機械制造與自動化中節能設計理念的應用探討

王志亮

（甘肅省山丹培黎學校，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，但受產業資源消耗量較多、國內資源儲備量不足等因素的影響，我國生產制造業的發展無法滿足當前社會發展的需要?，F階段，為推進我國機械制造業的可持續發展，將節能設計理念融入自動化機械制造工作中，成為了滿足企業生產、社會經濟效益增長的重要舉措。

1 節能設計理念在機械制造與自動化中的應用意義

現階段，全球人口數量的迅速增長，不僅使得人們對資源的需求量在不斷增加，還造成了環境的嚴重污染，這使得節能設計成為各行各業發展過程中不能忽視的重要理念之一。機械制造業作為當前社會發展過程中極為重要的產業之一，將節能設計理念融入到自動化機械制造工作中，成為推動機械制造業健康發展的重要舉措之一。具體來說，傳統的機械制造生產活動中，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，傳統的機械制造行業發展已無法滿足人們對機械產品的實際需要。在信息技術不斷發展的背景下，為了提升機械制造的效率，減少對人力資源的消耗，自動化機械設備不僅受到了人們的廣泛歡迎，還為機械制造工作的推進提供了有效的支持，如圖1所示為產品生產過程中所使用的自動化機械設備。但對自動化機械制造工作的開展情況進行分析后可以發現，自動化機械設備的使用并未實現產品生產原材料的節約、“三廢”排放量的減少，這一情況的存在不僅給當前機械制造行業的可持續發展造成了一定的阻礙，還拖慢了綠色低碳社會發展建設的步伐。面對上述問題，將節能設計理念融入到當前的自動化機械制造行業當中，對以往的產品生產制造流程加以優化，在緩解當前能源短缺危機，為我國生態環境的健康發展提供有效的支持的基礎上，還能切實降低機械制造的成本，從而為機械生產活動效益的增長提供助力[1]。

圖1 某自動化機械設備

2 節能設計理念在機械制造與自動化中的應用方法

在當前的社會發展過程中，小到人們日常生活中吃的食品、穿的衣服、進出的車輛、住的房子等與生活息息相關的產品生產，大到公路高鐵、導彈火箭、航天衛星等產品的制造，都離不開機械制造產品的生產。在經濟全球化、企業競爭越發激烈的背景下，為進一步提升機械制造活動的質量，將節能環保理念融入自動化機械制造活動中，不僅可以滿足產品生產實際需要，強化企業的市場競爭力，還能提升生產活動的經濟、社會效益，為機械制造業的可持續發展提供有效的支持。

2.1 樹立節能意識

自18世紀中葉工業革命開展以來，世界強國的興衰史表明了國家的發展、國民生產力的增長都離不開機械制造的支持，對于我國來說，機械制造業作為國民經濟中的基礎性產業，其發展質量與國民生計、國防力量等方面都存在著直接的聯系。盡管現階段，人們已經充分認識到機械制造業的重要性，但受我國機械制造業發展時間相對較短、一些產業發展技術還不夠純熟等因素的影響，機械制造活動的生產效率不夠高，并且在機械產品生產過程中，仍存在著較為嚴重的資源耗費情況，這一情況的存在給當前社會經濟的健康發展造成了極為嚴重的阻礙。為切實解決上述問題，樹立正確的節能意識，將節能設計理念融入到機械制造工作中，盡可能構建完善的資源循環利用體系，以便切實降低機械制造工作對環境的影響。具體來說，在當前機械制造行業的推進過程中，能源損耗一直是導致資源消耗量偏多的重要因素，為實現資源的有效節約，切實降低機械制造活動所產生的成本，在應用節能設計理念時，工作人員可以從環保設計、生態設計、自然環境設計等方面入手，盡可能提升資源的利用率，在保證產品生產質量與效率的基礎上，降低產品生產活動對環境的影響。同時，由于傳統的機械制造設計工作更多的是從產品功能、使用壽命等角度對產品質量進行評價的，這種評價方式并不能實現對產品資源消耗情況的有效管控，現階段，為進一步提升機械制造產品的經濟效益與社會效益，在產品設計研發階段，明確當前社會發展對象產品的實際需要，并且將節能環保的設計理念直接融入到產品設計工作中，并且在完成設計的圖紙節能性、環保性進行考察，進一步提升設計的節能環保性，然后再將產品投入生產活動中，以便在提升產品實用性的基礎上，減少產品生產活動對資源、能源的浪費，從而達到推動產品生產活動健康穩定發展的目的[2]。

2.2 優化機械結構設計

在當前機械產品生產制造過程中，為進一步提升產品節能減排效果，應當將節能設計理念融入產品設計工作中，對機械產品結構進行科學合理的優化。

首先，在開展節能設計時，設計人員可以將節能設計理念融入到產品機械性能提升工作中，對接卸產品生產成本、工作效果進行優化與改良，在保證產品生產實用性的基礎上，盡可能實現產品成本的有效管控。比方說，在當前機械設備運轉過程中，機械產品零部件的形狀與其工作磨損情況、產品生產效率等因素之間存在著極為密切的聯系，在進行機械產品節能環保的設計時，可以通過在保證機械設備基本功能能夠正常運轉的基礎上，對部分零部件的結構進行優化，在延長零部件使用壽命的同時，實現機械設備內部機構的有效簡化與調整，在減小機械設備整體體積的同時，減少設備生產所需要的材料。

其次，為進一步提升節能環保的設計理念的應用質量，在產品設計過程中，就應當對產品后續生產難度、能源消耗、材料回收等工作進行考量，然后通過對后續產品生產過程中的原材料、資金等資源進行進一步優化的方式，推動機械產品的長久性發展。舉例來說，在某零部件機械加工生產企業運轉過程中，為減少零部件加工過程中對產品原材料的消耗，設計人員將節能環保設計應用到產品設計生產工作中，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（設備如圖2所示）、干式切削技術代替傳統產品人工切削加工工作的方式，在減少切屑的基礎上，進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，為產品生產經濟效益的增長提供了有效的支持。同時，對于一些生產加工過程中必然會產生噪聲、高溫、熱輻射、金屬表面處理產生的化學毒物等有毒有害物質的機械設備生產環節，在進行設備設計過程中，則可以通過對產品生產過程進行優化、資源回收再利用、為設備提供廢棄物回收再利用系統等方式，降低機械生產對周邊環境造成的破壞，進一步實現節能環保要求的落實。

圖2 快速成型零部件加工設備

最后，在將節能設計理念融入到機械制造產品設計環節中時，還需要遵循產品自動化設計生產工作的需要，并且通過對自動化設計理念進行簡化調整，在保證機械產品自動化設計保留原有設計功能的基礎上，進一步提升產品零部件的靈活性，在減少資源浪費、能源消耗的基礎上，為產品生產成本的下降提供有效的支持。需要注意的是，在進行機械制造節能環保設計時，設計人員不僅需要實現產品生產原材料的節約，還需要在盡可能不影響產品原有功能的基礎上，通過對產品結構、生產過程等環節進行優化的方式，切實延長產品的使用壽命，從而達到真正推動自動化機械制造行業節能發展的目的。舉例來說，在進行自動化機械設備節能設計的過程中，設計人員可以通過將節能設計理念融入到機械數據庫中，構建更為完善的數據庫體系，并且通過對數據庫運轉方式進行全面分析的方式，進一步提升自動化機械制造工作數據存儲、調動、分析工作的合理性。具體來說，在將節能設計理念融入數據庫中時，一方面，設計人員可以依據數據庫中的前期數據對機械制造設計工作具體內容進行分析，然后將節能設計理念融入到分析過程中，對數據庫中信息存在的浪費情況進行研究，以便及時發現傳統機械設備運轉過程中存在的不足，然后通過對其進行針對性優化改善的方式，進一步提升機械設備的節能效果。另一方面，在機械數據庫的實際優化過程中，設計人員可以針對數據庫的實際使用區域選擇最為合適的節能優化算法，從而為后續產品生產能耗的節約提供有效的支持。以某精密電子元器件智能制造工作為例，在進行產品生產過程節能環保的設計時，設計人員將流水車間、作業車間的具體能耗分析數據庫為基礎，進行了節能優化研究，并且在研究過程中，先以HGSA作為流水車間的節能優化算法，然后考慮到產品生產過程中，機械等待工件過程會存在大量的能耗，設計人員將混合模擬退火算法應用到了工件傳輸過程中。通過這種方式，在降低機械空閑時間，提升車間能耗的基礎上，進一步提升了車間產品的生產效率，為低碳高效的產品制造體系構建提供了有效的支持[3]。

2.3 優化設備材料選擇

在進行自動化機械設備生產制造體系時，設計人員可以從機械設備的材料、機械設備生產材料等方面入手，通過選擇更具節能效果的材料的方式，進一步提升產品的節能環保效果，為產品后續平穩運行提供有效的支持，在產品生產過程中，可以通過盡量使用可回收、可再利用或者對環境造成污染較小的材料，在提升材料利用率的同時，達到保護自然環境的目的。同時，在設備設計過程中，可以通過提升材料抗磨性、耐熱性等特性的方式，切實降低材料的更換率，并且避免出現零部件再替換后直接廢棄造成能源浪費的情況，以便達到切實提升材料利用率，提升機械設備實用性的目的。

2.4 智能集成技術

在自動化機械設備設計生產過程中，智能化集成技術的應用可以使機械設備的各部分系統集成為一個整體，在提升各部分之間工作配合質量的同時，還能有效降低設備運轉過程中的能耗，從而為設備運轉效果的提升提供有效的支持。在提升機械設備節能效果的過程中，可以通過為智能集成系統安裝電能損耗監管系統、溫濕度傳感器、運行時間收集系統等系統的方式，對機械設備的整體運轉情況進行收集，然后利用集成系統對收集到的數據信息進行分析，提前解析該自動化機械設備在整體運轉過程中能源損耗情況，及時發現設備運轉過程中存在的問題，便于后續處理對策的提出。同時，在將節能設計理念融入智能集成設備時，還可以通過對設備運轉過程中所處的環境進行調控的方式，實現設備整體能耗的下降。舉例來說，在將節能設計理念融入智能集成系統后，可以通過為系統添加光感、自動化安防等系統的方式，在明確設備運轉環境變化情況的同時，通過及時將設備運轉需要及時提供給工作人員的方式，保證設備運轉的安全性與可靠性，為機械設備自動化效果的提升提供有效的支持[4]。

3 結語

為切實提升機械制造業的整體質量水平，將節能設計理念融入自動化機械制造行業中，在降低機械制造生產對資源的消耗的基礎上，可以有效滿足機械制造對于社會環境發展的需要，從而達到推動行業的節能發展，減少資源浪費的目的。