機械制造及自動化中節能設計理念的應用

姜堅宏

[摘 ? ?要]機械制造及自動化的節能設計需要針對機械制造環節的材料、部件構造、驅動系統、潤滑系統封閉性等展開研究，可以有效提升機械的質量和動力，減少內部摩擦損耗，進而提升機械使用壽命;在自動化設計環節則需要優化命令系統、傳感系統以及操作系統功能，提升機械操作準確度，提高機械生產效率。只有如此，才能實現資源合理利用以及工業領域的長遠可持續發展。

[關鍵詞]機械制造;自動化;節能設計;設計理念

[中圖分類號]TH16 [文獻標志碼]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計中將節能理念轉化具體生產力，是機械制造業普遍面對的問題，其不僅可以降低生產消耗，還能提升產品質量，延長其使用壽命，而且其報廢之后能夠回收二次利用。尤其是自動化設計中通過創新設計提高機械加工精準度，減少邊角余料，對于企業來說間接節省了資源和成本。這才是機械制造業需要追求的節能設計理念，而非在利益驅使下粗制濫造。

1 機械制造及自動化中節能設計根本原則

（1）質量為上。即在“節能減排”理念下，在機械制造及自動化設計過程中遵循高質量原則，選用優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維修帶來的物資浪費。以礦山行業來說，挖掘機械若是選用耐磨性差的材料，其可能在數年間就會報廢，整部機械都會失去利用價值，這對于礦山企業來說則意味著數年間僅在挖掘方面就產生了數十萬元的浪費。

（2）環保為重。指的是機械制造材料必須是高環保、低污染材料，能夠有效對抗高溫和腐蝕環境，不發生氧化、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，其可以重新回爐經過加工后成為其他產品。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發展。

（3）精密為本。對于機械制造企業來說，想要打開市場，需要保證機械質量、環保的同時，積極地實現內部構造的精密性，例如潤滑系統封閉性、智能系統的優化，這些是保證機械操作精準，提高生產效率，降低生產過程廢料產生規模的關鍵。在未來規模化生產的大背景下，企業能夠大量使用精密生產器械，其帶來的巨大效益是非常驚人的。同時因為機械設備使用壽命延長，可以實現企業額外效益的不斷增加，給予企業不斷發展的動力。

（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數斤重，這就是集成帶來的巨大改變。集成技術節省了大量的生產材料。集成技術當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中，可以明顯減少機械設備的體積，等同于節省了大量的原材料，這讓企業的生產成本不斷降低，提升了其利潤水平，加強了其競爭能力。

2 節能設計理念在機械制造及自動化中的具體應用

節能設計理念融入是隨著機械制造及自動化機械設備設計初期、設計成熟期、機械設備生產期來分別融入的，其體現了“大節能”理念，即將節能環保工作延展到了機械設備本身之外的生產加工環節，保證了機械制造業的良性發展。

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

（2）設計方案成熟階段“節能理念”的融入。設計方案成熟階段指的是，設計師已經相對考慮成熟，可以于機械設備設計中融入哪些可以節能減排的技術，這些技術的原理是什么，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。此時設計師需要在保證機械設備滿足使用企業生產加工需求同時，進一步考慮機械本身材質、內部構造、機械性能來高度融入節能理念：①要在確保材料安全性高品質基礎上，要求其具有環保性（無毒、可回收）、耐用性。②要對內部構件緊密性展開分析，需要傳動系統緊密咬合;命令系統、傳感系統、執行系統精密配合，提高機械操作精準度;潤滑系統封閉杜絕滴油、漏油，能夠做到智能給油，減少對環境的污染。一般來說，傳動系統緊密咬合的前提是齒輪必須用耐磨材質，這樣才能延長傳動系統壽命，從而保證整個機械設備的使用壽命得到改善;想要提升命令和傳感系統的傳導速度，就需要不斷地減少二者間不同步，能夠確保命令下達的最短時間內，傳感系統便可以將命令傳遞給執行系統;智能給油則是避免了手工給油造成的不精準以及滴油、漏油的弊端。③能夠針對電能消耗這一點來實現變頻技術融入，這樣可以根據生產要求調解機械運轉速度，能夠有效地節省電能。例如礦井中的壓縮機，其融入變頻技術之后避免了以往的持續高速運轉帶來的電能損耗以及內部磨損，有效提升了壓縮機使用壽命[2]。據行業數據證明，中小型礦業企業采用變頻壓縮機后，僅電費便可以節省十數萬乃至于數十萬元。另外礦業中的傳動運輸系統中的傳送帶等實現變頻技術融入之后，避免了其空轉，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）機械生產階段“節能理念”的融入。①機械設備鍛造環節，需要采用高標準煤來熔煉鍛造，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保標準，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準再排入指定河流中[3]。相對比來說于生產階段融入“節能理念”，并不比在設計環節融入“節能理念”壓力小，因為我國工業面對的是一個共同的自然環境，隨著社會發展工業生產企業增多，即使各個企業排放符合標準，結果所有企業形成的綜合排放量仍然會給環境造成巨大壓力。只有充分在生產階段融入“節能理念”，才會讓自然環境獲得真正的保護。

3 影響機械制造及自動化中節能理念應用的因素

3.1 生產理念

即機械生產企業是否具有良好的品質理念以及環保理念。現如今我國社會生產能力不斷提升，對機械設備需求量加大，導致機械設備生產企業在利益驅使下開始偷工減料，其結果必然造成機械設備壽命縮短，無形中造成了社會資源浪費。甚至于可以進一步去想象，這樣的機械生產企業會因為自己產品的質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的挑戰。

3.2 設計者水平

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

3.3 法律法規

相對發達國家，我國機械制造及自動化相對落后，這一類的法律、法規也相對不夠完善，加上節能理念在機械制造及自動化中應用屬于高端技術領域，使得相應的規范標準不夠精準統一。這也決定了機械制造及自動化過程中節能技術利用不足，導致了機械制造業的粗放管理。

4 提升節能理念在機械制造及自動化中應用水平的策略

（1）建立嚴格的行業監督體系。對于機械制造業來說，鑒于可持續發展理念，需要政府以及行業協會對每個企業的研發、設計、生產等展開嚴密監控，對其中存在的不利于環境保護、浪費資源能源的行為進行集中治理。必須要提升該類企業違規成本，如此才能使得機械制造業整體改變粗放式管理方式，能夠主動融入節能理念，在機械設計、生產等環節注意環境保護，提高產品質量，延長其使用壽命。這其中需要行業協會配合政府有關部門制定行業規范以及技術標準，將其作為治理依據[4]。為了提高政府對該領域的治理能力，也需要改變過去的管理型政府想象，積極地向服務型政府邁進，這樣才能實現政府和行業協會的深度溝通。

（2）培養優良的設計人才。我國各級高校必須要看到機械制造對我國工業發展的影響，能夠借鑒國外先進教育經驗培養機械設計及制造優良人才。能夠在課程體系上積極改革，推行現代化的“校企聯合”，保證學生真刀實槍地進行機械設計，培養出既有理論又有實際操作能力的復合型人才。目前我國機械設計人才培養隨著教育改革推進也獲得了一定成果，但是和發達國家相比還存在差距，應正視這一差距，積極地完善薄弱環節。其中雙師型教育隊伍的培養是關鍵環節。

（3）建立健全行業法律。法律相對比規范、標準等更加高級，其具有法律效力，可以通過強制手段來規范行業發展，擺脫了規范、規定、標準等文件的軟弱無力，給予執法人員以依據。也正是因此，才能切實地讓機械制造業感受到國家對環保的態度。在機械制造有關法律的建設方面，需要政府廣泛采集行業精英企業、領域內影響力較大的專家、機械制造業協會等組織和個人的意見，保證法律的嚴密性。

5 結束語

節能理念融入到機械制造及自動化當中，除了站在機械制造本身的材料應用、設計優化等層面不斷總結之外，還需要明確應用效果和機械生產企業經營理念、設計人員環保意識等。對于機械制造企業來說，想要在競爭激烈的環境里生存，必須樹立環保意識，力求產品耐用、好用，這樣才能建立市場壁壘阻斷跟進。另外，還需要在生產加工環節注意節能減排，如此才能確保企業可持續發展。

參考文獻

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

[2] 李永紅.節能設計理念在機械制造與自動化中的應用研究[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計中的節能設計理念的相關探索[J].科技風，2020（23）：123.

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