó)內(nèi)的工業(yè)化機(jī)械制造中去，雖然目前的技術(shù)還處于落后，生產(chǎn)出的產(chǎn)品品質(zhì)沒(méi)有達(dá)到應(yīng)有的標(biāo)準(zhǔn)，所以我們需要嚴(yán)格認(rèn)真的去保證產(chǎn)品品質(zhì)。在我們?nèi)粘５臋C(jī)械制造生產(chǎn)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(jié)約環(huán)保的倡導(dǎo)，為了更好的推動(dòng)工業(yè)發(fā)展可以持續(xù)性的策略國(guó)家也相繼的出臺(tái)了一些節(jié)約資源和環(huán)境保護(hù)的相關(guān)政策來(lái)幫助落實(shí)節(jié)能減排。如今在我國(guó)還是存在大量的工廠，他們?cè)谡麄€(gè)工業(yè)機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的工業(yè)垃圾，亂排放沒(méi)有合理的規(guī)劃安置，造成了周邊環(huán)境的二次污染，他們從始至終都沒(méi)有很好的貫徹落實(shí)節(jié)能環(huán)保的理念，覺(jué)得事不關(guān)己，再加上我們工業(yè)的起步本來(lái)就落后于西方發(fā)達(dá)國(guó)家，所以各個(gè)方面的技術(shù)都完全落后，很難高效高質(zhì)量的完成制造生產(chǎn)。這就是我國(guó)在現(xiàn)階段中機(jī)械制造和自動(dòng)化的現(xiàn)狀，值得我們欣慰的是我們看到了進(jìn)步，但更值得我們關(guān)注的是我們也從中意識(shí)到不足，從而在技術(shù)層面上我們還有很大的發(fā)展空間。

1.2 自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)

機(jī)械制造及自動(dòng)化的運(yùn)用存在著較多的優(yōu)勢(shì)，首先優(yōu)于傳統(tǒng)的制造理念，這種新的理念在保護(hù)環(huán)境方面得到了確切的實(shí)施，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的節(jié)約，這種新的理念體現(xiàn)在機(jī)械制造及自動(dòng)化的每一個(gè)環(huán)節(jié)[3]。

其自動(dòng)化優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)了以下特點(diǎn)：

（1）產(chǎn)能高，現(xiàn)在的制造流程都是采用高精度化機(jī)械設(shè)備，全部由機(jī)械自動(dòng)化流水線生產(chǎn)，高效快捷的同時(shí)還大大減少了人為操作不當(dāng)帶來(lái)的失誤，在上線生產(chǎn)過(guò)程里，由控制操作人員進(jìn)行啟動(dòng)設(shè)備，設(shè)備會(huì)根據(jù)系統(tǒng)識(shí)別開始設(shè)定好的程序進(jìn)行操作，這種模式優(yōu)勢(shì)在于產(chǎn)能很高并且有效率還能提高工作質(zhì)量。

（2）安全，在整個(gè)設(shè)備組成中都配置了安全防護(hù)系統(tǒng)，自動(dòng)檢查程序等功能，如果遇到狀況或者事故，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)防護(hù)安全措施來(lái)最大化的避免造成人員的傷亡，從而大大提高了生產(chǎn)中的安全，同時(shí)自動(dòng)化設(shè)備組成一般都是電子元件，對(duì)比傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備優(yōu)勢(shì)明顯，它完全沒(méi)有機(jī)械設(shè)備在運(yùn)作中會(huì)消耗機(jī)械磨損，從而能提高使用壽命。

（3）工作形式轉(zhuǎn)變，隨著工廠內(nèi)自動(dòng)化程序的普及，對(duì)員工的能力需求也發(fā)生了轉(zhuǎn)變，之前大家都是從事大量的體力勞動(dòng)，而現(xiàn)在需要大量的腦力勞動(dòng)，對(duì)勞動(dòng)者的知識(shí)學(xué)習(xí)能力要求逐漸變高，慢慢的將勞動(dòng)者變成技術(shù)專業(yè)型，徹底改變了制造形式也是新時(shí)代工業(yè)發(fā)展走向現(xiàn)代化的一個(gè)重要趨勢(shì)。

（4）能源損耗少，隨著時(shí)代的發(fā)展，高級(jí)計(jì)算機(jī)技術(shù)的水平上升了一個(gè)高度，從而使機(jī)械制造業(yè)中的自動(dòng)化設(shè)計(jì)達(dá)到了更高的水平[4]，自動(dòng)化大大優(yōu)化了能源利用率。

（5）應(yīng)用廣泛，在產(chǎn)品生產(chǎn)中運(yùn)用的自動(dòng)化技術(shù)，不僅僅可以運(yùn)用到機(jī)械制造中去，同樣還可以廣泛的運(yùn)用到農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)等領(lǐng)域中去。最近幾年中我國(guó)在機(jī)械節(jié)能設(shè)計(jì)上重點(diǎn)投入研究，在這樣的大環(huán)境之下，逐漸在機(jī)械制造及其自動(dòng)化的設(shè)計(jì)過(guò)程中引入節(jié)能設(shè)計(jì)理念，從而實(shí)現(xiàn)兩者之間的完美融合，使資源能得到科學(xué)、合理、高效的利用[5]。

2 機(jī)械制造與自動(dòng)化設(shè)計(jì)中的節(jié)能設(shè)計(jì)理念要求

材料在機(jī)械制造的生產(chǎn)成本中占有重要比重，所以在機(jī)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(shí)也要無(wú)毒和無(wú)污染，提高廢舊材料的利用率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能理念[6]。對(duì)材料的使用壽命、能耗和重量等進(jìn)行綜合性評(píng)估,三者之間存在內(nèi)在聯(lián)系，通過(guò)對(duì)重量進(jìn)行合理控制，在不影響機(jī)械設(shè)備使用的前提下，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)能耗的控制[7]。機(jī)械制造運(yùn)行過(guò)程中，制作流程是否合理非常的重要，一個(gè)合理地制作流程可以有效提升產(chǎn)品質(zhì)量并且能降低能耗，設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)可以盡量達(dá)到低能耗。設(shè)計(jì)工藝時(shí)，可以更多偏向節(jié)能理念，總之在制作工藝設(shè)計(jì)中應(yīng)該遵循節(jié)能設(shè)計(jì)理念并應(yīng)有到每一個(gè)加工環(huán)節(jié)中去。我們還可以適當(dāng)?shù)难舆t機(jī)械產(chǎn)品的使用，這樣可以有效減少機(jī)械產(chǎn)量，同時(shí)也可以降低機(jī)械報(bào)廢量。很大程度的去降低了原材料的損耗從而達(dá)到產(chǎn)品的節(jié)能性。我們還可以選擇一些輕質(zhì)高強(qiáng)度的機(jī)械設(shè)備來(lái)減少運(yùn)轉(zhuǎn)材料產(chǎn)生的負(fù)荷，同時(shí)進(jìn)行合理的機(jī)械模塊化的設(shè)計(jì)來(lái)提升運(yùn)轉(zhuǎn)部件的通用性，提高效率來(lái)達(dá)到節(jié)能效果。

3 自動(dòng)化應(yīng)用節(jié)能設(shè)計(jì)理念的對(duì)策思考

3.1 機(jī)械設(shè)計(jì)達(dá)到優(yōu)化

在現(xiàn)階段的機(jī)械制造過(guò)程中，往往會(huì)特別重視機(jī)械的效率和節(jié)能這兩方面的共同提升，而機(jī)械設(shè)計(jì)的優(yōu)化能夠更加直接的反應(yīng)出節(jié)能設(shè)計(jì)理念[8]。我們應(yīng)該選擇發(fā)動(dòng)機(jī)為低公害的，工程機(jī)械中發(fā)動(dòng)機(jī)就好比心臟，它是工程機(jī)械動(dòng)力輸出的核心，同時(shí)對(duì)環(huán)境也有一定的要求。為此，在設(shè)計(jì)中必須選用環(huán)保性好的發(fā)動(dòng)機(jī)，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(lái)提升機(jī)械系統(tǒng)程序運(yùn)轉(zhuǎn)中的加工效率，有效減少機(jī)械運(yùn)行過(guò)程中對(duì)環(huán)境污染破壞。我們還可以對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行部分改進(jìn)，其目的是保障液壓系統(tǒng)能長(zhǎng)久的維持清潔性，設(shè)計(jì)人員根據(jù)實(shí)際情況嚴(yán)格甄選油料，并且對(duì)油液中所含有的微塵雜質(zhì)進(jìn)行徹底的清除，從根本上保障液壓系統(tǒng)的持久清潔，選擇將換油時(shí)間進(jìn)行適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)，從而達(dá)到減少液壓系統(tǒng)發(fā)生故障的幾率，確保液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的污染得到有效的控制。在此之外，對(duì)液壓管進(jìn)行改進(jìn)時(shí)還可以選擇預(yù)防造成腐蝕老化的優(yōu)良管路，可以試著選用硬管路，來(lái)減少軟管的廢氣排量，規(guī)避管道破裂形成的污染問(wèn)題。改進(jìn)設(shè)計(jì)駕駛室，可以有效增強(qiáng)駕駛室內(nèi)的安全和環(huán)保，設(shè)計(jì)時(shí)，選擇可以有效遮擋輻射和紫外線的密封式玻璃，冷暖空調(diào)必須是無(wú)氟的，根據(jù)人體設(shè)計(jì)的原理加入一些多元色彩，以有利于保障司機(jī)的切身安全性，從而提升工作效率。最后對(duì)自動(dòng)加脂裝置進(jìn)行增加，以前在機(jī)械制造過(guò)程中主要是通過(guò)手動(dòng)去注入潤(rùn)滑脂，對(duì)這種老式的方法不但時(shí)間和精力耗費(fèi)量巨大，而且在加入過(guò)程中油液會(huì)流出，與空氣作用產(chǎn)生大量污染。所以要對(duì)其應(yīng)設(shè)定自動(dòng)化加脂裝置，例如，可以對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)成集中定時(shí)模式，到了系統(tǒng)設(shè)定時(shí)間就可以自動(dòng)加注黃油，這樣不僅可以對(duì)黃油量進(jìn)行有效的控制起來(lái)，還可以避免在充油的過(guò)程中產(chǎn)生油液溢出，不僅減少了浪費(fèi)程度，而且還保護(hù)了環(huán)境。對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行逐步優(yōu)化,是落實(shí)節(jié)能設(shè)計(jì)理念的關(guān)鍵途徑,同時(shí)通過(guò)對(duì)駕駛室、液壓系統(tǒng)以及發(fā)動(dòng)機(jī)等進(jìn)行改良,達(dá)到有效的節(jié)能效果[9]。

3.2 選擇環(huán)保性能好的材料

在制造和自動(dòng)化設(shè)計(jì)里我們有必要選擇可以再生并且能回收的環(huán)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(guò)程中盡量做到減少有毒氣體排出，對(duì)環(huán)境污染減少。同時(shí)在對(duì)零件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以遵循容易分配原則，拒絕使用含有毒性的材料，提升環(huán)保材料的再利用率。在制造自動(dòng)化設(shè)計(jì)過(guò)程里應(yīng)該遵循低能耗、輕重量等原則，對(duì)產(chǎn)品的有效使用壽命可以適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)，已達(dá)到機(jī)械設(shè)備廢舊率減少，有效減少報(bào)廢降低污染。另外，減少機(jī)械產(chǎn)品使用中的能量損耗也可以避免環(huán)境污染問(wèn)題，所以機(jī)械制造公司在開始設(shè)計(jì)的時(shí)候就應(yīng)該考慮到低能耗，最后，在自動(dòng)化設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該對(duì)報(bào)廢零件所產(chǎn)生的后期污染處理成本做一個(gè)全面統(tǒng)計(jì)。很多制造企業(yè)在設(shè)計(jì)過(guò)程中往往沒(méi)有考慮報(bào)廢材料的如何處理的問(wèn)題，導(dǎo)致擴(kuò)大了對(duì)環(huán)境污染的程度。

3.3 工藝流程的優(yōu)化

設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況，結(jié)合外在的環(huán)境氛圍而確定加工工藝。對(duì)于單個(gè)零件加工必須考慮設(shè)備之間的匹配程度，例如在鍛壓零件時(shí)可以根據(jù)實(shí)際來(lái)匹配工藝，由于熱鍛壓工藝沒(méi)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(duì)現(xiàn)有機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化，降低制造過(guò)程中的能源量損耗，設(shè)計(jì)人員可以不做單個(gè)零件，使用較為容易的運(yùn)行結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)人員還可以對(duì)零件進(jìn)行簡(jiǎn)化，優(yōu)化數(shù)量，提升機(jī)械整體性能。在制造自動(dòng)化節(jié)能設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)員可以針對(duì)加工工序進(jìn)行優(yōu)化，不斷更新方法，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。

4 結(jié)束語(yǔ)

中國(guó)現(xiàn)階段已經(jīng)進(jìn)入了世界機(jī)械制造強(qiáng)國(guó)的大門，機(jī)械制造自動(dòng)化成為代表國(guó)家技術(shù)領(lǐng)先的一個(gè)重要標(biāo)志，我國(guó)在機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)上發(fā)展十分迅猛，制造規(guī)模體量和總產(chǎn)量持續(xù)攀升，同時(shí)機(jī)械制造與自動(dòng)化也帶動(dòng)其他行業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，目前是我國(guó)主流發(fā)展行業(yè)，我們應(yīng)該能意識(shí)到達(dá)到現(xiàn)在的發(fā)展，我們付出了很大的代價(jià)?，F(xiàn)階段全球出現(xiàn)的能源危機(jī)問(wèn)題一直沒(méi)有好的辦法去解決。所以發(fā)展節(jié)能技術(shù)勢(shì)在必行。