机械制造与自动化中节能设计理念的应用

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摘 要：当今社会，自动化技术在机械设计与制造中有着极其重要的意义，但其所面临高能耗问题也成为限制其发展的重要因素，将节能设计理念融入机械制造自动化中是降低能耗，促进其可持续发展的必然趋势。本文从从机械制造环节、材料、工艺流程和虚拟化机械设计4个方面对机械制造和自动化中的节能设计理念进行了探究，以期能够为机械制造和自动化设计提供参考。
关键词：机械制造；自动化；节能设计理念
机械制造是我国国民经济的支柱产业之一，直接影响着我国工业化的发展进程。伴随经济快速发展带来的能源消耗的日益增长，为了推动工业的可持续发展，国家相继提出了节能减排的政策，而作为高能耗产业之一的机械制造和自动化产业，在设计过程中也应该融入节能设计理念，从设计阶段降低机械制造和自動化的能耗，这样才能做到机械制造和自动化的节能减排，促进其可持续发展。
1 机械制造和自动化发展现状分析
随着机械制造业的发展，企业规模、企业经营模式也将越来越趋向于国际化，与国际之间的交流日益增多，甚至出现了机械制造跨国企业，而国际化的发展趋势就要求机械制造业在自动化技术方面水平要不断提升。目前我国的机械制造还处于自动化应用的初级阶段，与世界上的发达国家之间还存在着显著的差异，要想缩小差距，不仅要求机械制造的产品质量和生产效率越来越高，而且是否更节能环保也是提高我国机械制造业整体竟争力的一个重要因素。
机械制造业在我国工业生产中占据着重要地位，其发展状况对我国工业制造业的发展的具有重要影响。近些年，随着计算机技术和现代通信技术在机械制造行业中的应用，自动化技术推动了机械制造生产发展速度，操作工人的人身安全有了更大保障，大大提高了机械制造的生产效率。因此，目前经济形势决定了机械制造业要想提升自身产品质量和技术含量就应该从降低能源消耗方面入手，发展节能环保技术，在机械制造和自动化的各个环节渗透节能环保理念， 通过严把机械制造中的各个细节，保证节能环保技术的应用降低机械制造和自动化的能源消耗，增强机械制造和自动化产业的竞争实力，促进机械制造和自动化的可持续发展。
2 节能设计理念在机械制造和自动化中的应用
在机械制造和自动化设计环节中引入节能设计理念，设计人员主要应该从以下几个方面进行考虑，实现机械制造和自动化全过程的节能目标，实现节能减排目的。
2.1对机械制造各环节进行优化设计
在引入节能减排理念过程中，机械制造过程的结构设计是节能设计理念应该贯彻的第一步，只有结构设计做到了节能环保，才能保证整个机械制造设计做到节能环保，在机械优化设计方面，节能理念的引入主要可以体现在以下几个方面：
2.1.1 选择低油耗、低排放的发动机。
发动机是机械工程中的核心部件， 其能源消耗占机械制造整个过程的大部分，同时其所排放出的有害气体和噪音对环境造成了较大影响，通过降低能源消耗减少对能源的利用，降低排放量能够有效减少对环境的污染。选择低排放、低噪音、低油耗、高效率的发动机，能够大大减少工程机械发动机对环境的影响，在节能的同时达到保护环境的要求。
2.1.2 在液压系统和防渗漏系统中的节能设计。
在机械工程中，液压系统是确保机械正常运行的基础，对整个工程机械的正常运行具有重要影响，而工程机械中液压系统的运行与传动液的清洁度有很大关系，在对工程机械的液压系统进行设计过程中，设计人员应该从节能环保角度出发，重视液压系统的中除油液、液压元件等设计，这样能够减少液压系统中元件的磨损和故障，减少机械磨损物或微尘等杂质，延长液压元件寿命，从而降低更换液压油的频率，有效减少了液压油对周边环境的污染，也节省了液压油的用量，做到了节能环保。
同时还要对防渗漏系统进行节能设计，在液压系统中常会出现渗漏问题，不仅增加了液压油的用量，而且渗漏还会对周边环境带来较大影响，因而在结构设计阶段，设计人员应该设计相应的防渗漏系统，减少渗漏的发生，有效延长液压油的使用时间。
2.1.3 对工程机械驾驶室进行节能设计。
在大型工程机械中，驾驶室是操纵工程机械的主要控制室，为保证驾驶成员的安全和提高驾驶室技术水平，在驾驶室设计上，设计人员应该充分遵循节能环保原则，设计安全环保型 驾驶室，在提高驾驴室运行可靠度的同时保证驾驶员的人身安全。在安全环保驾驶室设计上，设计人员可以从其结构形式、防辐射等方面入手，设计全密封式的驾驶室，并且为减少辐射还可以采用防紫外线和电辐射的玻璃。此外，为保证驾驶员安全和舒适，驾驶室的座位和手柄等设计应该符合人体工程学原理，比如在手柄设计上应该将其设计为功能集成的单项手柄，在座位设计上添加全方位调节功能，提升舒适度，改善驾驶员的工们环境，有效促进作业效率的提高。
2.2 对机械制造材料进行节能设计。
机械设计制造中，环保材料的选择是对能源保护的另一个重要环节。选择好的材料不仅能够保证生产出高质量的产品，而且节能技术的应用能降低对能源的消耗。选择可回收或可再生的材料能够减少在生产加工过程中产生的废气、废物和废水，减少机械生产对环境造成的不良影响。尤其是结构用零件，在生产过程中应该尽量选用可回收、可拆卸且无毒的材料，这样能够有效提高机械材料再生率，减少工程机械材料的浪费，节约资源。
在机械制造和自动设计当中，在材料选择上应该尽量不要选用含有氟利昂、树脂、石棉等材料，这些材料制作的零件报废后，所产生的污染较多。因而在材料选择上，为了达到节能减排的要求，应该尽量选择报废后污染较少的材料，并且材料处理过程较为简单环保的材料，这样才能在满足节能要求的同时降低材料的综合成本。
2.3 选择更优化环保的制作工艺流程。
在机械制造和自动化的设计阶段，材料和结构设计是机械设计中的重点内容，但为了达到设计阶段全过程的节能目标，在制作工艺上也应该引入节能设计理念，对产品设计进行优化改进，降低产品制造过程中的能源消耗。在制作技术上，设计人员可以对制作技术进行优化设计，由于不同加工工艺所消耗的能源数量有差别，因而在产品加工过程中对加工工艺顺序进行优化，对加工工艺进行节能设计能够有效减少加工载荷，使机械生产设备始终处在满负荷运行状态，这样能够有效提高生产设备的使用效率，减少能源的浪费。因而在设计阶段过程中，设计人员应该在保证制作质量和生产效率的同时降低制造过程中的能源消耗。
比如，在加工方式上采用温锻能够有效减少能源的使用，而传统的冷锻和热锻方式都会在锻造过程中浪费大量的热能，虽然随着技术的发展能够回收一部分的热能进行再利用，但与温锻相比仍存在大量热能的浪费；选择适当的冷却工艺，尽可能做到将热能的最大限度回收。另外，通过采取简化零件结构、缩小零件体积以及优化产品结构等方法也能有效降低机械制造生产过程中的能源消耗。
2.4 虚拟化机械设计。
通过结合计算机技术和自动控制技术能够实现产品的模拟制造，这就是机械设计制造的虚拟化发展方向。采用虚拟化制造产品，一方面能够节约资源，通过计算机模拟制造寻找产品的缺陷，并在计算机虚拟的环境中对产品进行修整，再模拟生产，直到产品规格符合要求，再将其数据输出至生产系统，这样能够有效降低产品的次品率，提高产品的质量，降低资源的消耗，减少环境污染，对企业的发展也十分有利。
采用虚拟化机械设计首先取缔了传统设计中的设计图纸和样品制造，通过此环节节省了纸资源的使用以及样品能源的浪费；在制造好虚拟样品后经历的修改环节也降低了资源浪费；最后在设计完成后，通过数据传输能够快速将设计转为生产，节省制造时间，缩短工程周期。
3 结语
随着工业制造业的发展，其能源消耗也逐渐成为工业制造业发展的制约因素，在经历了粗放式发展后必然引入节能理念，因而要促进工业制造业的可持续发展，就要从节能减排入手，降低能源消耗。作为工业制造业中的机械制造和自动化产业在发展过程中也应该将节能减排作为产业发展的重点，在设计阶段在每个细节融入节能设计理念，这样才能从源头上实现机械制造自动化产业的节能环保，推动机械制造业的健康发展。
参考文献
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