機(jī)械制造與自動化中節(jié)能設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用探討

王志亮

（甘肅省山丹培黎學(xué)校，甘肅 山丹 734100）

引言

自改革開放以來，我國綜合國力得到了有效的增強(qiáng)，但受產(chǎn)業(yè)資源消耗量較多、國內(nèi)資源儲備量不足等因素的影響，我國生產(chǎn)制造業(yè)的發(fā)展無法滿足當(dāng)前社會發(fā)展的需要?，F(xiàn)階段，為推進(jìn)我國機(jī)械制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，將節(jié)能設(shè)計(jì)理念融入自動化機(jī)械制造工作中，成為了滿足企業(yè)生產(chǎn)、社會經(jīng)濟(jì)效益增長的重要舉措。

1 節(jié)能設(shè)計(jì)理念在機(jī)械制造與自動化中的應(yīng)用意義

現(xiàn)階段，全球人口數(shù)量的迅速增長，不僅使得人們對資源的需求量在不斷增加，還造成了環(huán)境的嚴(yán)重污染，這使得節(jié)能設(shè)計(jì)成為各行各業(yè)發(fā)展過程中不能忽視的重要理念之一。機(jī)械制造業(yè)作為當(dāng)前社會發(fā)展過程中極為重要的產(chǎn)業(yè)之一，將節(jié)能設(shè)計(jì)理念融入到自動化機(jī)械制造工作中，成為推動機(jī)械制造業(yè)健康發(fā)展的重要舉措之一。具體來說，傳統(tǒng)的機(jī)械制造生產(chǎn)活動中，往往會消耗大量的人力物力資源，在人力資源成本不斷增加、各類資源存儲量不斷下降的背景下，傳統(tǒng)的機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展已無法滿足人們對機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)際需要。在信息技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，為了提升機(jī)械制造的效率，減少對人力資源的消耗，自動化機(jī)械設(shè)備不僅受到了人們的廣泛歡迎，還為機(jī)械制造工作的推進(jìn)提供了有效的支持，如圖1所示為產(chǎn)品生產(chǎn)過程中所使用的自動化機(jī)械設(shè)備。但對自動化機(jī)械制造工作的開展情況進(jìn)行分析后可以發(fā)現(xiàn)，自動化機(jī)械設(shè)備的使用并未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)原材料的節(jié)約、“三廢”排放量的減少，這一情況的存在不僅給當(dāng)前機(jī)械制造行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展造成了一定的阻礙，還拖慢了綠色低碳社會發(fā)展建設(shè)的步伐。面對上述問題，將節(jié)能設(shè)計(jì)理念融入到當(dāng)前的自動化機(jī)械制造行業(yè)當(dāng)中，對以往的產(chǎn)品生產(chǎn)制造流程加以優(yōu)化，在緩解當(dāng)前能源短缺危機(jī)，為我國生態(tài)環(huán)境的健康發(fā)展提供有效的支持的基礎(chǔ)上，還能切實(shí)降低機(jī)械制造的成本，從而為機(jī)械生產(chǎn)活動效益的增長提供助力[1]。

圖1 某自動化機(jī)械設(shè)備

2 節(jié)能設(shè)計(jì)理念在機(jī)械制造與自動化中的應(yīng)用方法

在當(dāng)前的社會發(fā)展過程中，小到人們?nèi)粘Ｉ钪谐缘氖称贰⒋┑囊路?、進(jìn)出的車輛、住的房子等與生活息息相關(guān)的產(chǎn)品生產(chǎn)，大到公路高鐵、導(dǎo)彈火箭、航天衛(wèi)星等產(chǎn)品的制造，都離不開機(jī)械制造產(chǎn)品的生產(chǎn)。在經(jīng)濟(jì)全球化、企業(yè)競爭越發(fā)激烈的背景下，為進(jìn)一步提升機(jī)械制造活動的質(zhì)量，將節(jié)能環(huán)保理念融入自動化機(jī)械制造活動中，不僅可以滿足產(chǎn)品生產(chǎn)實(shí)際需要，強(qiáng)化企業(yè)的市場競爭力，還能提升生產(chǎn)活動的經(jīng)濟(jì)、社會效益，為機(jī)械制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供有效的支持。

2.1 樹立節(jié)能意識

自18世紀(jì)中葉工業(yè)革命開展以來，世界強(qiáng)國的興衰史表明了國家的發(fā)展、國民生產(chǎn)力的增長都離不開機(jī)械制造的支持，對于我國來說，機(jī)械制造業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)中的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展質(zhì)量與國民生計(jì)、國防力量等方面都存在著直接的聯(lián)系。盡管現(xiàn)階段，人們已經(jīng)充分認(rèn)識到機(jī)械制造業(yè)的重要性，但受我國機(jī)械制造業(yè)發(fā)展時間相對較短、一些產(chǎn)業(yè)發(fā)展技術(shù)還不夠純熟等因素的影響，機(jī)械制造活動的生產(chǎn)效率不夠高，并且在機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，仍存在著較為嚴(yán)重的資源耗費(fèi)情況，這一情況的存在給當(dāng)前社會經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展造成了極為嚴(yán)重的阻礙。為切實(shí)解決上述問題，樹立正確的節(jié)能意識，將節(jié)能設(shè)計(jì)理念融入到機(jī)械制造工作中，盡可能構(gòu)建完善的資源循環(huán)利用體系，以便切實(shí)降低機(jī)械制造工作對環(huán)境的影響。具體來說，在當(dāng)前機(jī)械制造行業(yè)的推進(jìn)過程中，能源損耗一直是導(dǎo)致資源消耗量偏多的重要因素，為實(shí)現(xiàn)資源的有效節(jié)約，切實(shí)降低機(jī)械制造活動所產(chǎn)生的成本，在應(yīng)用節(jié)能設(shè)計(jì)理念時，工作人員可以從環(huán)保設(shè)計(jì)、生態(tài)設(shè)計(jì)、自然環(huán)境設(shè)計(jì)等方面入手，盡可能提升資源的利用率，在保證產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量與效率的基礎(chǔ)上，降低產(chǎn)品生產(chǎn)活動對環(huán)境的影響。同時，由于傳統(tǒng)的機(jī)械制造設(shè)計(jì)工作更多的是從產(chǎn)品功能、使用壽命等角度對產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)的，這種評價(jià)方式并不能實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品資源消耗情況的有效管控，現(xiàn)階段，為進(jìn)一步提升機(jī)械制造產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)階段，明確當(dāng)前社會發(fā)展對象產(chǎn)品的實(shí)際需要，并且將節(jié)能環(huán)保的設(shè)計(jì)理念直接融入到產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作中，并且在完成設(shè)計(jì)的圖紙節(jié)能性、環(huán)保性進(jìn)行考察，進(jìn)一步提升設(shè)計(jì)的節(jié)能環(huán)保性，然后再將產(chǎn)品投入生產(chǎn)活動中，以便在提升產(chǎn)品實(shí)用性的基礎(chǔ)上，減少產(chǎn)品生產(chǎn)活動對資源、能源的浪費(fèi)，從而達(dá)到推動產(chǎn)品生產(chǎn)活動健康穩(wěn)定發(fā)展的目的[2]。

2.2 優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在當(dāng)前機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程中，為進(jìn)一步提升產(chǎn)品節(jié)能減排效果，應(yīng)當(dāng)將節(jié)能設(shè)計(jì)理念融入產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作中，對機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)合理的優(yōu)化。

首先，在開展節(jié)能設(shè)計(jì)時，設(shè)計(jì)人員可以將節(jié)能設(shè)計(jì)理念融入到產(chǎn)品機(jī)械性能提升工作中，對接卸產(chǎn)品生產(chǎn)成本、工作效果進(jìn)行優(yōu)化與改良，在保證產(chǎn)品生產(chǎn)實(shí)用性的基礎(chǔ)上，盡可能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品成本的有效管控。比方說，在當(dāng)前機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，機(jī)械產(chǎn)品零部件的形狀與其工作磨損情況、產(chǎn)品生產(chǎn)效率等因素之間存在著極為密切的聯(lián)系，在進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品節(jié)能環(huán)保的設(shè)計(jì)時，可以通過在保證機(jī)械設(shè)備基本功能能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上，對部分零部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，在延長零部件使用壽命的同時，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備內(nèi)部機(jī)構(gòu)的有效簡化與調(diào)整，在減小機(jī)械設(shè)備整體體積的同時，減少設(shè)備生產(chǎn)所需要的材料。

其次，為進(jìn)一步提升節(jié)能環(huán)保的設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用質(zhì)量，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，就應(yīng)當(dāng)對產(chǎn)品后續(xù)生產(chǎn)難度、能源消耗、材料回收等工作進(jìn)行考量，然后通過對后續(xù)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的原材料、資金等資源進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化的方式，推動機(jī)械產(chǎn)品的長久性發(fā)展。舉例來說，在某零部件機(jī)械加工生產(chǎn)企業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，為減少零部件加工過程中對產(chǎn)品原材料的消耗，設(shè)計(jì)人員將節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)工作中，并且在與零部件加工人員溝通交流后，決定用快速成型技術(shù)（設(shè)備如圖2所示）、干式切削技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)產(chǎn)品人工切削加工工作的方式，在減少切屑的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提升了切削工作額效率，減少了人工切削工作的工作量，為產(chǎn)品生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益的增長提供了有效的支持。同時，對于一些生產(chǎn)加工過程中必然會產(chǎn)生噪聲、高溫、熱輻射、金屬表面處理產(chǎn)生的化學(xué)毒物等有毒有害物質(zhì)的機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)環(huán)節(jié)，在進(jìn)行設(shè)備設(shè)計(jì)過程中，則可以通過對產(chǎn)品生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化、資源回收再利用、為設(shè)備提供廢棄物回收再利用系統(tǒng)等方式，降低機(jī)械生產(chǎn)對周邊環(huán)境造成的破壞，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保要求的落實(shí)。

圖2 快速成型零部件加工設(shè)備

最后，在將節(jié)能設(shè)計(jì)理念融入到機(jī)械制造產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中時，還需要遵循產(chǎn)品自動化設(shè)計(jì)生產(chǎn)工作的需要，并且通過對自動化設(shè)計(jì)理念進(jìn)行簡化調(diào)整，在保證機(jī)械產(chǎn)品自動化設(shè)計(jì)保留原有設(shè)計(jì)功能的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提升產(chǎn)品零部件的靈活性，在減少資源浪費(fèi)、能源消耗的基礎(chǔ)上，為產(chǎn)品生產(chǎn)成本的下降提供有效的支持。需要注意的是，在進(jìn)行機(jī)械制造節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)時，設(shè)計(jì)人員不僅需要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)原材料的節(jié)約，還需要在盡可能不影響產(chǎn)品原有功能的基礎(chǔ)上，通過對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)過程等環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化的方式，切實(shí)延長產(chǎn)品的使用壽命，從而達(dá)到真正推動自動化機(jī)械制造行業(yè)節(jié)能發(fā)展的目的。舉例來說，在進(jìn)行自動化機(jī)械設(shè)備節(jié)能設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員可以通過將節(jié)能設(shè)計(jì)理念融入到機(jī)械數(shù)據(jù)庫中，構(gòu)建更為完善的數(shù)據(jù)庫體系，并且通過對數(shù)據(jù)庫運(yùn)轉(zhuǎn)方式進(jìn)行全面分析的方式，進(jìn)一步提升自動化機(jī)械制造工作數(shù)據(jù)存儲、調(diào)動、分析工作的合理性。具體來說，在將節(jié)能設(shè)計(jì)理念融入數(shù)據(jù)庫中時，一方面，設(shè)計(jì)人員可以依據(jù)數(shù)據(jù)庫中的前期數(shù)據(jù)對機(jī)械制造設(shè)計(jì)工作具體內(nèi)容進(jìn)行分析，然后將節(jié)能設(shè)計(jì)理念融入到分析過程中，對數(shù)據(jù)庫中信息存在的浪費(fèi)情況進(jìn)行研究，以便及時發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中存在的不足，然后通過對其進(jìn)行針對性優(yōu)化改善的方式，進(jìn)一步提升機(jī)械設(shè)備的節(jié)能效果。另一方面，在機(jī)械數(shù)據(jù)庫的實(shí)際優(yōu)化過程中，設(shè)計(jì)人員可以針對數(shù)據(jù)庫的實(shí)際使用區(qū)域選擇最為合適的節(jié)能優(yōu)化算法，從而為后續(xù)產(chǎn)品生產(chǎn)能耗的節(jié)約提供有效的支持。以某精密電子元器件智能制造工作為例，在進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)過程節(jié)能環(huán)保的設(shè)計(jì)時，設(shè)計(jì)人員將流水車間、作業(yè)車間的具體能耗分析數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，進(jìn)行了節(jié)能優(yōu)化研究，并且在研究過程中，先以HGSA作為流水車間的節(jié)能優(yōu)化算法，然后考慮到產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，機(jī)械等待工件過程會存在大量的能耗，設(shè)計(jì)人員將混合模擬退火算法應(yīng)用到了工件傳輸過程中。通過這種方式，在降低機(jī)械空閑時間，提升車間能耗的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提升了車間產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，為低碳高效的產(chǎn)品制造體系構(gòu)建提供了有效的支持[3]。

2.3 優(yōu)化設(shè)備材料選擇

在進(jìn)行自動化機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)制造體系時，設(shè)計(jì)人員可以從機(jī)械設(shè)備的材料、機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)材料等方面入手，通過選擇更具節(jié)能效果的材料的方式，進(jìn)一步提升產(chǎn)品的節(jié)能環(huán)保效果，為產(chǎn)品后續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行提供有效的支持，在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，可以通過盡量使用可回收、可再利用或者對環(huán)境造成污染較小的材料，在提升材料利用率的同時，達(dá)到保護(hù)自然環(huán)境的目的。同時，在設(shè)備設(shè)計(jì)過程中，可以通過提升材料抗磨性、耐熱性等特性的方式，切實(shí)降低材料的更換率，并且避免出現(xiàn)零部件再替換后直接廢棄造成能源浪費(fèi)的情況，以便達(dá)到切實(shí)提升材料利用率，提升機(jī)械設(shè)備實(shí)用性的目的。

2.4 智能集成技術(shù)

在自動化機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程中，智能化集成技術(shù)的應(yīng)用可以使機(jī)械設(shè)備的各部分系統(tǒng)集成為一個整體，在提升各部分之間工作配合質(zhì)量的同時，還能有效降低設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的能耗，從而為設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)效果的提升提供有效的支持。在提升機(jī)械設(shè)備節(jié)能效果的過程中，可以通過為智能集成系統(tǒng)安裝電能損耗監(jiān)管系統(tǒng)、溫濕度傳感器、運(yùn)行時間收集系統(tǒng)等系統(tǒng)的方式，對機(jī)械設(shè)備的整體運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行收集，然后利用集成系統(tǒng)對收集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，提前解析該自動化機(jī)械設(shè)備在整體運(yùn)轉(zhuǎn)過程中能源損耗情況，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中存在的問題，便于后續(xù)處理對策的提出。同時，在將節(jié)能設(shè)計(jì)理念融入智能集成設(shè)備時，還可以通過對設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中所處的環(huán)境進(jìn)行調(diào)控的方式，實(shí)現(xiàn)設(shè)備整體能耗的下降。舉例來說，在將節(jié)能設(shè)計(jì)理念融入智能集成系統(tǒng)后，可以通過為系統(tǒng)添加光感、自動化安防等系統(tǒng)的方式，在明確設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境變化情況的同時，通過及時將設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)需要及時提供給工作人員的方式，保證設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性與可靠性，為機(jī)械設(shè)備自動化效果的提升提供有效的支持[4]。

3 結(jié)語

為切實(shí)提升機(jī)械制造業(yè)的整體質(zhì)量水平，將節(jié)能設(shè)計(jì)理念融入自動化機(jī)械制造行業(yè)中，在降低機(jī)械制造生產(chǎn)對資源的消耗的基礎(chǔ)上，可以有效滿足機(jī)械制造對于社會環(huán)境發(fā)展的需要，從而達(dá)到推動行業(yè)的節(jié)能發(fā)展，減少資源浪費(fèi)的目的。