浅谈绿色制造技术及其发展

作者简介： 张旭飞，男（１９８９．１１），山西吕梁人，机 械制造与自动化专业，海南大学机电工程学院。
张燕，女（１９７８．１０），湖北鄂州人，海南 大学机电工程学院讲师。
主要研究方向 ：机械电子工程、机械设计 联系方式Ｅ－ｍａｉｌ：ｚ＿ｙｓｓ＠１６３．ｃｏｍ
浅析光机电一体化技术的发展
李军 （海南大学 机电工程学院，海南 儋州 ５７１７３７）
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造中得以避免，绿色制造工艺是一种综合考 虑环境因素、经济效益的先进加工方法，值 得大力发展。
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色制造技术［Ｊ］．机械制造， ２０００－０７－０１０ ［５］ 黄健求．机械产品的绿色设计与绿色制
造过程［Ｊ］．东莞理工学院学报， ２００７－０１－０２
参考文献 ［１］ 朱红建，钱萍．机械制造业中绿色制造 技术应用模式研究［Ｊ］．装备制造技术， ２００８－０７－ ０４６ ［２］ 刘冬敏．基于机械产品绿色制造技术的 应用研究［Ｊ］．中州大学学报，２０１０．１０ ［３］ 宋小欣．基于绿色制造的机械加工生产 模式的研究［Ｊ］．机械， ２００４－Ｓ１－００３ ［４］ 陈超，周福章，李力千．机械工业中的绿
关键词：绿色制造；可持续发展；发展现状；技术
１ 前言 当今人类社会面临的三大主要问题分别 是资源、环境、人口。而环境问题，对人类 社会生存与发展造成的威胁越来越严重，已 构成新世纪人类生存和发展所面临的重大挑 战。制造业是创造人类财富的支柱产业，对人 类社会的发展起到了很大的促进作用， 但同时 又是环境污染的主要源头，大量消耗掉人类 社会的有限资源，影响人类的生存环境。坚 持科学发展观，实施可持续发展战略， 可以缓 解这些问题带来的危害。绿色制造在解决机 械制造业环境污染问题方面发挥着重要作 用，可以有效地控制环境污染的源头。现代 机械制造业，绿色制造是发展方向。 ２ 传统制造模式及其存在的主要问题 ２．１传统制造模式 在传统的工业制造模式下，产品的生产 是被首要关注的目标，而随之而来的环境污 染和资源浪费问题往往被忽略。是一种“资 源—产品—污染排放”的单向线性和非循环 的经济过程。目前，机械制造业大多数采用传 统生产模式，这是一个开环的生产系统，从原材 料到机械设备的整个生产过程及其生命周期
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广泛采用。 ２）制造废弃物的污染 机械加工过程中的很多工艺方法都会产
生大量的废弃物对环境造成污染，如果这些 废弃物得不到合理的处理，会产生严重的后 果。
３）生产过程中浪费严重 数控机床、加工中心及Ｆ Ｍ Ｓ／Ｃ Ｉ Ｍ Ｓ等先 进加工设备的广泛应用，使得大量的传统机 床设备被摒弃。而对这些闲置设备的回收和 再利用率又很低，造成了极大的浪费。 ４）产品的回收利用率低 传统生产模式，一般采用“生产－流通 －消费－废弃”的开式循环系统。生产出的 产品失去其使用价值之后面临的是被废弃。 ３ 绿色制造与可持续发展 ３．１绿色制造 绿色制造技术是以传统工艺技术为基 础，并结合材料科学、表面技术、控制技术 等高新技术的先进制造工艺技术。其最终目 的是合理利用资源（使原材料和能源的利用 效率能达到最高）、降低零件制造成本（费 用最低）、最大限度地减少对环境的污染程 度（零污染）［３］。 对于绿色制造有广义上和狭义上之分。 从广义上讲，绿色制造是一个把环境影响和 资源的有效利用结合起来的现代制造模式， 产品在设计、加工、包装、利用、回收的整 个生命周期内对环境的不利影响达到最小。 在整个生命周期内优先考虑产品的环境适应 性，再从产品应有的质量、成本、寿命等基 本属性出发，确定设计方案、加工工艺、装 配等生产过程。 ３．２ 特点与可持续发展 传统制造模式下存在的主要问题通过绿 色制造可以得到很好的解决，归结于绿色制 造技术具有的特点及其与可持续发展战略的 充分结合。传统制造模式与绿色制造特点对 比如表１所示。 可见，随着现代社会经济高速发展和人
绿色 制造
使用性能、加工 工艺、材料与环 境的综合。如： 选择并采用绿色 材料、节能设计、 可回收性设计和 可拆卸性设计、 长寿命设计
工艺、设备、能源利用等 方面综合考虑环境适应性 与加工经济性。如：采用 干式切削加工以减少废液 污染，用新的工艺方法取 代传统的喷漆、电镀和热 处理等落后工艺，使用绿 色设备，利用可再生能源
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表１ 传统制造模式与绿色制造特点对比
内容 分类
设计
加
工
包装
产品利用
传统制 造模式
注重产品的功能 与品质
多采用铸造、锻造等方法 以及机加工冷却、润滑造 成切削液汽化，污染环境
材料消耗量大， 缺乏科学性
“生 产 － 流 通 － 消 费 －废弃”的开式循环系 统下产品利用率低
关键词：光机电一体化 机械 发展 技术
１ 前言 近几年光机电一体化技术逐渐运用到军 事和民用机械领域当中，随着社会的发展光 机电一体化技术将得到很大程度的推广，渗 入到国民经济的各个环节当中。 ２ 光机电一体化技术产品的一般特征
含有光机电技术的系统有动力元件、传感 器、计算器、执行器及机构等五部分组成。各 个部分之间相互配合，紧密衔接，组成一个功 能相对完善的柔性自动化系统。与传统的机械 工业、机电工业相比，光机电一体化技术具有 以下特点：
摘要：光机电一体化是指光学、机械、电子三个领域之间相互融合的技术，是现代科学技术发 展的必然结果。其充分发挥了各个领域的优势，实现优势互补，使光机电一体化技术朝着自动化、 微型化、节能化、人性化方向发展。光机电一体化是一门跨学科的边缘科学，它是激光技术、微电 子技术、计算机技术、信息技术与机械技术结合而成的综合性高技术。
如图１所示。［１］
２．２ 传统制造模式存在的主要问题 传统制造业一般是纯粹从经济效益的角度 去实施制造过程的，在产品设计时主要考虑产 品的功能与品质。制造技术的快速发展促使大 量先进高效的加工方法的产生，产品更新换代 频率不断加快，使工艺装备的淘汰频率也相应 地加快，材料的消耗量大量地增加。据统计，造 成全球环境污染的７０％以上的排放物来自于制 造业， 每年约产生５５亿吨无害废物和７亿吨有害 废 物［２］。 综 合 以 上 诸 方 面 ， 传 统 生 产 模 式 存 在 的主要问题一般表现为以下几个方面： １）环境保护意识淡薄 在企业特别是中小企业中，产品的设计、 制造等过程中环境保护意识没有得到广泛普 及，而直接抓成本、抓产量、抓品种的方式被
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浅谈绿色制造技术及其发展
张旭飞 张燕 （海南大学机电工程学院，海南儋州 ５７１７３７）
摘要： 制造业是创造人类财富的支柱产业，对人类社会的发展起到了很大的促进作用， 但同时又 是环境污染的主要源头，大量消耗掉人类社会的有限资源，影响人类的生存环境。传统机械制造技 术的很多弊端在绿色制造中得以避免，绿色制造工艺是一种综合考虑环境因素、经济效益的先进加 工方法，值得大力发展。现代机械制造业，绿色制造是发展方向。本文通过阐述传统制造模式及其 存在的主要问题以及绿色制造的特点，绿色制造与可持续发展的关系。表明发展绿色制造对人类社 会可持续发展的重要性。结合绿色制造技术的相关内容，在干式加工、先进的成型加工、少无切屑 加工、新型特种加工等工艺方法以及网络技术、模拟技术等方面分析了绿色制造的工艺方法，对先 进合理的工艺进行研究并提出更好的在机械行业中发展绿色制造的几点合理化建议。
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民日益增长的对高品质生存环境的要求的提 出，发展绿色制造技术的重要性得到了充分的 体现。
４ 机械行业中的绿色制造工艺及其发展 ４．１ 绿色制造工艺 在机加工发展历史中，新型高效的先进工艺 和方法不断推出，绿色制造工艺正呈现出一个 良好的发展态势。绿色制造工艺包括干式加 工、先进的成型加工、少无切屑加工、新型特 种加工等工艺方法以及网络技术、模拟技术等 先进技术手段。 １）干式加工 干式加工顾名思义就是在加工过程不采用 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所带来的一系列 问题如废液排放和回收等等。目前干式加工虽 然在国外已经得到局部应用， 并也取得了一些成 效， 如美国、日本、德国等国采用干车削、干磨 削、干镗削等都取得一定的成果，但在我国还刚 开始研究， 并且干式加工工艺本身还尚须全面论 证， 不过作为一种新型的加工工艺已经得到了世 界各国的广泛注意和研究。［４］ ２） 先进的成型加工方法 传统成形制造包括铸造、锻造、连接、塑 性加工等技术，加工精度的保证需要的成本较 高，还会造成环境的污染。随着科技的进步， 目前的成形制造技术正向精密成形或净成形方 向发展，此方法在得到工件形状方面比传统方 式占优势，可直接制成工件外形。可以节约原 材料和减少能源的利用。 ３）少无切屑加工 少无切屑加工是通过精密铸造、精密锻 造、冲压、粉末冶金、高速切削等工艺方法达 到加工要求，同时实现绿色制造的目的。 ４）网络技术的应用 网络技术（ＮＴ）、虚拟现实技术（ＶＲＴ）与制造 业相结合构成敏捷制造（ＡＭ）。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
环境因素作为一个整体考虑， 避免污染物在不同 介质之间转移。［５］
４．２．２几点合理化建议 １）提高全社会特别是相关企业的绿色生 产意识 社会的支持是发展一项产业前提，而相关 企业应履行其社会责任。在加快自身发展的同 时，造福社会，绿色生产意识至关重要。 ２）扶持绿色制造产业建立完善的奖惩机 制 政府及职能部门应加大对绿色制造产业的 支持力度。通过设立相应的奖励制度，鼓励绿 色制造产业的发展，使广大机械工业企业积极 推进对其不符合环境友好型生产的设备及生产 方式的改造工作。 ３）借鉴先进经验、研究成果，加强交流 通过学习先进的生产经验特别是在绿色制 造方面的已有研究成果可以避免多方面的浪 费，降低生产成本，从而促进机械工业中绿色 制造产业的发展。信息化的发展为各企业之间 的技术交流提供了很好的平台，使先进的技术 手段得以更好地传播。 ５ 结语 随着人类可持续发展战略的提出和经济全 球化的进程的加快，绿色制造技术逐渐显示出 优势。传统机械制造技术的很多弊端在绿色制
包装设计、结 构、材料等方 面绿色化
产品及时回收和处 理，ห้องสมุดไป่ตู้止污染环境， 经拆卸后，零部件 或材料重新使用。
（ Ｓｏｆｔ Ｐｒｏ２ｔｏｔｙｐｅ）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。［４］
５）工艺模拟技术 在热加工过程中，按照惯例，在生产之 前都要经过多次重复的实验得到工艺参数以 确定具体的加工方法，从而保证加工质量。 但是此方法效率较低，而且精度也很难达到 理想的水平。如果采用工艺模拟技术，通过数 值模拟、物理模拟和专家系统相结合的手 段，最终确定出最佳工艺参数，获得优化的工 艺方案，并且预测加工过程中可能产生的缺陷 和制定有效的防止措施，可以有效控制和保证 加工工件的质量，已达到使用要求。 ４．２发展绿色制造的原则及几点合理化建 议 ４．２．１发展绿色制造的原则 联合国环境保护署提出绿色制造技术的 三项基本原则： １）不断运用原则——绿色制造技术持续 不断运用到社会生产的全部领域和社会持续 发展的整个过程 ２）预防性原则——对环境影响因素从末 端治理追溯到源头， 采取一切措施最大限 度地 减少污染物的产生 ３）一体化原则——将空气、水、土地等