机械工程领域中的可持续发展

1、机械工程领域中的可持续发展我国的环境问题不容乐观，可持续发展战略在中国实施更有特殊意义，在这一背景下，我国机械工业就更需要重视其科技发展作用的方向选择,一要在生产方式上改变传统的高消耗、高污染的做法, 大力推行清洁生产技术,生产绿色产品; 二要在产业发展中重视环保产业的发展,降低环境污染的代价。可持续发展思想不仅要求环境负荷低,具有良好的生态环境,而且能够实现资源的永续利用,因此,制造业必须改变现行的生产模式,改进能源和原料的使用方式,使经济、资源、环境保持相互协调。如何使制造业在生产出不断满足人们物质和文化需求的产品的同时, 有效地利用资源和能源,尽可能少地产生环境污染已成为当前制造科学面临

2、解决的重大问题。从20世纪90年代以来,制造业的生产方式已由高效大量生产型向低环境负荷的方式发展,绿色制造就是这样一种生产模式和理念,是实现可持续发展目标的最佳选择,是现代企业的必由之路。可持续发展的机械制造体现了系统思想。所谓系统就是由若干相互作用和相互依赖的组成部分构成的具有共同目标和特定功能的有机整体。绿色制造是制造过程所涉及的硬件( 物料、设备、工具、能源等)、软件(包括制造理论、制造工艺和制造信息等)和人员组成的一个具有特定功能的统一的有机整体。它包括制造生产运行全过程,包括市场分析、产品设计、工艺规划、制造装配、检验出厂、产品销售及售后服务、回收处理等各个环节。研究系统问题时,着重

3、研究系统整体中各组成部分之间的相互关系和作用,而不是仅着眼于某一组成部分。以传统制造为基础以工业生态学为其基本理论,以制造业的可持续发展为其最终目标, 综合了材料科学、社会科学、环境科学、管理科学、艺术与美学等学科知识,具有集成性、交叉性、前沿性。绿色制造是传统制造与现代高新技术的有机融合。机械产品设计目标是产品生产费用最小,经济效益最高,以及保证产品的功能、性能、质量等原则,但随着人们对环境和资源意识的提高设计产品时还应尽量做到符合/低碳0的要求。产品设计对能源消耗起着至关重要的作用。 因此, 分析产品设计对能源消耗和环境的影响因素, 研究面向能源优化利用和环境保护的产品设计方法,对提高能源

4、利用率,保护环境等方面具有重大的意义。最终目标是控制能源消耗和废物排放,从而达到合理利用资源和保护环境的目的。以下为可持续发展在机械工程技术领域的应用与体现：一、 生态化设计生态化设计是在满足产品使用功能的前提下尽量减少能源和原材料的巨大消耗和浪费及对生态环境的破坏的一种设计方法。生态化涉及的内容相当的广泛, 几乎涉及所有领域,主要有能源、资源、机械、化工、交通、建筑、电子等行业. 机械产品设计过程中选择材料时应首先考虑以下内容:首先,优先选用可循环使用、可再生、可生物降解和可重复使用的材料;其次,优先选用绿色环保、节约能源资源为基础的材料,提高能源资源的利用率,从而节省能源资源; 再次,优先

5、选用污染少、能耗低和无毒、无害及无辐射特性的材料,减少产品对环境的破坏. 一般的,机械生产过程中都会不同程度的产生废水、废气、废渣等污染物, 会对环境和操作者造成危害。尽量推行产品的生态设计,选用科技含量高、生产效率高、经济效益好、环境污染少的新技术和新工艺工艺,选用便于拆卸的技术方案, 使产品在运行使用阶段原材料的消耗、能源的消耗和污染物排放等减少到最低程度. 从环境保护和节约资源的角度来看,废品回收具有重大的意义。因此, 设计产品时要考虑到报废后的回收和再利用。尽量将产品设计为废后能翻新、修复进而进行再制造或者废旧产品通过材料的分离、分解回收材料的产品。二、模块化设计机械产品的模块化设计是

6、一种先进的机械产品设计方法,它将系统根据功能的不同分解为若干模块, 通过模块的优化组合得到不同品种和不同规格的产品, 在当代提倡低碳的时代更是得到广泛的应用。模块化设计已被广泛应用于机械、电子、军事、航天、航空等设计领域.机械产品往往存在大量的非功能性单元,而这些非功能性单元用一个固定的标准来衡量是非常困难的,使用过程中往往带来大量的不便和浪费能源资源的情况。因此,对机械产品各功能单元进行模块化划分,使用模块来量化每个机械企业的能源消耗的可改进潜力。在设计时通过改变模块,就可以在不影响设备功能的前提下,最大化的节约能源资源。三、 低碳再制造机械产品的修复或再制造是实现产品延寿与制造过程节能降耗

7、的重要技术基础。所有的机械产品都有一定的使用寿命,当产品到达设计寿命后并非所有零部件都会损坏,简单的更换新品,显然是十分浪费的做法,机械产品修复或再制造无疑是一种理想的技术方法。当产品达到设计寿命后,进行零部件回收和拆卸, 通过对其零部件的区分大致可以分成3类:将未损坏且能保持原来性能的部件重新利用; 将可修复的部件利用再制造技术进行重新加工,使其性能和表面精确度要求达到甚至超过再制造前的原产品;将磨损严重的部件进行回收处理,使能源利用率达到最大化。四、 生产调度优化在机械加工过程中,生产调度的方案不同,不仅会对生产过程中的时间和质量以及效率产生影响,而且对于能源的消耗和环境污染的程度也有所不

8、同,合理的优化调度能够有效地利用资源,缩短加工时间,提高生产效率, 因此需要对低碳加工制造过程中的调度优化进行必要的研究,来减少机械加工系统生产过程中资源消耗和环境影响。传统的生产调度主要以时间、质量、成本等为调度优化的目标, 对加工过程中的生产进行合理的安排。而我们所说的低碳加工制造系统的优化问题要对加工任务、加工时间、工艺约束等综合考虑, 还要对生产对象的碳排放量和环境影响进行分析。并把资源的利用考虑其中,所示, 将单个优化目标与低碳节能相组合进行同步优化, 形成部分优化模型, 从而为整体优化作必要的准备。追求可持续发展的机械制造可以使制造业通过有效配置资源、合理利用资源, 最终赢得市场竞争,获得更大的经济效益。发展生产和保护环境已成为一对相互对立的矛盾, 经过人们多年探讨和大量实践, 逐步认识到解决这一矛盾的唯一途径就是转变经济增长方式。对制造业来说, 就