機械制造及自動化中節(jié)能設(shè)計理念的應(yīng)用

姜堅宏

[摘 ? ?要]機械制造及自動化的節(jié)能設(shè)計需要針對機械制造環(huán)節(jié)的材料、部件構(gòu)造、驅(qū)動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)封閉性等展開研究，可以有效提升機械的質(zhì)量和動力，減少內(nèi)部摩擦損耗，進而提升機械使用壽命;在自動化設(shè)計環(huán)節(jié)則需要優(yōu)化命令系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)以及操作系統(tǒng)功能，提升機械操作準(zhǔn)確度，提高機械生產(chǎn)效率。只有如此，才能實現(xiàn)資源合理利用以及工業(yè)領(lǐng)域的長遠(yuǎn)可持續(xù)發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]機械制造;自動化;節(jié)能設(shè)計;設(shè)計理念

[中圖分類號]TH16 [文獻標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）03–0–02

[Abstract]This paper believes that the energy-saving design of machinery manufacturing and automation requires research on materials， component structures， drive systems， and lubrication systems in the mechanical manufacturing process， which can effectively improve the quality and power of the machinery， reduce internal friction losses， and then Improve the service life of machinery; in the automation design link， it is necessary to optimize the command system， sensor system and operating system functions to improve the accuracy of machinery operation and improve the efficiency of machinery production. Only in this way can we realize the rational use of resources and the long-term sustainable development of the industrial field.

[Keywords]machinery manufacturing; automation; energy-saving design; design concept

在機械制造及自動化設(shè)計中將節(jié)能理念轉(zhuǎn)化具體生產(chǎn)力，是機械制造業(yè)普遍面對的問題，其不僅可以降低生產(chǎn)消耗，還能提升產(chǎn)品質(zhì)量，延長其使用壽命，而且其報廢之后能夠回收二次利用。尤其是自動化設(shè)計中通過創(chuàng)新設(shè)計提高機械加工精準(zhǔn)度，減少邊角余料，對于企業(yè)來說間接節(jié)省了資源和成本。這才是機械制造業(yè)需要追求的節(jié)能設(shè)計理念，而非在利益驅(qū)使下粗制濫造。

1 機械制造及自動化中節(jié)能設(shè)計根本原則

（1）質(zhì)量為上。即在“節(jié)能減排”理念下，在機械制造及自動化設(shè)計過程中遵循高質(zhì)量原則，選用優(yōu)良材料來進行機械模具制造以及機械加工。這樣的模具和機械使用時間長，降低了企業(yè)加工成本，另外這樣的機械對于使用單位來說也能夠有效減少反復(fù)維修帶來的物資浪費。以礦山行業(yè)來說，挖掘機械若是選用耐磨性差的材料，其可能在數(shù)年間就會報廢，整部機械都會失去利用價值，這對于礦山企業(yè)來說則意味著數(shù)年間僅在挖掘方面就產(chǎn)生了數(shù)十萬元的浪費。

（2）環(huán)保為重。指的是機械制造材料必須是高環(huán)保、低污染材料，能夠有效對抗高溫和腐蝕環(huán)境，不發(fā)生氧化、老化以及釋放有毒成分。而且機械報廢之后，材料可以回收二次利用。例如橡膠、塑料等材料，其可以重新回爐經(jīng)過加工后成為其他產(chǎn)品。另外還有其他可回收并能夠二次加工利用的新材料。這些材料使得自然資源透支程度降低，可以讓人類社會健康可持續(xù)發(fā)展。

（3）精密為本。對于機械制造企業(yè)來說，想要打開市場，需要保證機械質(zhì)量、環(huán)保的同時，積極地實現(xiàn)內(nèi)部構(gòu)造的精密性，例如潤滑系統(tǒng)封閉性、智能系統(tǒng)的優(yōu)化，這些是保證機械操作精準(zhǔn)，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)過程廢料產(chǎn)生規(guī)模的關(guān)鍵。在未來規(guī)模化生產(chǎn)的大背景下，企業(yè)能夠大量使用精密生產(chǎn)器械，其帶來的巨大效益是非常驚人的。同時因為機械設(shè)備使用壽命延長，可以實現(xiàn)企業(yè)額外效益的不斷增加，給予企業(yè)不斷發(fā)展的動力。

（4）集成為要。最初第一代電腦重量以噸計算，而今的計算機只不過十?dāng)?shù)斤重，這就是集成帶來的巨大改變。集成技術(shù)節(jié)省了大量的生產(chǎn)材料。集成技術(shù)當(dāng)中的集成電路具有元件少、體積小、重量輕、計算速度快等特點，將其融入機械制造當(dāng)中，可以明顯減少機械設(shè)備的體積，等同于節(jié)省了大量的原材料，這讓企業(yè)的生產(chǎn)成本不斷降低，提升了其利潤水平，加強了其競爭能力。

2 節(jié)能設(shè)計理念在機械制造及自動化中的具體應(yīng)用

節(jié)能設(shè)計理念融入是隨著機械制造及自動化機械設(shè)備設(shè)計初期、設(shè)計成熟期、機械設(shè)備生產(chǎn)期來分別融入的，其體現(xiàn)了“大節(jié)能”理念，即將節(jié)能環(huán)保工作延展到了機械設(shè)備本身之外的生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)，保證了機械制造業(yè)的良性發(fā)展。

（1）設(shè)計方案初級階段“節(jié)能理念”的融入。設(shè)計初期指的是某個機械設(shè)備在研發(fā)階段，此時需要設(shè)計師了解機械設(shè)備未來的使用領(lǐng)域，明了使用者對機械設(shè)備的基本要求，這樣才能杜絕設(shè)計偏誤，不至于導(dǎo)致設(shè)備無人問津造成資源浪費。換言之，機械設(shè)備制造企業(yè)在研發(fā)、生產(chǎn)機械設(shè)備時，必須要利用大數(shù)據(jù)技術(shù)來廣泛對接市場，了解客戶需求，通曉每類設(shè)備當(dāng)前最需要性能和功能標(biāo)準(zhǔn)，避免閉門造車[1]。

（2）設(shè)計方案成熟階段“節(jié)能理念”的融入。設(shè)計方案成熟階段指的是，設(shè)計師已經(jīng)相對考慮成熟，可以于機械設(shè)備設(shè)計中融入哪些可以節(jié)能減排的技術(shù)，這些技術(shù)的原理是什么，如何和機械有效融合？這一系列問題基本上都得到了比較完善的解答。此時設(shè)計師需要在保證機械設(shè)備滿足使用企業(yè)生產(chǎn)加工需求同時，進一步考慮機械本身材質(zhì)、內(nèi)部構(gòu)造、機械性能來高度融入節(jié)能理念：①要在確保材料安全性高品質(zhì)基礎(chǔ)上，要求其具有環(huán)保性（無毒、可回收）、耐用性。②要對內(nèi)部構(gòu)件緊密性展開分析，需要傳動系統(tǒng)緊密咬合;命令系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)精密配合，提高機械操作精準(zhǔn)度;潤滑系統(tǒng)封閉杜絕滴油、漏油，能夠做到智能給油，減少對環(huán)境的污染。一般來說，傳動系統(tǒng)緊密咬合的前提是齒輪必須用耐磨材質(zhì)，這樣才能延長傳動系統(tǒng)壽命，從而保證整個機械設(shè)備的使用壽命得到改善;想要提升命令和傳感系統(tǒng)的傳導(dǎo)速度，就需要不斷地減少二者間不同步，能夠確保命令下達(dá)的最短時間內(nèi)，傳感系統(tǒng)便可以將命令傳遞給執(zhí)行系統(tǒng);智能給油則是避免了手工給油造成的不精準(zhǔn)以及滴油、漏油的弊端。③能夠針對電能消耗這一點來實現(xiàn)變頻技術(shù)融入，這樣可以根據(jù)生產(chǎn)要求調(diào)解機械運轉(zhuǎn)速度，能夠有效地節(jié)省電能。例如礦井中的壓縮機，其融入變頻技術(shù)之后避免了以往的持續(xù)高速運轉(zhuǎn)帶來的電能損耗以及內(nèi)部磨損，有效提升了壓縮機使用壽命[2]。據(jù)行業(yè)數(shù)據(jù)證明，中小型礦業(yè)企業(yè)采用變頻壓縮機后，僅電費便可以節(jié)省十?dāng)?shù)萬乃至于數(shù)十萬元。另外礦業(yè)中的傳動運輸系統(tǒng)中的傳送帶等實現(xiàn)變頻技術(shù)融入之后，避免了其空轉(zhuǎn)，降低了磨損程度，防止了傳送履帶的老化。諸如這般的還有礦井中的升降機械。

（3）機械生產(chǎn)階段“節(jié)能理念”的融入。①機械設(shè)備鍛造環(huán)節(jié)，需要采用高標(biāo)準(zhǔn)煤來熔煉鍛造，其可以有效降低CO2、CO、NO2等排放，緩解空氣污染。②在廢氣、廢渣、廢水處理上需要遵循國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，能夠積極地進行脫硫、脫氮處理;將廢渣無害化處理之后填埋或者二次利用;將廢水過濾到符合排放標(biāo)準(zhǔn)再排入指定河流中[3]。相對比來說于生產(chǎn)階段融入“節(jié)能理念”，并不比在設(shè)計環(huán)節(jié)融入“節(jié)能理念”壓力小，因為我國工業(yè)面對的是一個共同的自然環(huán)境，隨著社會發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)增多，即使各個企業(yè)排放符合標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果所有企業(yè)形成的綜合排放量仍然會給環(huán)境造成巨大壓力。只有充分在生產(chǎn)階段融入“節(jié)能理念”，才會讓自然環(huán)境獲得真正的保護。

3 影響機械制造及自動化中節(jié)能理念應(yīng)用的因素

3.1 生產(chǎn)理念

即機械生產(chǎn)企業(yè)是否具有良好的品質(zhì)理念以及環(huán)保理念?，F(xiàn)如今我國社會生產(chǎn)能力不斷提升，對機械設(shè)備需求量加大，導(dǎo)致機械設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)在利益驅(qū)使下開始偷工減料，其結(jié)果必然造成機械設(shè)備壽命縮短，無形中造成了社會資源浪費。甚至于可以進一步去想象，這樣的機械生產(chǎn)企業(yè)會因為自己產(chǎn)品的質(zhì)量問題而逐漸被市場所淘汰，更不可能面對國外機械制造業(yè)的挑戰(zhàn)。

3.2 設(shè)計者水平

機械造型以及內(nèi)部構(gòu)造是否科學(xué)，各個組件配合是否精密，取決于設(shè)計者水平。若是設(shè)計者輕視節(jié)能理念，就會導(dǎo)致其在機械設(shè)備原材料選擇、內(nèi)部構(gòu)造設(shè)計上缺乏相應(yīng)的水準(zhǔn)，導(dǎo)致材料質(zhì)量不夠，在高熱環(huán)境下容易釋放有毒成分，甚至于電路系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)不夠精密，導(dǎo)致設(shè)備生產(chǎn)效率不穩(wěn)定，發(fā)生各類故障，增加了使用單位的維護成本。甚至于可以說設(shè)計者水平直接影響到了我國機械制造業(yè)的房展方向，以及我國機械制造業(yè)的國際競爭力。目前，我國在機械制造領(lǐng)域核心技術(shù)掌握不足，尤其是自動化技術(shù)融入方面更是薄弱，而最根本的原因就是設(shè)計人才缺乏。實際上這也體現(xiàn)了我國機械制造類院校教育上的落后。

3.3 法律法規(guī)

相對發(fā)達(dá)國家，我國機械制造及自動化相對落后，這一類的法律、法規(guī)也相對不夠完善，加上節(jié)能理念在機械制造及自動化中應(yīng)用屬于高端技術(shù)領(lǐng)域，使得相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不夠精準(zhǔn)統(tǒng)一。這也決定了機械制造及自動化過程中節(jié)能技術(shù)利用不足，導(dǎo)致了機械制造業(yè)的粗放管理。

4 提升節(jié)能理念在機械制造及自動化中應(yīng)用水平的策略

（1）建立嚴(yán)格的行業(yè)監(jiān)督體系。對于機械制造業(yè)來說，鑒于可持續(xù)發(fā)展理念，需要政府以及行業(yè)協(xié)會對每個企業(yè)的研發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)等展開嚴(yán)密監(jiān)控，對其中存在的不利于環(huán)境保護、浪費資源能源的行為進行集中治理。必須要提升該類企業(yè)違規(guī)成本，如此才能使得機械制造業(yè)整體改變粗放式管理方式，能夠主動融入節(jié)能理念，在機械設(shè)計、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)注意環(huán)境保護，提高產(chǎn)品質(zhì)量，延長其使用壽命。這其中需要行業(yè)協(xié)會配合政府有關(guān)部門制定行業(yè)規(guī)范以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，將其作為治理依據(jù)[4]。為了提高政府對該領(lǐng)域的治理能力，也需要改變過去的管理型政府想象，積極地向服務(wù)型政府邁進，這樣才能實現(xiàn)政府和行業(yè)協(xié)會的深度溝通。

（2）培養(yǎng)優(yōu)良的設(shè)計人才。我國各級高校必須要看到機械制造對我國工業(yè)發(fā)展的影響，能夠借鑒國外先進教育經(jīng)驗培養(yǎng)機械設(shè)計及制造優(yōu)良人才。能夠在課程體系上積極改革，推行現(xiàn)代化的“校企聯(lián)合”，保證學(xué)生真刀實槍地進行機械設(shè)計，培養(yǎng)出既有理論又有實際操作能力的復(fù)合型人才。目前我國機械設(shè)計人才培養(yǎng)隨著教育改革推進也獲得了一定成果，但是和發(fā)達(dá)國家相比還存在差距，應(yīng)正視這一差距，積極地完善薄弱環(huán)節(jié)。其中雙師型教育隊伍的培養(yǎng)是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

（3）建立健全行業(yè)法律。法律相對比規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)等更加高級，其具有法律效力，可以通過強制手段來規(guī)范行業(yè)發(fā)展，擺脫了規(guī)范、規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)等文件的軟弱無力，給予執(zhí)法人員以依據(jù)。也正是因此，才能切實地讓機械制造業(yè)感受到國家對環(huán)保的態(tài)度。在機械制造有關(guān)法律的建設(shè)方面，需要政府廣泛采集行業(yè)精英企業(yè)、領(lǐng)域內(nèi)影響力較大的專家、機械制造業(yè)協(xié)會等組織和個人的意見，保證法律的嚴(yán)密性。

5 結(jié)束語

節(jié)能理念融入到機械制造及自動化當(dāng)中，除了站在機械制造本身的材料應(yīng)用、設(shè)計優(yōu)化等層面不斷總結(jié)之外，還需要明確應(yīng)用效果和機械生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)營理念、設(shè)計人員環(huán)保意識等。對于機械制造企業(yè)來說，想要在競爭激烈的環(huán)境里生存，必須樹立環(huán)保意識，力求產(chǎn)品耐用、好用，這樣才能建立市場壁壘阻斷跟進。另外，還需要在生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)注意節(jié)能減排，如此才能確保企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

[1] 馮碩春.機械制造與自動化中節(jié)能設(shè)計理念的運用探析[J].工程技術(shù)與管理，2020，4（1）：82-84.

[2] 李永紅.節(jié)能設(shè)計理念在機械制造與自動化中的應(yīng)用研究[J].世界有色金屬，2020（4）：218，220.

[3] 葉宜凡，黃糧山.礦山機械制造與自動化設(shè)計中的節(jié)能設(shè)計理念的相關(guān)探索[J].科技風(fēng)，2020（23）：123.

[4] 王灝元.節(jié)能設(shè)計理念在機械制造與自動化中的運用[J].黑龍江科學(xué)，2020（12）：118-119.