论述机械设计制造与自动化中节能设计理念的应用

姚宇茏

摘 要：当前，我国经济和科技获得了飞跃式的发展，机械设计制造也逐步实现了自动化。但是我国大力推进资源节约型社会的建设，要求我们将节能设计理念应用于机械设计制造与自动化过程中，以提高我国机械设计制造水平，促进生态文明建设和经济建设协同发展。

关键词：机械设计制造；自动化；节能设计；节能理念

1 机械设计制造与自动化中节能设计的优势分析

传统的机械产品都是从产品的功能以及寿命等产品的基本属性进行考虑的，产品在设计与开发的过程中，先是进行市场分析，然后再进行图纸的设计以及方案的制定。此外，还需要反复的修改以及审定，最终才能真正的进行生产。这样的设计理念，造成了较长的设计与制造周期，产品生产后拆卸较为困难，回收的难度也较大。有些产品在报废后，甚至不能进行回收，造成了大量的资源和能源的浪费，甚至会污染影响环境。通过与传统的机械设计进行对比，可以了解到节能的机械设计理念的优势在于节能的设计理念能够根据自然环境以及原料的合理选择等多个方面进行设计]。不仅能够发挥传统设计中的优势，更能降低原料的损耗以及资源的合理使用，便于回收，并满足持续性发展的要求。

2 机械制造与自动化中的节能方法

2.1设计阶段的节能

在机械设计制造中，节能技术应该是首要考虑的事项，尤其是在设计阶段。通常设计阶段需要对整个系统进行总体规划，在设计阶段对节能考虑得周全与否以及规划得是否合理，对于最终机械系统的能源利用效率有着决定性的影响。通常制造机械中最常见的部分就是发动机和液压系统。设计发动机系统比选择优良的排放系统，选用低油耗、低排放、低噪音和高效率的环保型发动机更为重要。这样不但可以降低整个系统的能源消耗，还可以减轻排放系统的负荷。

机械设计过程实用化虚拟现实技术，成为设计初期的主要方式。计算机技术的长足发展使得机械制造和自动化的设计、优化和实际的使用结果都可以事先在计算机中模拟出来，这也是机械设计制造设计未来的发展方向。通过计算机模拟环境先将所要设计的系统建立虚拟模型，并赋予这些模型同现实中同样的物理性质，使用计算机进行预先演算，寻找设计产品的缺陷。在这个过程中发现的缺陷可以直接修改计算机模型，然后重新演算，直到符合要求之后再进行生产制造。与传统的设计流程相比，很多需要设计图纸和样品制造的环节都可以减少甚至完全不需要。这样的设计方法可以缩短设计周期，减少生产过程中出现问题的可能性，由于成功率的提升，消耗资源环节的减少可以有效降低企业的成本，同时也能减少环境污染。

2.2材料的选择和结构优化

机械设计制造过程中，選择环保、可回收的材料是节约能源的一个重要方面。机械制造过程中一直固有的理念是：为了保证设备的使用寿命和功能，通常都是要选择更好的材料或者是要采用更加厚重的结构。但是随着进一步的研究，通过对各个构件的受力分析各个构件的受力特点，可以有针对性地对结构进行优化，降低材料等级或者减少使用量。比如受扭矩的圆柱状结构，通过受力分析就可以发现承受的扭力都集中在圆柱的外围部分，圆柱中心位置受到的扭力很小，这样就可以将圆柱简化为空心结构，在能够承受的扭力不变的情况下减少材料使用，减轻设备重量。此外，一些结构用零件一定要采用比较容易装配和分解的大模块化的结构设计。在选用材料的过程中应当优先选取可回收、易分解、能再生，而且在加工过程中不会产生对环境有害的“三废”的材料以及其在报废后对环境污染最小的材料。

2.3合理工艺的选择

机械制造业中另一个重要的环节就是工艺和流程的选择，这一阶段如果可以对能量加以充分利用和回收则可以节省大量资源。传统的制造工艺通常都是使用冷锻与热锻。冷锻的过程都是在低于回复温度下进行，冷锻可以保证尺寸精度，并且表面粗糙度好、劳动条件好、生产效率高，但是由于在加工过程中金属的变形抗力大、塑性差并积聚有残余内应力，需中间退火后才能继续变形。热锻的温度在再结晶温度以上，这就需要对材料再加热和采用相应的加热设备。可以发现冷锻和热锻都需要再加热的过程，这就造成了能源消耗增加。与之相比，采用温锻工艺，制造过程在相对较低的温度下进行，也不需要二次加热到较高的温度，可以节省大量的能源消耗。作为长远的发展方向，制造厂应该同金属材料生产厂商合作，将生产出来的材料直接热送到加工车间，充分利用生产工序中的余热，这样既回收了材料本身的热量，还免去了二次加热过程，一举两得。

2.4设备运转过程的节能措施

机械设备在制造完毕后，就是在运转过程中的消耗能源，利用先进的完全智能化的管理系统，可以控制运转过程中实时消耗的能量。智能化的管理系统可以控制大到整个生产线小到每个开关，通过各种先进的传感器实施收集生产过程中的相关数据，动态地调节生产设备令其同生产负荷相适应，用最小的能源消耗来满足生产需求。以制造业的一般生产线来讲，通常只是某一部分的设备需要一直运转，其他的部分设备是在需要的时候才使用。这些设备有的可以直接关闭，有的需要保持在待机的状态，通过及时关闭不需要的设备并让必须待机的设备运转在最小消耗下，这就可以减少不必要的能源消耗，降低生产成本。

结语

综上所述，从机械设计制造的设计、材料、工艺以及设备运转等方面，有针对性地将节能设计理念应用于机械设计制造与自动化的各个阶段，有助于实现机械设计制造与自动化的集约型生产与发展。

参考文献

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