淺談機械加工制造過程中的能耗優化方法

胡金鑫

摘 要：機械制造業的發展直接影響我國的經濟和科技發展。制造業的生產過程就是將資源進行轉化，在這一過程中往往會產生較高的能耗，針對我國現階段資源緊缺的情況，在機械加工制造的過程中進行能耗的優化就是機械制造業發展的主要方向。該文主要研究了如何在機械制造過程中實現能耗優化，節約能源，并結合實際情況，提出幾點能耗優化的措施，以供參考。

關鍵詞：機械加工；制造過程；能耗優化

中圖分類號：TH16 文獻標志碼：A

0 引言

能量問題一直是國際研究的重點問題，對國民經濟的發展有著直接影響，在現今國際能源價格變動的環境下，能源市場的競爭愈發激烈。同時，隨著環境問題越來越嚴重，全球都重視節約能源，保護環境。而機械加工制造的過程就是將資源轉化為產品或服務的過程，其中包括各種動力機械、農業機械和起重運輸機械等。在機械加工制造過程中能源消耗十分嚴重，所以必須在機械加工過程中實施能耗優化，改變機械加工制造高消耗高污染的弊端，減小能源的損耗和浪費，對機械加工技術進行優化和改善，實現綠色加工生產，構建綠色生態文明。

1 機械加工制造過程能耗優化的必要性

我國機械制造業的主要發展方向是節約資源、保護環境，盡可能地實現經濟發展和自然環境和諧共存的目標，因此，機械加工制造過程的必要性主要有以下3點。

第一，環境污染小。機械加工制造過程的能耗優化相對于傳統的加工制造過程來說更加合理。在該過程中，從全面采用綠色環保加工技術，能夠在很大程度上提高能源的利用效率，并且能夠降低加工制造過程中的污染物排放，對機械廢物進行合理科學的處理，全面降低機械加工制造過程中造成的環境污染。

第二，能源利用率高。我國機械加工的發展方向是精密化和集約化。對機械將制造過程進行優化和改善，不但能夠降低能耗，減少環境污染，還能夠提高能源的利用率，實現能源的高效利用。結合我國能源的實際利用情況，仍存在著較多因資源配置而引起的能源浪費現象，使能源的真正價值無法正常發揮，造成嚴重的浪費，還在無形之中提升了機械加工制造的成本。所以優化機械加工制造過程，能夠幫助實現一體化、智能化的發展，彰顯“循環”經濟。

第三，生產收益高。傳統的機械加工制造過程在資源的使用上，會造成嚴重的損耗，并且資源得不到高效的利用，無法體現資源的真正使用價值。象在一些加工制造的過程中，因對資源使用無法進行準確地衡量，就會在一定程度上造成能源的大量損耗，無形增加加工制造的成本。所以，對機械加工制造過程進行優化，能夠有效地降低成本，提高制造企業的生產收益和經濟收益。

2 機床設備資源的狀態建模和量化評估

2.1 機床設備資源的狀態建模

在該文中，參與機械加工制造的資源具體指在一個完整生產周期中的物理元素，針對資源的合作層次和應用權限能夠分為生產單元層、設備層和車間層。在一般情況下，機械加工制造的主要過程都是在機床上進行的，所以該文主要針對機床設備的能耗情況進行研究。

2.2 狀態的量化評估

機床設備資源狀態的量化評估主要是對加工制造時的資源配置進行約束，保證資源決策的科學性，從而提高機械加工制造工藝的可執行性。通過對加工制造資源的建模進行分析，能夠發現，不同的使用目的，機床設備表現出的相應信息也大不相同。

3 機械加工制造過程能耗的定量分析

在對機械加工制造過程進行優化時，對能耗的定量計算以及分析是實施優化的基礎。機床設備是最主要的耗能資源，針對機床的耗能計算和分析通常情況下都是在時間維度上進行，通過是否參與加工任務進行區分，能夠分成非加工時間能耗和加工時間能耗。其中加工時間能耗是指設備在初始加工直至加工結束這段時間產生的能耗。并且在這一整體過程中，一旦機床設備沒有關機，無論是否進行加工操作，都會產生相應的能耗。傳統的能耗優化過程主要是對單臺設備進行優化，生產調度優化的方向是則是對機床設備的非加工時間的機床設備待機能耗優化。

4 機械加工制造過程能耗計算模型

4.1 計算模型假設

上述我們對機械加工制造過程的能耗的定量分析進行了探討，以此進行計算模型的假設。首先，從加工時間的定義來看，在機床加工的過程中，除了在機床加工上的輔助時間，還有加工進行時的工藝過程時間。并且在輔助時間內，機床處于待機狀態，則可以只針對實踐信息進行計算。其次，從能耗和功率的關系來看，能耗可以認為是功率在時間上形成的積累情況，功率大，但是加工時間持續較短，相應的能耗值也會較小；功率大，加工時間持續較短，相應的能耗值也會較大。由此，在對能耗進行分析計算的過程中，可以將計算模型建立在加工工藝環節中子過程時間段的基礎上。將此計算模型同機械加工環節的功率曲線進行對比分析，可以看出機械加工操作處于相對穩定的狀態，可以稱其為活動。并且在工藝過程的功率曲線中，相應的峰值也屬于瞬態。所以在功率曲線中，活動和活動轉移的功率均可以被認為是機床加工過程中，不同產品能耗在不同運動情況下的功率組合。

4.2 假設分析

對上述計算模型假設進行分析，通過預測值和實際值的對比，能夠看出機床加工工序時產生的能耗是整個機械加工制造過程中產生能耗的主體。想要徹底實現計算模型的設計，除了上述提到的條件，還要進行相應的幾點假設：

假設一，在計算模型中，獨立機床之間完全獨立，并且每個機床在相同的加工時間內只能完成一道工序；

假設二，在進行加工任務進行的過程中，相應的所有工序只能由同一臺機床設備進行完成。一旦加工工藝開始進行，不能中途中斷；

假設三，機械加工的時間構成只包括輔助時間和工藝時間2個部分，并且加工和工藝工序進行不產生聯系；

假設四，在機床進行機械加工的過程中，不存在生產環節的故障情況。

5 機械加工制造過程能耗優化措施

5.1 合理使用工裝

在機械加工制造的過程中，加工方式多種多樣。在對一些細節加工較難操作的零件制造過程中，會采用制作工裝的方式幫助進行加工生產，從而提升加工制造工作的效率。針對這一情況，工裝的使用必須合理。首先，確保工裝數量合理。在機床的加工制造過程中，一些工廠會采購大量的工裝讓操作人員進行使用，幫助進行機械加工，但是這就會造成工裝數量和操作人員數量的不匹配，引起浪費。所以要確保工裝數量的合理。其次，對工裝進行新工藝路線的研發設計。在未來的發展中，機械加工必然會越來越復雜，這時進行新工藝工裝的設計就顯得尤為重要。新工裝的開發是在原有工裝工藝上進行相應的優化改善，從而提升作業效率，進一步減少能耗。

5.2 對工藝路線進行合理的調整

在工人進行機械加工制造的過程中，都是依照企業制定的作業標準進行操作，其中工藝路線和規范標準都是固定的，但是這些工藝路線都是較為傳統的標準，沒有進行相應的創新和改良，不能充分滿足現今社會對機械加工的需求。針對現階段機械加工制造的發展而言，越來越多的機械加工技術和設備進入人們的視野，想要實現機械加工制造業的持續發展，必須要對傳統的工藝路線進行合理的調整。首先，可以在制造生產的過程中，盡可能地使用新式技術和工藝，幫助進行加工制造；其次，采用最新的數控機床等設備，提升硬件基礎水平；最后在實際的加工制造過程中，使用的工藝路線盡可能簡單便捷。在機械加工制造中實現上述幾點操作，能夠在很大程度上減少能耗，節約資源，提升作業效率。

5.3 采用批量流水線的方式進行加工生產

在機械加工制造生產中，一些零件或者小型部件的加工生產過程是單件進行的，或者是由小型生產商進行制造。這種情況，就會造成機械加工制造的效率得不到提高。采用批量流水線的生產方式在相同的時間內，會有更高的生產效率以及更高的經濟收益。因此在進行生產制作的準備階段，可以先對制造的機械零件進行適用性分析，將之前的單件生產方式，改為批量流水線生產方式，最后再進行零件的組裝操作。通過這種方式提高生產效率，減少生產資源成本，降低能耗。

6 結語

綜上所述，優化機械加工制造過程十分重要，尤其是在現今環境污染嚴重，資源損耗巨大的背景下，此優化方法更具有獨特的現實意義。該文介紹了優化機械加工制造過程的必要性，并且對機械技工制造過程的能耗問題進行定量分析和計算模型的假設，最后提出幾點具體的優化措施，希望能推進機械制造業朝著低能耗綠色的制造方向發展，真正解決現今機械制造的能耗問題。

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