机械设计制造与自动化中节能设计理念的运用

曾松来 黄巧花

[摘    要]科学技术的飞速发展推动了机械制造行业的进步，并且近年来我国机械设计制造领域不断加快自动化、智能化发展进程，使得设计研发周期显著缩短，机械设备生产效率明显提升。然而始终存在着能耗大的问题，不利于机械行业的可持续发展，为此需要在机械制造领域融入节能理念。文章从机械设计制造及自动化的特点入手，讨论节能设计理念的应用价值，最后提出节能设计理念在机械制造与自动化中的运用，希望对相关研究带来帮助。

[关键词]机械制造;自动化;节能设计

[中图分类号]TH16 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）11–00–03

Application of Energy Saving Design Concept in Mechanical

Design， Manufacturing and Automation

Zeng Song-lai， Huang Qiao-hua

[Abstract]The rapid development of science and technology has promoted the progress of machinery manufacturing industry. In recent years， China's machinery design and manufacturing field has continuously accelerated the development process of automation and intelligence， which has significantly shortened the design R & D cycle and significantly improved the production efficiency of mechanical equipment. However， there is always the problem of high energy consumption， which is not conducive to the sustainable development of the machinery industry. Therefore， it is necessary to integrate the concept of energy conservation into the field of machinery manufacturing. Starting with the characteristics of mechanical design， manufacturing and automation， this paper discusses the application value of energy-saving design concept， and finally puts forward the application of energy-saving design concept in mechanical manufacturing and automation， hoping to bring help to relevant research.

[Keywords]mechanical manufacturing; automation; energy saving design

工業革命以来，机械制造行业的发展显著地推动了人类文明发展。而当前的工业化发展实现了与计算机技术的深度结合，推动了机械设计和自动化工业的发展。现阶段我国机械制造设计自动化设计和相关产业处在初级阶段，需要解决发展过程中的能耗问题，进一步提升机械制造和自动化技术。随着可持续发展理念的提出，我国高度重视各行业发展中的节能降耗问题，所以需要机械制造行业通过多项举措达到这一目标，以下进行相关分析。

1 机械设计制造及自动化的特点

1.1 综合性强

现阶段的机械设计制造以及设备自动化在产品设计、研发再到生产制造具有一定的综合性，并且机械设计制造关系着科技发展和经济建设，在整个设计制造过程中存在较强的复杂性。相较于传统的技术，通过运用自动化技术可以有效提升设计精度、缩短研发周期，显著提升产品质量和制造效率，并且结合计算机技术能够及时发现设计阶段中存在的问题，确保产品符合社会发展需要。此外，当前的自动化技术在机械设备生产过程中逐渐呈现微型化趋势，在确保运动性能的大前提下让产品体积更小、能耗更低，并且机械设备灵活性更强，应用范围得到进一步拓展。

1.2 能耗得到降低

机械的设计制造过程中会产生大量资源、能源消耗，尤其是规模较大的机械制造企业能源消耗量更大，也存在着资源利用率偏低的问题，造成了一定的成本浪费。随着可持续发展理念的深入和科学技术的进步，要求在机械产品设计和生产过程中融入节能思想，将节能降耗以及提升资源利用率作为设计研发和产品制造的核心。而制造企业也需要转变原有的生产思路，不得盲目追求高性能和低成本，这样才能研发出更加优质的产品。

1.3 符合生产要求

机械设计制造直接关系着我国工业生产，不论是提升产品性能还是实现功能的优化创新都和所在领域的工业生产密切相关。新时期我国工业正向着绿色化方向发展，而机械设计制造过程中自动化技术的应用也需要在可持续发展的大前提下积极落实国家节能减排的号召。比如，设计发动机等核心构建过程中需要确保其功能的前提下降低能耗，再如，机械产品生产期间通过资源消耗的控制实现了节约成本的目标，有效提升利润空间，进一步提升制造企业市场竞争力。

2 节能设计理念的应用价值

在机械制造的节能设计中，主要是从技术性、经济性和环保性入手，需要机械制造企业制定和完善绿色设计评价标准体系，进而充分发挥节能设计理念的应有价值（图1）。

2.1 减少能源消耗并实现资源再利用

新时期人们高度关注工业发展过程中能源匮乏和资源紧缺的问题，而这些不利因素也持续影响着我国工业经济的发展。机械设计和自动节能设计涵盖了环保意识设计、自然环境设计、生态保护设计等内容。在机械制造企业生产过程中也需要将节能设计应用放在首位，通过能量回收的方式全面提升机械制造业自然资源利用率，如二次应用废弃的机械，清理金属之后再次生产，加工成为全新产品并投入市场，由此节约生产成本，减少环境污染。整体看来，节能设计已经成为整个机械制造业实现可持续发展的重要因素，更有利于推动我国生态保护工作的开展。

2.2 减少工业生产投资

我国工业领域的工业生产投资金额巨大，而传统重工业依旧是我国重要产业，并在社会经济发展中具有不可替代的作用，传统的机械制造业当中需要投入大量的人力、物力，生产效率偏低，已经无法适应新时期的行业发展需要，通过节能设计理念可以有效解决以上问题。其主要体现在减少了资源重复利用，降低投资成本，达到减少能源浪费的效果，有效提升了产品质量，最终在机械技术不断进步的背景下减少生产投资，为企业带来丰厚的效益。

2.3 推动人与自然的和谐发展

应用节能设计理念实现了机械制造业的升级，并且达到了保护自然资源环境的目标。传统的工业发展过程中大量的废水、废气排放污染了生态环境，并造成严重的资源浪费问题，不利于机械制造业的可持续发展，更威胁着人们健康。机械制造和自动化节能设计成了推动经济发展的重要举措，有效解决了工业生产过程中环境污染以及自然消耗问题，实现了制造行业和自然生态的和谐发展。

3 节能设计理念在机械设计制造与自动化中的运用

整体看来，我国机械制造和自动化正处在飞速发展时期，这是由于我国有着完整的工业体系，工业体量庞大。信息技术的发展也实现了互联网与工业的有效结合。机械制造和自动化也成了工业制造结合信息技术的产物，在其发展过程中受到了信息技术的巨大支持，为了继续促进我国机械制造业的发展需要重视以下几点。

3.1 优化生产工艺

优化生产工艺的过程中，需要生产人员具有节能意识，进而在产品制造过程中提升资源利用效率，减少环境污染，真正实现生产过程中的节能减排。对于生产工艺的优化，其中涵盖了机械设计以及产品结构的功能优化，如发动机是机械系统的主要部件，所以在设计发动机结构过程中需要融入节能理念，进而降低发动机油耗和对环境的污染。在工艺流程優化的过程中需要结合生产实际需要进行工艺选择，在单个零件的加工过程中需要分析设备之间的配合能力，这样才能让设备更加稳定高效的运行，今后还需要不断完善机械结构，降低生产中的能耗，通过简化运行结构可以有效保证运行效率以及降低维护难度。

3.2 使用新型材料

在设计机械设备的过程中，生产材料的选择将直接影响机械设备制造期间的污染和能耗消耗问题，所以在优化产品结构功能的过程中需要分析机械设备性能，进而减少高能耗设备的利用，有效提升资源利用率。在实际操作中，还需要分析动力设备的应用情况，全面提升机械的运行稳定性，并且需要结合设备功能、结构设计的要求分析设备类别，确定额定参数。在具体设计过程中：一方面，需要确保选择的材料具有节能性特征。在可持续发展理念下各行业的发展都需要应用新型节能环保材料，对于机械制造领域来说也需要积极应用可降解、可回收的材料，确保整个生产过程中无毒害，达到降低资源消耗的目标。另一方面，要选择更加轻质的低能耗材料，进而降低设备自身重量，便于搬运和装配，同时也有利于延长设备使用寿命。此外，在材料选择过程中还需要分析报废后续的处理问题，比如，机械零件在长期使用之后会出现磨损问题，超过一定限度运行会埋下安全隐患，所以在零件选择过程中要考虑可降解和可回收能力，以此减少污染物。

3.3 改进机械结构

在机械设计制造和自动化过程中，内部结构是设计人员必须考虑的部分，优化产品结构、减少零件的数量也是实现降低能耗的措施之一，通过改进还能够达到简化产品结构和降低后续维护工作量的效果。对于液压系统的设计来说也需要融入节能思想，确保液压油纯净度，由此提升液压系统运行稳定效果，避免由于负荷过载出现故障。安装液压油的过程中也需要做好保护工作，进而确保液压系统的稳定运行。

3.4 选用节能发动机

机械设备的运行会伴随大量能耗，也会对作业人员的健康和安全构成威胁，所以进行发动机的选择过程中需要考虑性能问题，将污染物排放少、噪声小和能耗低作为首选，进而确保废水与废气的排放效果，降低功耗。在达到国家排放标准的前期下重视对冷却工艺，进而提升散热效果，满足节能的设计需要。

3.5 维护处理液压系统

液压系统在机械自动化设计中有着重要作用，需要在设计的过程中考虑其运行稳定性，尤其是做好防漏处理，避免液压油浪费与污染问题，还需要在节能理念下进行液压元件的使用。此外，需要通过封闭设计避免灰尘进入液压系统的内部，通过多项整改处理提供良好的运行环境。

3.6 设计通用构件

机械产品的结构具有复杂性，需要对多种的零部件利用，如果其中的某个零件在使用中出现质量问题，并且缺乏匹配的更换零件，就会导致机械产品不能正常运转，甚至报废。机械产品的报废率较高，会加大机械制造企业的资源消耗，也会由于其他化学物质带来环境污染问题。为了解决这一问题需要在设计的过程中以通用零件为主，进而在发生部件故障后满足更换需要，实现设备的正常运转，提高修复率，减少产品报废率与环境污染问题。此外，从缩短研发周期和节约生产成本方面也有着积极意义。

3.7 机械调控自动化

在科技的支持下，如今机械产品研发向着自动化和智能化的方向发展，并且结合了节能环保理念，保证了产品质量与运行效率。比如，在锅炉的设计中，安装通信设备、传感器与单片机形成了自动化控制系统，可以在不同的时段分析供热情况，之后调控运行参数，由此达到降低能耗的效果。此外，借助人工智能技术可以监控机械设备的实时情况，便于及时发现设备的故障问题，提升检修效率。

4 结束语

“工业2035”战略提出后，我国涌现了大批机械自动化产品，不仅设备的运行效率好，而且在节能环保方面也有突出表现，对我国工业经济可持续发展起到了推进作用，今后需要继续加强技术研究，进而让我国向着工业强国迈进。

参考文献

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