论现代绿色制造系统特征

论现代绿色制造系统特征

张志民1,2　栗　新13

(1.中南大学机电学院,湖南长沙,410083;

2.湖南冶金职业技术学院,湖南株洲,412000)

摘要:本文阐述绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式,是可持续发展理念在制造业的实现方式,初步构建了现代绿色制造系统特征,对新时代制造业发展具有一定的理论支持意义。

关键词:绿色制造;环境;资源;系统;技术;可持续发展

中图分类号:X32　文献标识码:B　文章编号:1672-7412(2007)02-030-03

资源、环境、人口是当今人类社会面临的三大主要问题,随着环境污染的日趋严重,社会和谐发展中人与自然的和谐发展矛盾日显突出,绿色设计、绿色制造、绿色产品逐渐成为市场主流。当前,,有些方面尚处于探索阶段,绿色制造理论体系还有待发展完善。主要集中在绿色制造的概念、理论的阐述及具体应用方面。并且,许多研究人员都是从各自专业的角度对绿色制造加以研究,这是绿色制造研究领域发展的一个必然结果。但总体来说,缺乏系统性。[1]

因此,绿色制造业作为绿色制造系统的一个子系统,有其独特的系统特征。本文在总结制造业系统特性的基础上,根据可持续性发展理念,从大的绿色制造系统特性的前提下,提出绿色制造系统的概念,并对绿色制造系统的结构、功能进行系统分析,以期对绿色制造系统进行全面的研究,把握其发展趋势。

一、绿色制造系统的概念

绿色制造(GMS)又称环境意识制造,面向环境的制造等。由于绿色制造的提出和研究历史很短,综合国内外各种文献资料,绿色制造的概念定义为:绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式,是可持续发展理念在制造业的实现方式,它有效解决了传统制造业在发展中出现的种种问题,成为新时代制造业发展的方向。其目标就是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个周期中,对环境的负面影响降低到最小,对资源的使用效率最高,并使企业经济效益和社会效益协调优化发展。

与传统制造系统相比较,绿色制造系统考虑的是产品的整个生命周期,是一个“大制造”的概念,有时还涉及到多个学科的交叉和集成。绿色制造具有非常丰富和深刻的内涵,其实质是人类社会可持续发展战略在现代制造业中的体现。制造业涉及将物质资源转变为产品的制造过程、产品的使用过程和废弃物的处理过程。传统制造业在这些发展过程中存在的问题不断被矫正,切实地将可持续发展战略落实到制造系统中去,进而不断促进制造系统的绿化。

二、绿色制造集成系统

绿色制造的理论体系、共性关键技术和系统集成技术。主要包括以下几个方面。(1)绿色制造理论体系。包括绿色制造的资源属性、运行特性、可持续发展战略、绿色制造的系统特性和集成性。(2)绿色制造的体系结构和多生命周期工程。包括绿色制造的目标体系、功能体系、过程体系、信息结构、运行模式等。绿色制造涉及产品整个生命周期的绿色性问题,其中大量资源如何循环使用或再绿色制造,又涉及到产品多生命周期工程问题。(3)绿色制造体系的运行模式。绿色制造将企业各项活动中的人力、技术、经营管理、物资能源、生态环境,以及信息流、物流、能量流和资金流有机集成,实现企业和生态环境的整体优化,

第7卷第2期湖南冶金职业技术学院学报Vol.7　No.2 2007年6月Journal of Hunan Metallurgical Professional Technology College J un.　2007

3收稿日期:2007-03-29

作者简介:张志民(1971-),男,江西吉安人,湖南冶金职业技术学院讲师,中南大学机电学院在读硕士研究生。

达到产品上市快、质量高、成本低、服务好、环境友好并赢得竞争的目的。绿色制造系统的集成运行模式涉及绿色设计、产品生命周期及其物流过程和相关环境等。(4)绿色制造的物能资源系统包括建立绿色制造的物能资源系统、研究制造系统的物能资源消耗规律性、面向环境的产品材料选择、物能资源的优化利用技术、面向产品生命周期和多生命周期的物流和能源的管理与控制等问题。[2]

三、绿色制造关键技术系统

传统的制造体系物料流是一个开环系统,物料流的终端是产品使用到报废为止,而绿色制造体系物料流是一个闭环系统,其中开环物料流和产品报废后的反馈形成大的闭环系统,在此过程中,又可能形成若干小闭环系统。因此,在产品及其生命周期全过程中充分考虑对资源和环境的绿色指标要求,就产生了具有实践指导意义的绿色制造关键技术。

(1)绿色设计技术。传统的产品设计,一般考虑的是产品的基本属性,如功能、质量、开发周期、成本和使用寿命等,很少考虑环境友好属性,在其使用寿命结束后,回收利用率低,资源浪费严重,甚至严重污染环境。而绿色设计的基本思想就是要在设计阶段优化相关设计因素,使产品及其制造过程环境的总体影响和资源消耗减少到最小。[2]

(2)绿色选料技术。绿色选料技术是一个系统性和综合性很强的复杂问题。卡奈基梅隆大学ROS Y提出了基于成本分析的绿色产品选料方法,它将环境因素融入材料的选择过程,要求在满足工程和环境等需求的基础上,使零件成本最低。即在产品的整个生命周期中,这类材料应有利于降低能耗,环境负荷最小。

(3)绿色工艺技术。绿色工艺技术是指在整个工艺流程中不仅要考虑环境的影响因素,还要不断的对资源流、能量流、时间流、废物流、废气流进行采集分析,并进行综合评估,评估结果及时反馈到工艺决策层,作为绿色工艺技术决策的理论依据。[3]

(4)绿色包装技术。绿色包装技术是指采用对环境和人体无污染、可回收重新使用或可再生的包装材料及其制品的包装。首先必须满足基本使用功能的前提下尽可能简化包装,避免过度包装。使包装可以多次重复使用或便于回收,且不会产生二次污染。

(5)绿色再处理技术。绿色再处理技术广义地讲,是对投入使用后的产品,为保持、恢复其可用状态或加以重复利用所采取的一系列技术工艺,如修改、改装、改进或回收利用等。狭义上讲,就是对报废后的产品零部件,经过再加工后形成性能良好的新的零部件,充分利用报废产品的附加值。既节约了资源,又可有效的保护环境。

四、基于实例的绿色制造工艺参数优化设计方法

基于实例的绿色制造工艺参数优化设计方法就是根据待加工零件的基本参数(如齿轮滚切加工中的齿数、模数、外径、切齿宽度、螺旋角、压力角等),通过计算待加工零件与实例的相似性系数,从实例库中抽取与待加工零件最匹配的实例零件,根据生产条件及相关约束条件,对实例零件的工艺参数进行修改,可以得到多个工艺参数方案,并对这些方案进行多目标优化决策,选出最优的加工工艺参数,使得零件加工过程的总体性能最优,特别是资源消耗和环境影响最低。其实现过程如图所示,实现的关键技术包括:工艺参数库的建立、相似性系数的确定、实例抽取以及工艺参数优化等。[4

]

图1　绿色制造工艺参数优化设计过程图

绿色制造工艺参数实例库包含三个方面的信息:实例零件的基本信息(如齿轮材料、齿数、模数、外径、切齿宽度、螺旋角等),实例加工工艺的过程信息(加工工艺种类、切削用量、刀具耐用度、切削液类型)、工艺的绿色性评价信息(资源消耗、能源消耗、切削液消耗、切屑回收、噪声、安全性等)。工艺参数实例库是零件工艺设计有关的若干信息的集合,是一种丰富的工艺实际资源。

一个实例零件和相似零件组一般有许多的零

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