機械設計制造及其自動化的節(jié)能設計思想探討

孫超

珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們的環(huán)保問題意識也不斷增強，節(jié)能設計理念得到了全世界的認可。機械制造和自動化隨全球的發(fā)展不斷變化，所以需要節(jié)能的理念融入這個行業(yè)。因為中國機械設備所有社會功能的實現(xiàn)都需要得到保障其能源供應，而且設備本身的制造發(fā)展過程涉及能源與資源的大規(guī)模消耗。我們要優(yōu)化設計方面，機械制造和自動化應用的節(jié)能設計理念的滲透，系統(tǒng)的設計使其更加穩(wěn)定和高效。

1 機械設計制造的內(nèi)容分析

通俗來講，機械制造工藝就是對零件的機械加工和機器的裝配，由制造程序、零件定位、裝夾、加工精度控制和技術程序等流程所組成。其中，制造程序的主要任務是對原材料進行合理規(guī)劃與利用，根據(jù)實際所需將原材料制作成半成品；零件定位是根據(jù)零件加工要求選擇不同的定位方式，如軸肩（或軸環(huán)）、套筒、圓螺母、擋圈等，所以在開展零件加工工作時，技術人員要結合實際所需按照標準進行加工，同時合理運用零件定位方式，以促進零件質(zhì)量的提升；裝夾是將加工后的零件直接固定到機械產(chǎn)品的適宜位置上，要求技術人員在具體工作中注意零件固定位置的精確性與穩(wěn)定性；加工精度控制是指技術人員對零部件進行粗加工后，對半成品狀態(tài)下的零部件所做的細化處理工作，其主要目的是提高零部件的精準度，滿足客戶提出的各項所需；技術程序是將制作好的半成品直接加工成符合客戶所需的成品，但要保證產(chǎn)品的質(zhì)量及其使用性能[1]。

2 機械制造與自動化設計中節(jié)能理念的具體設計內(nèi)容

2.1 設計階段的節(jié)能措施

節(jié)能設計的概念涉及機械制造和自動化的許多領域。在設計過程中，充分體現(xiàn)節(jié)能理念能夠促進在材料選擇過程中及設計過程中環(huán)保節(jié)能理念的落實。在設計階段，應考慮節(jié)能設計理念的合理性，高效環(huán)保發(fā)動機可以合理地解決能耗過大的問題，在此基礎上降低排放系統(tǒng)負荷。

2.2 節(jié)能原理在材料設計中的應用

機械設計與制造中所用的材料是千差萬別的，使用材料的種類、數(shù)量及方式等的區(qū)別均會使環(huán)境受到不同程度的破壞，尤其是一些材料含有有毒化學物質(zhì)，在材料選擇中，應用綠色理念就是要考慮把材料對環(huán)境的不利影響降到最低。在選擇機械設計制造的材料時應做到以下幾方面[2]。

首先，優(yōu)化選擇材料的方案。在機械設計制造中選擇材料時必須符合綠色環(huán)保要求，這是使用材料的前提，即要關注材料的性能與環(huán)保性，選擇與技術標準相符的可行性材料，同時找到可替代污染性材料。其次，保證改造材料的方案具備可行性。在確定機械設計方案后，應用綠色理念可能需要改造或替換一些材料，通過各種改造策略去除材料里會破壞環(huán)境的因素。所以在選擇材料時或者在改良材料后，要做好機械設計方案的技術和可行性論證工作，確保順利實施改良之后的方案。再次，保證材料的選擇與機械設計制造中的特殊工藝要求相符。在生產(chǎn)某些機械產(chǎn)品時，會遇到高溫、高壓或高腐蝕的工藝情況，若選擇的材料性能無法適應這些條件，就會直接影響機械設計制造的順利實施，材料在制造過程中受到損壞，嚴重時，還容易引發(fā)工業(yè)事故。所以在保證材料選擇方案可行的同時，要確定所選材料適應機械生產(chǎn)的任何特殊工藝，為生產(chǎn)綠色機械提供保障。

例如，在汽車制造之中所使用的鎂合金材料，鎂合金是以鎂為基礎加入其他元素組成的合金，是最輕的金屬結構材料，其不僅吸震性能強、重量輕，而且能夠滿足機械的自動化生產(chǎn)，同時，尺寸相對穩(wěn)定，是目前汽車主要的鑄造零部件，是最有效的輕量化材料，其不僅可以滿足當前綠色發(fā)展理念對汽車的整體性要求，也可以滿足人們對環(huán)保型汽車的要求。諸如奧迪A4和A6的離合器殼體、閥蓋、閥板、變速器殼體等都使用了這類材料，進而滿足機械設備設計與制造的綠色環(huán)保需求[3]。

2.3 在制作工藝設計中增加節(jié)能環(huán)節(jié)

生產(chǎn)制作工藝結構的機械制造及其自動化，必須結合相應的生產(chǎn)設備及相關技術。一般情況下，當生產(chǎn)線很短很小時，與之相對應的結構也相對簡單，在資源的使用上，也不會出現(xiàn)太大的浪費。所以，設計節(jié)能結構實際上是通過減少附屬環(huán)節(jié)或者改用低能耗生產(chǎn)環(huán)節(jié)來達到節(jié)能效果的，能最大限度地提高生產(chǎn)效率。從具體實施應用來看，可從以下兩個方面展開優(yōu)化：

（1）在制作工藝設計中充分考慮外部環(huán)境因素的影響，基于現(xiàn)場設備匹配度，設計合適的制作工藝，以達到節(jié)能降耗的目的。如在對單個零件進行制造加工的過程中，常用的鍛造工藝通常有熱鍛壓工藝、冷鍛壓工藝以及溫鍛壓工藝。相對而言，熱鍛壓工藝在能源利用效率上較低，而冷鍛壓工藝又會在一定程度上降低鍛造環(huán)節(jié)的效率，因此在進行制作工藝設計時，如果現(xiàn)場設備條件滿足，適宜選用溫鍛壓工藝。

（2）在完成機械產(chǎn)品結構設計、制作工藝設計后，應對其做進一步優(yōu)化。首先，應對機械產(chǎn)品結構進行優(yōu)化設計，在保證機械產(chǎn)品基本性能的前提下，盡可能簡化其結構，降低零件數(shù)量，通過該方式能使機械產(chǎn)品對原材料的損耗大幅減少，從而達到較好的節(jié)能效果。其次，應對制作工藝展開優(yōu)化，制作加工的工藝順序不同，不僅會影響加工生產(chǎn)質(zhì)量，而且會影響加工過程生產(chǎn)中能源的損耗，進而影響整體的生產(chǎn)效率。為此，在當前實際的機械產(chǎn)品加工制作過程中，設計制作工藝時可借助于3DMAX、3DCAD等計算機信息技術，利用其展開仿真加工，從而對制作工藝進行優(yōu)化。機械產(chǎn)品結構設計優(yōu)化和制作工藝設計優(yōu)化都有助于提升企業(yè)生產(chǎn)效率，使之在市場環(huán)境中具備更高的競爭力。

2.4 機械產(chǎn)品回收節(jié)能設計

機械設計當中融入節(jié)能設計理念，要從整體產(chǎn)品的使用環(huán)境屬性來進行分析，做好產(chǎn)品的生產(chǎn)應用、回收維護、反復拆卸以及廢舊零件回收等工作。機械產(chǎn)品結束使用周期后，如果質(zhì)量和使用功能仍然能夠滿足相應的生產(chǎn)條件，可以按照單部分零件來進行回收，而不是按照材料進行回收。這樣的回收方式相對于傳統(tǒng)回收方式可降低70%以上的資源浪費，并且減少材料重新回收而浪費的成本。在設計過程中，可以針對零件的具體使用場景來進行拆分，從而保障結束產(chǎn)品生命周期之后，機械產(chǎn)品可以重新回到生產(chǎn)線中進行二次加工。

進行標準化的生產(chǎn)設計，也是節(jié)能產(chǎn)品方便回收的基礎之一。機械加工的工藝尺寸要嚴格按照規(guī)程來進行操作，留有加工余量，并按照工序尺寸對于工藝尺寸鏈條進行嚴格的生產(chǎn)把控。從經(jīng)濟技術角度研讀設計的工藝文件，結合客戶上傳的具體規(guī)程實例進行定制化操作，滿足機器裝配工藝規(guī)程設計要求。高質(zhì)量的機械產(chǎn)品供應零件會降低后期維修成本，因而只有不斷提高規(guī)范化生產(chǎn)程度與質(zhì)量水平，才能夠真正做到節(jié)能生產(chǎn)與設計。

節(jié)能機械制造要考慮到工步和工作行程。工步就是在加工表面不變、加工工具不變、切削用量不變的情況下，提升整體設計的精準化程度。工作行程也稱為走刀，是指完成一次精細化加工所需要的工步。在機械制造過程中要充分考慮到工步和工作行程，進行全面的精細化測量，提高檢查的一致性，經(jīng)過精準稱重之后進行機械產(chǎn)品的精加工。設計人員要深入到一線生產(chǎn)車間，了解生產(chǎn)制造存在的問題，才能夠不斷改進操作的精細化程度。減少由于設計不合理造成的后續(xù)生產(chǎn)資源浪費，提高對環(huán)境的保護能力[4]。

2.5 節(jié)能技術的應用

相關企業(yè)在機械綠色制造工藝設計中，應從環(huán)境、生產(chǎn)和諧發(fā)展的角度出發(fā)，探究機械產(chǎn)品加工中產(chǎn)品屬性、環(huán)境屬性的結合方法，并將綠色的生產(chǎn)技術融入機械制造、機械設計中。相關企業(yè)應在機械工藝優(yōu)化的基礎上，強化產(chǎn)品回收設計，或在機械加工環(huán)節(jié)增加綠色加工零件，以此延長產(chǎn)品使用壽命，減少機械制造、產(chǎn)品使用中產(chǎn)生的能源損耗。

3 機械制造及其自動化中的應用發(fā)展趨勢

隨著機械制造及其自動化技術和計算機應用技術的快速發(fā)展，二者結合應用將成為未來的主要發(fā)展趨勢。通過二者的有效結合，不僅能夠提升機械產(chǎn)品的整體質(zhì)量和性能，而且能夠更好地控制材料的應用、能源的損耗，達到節(jié)能降耗的目的。首先，在設計領域，對相關計算機仿真軟件的應用將越來越頻繁，使得設計更加精準合理；其次，在制造領域，對數(shù)字化制造技術的應用將越來越廣泛，使其在整個制造過程更加精準可靠。在此基礎上融入節(jié)能理念，也更容易實現(xiàn)且達到較為突出的效果。如降低材料損耗、降低人力資源消耗、降低污染物排放等，切實實現(xiàn)節(jié)能減排，推動現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展。

4 結語

機械設備設計制造應用綠色節(jié)能設計的理念可以影響到我國機械生產(chǎn)的能源水平和效率，也會推進的企業(yè)各個地區(qū)經(jīng)營區(qū)域產(chǎn)品信息加工技術改進、運營成本理念創(chuàng)新，進而實現(xiàn)綠色制造的目標。