機械制造與自動化設計中的節能設計理念研究

胡易凡

摘要：機械制造與自動化設計時機械制造業技術革新和不斷發展的重要依托，隨著我國能源形勢和環境形勢的惡化，機械設計制造領域有關節能降耗的方案與設計不斷增多，本文在綜合目前機械制造與自動化設計的發展現狀和未來對環保節能設計的要求進行了對比研究，旨在通過將機械制造與制動化設計和節能設計相結合，探索機械制造行業未來的全新發展思路。

關鍵詞：機械制造；自動化；節能設計

機械制造及其應用在我國國民經濟構成中占有較大的基礎比重，而隨著機械制造行業的不斷發展也帶來了嚴重的能源耗費和環境污染等問題。在實際的生產生活中，通過將自動化技術與傳統機械制造相結合，在一定程度上創造了不錯的收益，因而在目前急需環保與節能設計的時代節點之下，將節能設計進一步與機械制造、自動化技術相結合以促進行業繁榮、保護環境具有重要意義。

一、機械制造及其自動化的發展優勢

（一）效率進一步提升

傳統的機械以其使用物質燃料實現機械能和動能的轉換進行工作而驅動社會工業化的轉變。但是在高效率和高強度的生產環境下，傳統機械表現出能源轉換率低、動力較差、污染嚴重的弊端。這也表現出機械制造領域缺乏較好的設計和控制理念。而自動化技術在某種程度上實現了機械運轉時的信息化水平，比如現代化的電子控制程序（ECU）可以準確檢測汽車發動機的實時工況、燃油耗率、峰值功率、爆震情況等，實現了現代汽車發動機動力不斷突破創造新紀錄。

（二）安全性獲得提升

機械的安全性一直以來是考驗機械制造水平的重要尺度，好的機械不僅要實現全工況運轉的安全性和生產效率，還要保證在安全使用期限內的故障水平。自動化系統的加入在很大程度上實現了機械的自檢和故障報警，為機械使用者提供了良好的參考，從而避免了很多事故的發生。

（三）節能降耗成為可能

柴油機是一種傳統大馬力機械，由于柴油標號和柴油機工況的影響，污染問題長期困擾著柴油機械制造商，但是自動化系統加諸柴油機之上會使得柴油的燃燒情況得到良好的控制，通過檢測柴油機油封、缸套、燃燒室內柴油的溫度變化等數值，自動化系統能夠得出當前柴油機的使用狀況，提升其環保系數，也為環保設計提供了技術參考。

二、機械制造領域中節能設計的途徑

機械制造與自動化設計是目前機械制造領域中提升產品素質、保證產品質量的重要手段，而節能設計是目前機械制造領域內先進的思想和方法，兩者的結合不僅是必然的，也是現實的。將機械制造與自動化技術進行節能減排的設計需要通過如下途徑實現：

（一）環保型材料的使用

機械制造的傳統材料比如鋼、鐵、鋁等在制造水平和發展空間上都已經不再具有吸引力，諸如發動機缸體、缸套、活塞、曲軸、連桿、軸瓦的使用材料都已經向著輕量化和環保方向進步。諸如寶馬公司將其全新的直列六缸發動機的缸體換用輕質的鋁鎂合金、為了保證動力輸出還將活塞換用鈦合金、氣門涂覆低密度鈷、軸承也換用了新型合金材料。這類材料除了質量輕、韌性好等特點，最重要的仍然是其環保與低耗。

（二）延長使用壽命、可循環利用

在設計中考慮到機械的長期使用和減少維修次數也是節能降耗的重要途徑，這在一定程度上減少了原材料的消耗，因而在生產和使用環節對機械的節能性起到了重大的推動作用。同時，機械報廢之后的大部分材料都可二次回收利用，在減輕環境負擔方面具有一定意義。

三、機械制造與自動化設計中節能設計的理念

為了實現機械制造和自動化整個流程的節能減排，機械制造和自動化設計者應從以下幾點著手。

（一）優化和改進產品設計

將節能理念運用到機械結構的設計優化中是貫徹節能設計理念的基礎，只有將節能環保技術落實到機械結構的設計環節，才能實現機械制造和自動化的節能和環保性，機械產品的設計體現為外形和功能兩個部分。針對性的設計理念有兩種：

首先，機械產品的外形決定了其使用過程中的資源消耗量，舉例而言，機械阻力小的機械在實際運行過程中將更加節約燃油，降低負載的能耗。而諸如輪胎阻力、風阻等的阻力在長期使用過程中會加重能耗和機械的排放。

其次，機械產品的功能在其特定的領域內是由其設計用途決定的，為了實現最好的利用，發動機是機械中重要的動力部件，而影響發動機能耗的關鍵是其機械結構和設計理念。目前小排量渦輪發動機在實現同等動力的情況下排放量要顯著低于大排量發動機或者柴油機，因而具有廣泛的應用前景。因此，以節能設計為基礎，發動機的選擇要確保其具有效率高、能耗低、污染小的特性，從而有效降低機械發動機危害環境的程度，在節能的同時減少對環境的污染。

（二）優化機械的加工工藝流程

在機械零部件的加工方式中，應當選擇合適的方式為其加工，這樣可以避免資源浪費。合理的設計加工工藝可以減少加工載荷的波動，實現機械在全工況內良好的運轉，而任何超負荷和不足負荷的情況都是對能量的浪費。這就要求在加工過程中可以通過選擇最佳的加工方式來實現機械的最佳狀態。比如鍛壓，可以是冷鍛壓、溫鍛壓、熱鍛壓。其中冷鍛壓和溫鍛壓的能量利用效率高于熱鍛壓，也利于機械材料發揮其最大功用，在具體選擇鍛壓方式的時候也要結合當前機械生產的目標與實際運行的環境來決定。

四、結語

在工業制造業的發展過程中，能源消耗是阻礙其進步的重要因素，因此要實現工業制造業的可持續發展，就要從節能減排為出發點，使工業制造業的能源消耗得到有效降低。作為工業制造業中的機械制造及其自動化產業，其發展過程中也要將節能減排視為促進發展的關鍵點，將節能環保理念有效運用到設計環節中，從而從根本上實現機械制造和自動化產業的節能環保，有力促進機械制造業的快速健康發展。

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