绿色制造技术及其发展趋势

绿色制造技术及其发展趋势

李海胜

海南省高级技工学校 海南省 海口市 571100

摘要：绿色制造是人类社会可持续发展战略在现代制造业中的体现，绿色制造技术的发展为人类社会发展起着非常重要的作用。本文阐述了绿色制造的概念和特点，介绍了绿色制造的相关技术和关键技术，并展望绿色制造技术的发展动态及趋势。

关键词：绿色制造发展趋势

环境、资源、人口是当今世界面临的三大主要问题, 日趋严重的生态问题对人类的生存与发展构成严重威胁。制造业在将制造资源转变为产品以及产品的使用和处理过程中, 产生的废弃物是污染环境的主要根源。有效地控制制造业产生的环境污染是当前制造科学亟需解决的问题【1】。传统的环境治理方法是终端治理,全球生态环境恶化的现实证明,这种治理方法不能从根本上实现对环境的保护。要想解决该问题,必须要求考虑产品整个生命周期对环境的影响,最大限度地利用原材料、能源,减少有害废弃物和排放物,选用绿色材料,实施绿色设计、绿色工艺、绿色包装、绿色使用和绿色回收。

1、绿色制造的概念

绿色制造（Green Manufacturing，GM）【2】，又称环境意识制造（Environmentally Conscious Mannufacturing）、面向环境的制造（Manufacturing For Environment）等。它是一个综合考虑环境影响和资源效益的先进制造模式，其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中，不产生环境污染或环境污染最小化，对生态环境无害或危害极少，节约资源和能源，资源利用率最高，是实现制造业可持续发展的重要生产方式。绿色制造具有非常丰富和深刻的内涵。绿色制造实质上是人类社会可持续发展战略在现代制造业中的体现。绿色制造是多领域、多学科的交叉和集成,主要涉及产品制造领域、环境领域和资源领域。其图如下【3】：

绿色制造

2、绿色制造的特点【1】

绿色制造具有以下5 个特点：

(1)系统性 绿色制造系统本质特征在于绿色制造系统保证环境污染为最小。

(2)预防性 绿色制造对产品生产过程中的环境污染问题, 强调以预防为主。

(3)适合性 绿色制造结合产品的特点和工艺要求, 使绿色制造目标符合预期发展的需要, 又不损害生态环境且能保持资源的合理使用。

(4)经济性 绿色制造技术的应用, 可节省原材料和能源的消耗, 降低回收处理费用, 降低生产成本,增强市场竞争力。

(5)有效性 绿色制造对产品及生产过程的连续控制, 综合利用再生资源和能源、物料的循环利用技术, 有效地防止二次污染。

3、绿色制造的关键技术

3．1 绿色设计技术【4】

绿色设计是指在产品生命周期全过程的设计中,充分考虑对环境和资源的影响,在考虑功能、质量、开发周期和成本的同时,优化设计因素,使产品及其制造过程对环境和资源消耗的总体影响减到最小。绿色设计是将绿色产品的要求作为设计约束的一部分,从可持续发展的高度审视产品的整个生命周期,将3R(Reduce, Reuse, Recycle)直接引入产品研发阶段绿色设计的核心思想是彻底抛弃传统的“先污染,后治理”的环境治理方式,代之以“预防为主,治理为辅”的环境保护策略。

3.2 绿色材料选择技术【5】

绿色材料选择技术是一个系统性和综合性很强的复杂问题。一是绿色材料尚无明确界限,实际中选用很难处理。二是选用材料,不能仅考虑其绿色性,还必须考虑产品的功能、质量、成本等多方面的要求,这些更增添了面向环境的产品材料选择的复杂性。选择绿色材料是实现绿色制造的前提和关键因素之一。绿色材料选择应遵循以下原则: (1)优先选用可再生材料和回收材料；(2)尽量选用低能耗、少污染的材料；(3)尽量选用环境兼容性好的材料,避

免选用有毒、有害和有辐射特性的材料。

3．3 绿色制造工艺技术

绿色工艺是指物料和能源消耗最小化、废弃物最小化、环境污染最小化的加工工艺。现在在绿色制造技术的使用中，尤其是我国在机械行业绿色制造中应用较为成熟的工艺技术有如下几种:

3.3.1 精密成形制造技术【6】

成形制造技术包括铸造、焊接、塑性加工等，目前它正从仿形加工向直接制成工件，即精密成形或净成形方向发展，这样就可以大大减少原材料和能源的消耗。

3.3.2干式加工【7】

传统机械加工尤其是在数控机床、加工中心和自动生产线上的切削过程是以使用切削液的湿法方式进行的。但切削液却是金属切削加工中的主要污染源,切削液不仅对操作工人的身体健康构成威胁,而且废液的排放也对环境造成严重污染,尤其对水资源的污染。干式加工就是加工过程中不采用任何冷却液的加工方式。干式加工简化了工艺、减少成本并消除了冷却液带来的一系列问题，如废液排放和回收等等。

3.3.3 工艺模拟技术

采用工艺模拟技术将数值模拟、物理模拟和专家系统相结合，确定最佳工艺参数、优化工艺方案，预测加工过程中可能产生的缺陷和防止措施，从而能有效控制和保证加工工件的质量，达到绿色制造的目的。

3.3.4 新型制造技术的出现

绿色制造是多学科多领域的交叉，从产品的设计开始，直到产品的加工工艺、加工过程、质量检测、最后装配和包装，逐渐趋向一体化，如现在CAD、CAPP、CAM的出现就使设计和制造成为一体。现在推出一种新型技术--快速原型零件制造技术（RPM），采用材料“去除”的原则，而采用“添加、累积”的原理。代表性技术有分层实体制造（LOM），熔化沉积制造（FDM）等等。

3.3.5 网络技术、虚拟现实技术与制造业相结合构成敏捷制造技术【8】

虚拟现实技术在制造业中的应用主要包括虚拟制造技术和虚拟公司（VC）两个部分，虚拟制造技术就是在真正产品生产之前，在虚拟制造环境下生成软产品模型（Soft Prototype）来代替传统的硬样品（Hard Prototype）进行实验，对其性能和可制造性进行预测和评估，从而减少损耗，降低成本。

3.4 先进制造设备

先进制造设备是绿色制造系统的装备与工艺基础, 是实现优质、高效、低耗、清洁生产的基础, 是保证产品质量和市场竞争的基础, 是绿色制造的重要支柱。绿色制造设备最主要亮点是机床绿色化。所谓绿色机床是将毛坯转化为零件的工作母机，在使用过程中不仅消耗能源，还会产生固体、液体和气体废弃物，对工作环境和自然环境造成直接或间接的污染。机床绿色化的第一个措施，是通过大幅度降低机床重量和减少驱动功率来构建具有生态效益的机床。绿色机床提出一种全新的概念，大幅减少重量，力求节省材料，同时降低使用能耗。