機械設計制造及其自動化的節能設計思想探討

孫超

珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070

隨著社會經濟的發展，人們的環保問題意識也不斷增強，節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展不斷變化，所以需要節能的理念融入這個行業。因為中國機械設備所有社會功能的實現都需要得到保障其能源供應，而且設備本身的制造發展過程涉及能源與資源的大規模消耗。我們要優化設計方面，機械制造和自動化應用的節能設計理念的滲透，系統的設計使其更加穩定和高效。

1 機械設計制造的內容分析

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劃與利用，根據實際所需將原材料制作成半成品；零件定位是根據零件加工要求選擇不同的定位方式，如軸肩（或軸環）、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，以促進零件質量的提升；裝夾是將加工后的零件直接固定到機械產品的適宜位置上，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，但要保證產品的質量及其使用性能[1]。

2 機械制造與自動化設計中節能理念的具體設計內容

2.1 設計階段的節能措施

節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，充分體現節能理念能夠促進在材料選擇過程中及設計過程中環保節能理念的落實。在設計階段，應考慮節能設計理念的合理性，高效環保發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負荷。

2.2 節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、數量及方式等的區別均會使環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，在材料選擇中，應用綠色理念就是要考慮把材料對環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保要求，這是使用材料的前提，即要關注材料的性能與環保性，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。在生產某些機械產品時，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，還容易引發工業事故。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的任何特殊工藝，為生產綠色機械提供保障。

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，同時，尺寸相對穩定，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展理念對汽車的整體性要求，也可以滿足人們對環保型汽車的要求。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保需求[3]。

2.3 在制作工藝設計中增加節能環節

生產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設備及相關技術。一般情況下，當生產線很短很小時，與之相對應的結構也相對簡單，在資源的使用上，也不會出現太大的浪費。所以，設計節能結構實際上是通過減少附屬環節或者改用低能耗生產環節來達到節能效果的，能最大限度地提高生產效率。從具體實施應用來看，可從以下兩個方面展開優化：

（1）在制作工藝設計中充分考慮外部環境因素的影響，基于現場設備匹配度，設計合適的制作工藝，以達到節能降耗的目的。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節的效率，因此在進行制作工藝設計時，如果現場設備條件滿足，適宜選用溫鍛壓工藝。

（2）在完成機械產品結構設計、制作工藝設計后，應對其做進一步優化。首先，應對機械產品結構進行優化設計，在保證機械產品基本性能的前提下，盡可能簡化其結構，降低零件數量，通過該方式能使機械產品對原材料的損耗大幅減少，從而達到較好的節能效果。其次，應對制作工藝展開優化，制作加工的工藝順序不同，不僅會影響加工生產質量，而且會影響加工過程生產中能源的損耗，進而影響整體的生產效率。為此，在當前實際的機械產品加工制作過程中，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化。機械產品結構設計優化和制作工藝設計優化都有助于提升企業生產效率，使之在市場環境中具備更高的競爭力。

2.4 機械產品回收節能設計

機械設計當中融入節能設計理念，要從整體產品的使用環境屬性來進行分析，做好產品的生產應用、回收維護、反復拆卸以及廢舊零件回收等工作。機械產品結束使用周期后，如果質量和使用功能仍然能夠滿足相應的生產條件，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，從而保障結束產品生命周期之后，機械產品可以重新回到生產線中進行二次加工。

進行標準化的生產設計，也是節能產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把控。從經濟技術角度研讀設計的工藝文件，結合客戶上傳的具體規程實例進行定制化操作，滿足機器裝配工藝規程設計要求。高質量的機械產品供應零件會降低后期維修成本，因而只有不斷提高規范化生產程度與質量水平，才能夠真正做到節能生產與設計。

節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，經過精準稱重之后進行機械產品的精加工。設計人員要深入到一線生產車間，了解生產制造存在的問題，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生產資源浪費，提高對環境的保護能力[4]。

2.5 節能技術的應用

相關企業在機械綠色制造工藝設計中，應從環境、生產和諧發展的角度出發，探究機械產品加工中產品屬性、環境屬性的結合方法，并將綠色的生產技術融入機械制造、機械設計中。相關企業應在機械工藝優化的基礎上，強化產品回收設計，或在機械加工環節增加綠色加工零件，以此延長產品使用壽命，減少機械制造、產品使用中產生的能源損耗。

3 機械制造及其自動化中的應用發展趨勢

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展，二者結合應用將成為未來的主要發展趨勢。通過二者的有效結合，不僅能夠提升機械產品的整體質量和性能，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。在此基礎上融入節能理念，也更容易實現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，切實實現節能減排，推動現代工業的快速發展。

4 結語

機械設備設計制造應用綠色節能設計的理念可以影響到我國機械生產的能源水平和效率，也會推進的企業各個地區經營區域產品信息加工技術改進、運營成本理念創新，進而實現綠色制造的目標。