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节能设计理念在机械制造及自动化应用中的渗透研究王顺超

发表时间：2020/6/15 来源：《基层建设》2020年第6期作者：王顺超

[导读] 摘要：机械制造和自动化对提高生产力，提高生产效率，减少生产成本有着非常重要的作用，同时对中国工业的发展也有着一定的推动作用。

        大连金鼎石油化工机器有限公司辽宁大连 116103
        摘要：机械制造和自动化对提高生产力，提高生产效率，减少生产成本有着非常重要的作用，同时对中国工业的发展也有着一定的推动作用。但是机械制造和自动化在给工业带来便利的同时，也不可避免的造成了大量的资源浪费和能源消耗问题。而节能设计理念的出现，可以有效的对机械制造和自动化中的能源消耗问题进行解决。基于此，文章以节能设计理念下机械制造和自动化的可持续发展进行了分析和探讨。
        关键词：节能设计；机械制造；自动化应用
        引言：
        当前背景下，以发动机以及电机驱动的机械设备制造推动着现代工业的发展，并且随着设备功能的快速演进，集成了微电子、通信等技术的机械设备被应用到绝大部分的生产生活场景，使其不再是简单的动力输出装置以及体力劳动替代者，而是成为形式和功能多样、操控简便，可以按照设定程序自动化运行乃至具备自主决策能力的设备。但机械设备所有功能的实现都需要保障其能源供应，而且设备本身的制造过程涉及能源与资源的大规模消耗。
        1节能设计理念的优势
        我国经济的快速发展以及科学技术水平的发展，促进了我国机械化的发展和设计，节能设计理念使现代机械发展成为未来的一种发展趋势。通过节能设计理念在机械制造和自动化中的应用可以让有限的能源得到循环的使用，把机械制造和自动化过程中对环境造成的污染减少到最低，这样可以在提高我国机械化生产效率的基础上把对环境的污染减少到最低，实现我国可持续发展的理念。以前在传统的机械设计时，一般不考虑回收再利用问题，使得在机械制造和自动化生产的过程中造成了不少的资源浪费。在新的时期，企业需要进行不断的创新，应该把节能设计的理念应用到机械制造和自动化过程中，在选材方面尽可能的选取节能型的，可实现循环利用的，以及对环境污染度低或者是没有污染的；通过这种方式还可以让制造企业实现一定经济收益，并推动企业长远发展。
        2机械制造与自动化现状分析
        随着我国社会的不断进步，科学技术的不断发展，机械制造技术和自动化技术也逐渐的完善和成熟起来，并且在工业化进程中的地位和作用越来越突出。近些年，机械制造业的生产效率不断的提高，不仅为企业节约了不少的制造成本，也让企业获得了一定的经济利益。但是机械制造技术和自动化技术的发展还不够完善，主要是因为我国机械化制造和自动化技术的出现比较晚，在很多技术方面还不够成熟，在使用的过程中，虽然对生产效率的提高产生了一些作用，对环境的污染和可持续发展也带来了一系列的不良影响。因此，在这样的情况下，转变设计理念，把节能设计的理念贯穿到机械制造和自动化的生产过程中，是目前我国机械制造业实现可持续发展的迫切问题。
        3机械制造关键技术与节能设计理念的联系
        3.1机械制造原材料的研发和应用
        工业生产原材料的研发对资源环境保护具有多重意义，而机械制造所用材料不仅涉及自然资源的优化利用，还会通过设备的性能改进、影响下游产业链的工艺创新达到节能目的。首先，机械制造行业生产使用的金属及非金属材料直接影响设备的性能。例如，传动部件的材料决定了设备运行工况的稳定性和能量损耗大小，而具有优良工艺性能以及力学、物理学性能的材料则有助于降低摩擦力、提升设备使用寿命，从而减少设备运行过程中的能量损耗并提升其产能。其次，基于可循环利用或者低能耗水平新材料的利用也能有效降低机械制造以及设备使用领域的能耗。

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        3.2信息技术在机械制造中的应用
        首先，基于信息技术可以优化机械制造业的产品研发过程，运用计算机软件进行零部件的受力分析、模拟设备零件加工以及组装过程，既可以简化产品的设计流程并且压缩其研发周期，还可以免去试生产以及反复评估和调试的过程，节省生产材料、能源以及优化企业的资源配置[1]。其次，在互联网、无线通信以及自动控制等技术联合应用的背景下，能对机械制造过程进行动态的监测并实现过程控制，让原材料供应、半成品质量检测以及工艺参数调节等环节全部自动化完成。而在此基础上，不仅机电设备的有功功率可以始终保持最优化，减少中间环节的人力资源需求，还可以基于动态的智能化控制减少生产原料的耗费。
        4节能设计理念在机械制造及自动化应用中的渗透研究
        4.1产品结构设计与功能优化
        作为生产领域能量转换的核心，机械设备的构造形式决定了能源的利用率，也对资源的合理利用产生了深远影响。因此，节能设计理念应用必须从优化机械设备的构造和功能入手，基于降低设备能耗以及提高资源利用率的视角审视设计方案的合理性。首先，鉴于电机等动力设备完成能量转化并驱动机械设备运行，因此，应根据设备的功能设计构想以及应用场景特点确定电机或燃油发动机的类型以及优化其额定参数的选择[2]。其次，在设备传动、自动控制等系统的设计过程中，应首选能量损耗小、可靠性高的技术方案。例如，在技术条件允许的前提下优先选择气压传动而非液压传动系统，为设备配置完善的故障自检、诊断功能的控制系统等，达到节能、提升机械设备性能以及减少污染源的多重目的。
        4.2机械设备的加工工艺
        在结构日渐复杂和精密的机械设备生产工艺流程中，能源以及生产资源的消耗形式也多种多样，除了成功转化为产品加工动能和被加工成设备零部件的部分，其他能量和材料等资源以多种形态、通过多个生产环节和渠道被耗费和排放到环境中，包括直接的热量散失、振动等机械能损耗以及废弃物等[3]。所以，基于节能设计理念、运用自动化技术优化机械制造领域的加工工艺，能有效控制能量和资源的损耗。首先，运用当前广为应用的数控加工技术能精确控制零部件加工过程中的温度、切削量等参数，从而基于对设备自身工况的精确控制达到节能目标，并且可以简化工艺流程并减少设备生产过程的能耗，节约零部件的加工材料。其次，基于技术创新改进生产过程中的冷却、表面处理等工艺，可以直接减少热能损失并改进设备性能，提高零部件的耐久性与可靠性。例如，采用风冷技术替代传统的冷却工艺能降低冷却液的消耗并减少废液排放。
        4.3新材料的研发与使用
        材料性能对机械设备的节能效果有决定性影响，因此，着重研发与应用各类功能性材料并提升可循环利用材料的比例，都是体现节能设计理念很好的方式。基于对力学等性能突出的功能性材料的利用，可以满足设备使用功能要求的前提下缩小零部件的体积，减少其材料用量的同时，提高设备运行的可靠性[4]。例如，在轴承、密封件等关键零配件的加工和选用方面使用具有卓越的耐磨、耐腐蚀等性能的新兴材料，可以达到节能和改进设备使用性能的目的。而在机械制造中优先选用绿色制造工艺生产的材料，则可以推动产业链的优化，并在更广阔的范围内产生积极的节能作用。
        结束语：
        机械设备几乎参与人类社会能源使用过程中的所有能量转换，所以在机械设备的制造与应用环节践行节能设计理念，必然可以对能源的转换率产生重要影响，而且能推动各个生产领域的产品加工工艺改进、功能性材料研发以及运营管理理念的创新，实现绿色制造的目标。
        参考文献：
        [1]冯建俊.机械制造与自动化中的节能设计理念[J].湖北农机化，2019（24）：16.
        [2]尹华东.试论机械制造与自动化中的节能设计理念[J].轻工标准与质量，2019（06）：116-117.
        [3]牟忠凯.机械制造及其自动化设计中节能设计理念的融入与探索[J].现代制造技术与装备，2019（12）：208+210.
        [4]王星.浅析节能设计理念在机械制造与自动化中的应用[J].南方农机，2019，50（21）：139-140.