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近年来,我国机械制造业对于绿色机械设计的研究内容比较多,研究的深度和广度也不断拓宽,很多人将绿色机械设计也称为“生态设计”“、自然环境设计”、“环境意识设计”等。和传统的机械设计制造理念相比,在产品的设计与开发过程中,传统的机械设计制造首先立足于市场需求分析,根据市场需求设计产品的使用功能、使用寿命等基本属性,并且需求反复的修改,往往会导致设计过程以及产品制造周期延长,生产后不易拆卸,产品以及回收难度较大,部分产品在报废之后,可能无法回收,造成资源大量浪费以及环境污染。绿色设计的重要性主要表现在可节省原材料,减少能源消耗,减少使用过程中废水、废气、废料的排放,进而保护自然生态环境。更加符合可持续发展要求主题,实现更大的经济价值以及社会价值。
2绿色理念在机械设计中的具体应用分析
2.1绿色设计方案
目前比较常用的绿色理念设计方案包括生命周期设计、可拆卸性设计以及模块化设计三种,生命周期设计主要是基于环境保护、机械产品的成本需求以及产品性能等方面考虑,包括产品的回收、再利用成本、产品代替以及污染物的处理等问题;可拆卸性设计主要是在保证产品功能不受影响的前提下,进行有规律拆卸,主要针对产品的再利用设计以便产品生产后期的维护;模块化设计主要是考虑产品的功能以及模块,通过产品模块的重新组合从而形成新的系统,既可以实现产品的更新换代,也可以提高零部件的充分利用率。最后应建立健全绿色机械设计数据库,设计人员可将机械设计制造过程中用到的数据以及需要的数据进行系统化储存,以便日后查询以及绿色设计的理论基础。
2.2绿色机械设计制造中的材料选择
材料是绿色设计的主要内容,在机械设计制造过程中应首选环保、健康的制造材料,综合考虑材料与材料之间的相容性、材料的经济性和安全性,分析材料对环境的影响。传统的机械制造产品材料主要包括汞、铅等特殊的有害化学物质构成,产品在使用报废后,回收利用率低,对环境有极大的损害,为了实现绿色机械制造工艺,应从源头开始抓起,慎重选择机械制造材料。机械设计的绿色选材应选择能够满足产品需求的基本性能,保证材料的可用性,选择高温性能、抗冲击性能以及耐腐蚀性能材料,避免选择有毒材料。其次应加强绿色材料的管理工作,认真审核材料的性能、根据不同的材料进行分类管理并加以标注,在材料投入实际生产后应实现材料的动态管理,及时回收和有效利用设计中产生的副产品以及废弃物。
3绿色机械设计实现的基本要求
在机械设计制造中,若想要真正实现绿色理念设计,需要国家政策的支持、产品设计人才以及先进的设计技术,人才是实现绿色设计的核心力量,首先应加强对机械设计人才的培养,重点培养的对象应该是高中职院校中机械设计专业的学生,加强绿色理念设计的概念,让他们重视绿色设计。其次,国家应制定相关的绿色机械产品支持政策,加强社会以及广大群众对机械产品设计的监督力度。同时应不断学习、引进一些先进发达国家先进的技术,积极实现产品的创新,尽量优化设计方案。
4总结
关键词 绿色理念;机械制造;研究
中图分类号TH16 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2012)67-0090-02
随着社会发展的越来越迅速,对资源的消耗也在不断加大。在面临人口膨胀,资源短缺等问题的巨大压力下,高消耗的消费模式已经无法适应当前现代化社会发展的要求,粗放型经济模式将会严重影响我国未来的改革之路。我们要积极研究与开发新能源,对现有的能源进行回收再利用,形成有中国特色的集约型发展道路,才能真正实现我国构建现代化先进型社会的要求。同时,我们还会发现,大量的废物垃圾不仅污染了我们赖以生存的环境,更危险到了人们的日常生活与生命健康。而绿色设计的出发点就是以高效节能的发展模式合理利用资源,降低产品从生产到处理整个生命周期对我们环境所造成的影响,实现我们预期对经济发展的要求。目前,基于绿色理念的机械制造研究正在逐步进入我们的生活中。
1 机械产品中的绿色设计理念及重要性
绿色设计的含义就是指在每个产品从开发到处理的整个周期内,我们重点分析产品的可循环使用性,并且将这一特性作为我们研究设计的方向,在最大程度上降低对环境伤害的同时,还有保证产品的各项实用功能。基于绿色理念的机械制定核心就是“3R”,即Reduce(减少)、Recycle(再生)、Reuse(重新使用),其中心思想就是再使用,绿色理念生产制造不仅是要减少对能源的消耗,降低有害物质的排放量,还有使机械产品能够进行分类方便人们对其进行再回收利用,工业设计是我国的重要产业支柱,与人们的生活息息相关,一方面它为人们提供了高科技含量的现代生活质量,另一方面,工业产品设计也在不断的消耗能源以满足人们日益增长的生活需求,破坏了自然环境的生态平衡。我们要从本质上改善能源消耗对环境造成的损害,就要积极开发绿色理念的机械产品,将绿色设计作为机械产品开发的重要发展战略,为加强我国工业产业实现现代化建设提供长远的作用。首先,它可以保护我们的自然环境,维护生态平衡,这是关键点也是绿色设计的出发点;其次,它可以降低对能源的消耗,加强对可再生能源的开发利用;还有,它能有效地缓解垃圾污染物对环境的负面作用;最后,绿色理念设计是实现我国可持续发展的必然要求。
2 机械产品中的绿色设计
2.1 机械产品绿色设计的关键技术
2.1.1绿色材料及其选择管理
绿色产品设计的一个关键因素就是对材料的应用上。以前,人们往往只考虑材料是否满足产品在使用性能方面的要求,而忽视了材料对自然环境的影响。一般的绿色材料对生态不易造成大的污染,对资源的使用率也很高,有利于我国长远的经济发展前景。绿色材料通常都可以进行回收再利用,从开发生产到使用完处理,再到回收再加工生产,整个环节对环境造成的影响都是比较小的,与自然生态能够有机的结合到一起。在对材料的选择上,我们要尽可能选择容易回收循环使用,并且对环境影响小,对材料本身的使用率大的绿色材料,要注意避免选择一些有害的物质作为绿色产品设计的材料。我们不仅要选对材料,还要正确的使用材料,对材料进行良好的管理与审核,对不同性能,不同种类的材料做好注明,分类保管,做好管理工作与回收工作,对已经达到使用寿命的产品要及时的进行处理,不能一味的重复使用,将已经变质的材料也投入生产中,最好是建立规范的网络数据分析系统,对各种材料与环境影响进行系统科学的分析,积极发挥计算机网络的作用。
2.1.2 可拆卸性设计
可拆卸性设计的意思就是将绿色设计产品进行有规律的拆卸,同时保障在不损害其功能的前提下拆卸其组成部分。所以在设计的起始阶段,就要为绿色机械产品设计一个供拆卸的方案,以方便我们日后对其进行回收再利用,达到保护环境,节约能源的目的。一般对于拆卸方案都有一个结构性的评价标准,它可以使产品在进行维修与养护时更加方便与实用。这是基于绿色理念的设计研究,其准则为:易于拆卸、易于分离、拆卸工作量最少、减少零件的多样性、产品结构的可预估性准则。
2.2常用的设计方法
2.2.1生命周期设计
基于绿色理念设计出来的机械产品具有比较长的生命周期,我们可以从这一方面着手,对绿色机械产品生命周期的设计进行合理的分析与研究,全面考虑到其中涉及到的各个科学领域的综合研究,还要加强对新技术的开发与利用,为人们提供更好的生活品质。生命周期主要是指产品在开发生产、外形包装、销售推广、使用完全、处理回收、再加工、循环使用等各个生产使用环节的总和。生命周期设计也是要求以保护环境与节约资源为重要考虑内容,将系统分析环境与资源的方法运用到绿色理念的产品设计中,在满足人们需求的使用功能时,也能与生态环境之间进行有机的融合,达到经济与环保双赢的局面。
2.2.2模块化设计
模块化设计主要是以面向模块和功能分析为主要特征,能够通过模块的选择与组合快速形成绿色机械产品系列。它能对一定范围内的不同功能、不同性能的产品进行功能分析的基础上,通过模块的选择和组合构成不同的产品。它既可以很好地解决产品品种规格、又可为产品快速更新换代,增强竞争力提供必要条件。
3 结论
工业生产制造是我国重要的经济支柱,而机械制造是工业领域重要的制约因素,因此我们要重视对机械的生产制造研究,分析其发展的规律,开发适合我国经济发展的新型机械制造体系。而绿色概念的机械生产不仅满足了企业转型的重要要求,更在不造成环境压力的情况下节约资源。它是一种技术层面的考量,更重要的是一种观念上的变革。绿色设计是人类实现可持续发展必然要求,也是未来技术经济发展的大势所趋。
参考文献
[1]周兵.绿色制造理念下的机械制造工艺研究[J].华章,2011(14).
[2]周坚负.机电产品在使用维护阶段的绿色设计理论与方法的研究[D].上海交通大学,2005.
【关键词】绿色机械制造;工艺技术;理念;发展策略
绿色机械制造工艺是指以综合考虑环境因素和资源效益为前提,以传统机械制造技术为基础,将环境科学、材料科学、能源科学、控制技术等先进科学技术结合在一起,以达到预期质量和功能的先进机械制造方法和过程。发展绿色机械制造工艺的目的就是达到资源、环境和经济效益的统一。下面结合笔者的实际工作经验,主要就绿色机械制造工艺技术的理念及发展策略。
1 实施绿色机械制造工艺技术的重要性
随着我国经济的迅速发展,我国的能源消耗越来越大,所以国家大力推进节能减排措施,以促进国家经济的可持续发展,建设出节约友好型社会。机械制造行业作为国家的重点行业,由于涉及面较广,因此如何发展好绿色机械制造工艺技术,提高企业的经济效益保护好生态环境和合理利用资源具有非常重要的意义。
近年来,随着机械制造业的发展,从中可以促进我国国民经济发展,而且能够为人们的衣食住行提供不同性能的机电产品。过去,我们采用的传统机械制造技术,是一种陈旧的制造工艺模式,对环境和资源缺乏全面的考虑,主要从自然中获取能源资源,经过加工和处理后以形成最终产品,然而在资源加工和处理中,将产生了大量的废气、废渣,并大量排放到环境中,从而严重地污染了环境,以及产生一些有毒物质,威胁到人们的生命安全;另外,在机械制造过程中,经常会留下一些废弃物,如余料、破损的零件等,不仅浪费有有限资源,而且给环境带来了污染。然而,引入绿色机械制造工艺,实现了清洁生产和废弃物循环利用的发展模式,同时按照市场需求,设计和加工出合格的产品,这些产品不仅可以利用资源,减少能源消耗,而且可以减少环境污染,使得资源和能源利用最优化。从中可以看出,绿色机械制造工艺满足新时期的机械工业发展的需求。
2 绿色机械制造工艺技术的理念
绿色制造技术主要是指在成本合理控制、质量得以保证的基础下,将生产制造与加工中对周围环境的污染降到最低。目前来说,我们主要强调先进的生产理念,在产品设计以及生产加工中引入绿色设计理念,且在生产制造中要确保其操作流程及技术满足环保的要求。在目前机械制造工艺中,绿色制造工艺主要包括以下几种:
(1)少无切削技术。在进行机械制造时,如果采用无切削加工技术,可以大大降低能作业的加工余量。另外,通过使用精铸和冷挤压等生产技术,促进从近似成型到仿型的方向转型,这样可以不仅可以在机械制造中节省产品的能源消耗,而且可以缩短产品生产周期,降低生产成本。
(2)高速加工技术。高速加工技术在近年来机械制造中得到广泛推广与应用,是一种低能耗、高效的绿色制造生产工艺。在产品制造和生间过程中采用这类技术,不仅可以确保产品的质量,而且可以减少能源与物料的消耗,最大限度地提高产品的生产质量和效率,因此可以看出,此技术是目前绿色制造工艺未来发展的方向。
(3)新型刀具技术。在机械制造和生产过程中,可以通过减少那些结构复杂或价格昂贵的刀具的损耗,是降低生产成本的重要途径。为此,在我国目前社会背景及生产技术发展基础上,可以研究一种加工及生产的新型的刀具材料,通过对这些新型刀具的技术参数进行研究与优化,以不断完善各种加工和生产的新型刀具,以降低生产成本。
3 绿色机械制造工艺技术的类型
3.1 能源节约型绿色机械制造工艺
过去,在传统的机械制造工艺使用中,能源的利用率较低,大多数能量都由于摩擦生热转化为内能而被消耗掉,这严重造成机械磨损,对机械的使用寿命影响较大,从而大大降低机械加工的精准度,严重的话还会造成环境污染与能源浪费。然而,在机械制造过程中采用能源节约型绿色机械制造工艺,不仅可以减少机械磨损,而且可以利用可再生资源。总之,使用低能耗的绿色工艺进行机械生产与制造,可以大大降低能量损耗。
3.2 资源节约型绿色机械制造工艺
资源节约型绿色机械制造工艺是指在机械制造过程中,为了确保机械产品质量,通过简化工艺和减少原材料消耗的方法来实现资源利用的工艺。如在进行刀具制造时,我们可以对毛坯的形状进行优化,并对新型的刀具材料进行选择,以最大限度减少切削液的使用量以及机械加工的余料,从而减少原材料的消耗,延长刀具的使用寿命,以实现节约资源和提高生产效率的目标。
3.3 环境保护型绿色机械制造工艺
机械制造工艺是物质经过加工制造过程,是把原料变成最终产品的过程,而在这种械制造工艺应用过程中,将会产生一些废液、废气、废渣等,从中造成环境染污和威胁到操作者的生命安全。从中可以看出,环境保护型绿色机械制造工艺是指通过工艺初始设计和末端处理技术,尽量减少有害物质的影响,以提高机械制造系统效率的工艺技术。
4 绿色机械制造工艺技术的发展策略
4.1 绿色设计
绿色设计是指在绿色理念之下,结合产品的品质要求,对机械的工作原理、结构、零件的材料和尺寸进行的设计,同时通过计算分析和图纸转化作为制造依据。在绿色设计过程中,我们需要从初步设计之前考虑到产品流转的各个环节中的环保问题。绿色设计的内容主要包括选材、结构设计、工艺设计、运输设计、维护设计、报废处置设计等等。也就是合理协调和整合各阶段的设计方案,从中可以看出,绿色设计是一项绿色性、集成性和并行性的系统工作。
4.2 绿色选材
绿色选材是指绿色机械制造过程中,在满足产品的性能和制造工艺的要求下,以及对绿色环保理念下所选择的能源和材料,主要包括材料的选择和能源的选择。在绿色材料和能源选用时,需要遵从以下原则:(1)优选可再生能源与材料;(2)选用原料丰富,成本低,污染少的能源与材料;(3)避免选用有毒、有害的能源与材料。
4.3 绿色工艺
绿色工艺是指在机械制造过程中,在满足资源节约、能源控制、环境污染少的要求下,通过使用一定的工具和设备,按照一定的顺序对各种原料进行加工,以得到合格机械产品的过程。绿色机械制造工艺主要包括干切削技术,低温切削技术,绿色湿试切削技术,应用高精度的冷辗扩技术等,主要是采用可编程的控制器技术、数显技术、数据技术对旧机床,净化废液等进行改造。
4.4 绿色处理
绿色处理主要是指在机械制造过程中,将排放出的废液、废气及破损的零件设备等进行回收利用,或者将其转换成无污染的物质的过程。绿色处理方法主要包括以下几个方面:(1)根据各种排放气体的性能,采用物理或化学方法进行吸收,通入氧气达到燃烧的目的。(2)对废液进行集中回收、转化和燃烧处理。(3)将有毒的废渣进行集中深埋,或者采用化学方法将其转变成无毒无害物质。
5 结论
总而言之,为了促进我国社会的健康发展,实现机械制造行业绿色制造的目标具有重要的意义。目前在工业生产过程中,我们需要采用生态学原理,才能从源头上解决环境污染问题。目前来说,绿色机械制造工艺技术尚未发展成熟,仍存着一些技术、资金、政策方面的问题,需要多方配合,促进绿色机械制造工艺技术的理论不断完善与创新。
参考文献:
绿色设计的雏形出现于日本1991年推出的“绿色行业计划”中。随着环境日益恶化和资源日趋枯竭,制约着经济的发展,如何将资源合理利用并减少制造业对环境的污染,使人类和环境协调地发展,许多国家都提出了可持续发展的模式。在工业设计中越来越多地采用绿色设计的方案,对降低环境污染和提升资源利用率也在人们实际的应用中逐步显现,绿色设计渐渐成为了关注的焦点。
2绿色设计的基本原则
绿色设计指的是在产品的设计、制造、销售、使用、维修、再回收的生命周期内,满足产品应有的性能、经济性和可靠性等的同时,兼顾考虑产品对资源的合理利用、环境影响,遵循资源合理分配、再生利用、先进技术三个基本原则。
3如何实现绿色设计
绿色设计是以保护环境、节约资源为核心,将工业设计中众多局部设计方法融合到产品的整个生命周期中,以达到整体最优。如何实现绿色设计,以期达到绿色产品的预期目标,其设计的主要内容应包括:绿色资源设计;绿色可回收设计;绿色制造过程设计;绿色产品成本分析;以及其他与产品生命周期中与环境、经济、技术等有关的数据和知识。
3.1绿色资源设计
绿色资源设计是指在工业设计选用原材料时首先考虑在满足性能的同时,优先选用环保性材料,避免选用对环境或人体产生不良特性的材料;优先使用资源丰富再生性强的材料;在设计中尽量采用新技术和新工艺,在制造中降低材料损耗,提升产品的高效节能性。典型的绿色资源设计例如变频无氟冰箱,传统的冰箱使用氟利昂作为制冷剂,对臭氧层造成破坏,所以主流的冰箱制造商设计出变频无氟冰箱,避免破坏环境的同时采用变频技术,减少无谓的能量消耗,节能效率提高40%左右。
3.2绿色可回收设计
绿色可回收设计是通过可拆卸的模块化设计,将产品分成几个模块,方便装配、维修、拆卸、回收。传统的工业设计单一注重产品的性能,很少考虑产品的回收利用性,导致有些产品在后期难以拆解维修容易造成整机报废、回收利用率低,造成资源浪费。绿色可回收设计在产品设计阶段考虑产品零件的通用性、制造阶段的可装配性、使用周期内的可维修性、回收阶段的可拆卸性再生性和处理成本等问题,在产品生命周期后期通过模块化的拆卸,将可再利用的零件转入其他产品使用,从而最大程度的提升资源利用率。目前汽车厂商尽可能的采用通用模块化设计,平台共用性较强,最大限度地使用新型材料,再生利用率达到40%左右,日本汽车制造商正联合材料和零件供应商以及拆解商共同开发新技术,力争在2025年使汽车再生利用率达到65%以上。
3.3绿色制造过程设计
传统的设计人员需要进行大量计算、分析和比较,以决定最优方案,后期的制样分析测试、现场调试安装。绿色制造过程设计是在产品研发设计阶段,针对产品性能需求,将绿色设计融入到资料的采集、整理、归档,形成设计指南,采用辅助设计工具如CAD、CAE、CAPP等,形成绿色设计环境,计算机完成设计信息的检索和分析计算产生评测结果,再对图形数据进行编辑修改,完成产品的开发设计;制造过程中采用CAM辅助制造系统、FMS柔性制造系统,实现加工、物料流和信息流的自动化、采用先进制造工艺,减少资源浪费和环境污染。美国PTC公司旗下的辅助设计软件PRO-E,是目前主流的CAD/CAM/CAE软件之一,采用模块化方式完成设计至生产全过程的集成,采用并行工程设计,包含资源库、模型库、标准件库、草图绘制、三维零件建模、模拟装配、仿真分析、仿真加工、加工源程序输出等,实现设计、制造、加工全自动化。
3.4绿色产品成本分析
随着各国政府对环境问题的重视,绿色产品的设计制造需要以政府为主导,进行绿色税费理论研究、制定征收优惠政策、鼓励绿色产品的发展,引导企业重视环境保护和资源利用率。制定绿色产品购买补贴政策,引导消费者的购买行为。鼓励发展回收再生机构,通过合理的回收处理,促进资源再生利用。回收机构的有序健康发展会推动制造企业选用可拆卸设计,降低产品的维修成本,提升资源的再生利用。
4结束语
当全球的经济复苏并开始以高速发展的时候,企业并没有足够的环境保护意识,在发展企业的时候,对于生产工艺对环境的破坏并未能够采取进一步的阻止。长期下来,环境污染的结果是臭氧层被破坏、全球变暖、空气污染以及水源污染等问题,破坏了人类的生存环境,制约了全球经济的可持续发展。另一方面,生产技术水平过低的生产工艺,不仅会对环境造成不同程度的污染和破坏,还会令生产资源的利用率过低,令企业的生产效率无法得到有效提高。为了解决这一问题,缓解人类生存的环境所受到的威胁,绿色制造技术应运而生。在21世纪的现代制造业发展过程中,绿色制造技术已经成为制造行业改革的必经之路,尤其是对于我国人均自然资源较少、资源浪费情况较为严重的特点,更是具有更深一层的意义。绿色机械制造技术是在传统机械制造技术水平的基础上,以绿色生产理念作为发展的核心和指导理念,充分运用先进的材料科学和控制科学知识及技术对生产资源合理、高效的利用,从而降低企业的制造成本,同时还大大降低生产过程中对自然环境所造成的威胁和负面影响。此外,利用绿色制造技术生产出的机械产品更符合社会发展的实际需求。总而言之,在机械制造过程中应用绿色机械制造技术,能够有效促进我国制造业核心竞争力的提升,推动我国机械制造行业的发展。
2绿色制造技术在机械制造过程中的应用
(1)绿色设计机械结构。在设计机械产品的时候,采用绿色设计结构,能够充分考虑机械产品在生产过程中对自然环境的影响,以及产品对社会的作用。利用先进的绿色机械设计知识,对机械产品的质量、工作寿命进行适当的延长和控制,使机械产品高质化、高效化、寿命长,确保所需要的生产技术对自然环境的负面影响最小化。如果条件允许,还可以让机械产品循环使用,不仅能够让产品资源的使用率最大化,还可以减少机械产品所需的生产时间。(2)选用低毒、无污染绿色原材料。绿色制造技术的主要理念是对环境低害,甚至无害,所以在选择机械制造材料时,要选择合适的低毒、无污染的机械制造原材料。随着材料科学研究水平的不断提高,我国已经研制出很多新型的绿色制造材料。很多传统的对环境造成极大污染的材料已经被对环境污染程度小、甚至无污染的材料替代,这同时也为我国绿色制造技术的发展提供了物质条件。同时,企业在生产过程中,不能够只考虑到企业自身的经营利益,更多的还需要考虑到要如何把“可持续发展”融入到企业发展的规划中,迎合我国可持续发展的发展观。(3)绿色机械制造技术和工艺。除了机械生产的材料,还需要对机械产品的生产工艺进行改革创新。对于传统能耗高、污染程度较大的机械制造工艺,要进行适当改进和完善,必要时还可以参考国内外先进的绿色制造技术进行改造,提高生产效率,降低生产成本。通过采用绿色机械制造技术和工艺,最大限度地减少在机械制造过程中污染自然环境的情况,提高制造资源的利用效率。目前我国常用的绿色机械制造技术和工艺主要可以分为三种,分别是降低能耗型绿色工艺、降低原材料消耗的工艺,以及降低污染的工艺。这三种不同的绿色机械制造工艺的最终目标都是减少能耗量,降低对自然环境的污染。(4)绿色机械产品包装技术。不少企业为了吸引更多的客源,在包装机械产品的时候都选择过于华丽的包装,而且还不能重复利用,这样的包装应该被摒弃。不能够重复利用的包装或者对自然环境污染程度较大的包装应该被绿色包装代替,这样不仅能够节约大量的包装生产成本,还可以节约大量的包装材料,减少不能降解的包装废弃量。目前我国机械产品使用较多的包装材料有木板、纸箱、泡沫塑料、气泡垫等。这些包装材料都属于不可再生资源,会对环境产生很大的污染。因此,充分利用绿色的机械产品包装技术,能够对环境无污染且能够村换使用。(5)绿色的机械产品回收技术。对废弃的机械产品进行回收再利用,能够有效减少废弃产品对自然环境的污染,还可以节约大量的机械产品所需的制造材料,进而节约了生产成本,产生非常良好的社会效益和经济效益。
3结论