机械制造自动化中的节能设计问题研究

邓健 章健红

[摘    要]机械制造产业是我国重点发展的产业领域，在提出制造强国的发展战略中，机械制造占據重要地位。而信息时代的到来，智能控制技术、大数据技术等的应用，使得该领域的自动化水平逐渐提升。但是过去进行机械制造对于能源的消耗很多，而我国目前正面临能源紧缺和污染严重的问题，对此，提出在机械制造与自动化过程中进行节能设计的要求。本文主要分析当前该领域的发展现状，探讨应用节能设计的必要性，提出具体的应用基本方法。

[关键词]机械制造自动化;节能设计

[中图分类号]TP29-A5;TH16 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）10–00–03

Research on Energy Saving Design in Mechanical Manufacturing and Automation

Deng Jian，Zhang Jian-hong

[Abstract]Mechanical manufacturing industry is an important industry in China. In the development strategy of manufacturing power， mechanical manufacturing occupies an important position. With the advent of the information age， the application of intelligent control technology and big data technology makes the automation level in this field gradually improved. However， in the past， there was a lot of energy consumption for mechanical manufacturing， and our country is facing the problem of energy shortage and serious pollution. In this regard， this paper puts forward the requirements of energy-saving design in the process of mechanical manufacturing and automation. This paper mainly analyzes the current development status of the field， discusses the necessity of applying energy-saving design， and puts forward specific application basic methods.

[Keywords]mechanical manufacturing and automation; energy saving design

机械制造是我中国重要的产业领域，而且产业发展速度持续增长，尤其是我国提出“制造强国”的理念之后，制造业表现出突飞猛进的发展趋势。而因着科技的进步，该领域的生产技术水平逐渐提升，给传统产业领域造成一定冲击。为了促进行业的转型，各个企业逐渐落实节能设计理念，在实际制造过程中落实节能设计，逐渐提升节能水平。面对新时期能源紧缺的发展形势，很多产业都纷纷开始思考新的发展方向，转变传统的消耗能源发展的方式，朝向节能降耗方向发展。而对于机械制造业来说，实现这个目标需要在自动化建设过程中应用节能设计理念，减少对能源的消耗，同时保证甚至提升生产效率和质量。这对于国民经济的长远发展和可持续发展有积极作用。

1 机械制造自动化发展现状

过去五年，我国是国外很多国家的主要贸易伙伴，而随着“一带一路”和国家系列重点建设项目的开建，社会和经济发展对于机械设备的需求数量不断增加，表现出新一轮的经济周期发展趋势。而随着信息化与机械制造业的深入融合，制造业出现以智能制造为主的发展趋势，工业4.0正逐渐出现，也即信息化制造。但随着时代的进步，人力成本大幅提升，而新一代的劳动力就业意愿逐渐降低，这使得机械制造业面临的竞争危机逐渐凸显。所以实现机械制造业与信息化的融合，推动进入工业4.0时代，保持住机械制造业的优势，是社会发展的必然趋势。

统计当前机械制造业的发展形势，就2018年来讲，整体行业市场规模达到29.44万亿元，相比前一年增长超过9.4 %;行业经营规模达到36.37万亿元，相比前一年增长17.87 %左右。但是因为各种原因的存在，该行业依然存在成本提高、利润降低、供需不平衡等不足，使得该行业的发展整体比较疲软。为此，机械制造业引进现代化技术，可以支持进行各类自动化操作，提高生产效率。总体来说，当前的机械制造与自动化处于初步发展时期，体系还不完善，相比发达国家有挺大的差距。另外，机械制造与自动化还存在能耗较多，节能水平不足等问题，对于产业的发展带来一定阻碍。对此，在其发展过程中需要进行节能设计，统筹全局降低能耗，控制生产成本，以促进行业的健康发展。

2 机械制造自动化应用节能设计的必要性

对这个问题的必要性进行分析，其实就是分析在实际生产过程中，进行节能设计的重要意义，有多个层面。

2.1 减少能源损耗

节能设计理念的应用，主要的目标就是节能，也就是减少能耗。节能设计理念的应用，可以从整体制造环节入手，从多个方面实施节能技术，从而大幅提升产业的节能水平，有效降低能耗。比如说，在生产环节使用各种环保材料，这可以让人们收集各类可再生材料，然后分析机械制造与自动化生产流程，将其中的部分材料替换下来，或实现重复利用，就有可能减少贵金属、稀有金属等类型材料的使用量，同时这样也能实现生产过程的持续化发展。尤其是当前很多资源储备有限，长期挖掘开采之后产量逐渐降低，迫切需要新材料的更换。通过原材料的更换，可以从根本上提升生产过程的节能水平，减少能耗，进而降低设计、制造成本。这样一来不仅可以节约能源的使用，而且可以实现产业的长期发展，实现产业领域的升级创新。

2.2 延长使用寿命

这样操作还可以延长使用的机械设备的使用寿命，减少故障的发生次数，进而降低设备养护难度，节约养护成本。对于这个目标的视线，需要技术人员从机械制造与自动化的过程入手，针对所有设备的使用寿命设定、通用性、兼容性、容错率等指标进行分析，对其中的各个环节进行统筹考虑，来制定出科学的节能设计方案，然后借助信息技术模拟方案的进行，打造三维虚拟生产过程，分析其中存在的不足，进行科学优化。最终确保节能设计方案的可行性以及有效性，将之应用在实际生产过程中，能够减少机械报废的数量，进而能够实现各类资源的减量应用，缩减整体损耗量，实现节约能源的目标。同时利用节能设计理念，将一些常见的生产标准融入到实际生产过程中，打造模块化生产过程，然后在此基础上，对不同模块实施组装，这样可以提高生产效率，缩短制造、装配周期，更好地实现整个生产环节的节能属性。

2.3 优化工艺流程

在生产过程中，工艺流程的优化和改造也十分关键。将节能设计理念融入这个环节，可以促进工艺流程的优化。在具体实践中，设计人员加强对生产方式、参数、数据等的全面分析，寻找其中薄弱环节或者能耗较多的环节，利用节能设计理念进行优化，比如可以精简生产流程，或者引进其他先进的生产技术等，达成节能的目标，以此控制最终生产环节的消耗量，同时消耗降低也带来生产成本的降低，扩大了利润空间。以锻压环节为例，可以引进温锻的方式，该方式可以减少消耗，但同时保证锻压效果，实现对各类材料的有效处理，良好用于生产制造环节。但是需要注意的是，在工艺流程环节进行节能设计，需要技术人员对相关参数进行必要的调整，分析生产过程情况以及具体参数情况，从整体进行统筹，制定多样化的方案，选择其中能耗低、效益高的一种。在这里，可以积极借助信息技术，建立三位虚拟模型，对各个方案进行模拟操作，统计不同方案的性价比，然后选择出最优方案。

3 机械制造与自动化应用节能设计基本方法

研发要从多个方面入手，建立起完善的节能设计方案，从而提升具体生产过程的节能水平。

3.1 节能设计的基本原则

在机械制造与自动化中发展节能设计理念，为了保证最终的节能效果，并保证生产过程的稳定性和高效性，需要坚持一定的原则。设计人员需要再考虑这些原则的基础上，从多个层面出发，对机械制造过程中的设备使用寿命、能耗控制以及重量进行调控，以此来增强生产各个环节的节能属性，从而有效控制能耗。按照相关规定，节能设计需要遵循的原则有多个方面，具体包括：坚持将节能作为转变增长方式的重要内容，未来建设可持续发展的社会，就需要坚持节能降耗，将更多的能源用于更重要的领域;坚持节能与结构调整，技术进步和加强管理相结合，在节能的同时，也要保证原有的生产工艺可以顺利进行，保证产品结构不出现太大的变化;坚持发挥市场机制与政府的宏观调控作用相结合，要综合当前的市场需求以及政府发展要求进行节能设计;坚持依法管理与政策激励，在节能设计过程中，要遵循企业和国家、行业的标准规定，并针对优秀的节能设计方案提供科学的激励措施;坚持突出重点，分类指导和全面推进，机械制造工艺并不是所有环节都适合节能设计，设计人员要搞清楚重点，先搞定简单的环节，然后再研究复杂的环节，分类开展;坚持全员参与，鼓励所有员工都参与进去，发挥全部员工的力量。

3.2 节能发动机的选择

因为机械设备基本都需要发动机作为动力，所以发动机运转对于能源的消耗是大头，选择好节能发动机，可以直接减少对能源的消耗。而节能发动机的科学选择，需要结合实际使用需求，通过对机械制造过程和工艺的信息收集，分析实际的运行场景和消耗情况，然后以此为基础，再参考机械制造的产品类型和要求，进行合理选择。比如当前大部分机械制造企业选择的发动机是水冷增压柴油机，这种发动机的能耗低、效率高，而且排放量也少，可以有效控制能耗，减少废气的排放，能够更好的满足节能减排需求。在进行发动机选择的时候，需要考虑节能减排的要求，要求遵循国家公布的标准，以此为基础进行合理科学选择。考虑节能目标，进行设计前要先详细了解发动机运行时的原理，科学把控各类原材料的使用，然后再保证生产产品一定的基础上，收集残余的热量，进行再利用，以提高整体的能源利用率，并最终实现节能减耗的目的。

3.3 系统防渗设计方案

在机械制造过程中，生产环节的渗漏问题是导致生产工艺能耗较多的因素之一，所以设计系统防渗方案，减少生产环节的渗漏情况，对于提升节能水平有积极意义。在防渗漏设计环节，设计人员要详细分析液压系统的运行情况，从传统系统出发，科学控制液压油的体量，确保液压油其稳定性，进而保证其作用的发挥。在这个环节，实施封闭式操作，避免外界环境带来的影响，比如减少灰尘的进入和蓄积，而灰尘少了，设备各个组件之间的摩擦力也会减小，从而降低设备运行时的负荷量，保持良好运行;此外，设计人员也可以选择和更换液压系统的组件材质，选择强度高、韧性好、耐磨性好、环保以及节能的材料，延长使用寿命，减少液压油的更换速度，实现节能降耗。

3.4 结构一体化的实现

设计人员在应用节能设计理念的过程中，还应开展机械制造与自动化结构一体化设置。这样做的目标主要是减少实际结构的复杂程度上，降低冗余性，从而减少能源的消耗。在信息技术飞速发展的现在，利用无线网络、远程控制系统等，可以为实现这个目标提供强力的技术支持。目前一些简单的机械设备已经实现结构一体化，并可以实现自动化控制，这大大减轻了对人力和资源的消耗。同时设计人员还应当做好各个组件的优化工作，实现组件之间的协同性，减少组件之间的摩擦，从而减少能源的使用。比如有研究人员专门对余热锅炉管屏吊挂装置进行节能设计，优化了该结构的构造，节约了成本，并减少了能耗。这个装置的适用面比较广泛，所以进行节能设计有积极意义。

4 结语

机械制造与自动化产业是重要的产业领域，对于很多行业的发展存在不可替代的作用。新时期，信息技术的普遍应用，使得该产业的智能化水平进一步提升，给多个行业的发展带来便利。但其在发展过程中也存在些不足，比如对于能源的消耗體量巨大，生产成本也高。考虑因为常年能源消耗性的发展，当前面对资源紧缺以及环境污染严重的问题，需要考虑将节能设计理念融入机械制造与自动化的技能属性，实现生产环节的节能降耗，逐渐满足现阶段制造业提出的节能要求。

参考文献

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