绿色制造技术概述

绿色制造技术概述第一节绿色制造的基本概念一、 绿色制造的定义20世纪高速发展的工业经济给人类带来了高度发达的物质文明，同时也带来了一系列严重的环境污染问题，并制约了人类社会的持续发展。制造业是最大的污染源之一，据统计，造成环境污染的排放物70%以上来自制造业。传统的制造业一般采用“末端治理”的方法无法从根本上解决制造业及其产品产生的环境污染，而且投资大、运行成本高、消耗资源很能源。国内外经验证明，要消除或减少工业生产环境污染的根本出路在于实施绿色制造战略。从20世纪90年代以来，绿色制造技术在绿色浪潮和可持续发展思想的推动下，迅速发展并在发达国家得到了广泛的应用。绿色制造（GreenManufacturing），又称为环境意识制造或面向环境的制造，是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个周期内，对环境的影响（负面影响）为零或者极小，资源消耗尽可能小，并使企业的经济效益和社会效益协调优化。这里的环境包含了自然生态环境、社会系统和人类健康等因素。二、 绿色制造的内涵和特征绿色制造具有非常深刻的内涵，其要点主要有：1） 绿色制造涉及制造技术、环境影响和资源利用等多个学科领域的理论、技术和方法。具有多学科交叉、技术集成的特点，是广义的现代制造模式。2） 绿色制造考虑两个过程：产品的生命周期过程和物流转化过程，即从原材料到最终产品的过程。通过绿色制造要实现两个目标：减少污染物排放，保护环境；实现资源优化。3） 绿色制造技术综合考虑了产品在整个生命周期过程中对环境造成的影响和损害，内容十分广泛，包括绿色设计、清洁生产、绿色再制造等现代设计和制造技术。4） 资源、环境、人口是实现可持续发展要面临的三大主要问题，绿色制造是一种充分考虑资源、环境的现代制造模式。绿色制造技术是制造业可持续发展的重要生产方式，也是实现社会可持续发展目标的基础和保障。绿色制造是一种以保护环境和资源优化为目标的现代制造模式，它与传统的制造模式具有本质的不同，主要表现为以下几方面：1） 绿色制造是面对整个产品生命周期过程的广义制造，要求在原材料供应、产品制造、运输、销售、使用、回收的过程中，实现减少环境污染、资源优化的目标。2） 绿色制造是以提高企业经济效益、社会效益和生产效益为目标，强调以人为主体，集成各种先进技术和现代管理技术，实现企业经济效益、社会效益和生态效益的协调与优化。3） 绿色制造致力于包括制造资源、制造模式、制造工艺、制造组织等方面的创新。鼓励采用新的技术方法、使用新的材料资源用于制造工程。4） 绿色制造模式具有社会性。相对于传统制造模式，绿色制造需要企业投入更多的人、财、物来减少废物排放，保护生态环境。三、 绿色制造的结构体系在机械制造业中，从设计、毛坯制造、机械加工、热处理、装配、包装、使用和维护、报废回收等全周期的各个环节都有资源消耗和不同程度的污染。机械制造业的绿色制造内容主要包括：绿色设计、绿色材料、绿色工艺、绿色处理等。在绿色制造实施过程中，绿色设计是关键，因为在产品的全部生命周期中，虽然设计费用仅占产品全部成本的5%左右，却决定了80%〜90%的产品生命周期的全部消耗。3.1绿色设计绿色设计又称为生态设计、环境设计、生命周期设计或环境意识设计，它是融产品的质量、功能、寿命和环境于一体的系统设计方法，也就是说在设计之初就应在产品生命周期的各个环节都考虑产品的环境属性，并将其作为一个重要的指导原则。要实现此目的，我们提出了并行绿色设计新模式，这是一个系统的设计方法，具有绿色性、集成性和并行性，它首先是在绿色设计的原则指导下，在一开始就考虑产品周期全过程的所有因素，包括产品质量、。在设计过程中使材料选择、结构设计、工艺设计、包装运输设计、使用维护设计、拆卸回收设计、报废处置设计等多个设计阶段同时进行、相互协调，各阶段和整体设计方案、分析评价结果及时进行信息交流和反馈。从而在其设计研发过程中及时改进，使产品设计达到最优化。从绿色设计的工作流程看，牵涉到企业及其上下游供应链的多个部分，涉及对象包括产品设计者、生产制造者、企业决策者、环境分析专家、零部件供应商等，考虑的因素从原材料一直到废弃物的处理。作为这样一种先进的设计模式，涉及到一系列的关键技术有待于今后的进一步深入研究。3.2选用绿色原材料绿色制造所选择的材料既要有良好地适用性能，又要满足制造工艺特性以及与环境有较好地协调性，选择绿色材料是实现绿色制造的前提和关键因素之一。绿色制造要求选择材料应考虑以下几个原则：优先选用可再生材料，尽量选用回收材料，提高资源利用率，实现可持续发展；选用原料丰富，低成本，少污染的材料代替价格昂贵，污染大的材料；③尽量选择环境兼容性好的材料，避免选用有毒、有害和有辐射性的材料。这样有利于提高产品的回收率，节约资源，减少产品毁弃物，保护生态环境。3.3绿色工艺绿色工艺是指在产品加工过程中尽量节约能源、减少污染。绿色工艺与洁清生产密不可分。绿色工艺主要还应从技术入手，尽量研究和采用物料和能源消耗少、废弃物少、对环境污染小的工艺方案。如现在的精确成形、干式切削、准干式切削、生产废物再利用、快速原型制造等都是绿色工艺的新技术。干式切削技术干式切削加工方法有很多种，如干车削、干铣削、干钻削、干式螺纹加工、干式齿轮加工等。其中干车削是研究和应用最多的一种方法，在加工丝杠时，先是在软的工件上加工出螺纹，再把有螺纹的工件淬硬，然后逐件精磨。准干式切割技术准干式切削技术是将干、湿加工的优点结合，即在切削加工中，向加工部位喷射混有少量润滑油的气体，只要使用恰当,刀具、零件和切屑保持干燥状态，避免切削液的污染与处理问题,并改善了作业环境。既能够达到加工要求，又能够使切削液的费用降到最低，达到与干切削相同要求的一种切割方式。成形工艺技术成形工艺技术主要包括精密下料、精密铸造、精密锻造、精密轧制、冷挤压、粉末冶金等。为提高生产效率和材料利用率,可采用精密剪切下料工艺。复杂形状零件（如齿轮）的冷挤压技术应用也越来越广,它具有材料利用率高（高者可达92%）、生产率高、精度高等特点。大力开发各种切削工艺技术，使成形工艺技术从接近零件形状向直接制成零件，即精密形或净成形（NetShape）方向发展。减磨技术在机械工业中，磨损大致可分为粘附磨损、疲劳磨损和微动磨损等。润滑得当就可以有效地减少磨损，于是金属减磨剂就应运而生。适当的使用减磨剂能有效地减少摩擦，降低磨损，减少故障，延长零件的寿命。除了使用减磨剂外，还可以采用将金属抗磨剂加入到润滑油的方法来达到降耗的目的。将金属抗磨剂加入到润滑油中，在金属表面形成一种耐高温、高压的油膜层，牢固地附在金属的表面，这样就可以使机体的摩擦副表面被润滑油膜隔开而不直接接触。工作时由于润滑油膜的存在,机件的摩擦会变成润滑添加剂分子之间的摩擦,从而减少噪声，降低磨损，达到节约能源,提高经济效益的目的。水喷射加工技术水喷射（俗称“水刀”）加工技术,利用超高压水射流及混合于其中的磨料对各种材料（金属或非金属）进行切割、穿孔和表面去锈等加工，具有无火花、不产生烟尘或有毒气体、不污染空气,加工件不产生热效应,且水资源可重复使用，加工环境清洁等特点。风冷却切削技术风冷却切削技术是将从空气供给源来的空气经过除湿器将水份除去后，送入空气冷却器冷却至零下30°C,再经绝热管由风嘴将冷风送至切削部位,同时向加工点喷少量的无害植物油,以防锈并且有一定润滑作用。在风嘴的对面设有集尘装置以收集废屑和风尘，通过集尘器内的过滤器将切屑滤去。优质清洁表面技术对于一些耐磨性要求高的重要零件，采用离子束辅助镀膜技术，可大幅度提高航空航天轴承、精密仪器和刀具、模具的寿命。以及采用新型节能表面涂装技术一一一自泳涂装，它为水分散体系，完全不含有机溶剂，无毒、无火灾危险，与传统的电泳涂装工艺相比,节能、节材，涂膜均匀，耐蚀性优良，属无污染清洁生产工艺。现已在汽车零部件、家电、仪器仪表等行业获得推广与应用，并取得较为显著的经济效益和社会效益。3.4绿色处理绿色处理是指上一个生命周期报废的产品通过有效的回收又进入下一个生命周期的循环中。为了便于产品的绿色处理，一方面是设计之初就要考虑产品的材料和结构设计，如采用面向拆卸的设计方法、模块化的设计方法。二是发展绿色再制造技术，如再制造加工、过时产品的性能升级等。绿色制造的发展趋势4.1全球化一绿色制造的研究和应用中将愈来愈体现全球化的特征和趋势近年来许多国家要求进口产品要进行绿色性认定。要有“绿色标志”。特别是有些国家以保护本国环境为由，制定了极为苛刻的产品环境指标来限制国外产品进入本国市场，即设置“绿色贸易壁垒”。绿色制造将为我国提高产品绿色性提供技术手段，从而为我国企业消除国际贸易壁垒进入国际市场提供有力的支撑。这也从另外一个角度说明了全球化的特点。4.2社会化一绿色制造的社会支持系统需要形成绿色制造的研究和实施需要全社会的共同努力和参与。以建立绿色制造所必需的社会支撑系统。绿色制造涉及的社会支撑系统首先是立法和行政规定问题。其次。政府可制定经济政策.用市场经济的机制对绿色制造实施导向。例如：城市的汽车废气污染是一个十分严重的问题，政府可以对每辆汽车年检时，测定废气排放水平，收取高额的污染废气排放费。这样，废气排放量大的汽车自然没有销路，市场机制将迫使汽车制造厂生产绿色汽车。4.3集成化一将更加注重系统技术和集成技术的研究绿色制造涉及到产品生命周期全过程，涉及到企业生产经营活动的各个方面，因而是一个复杂的系统工程问题。因此要真正有效地实施绿色制造，必须从系统的角度和集成的角度来考虑和研究绿色制造中的有关问题。当前，绿色制造的集成功能目标体系、产品和工艺设计与材料选择系统的集成、用户需求与产品使用的集成、绿色制造的问题领域集成、绿色制造系统中的信息集成、绿色制造的过程集成等集成技术的研究将成为绿色制造的重要研究内容。4.4并行化一绿色并行工程将可能成为绿色产品开发的有效模式绿色设计今后仍将是绿色制造中的关键技术。绿色设计今后的一个重要趋势就是与并行工程的结合，从而形成一种新的产品设计和开发模式一一绿色并行工程。绿色并行工程又称为绿色并行设计，是现代绿色产品设计和开发的新模式。它是一个系统方法，以集成的、并行的方式设计产品及其生命周期全过程，力求使产品开发人员在设计一开始就考虑到产品整个生命周期中从概念形成到产品报废处理的所有因素，包括质量、成本、进度计划、用户要求、环境影响、资源消耗状况等。4.5智能化一人工智能和智能制造技术将在绿色制造研究中发挥重要作用绿色制造的决策目标体系是现有制造系统TQCS（即产品上市时间T、产品质量Q、产品成本C和为用户提供的服务S）目标体系与环境影响E和资源消耗R的集成。即形成了TQCSRE的决策目标体系。要优化这些目标，是一个难于用一般数学方法处理的十分复杂的多目标优化问题，需要用人工智能方法来支撑处理。另外，在绿色产品评估指标体系及评估专家系统中，需要工智能和智能制造技术。6产业化一绿色制造的实施将导致一批新兴产业的形成除了目前大家已注意到的废弃物I旦I收处理装备制造业和废弃物回收处理的服务产业外，另有两大类产业值得特别注意：⑴绿色产品制造业：制造业不断研究、设计和开发各种绿色产品以取代传统的资源消耗和环境影响较大的产品，将使这方面的产业持续兴旺发展。⑵实施绿色制造的软件产业：企业施实绿色制造。需要大量实施工具和软件产品，如绿色设计的支撑软件（计算机辅助绿色产品设计系统、绿色工艺规划系统、绿色制造的决策系统、产品生命周期评估系统、IS014000的国际认证的支撑系统等），将会推动这类新兴软件产业的形成。结束语环境污