绿色技术

一、绿色设计与制造技术的概念
机械制造业要从根本上防止污染，节约资源和能源，关键在于设计与制造，不能等产品产生了不良的环境后果才采取防治措施，要预先设法防止产品及工艺对环境产生的负作用，然后制造。

这就是绿色设计与制造的基本思想。

绿色设计是这样一种设计，即在产品整个生命周期内，着重考虑产品环境属性(可拆卸性、可回收性、可维护性、可重复利用性等)，并将其作为设计目标，在满足环境目标要求的同时，保证产品应有的基本功能、使用寿命、质量等。

绿色设计，必须按环境保护的指标选用合理的原材料、结构和工艺，在制造和使用过程中降低能耗、不产生毒副作用，其产品易于拆卸和回收，回收的材料可用于再生产。

二、绿色设计的主要内容
1.绿色产品的建模
建立系统的绿色产品评价模型是绿色设计的关键。

例如针对减速器等机械零部件，采用多目标模糊优化设计，使其重量最轻、体积最小、用材最少、消耗能源最少。

现在已经提出绿色产品的评价指标体系、评价标准制定原则，利用模糊评价法对“绿色程度”进行了评价，并开发了相应的评价工具。

2.绿色设计的材抖选择与管理
绿色设计要求选材时应考虑既要有良好的适用性能，又要与环境有较好的协调性。

绿色设计对材料的要求也为材料科学的发展提出了新的挑战，即能提供或生产出适合绿色产品设计的绿色材料，选用易加工的材料，低耗能、少污染的材料，可回收和利用的材料。

如铝材料，若汽车车身改用轻型铝材制造，重量可减少40%，且节约燃油消耗。

采用天然可再生材料，如丰富的柳条、竹类、麻类、木材等用于产品的外包装。

除合理选材外，还应加强材料管理。

绿色产品设计的材料管理内容：一方面不能把含有有害成分与无害成分的材料混放在一起；另一方面，达到寿命周期的产品，有用部分要充分回收利用，不可用部分要进行处理，使其对环境的影响降低到最低限度。

3.产品的可拆却性设计
不可拆卸不仅会造成大量可重复利用零部件材料的浪费，而且因废弃物不好处置，还会严重污染环境。

拆卸已成为机械设计的重要内容。

可拆卸性是绿色产品设计的主要内容之一，它要求在产品设计的初级阶段就将可拆卸性作为结构设计的一个评价准则。

可拆卸性要求在产品结构设计时改变传统的联接方式，代之以易于拆卸的联接方式。

可拆卸结构设计有两种类型：一种是基于成熟结构的联接方法，如螺栓联接、键联接及过盈配合等；另一种则是基于计算机的目的设计方法，现已开发系统的可拆卸性评价指标体系、评价方法、拆卸结构设计准则，并开发了相应的评价软件。

4.产品的可回收性设计
可回收性设计是指：在产品设计初期充分考虑其零件材料的回收可能性、回收价值大小、回收处理方法、回收处理结构工艺性等与回收性有关的一系列问题，最终达到零件材料资源、能源的最大利用，并对环境污染最小的一种设计思想和方法，可回收性设计包括以下几方面的主要内容：
①可回收材料及其标志；
②可回收工艺与方法；
③可回收性经济评价；
④可回收性结构设计。

5.绿色产品的成本分析
由于在产品设计初期，就必须考虑产品的回收、再利用等性能，因此成本分析时，就必须考虑污染物的替代、产品拆卸、重复利用成本、特殊产品相应的环境成本等。

企业是否支出环保费用，也会形成产品成本上的差异；同样的环境项目，在各国或地区间的实际费用，也会形成企业间成本的差异。

因此，在每一设计决策时都应进行绿色产品成本分析，以便设计出的产品“绿色程度”高且总休成本低。

三、绿色制造的实现技术
1.干切削技术
干切削技术在不使用切削液的条件下进行。

切削液传统的排屑、冷却、润滑作用已逐渐由刀具设计与制造及其他方法所代替。

如刀具材料的发展使刀片可承受更高的温度，减少了对润滑的要求；真空或喷气系统可以改善排屑条件；复杂刀具的制造可解决封闭空间的排屑问题等。

2.微机械技术
微机械的技术关键是微细加工技术，常用的工艺方法主要采用来自于半导体IC加工工艺的硅微细加工、特种精密加工和微组装技术。

微机械的基本特点是：体积小、精度高、重量轻；性能稳定、可靠性高；能耗低、灵敏性和工作效率高；多功能和智能化；适合大批量生产，制造成本低廉。

3.快速原型制造(RPM)技术
RPM技术是利用分层切片的软件，将计算机产生的CAD模型处理成一系列薄截面层，并根据各截面层形状的二维数据，采用黏结、熔结、聚合作用或化学反应等手段，逐层有选择地固化液体或粘结固体材料，从而快速堆积制作出所要求形状的零部件或模型。

RPM技术的成型原理突破了传统加工中的金属成型和切削成型方法，可以在没有工装夹具或模具的条件下，迅速制造出任意复杂形状，且具有一定功能的三维实体模型或零件，即所谓使材料生长而不是去掉材料的制造过程。

它被认为是近20年来制造技术领域的一次重大突破
浅议绿色制造技术
1 绿色制造技术概念
1.1 绿色制造技术的产生背景
随着经济的不断发展以及人口的高速增长，环境问题、资源枯竭已经受到人们的高度关注。

而制造业既是资源消耗的最大行业，又是污染环境最严重的一个行业。

传统机械制造对资源的利用率不高，对环境污染严重，而且其管理采用末端管理，先生产后治理，治理成本高等难以实现环境保护与治理。

据不完全统计，每年制造业就会产生大约55亿吨的废物和高达7亿吨的有害废物，其排放量占整个生产领域的70%以上。

由此可以看出，开发和应用绿色机械制造技术是企业走可持续发展的必经之路。

1.2 绿色制造技术的概念
绿色制造技术产生于20世纪80年代，是综合了环境学、材料学、控制技术学等先进制造技术并在传统制造技术的基础上产生的。

绿色制造技术对资源的有效利用和对环境的影响经过综合的考虑，是一种现代化的生产模式，其目标就是从产品设计、生产加工、废物回收等整个使用周期中，最大化地提高资源的利用率和最小化地减少对环境的污染，实现企业经济效益和社会效益的双丰收。

目前制造技术分为2种模式：
1.2.1 传统机械制造技术
目前我国的机械制造行业大部分使用的仍是传统制造技术，从原料提取到淬炼再到生产成品，在此过程中会产生大量的废气、废水、废渣等，而且制造缺乏全面考虑，造成设备资源浪费严重。

1.2.2 绿色制造技术
绿色制造技术的生产模式是一种清洁生产模式，是循环利用废弃物的生产模式。

在这种清洁循环的制造模式中，从产品的原材料开发到产品的损坏或者寿命结束，对材料的回收、利用等过程都全面考虑过。

如在原材料的冶炼中，废气、废水的处理净化，在选择使用原材料中首要考虑的是其报废回收的问题。

在绿色生产模式中，遇到这些问题可经过技术措施和特定的工艺在产品的生命周期各个环节逐一解决。

通过以上可以看出，传统制造技术和绿色制造技术最主要的区别是传统制造对资源利用率低，环境污染严重，能源消耗量大；而绿色制造技术则不论是产品上游的设计，还是最后的报废处理等都采用了最优化的控制，充分利用了资源，节约了能量，减少了对环境的影响。

2 绿色制造技术在各阶段的主要模式
2.1 绿色制造中原材料的选择
传统制造生产中，对原材料的选取主要是考虑其性能或作用，而忽略了其在使用或废弃后对环境的影响。

因此，基于传统制造的产品在制造和使用中对生态环境产生了极大的影响。

同时，由于人们的环保意识淡薄，缺少考虑产品废弃后或损坏后的同收以及可再利用
等问题，造成了资源的严重浪费和对环境的污染。

基于以上考虑，选用什么样的材料是绿色制造的一个关键问题。

要解决传统制造中的材料选择问题，主要是选择绿色环保生态材料，绿色材料的选择是一个系统性和综合性复杂的问题。

现阶段，选择绿色材料的主要原则包括：
(1)材料本身性能的先进性；
(2)尽可能采用回收率较高的零部件和材料；
(3)尽量采用不加涂镀工艺的材料以及易回收、可再生、分解或降解的材料；
(4)材料与环境协调相容性，包括易加工、低毒害、污染小等；
(5)尽量减少所用材料种类、数量。

选择那些性能优良、消耗资源和能源小、影响环境小的原材料，这样才有利于人类的健康，提高资源的可利用率。

2.2 基于绿色制造模式下的产品设计
以往传统的机械制造，其指导思想很少考虑产品的资源利用、能源的消耗、对环境的影响，注重的是产品的功能和制造工艺。

基于绿色制造的指导思想则是对产品的全面考虑，选材和节能减排连接在一起，并综合考虑了产品的可用性和可回收性。

浅谈绿色制造与再制造技术
制造业是国民经济的物质基础和产业主体，是国家安全的重要保障。

为适应可持续发展和构建循环经济的要求，制造业必须从原有的面向利润、面向成本的粗放式的制造模式，转变为及面向利润、面向成本，又面向环境、面向资源的集约式的制造模式，即“绿色制造”。

再制造技术则是绿色制造的重要组成，是维修技术的更高层次的发展。

大力开展绿色制造和再制造技术的研究与使用对于落实我国可持续发展战略，发展循环经济，建设节约型社会，支持我国制造业减低能源消耗、减少环境污染，推动新兴产业的形成有重要的意义和作用。

一、绿色制造再制造
“绿色制造(Green manufacturing)”是一种综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式。

其目标是使产品从设计、制造、包装、使用到报废处理的整个生命周期中，对环境的负面影响小、资源利用率高、综合效益大，使企业的经济效益与社会效益得到协调优化。

绿色制造的核心在于产品的生命周期里实现“4R”，即减量化(Reduce)，重用(Reuse)，循环(Recycle)，再制造(Remanufacturing)。

而其架构又可分为绿色设计，绿色工艺技术，绿色包装技术，绿色回收处理技术，绿色再制造技术这五项技术。

其中，绿色再制造技术尤为关键。

通过再制造，能使报废的产品从获新生。

再制造是指以装备全寿命周期理论为指导，以废旧装备实现跨越式提升为目标，以优质、高效、节能、环保为准则，以先进技术和产业化生产为手段，进行修复、改造废旧装备的一系列技术措施。

再制造是绿色制造的重要组成，是维修的高技术发展，也是实现绿色制造的重要技术手段和方法。

再制造的重要特征是再制造后的产品质量的性能达到或超过新品，成本却只有新品的50％，节能60％，节材70％，对环境的不良影响显著降低。

二、国内外绿色制造与再制造技术发展现状
(一)国外技术现状
绿色制造是制造业制造技术和制造模式未来发展的重要方向，将成为未来工业的重要挑战和重要领域。

在欧洲、日本和美国等工业发达国家，无论是政府、高校、科研院所，特别是有远见的领先企业都非常重视绿色制造的技术研发、立法和宣传，将其列入制造业或本企业的发展战略目标。

美国对汽车零部件进行再制造已有50多年的历史，在美国大约有12000家汽车零部件回收企业，年营业额达到25亿美元，据美国波士顿大学制造工程学院教授罗伯伦·德伦收集的1996年的统计资料，美国再制造零部件公司构成一个价值530亿美元的产业，雇佣48万人。

世界著名汽车制造商如福特、通用等公司都有自己的发动机再制造厂。

在欧洲，德国大众公司在50多年的时间里已经产生再制造发动机720万台。

从2000年起，所有欧盟的汽车用户，已经享受免费的汽车回收，到2015年，废旧汽车的可再生利用率将达到95％。

德国大众公司在我国生产POLO轿车就是一款可进行再制造车型。

日本除了对报废汽车零件采用再制造技术进行处理、实现重复使用外，富士施乐公司对该公司生产的复印机，也采用再制目造技术进行报废零件的再生处理，计划使废旧复印机零件的再虽蚕生循环利用率达到50％以上。

(二)国内技术现状
自20世纪90年代中期以来，我国政府、研究机构、企业等l对绿色制造和再制造给予了一定的重视和支持。

国家863计划、国家973计划、国家自然科学基金等资助开展了有关绿色制造国方面的一些研究课题。

绿色制造在我国尚处起步阶段，目前绿色制造研究仍处于比较分散的状况，基础较差，绿色制造技术体系还未形成，实用化关键技术和装备比较缺乏，大多数企业的认识还未到位，已有绿色制造技术在企业推广应用一定难度。

但在某些方面有了一定的成就。

1996年以来，国内部分高校对绿色制造领域的相关理论和技术进行了跟踪创新研究：装甲兵工程学院对再制造基础理论和技术进行了系统的研究；重庆大学在绿色制造理论体系、评价与决策以及车间层绿色生产技术等方面开展了研究工作；清华大学、上海交通大学以及机械科学研究院等在机电产品绿色设计、汽车回收再制造技术以及电子电器产品的绿色制造技术等方面进行了研究工作并取得了一定的进展；合肥工业大学在绿色设计理论与方法等展开了研究。

国内的一些企业也开始注重绿色制造技术方面的研究：济南复强动力有限公司与装甲兵工程学院积极合作开展在汽车发动机再制造技术的研究和应用；重庆机床厂与重庆大学在绿色滚齿机床设计和面向绿色制造工艺规划方面积极展开合作；至卓飞高线路板(深圳)有限公司与清华大学合作开展了印刷线路板回收方面的合作，并成立清华至卓绿色制造研究中心；上海华东拆车有限公司与上海交通大学合作开展汽车回收技术的研究，参与了多项国家与地方项目的研究与产业化示范，并在上海建立了“废旧汽车回收拆解示范工程”；美菱公司与合肥工业大学在家电产品绿色设计方法及废旧塑料的回收再利用方面进行了合作等等。

综合看来，我国产品绿色制造与再制造技术的研究及应用工作存在全寿命周期理论研究薄弱，缺少系统的理论和方法的支持；寿命周期评价方法体系尚不能支持产品的设计；各种绿色设计方法和工具缺乏集成性，难以满足实际的需求；作为设计的主体，企业在绿色设计方法和工具应用方面参与的比较少；废旧几点产品循环利用的决策研究不足；缺乏节能减排的共性技术；仅有少数的几家正规的回收再制造企业。

浅谈绿色制造在机电产品周期中的实施
众所周知，一台机器的全生命周期要经历设计、毛坯制造、机械加工、热处理、装配、包装、使用和维修、报废回收等阶段，每一个阶段都与环境保护紧密相连，都有可能造成环境污染。

特别是一些中小企业，只看到眼前的利益，盲目购买一些早已被淘汰的设备、上马一些污染严重的项目，却并不具备”三废”处理能力，对环境具有特别大的破坏性。

一、绿色制造的涵义及其实施
(一)绿色制造的涵义
机电产品的绿色制造，是指产品从设计、毛坯制造、切削加工、热处理、装配、包装、使用和维修到报废回收等全过程中，对资源、材料、能源的消耗量最少，而对环境的污染最小，并使企业经济效益和社会效益协调优化。

在设计阶段，一是要考虑材料的选择，不仅要考虑其来源广阔、价格低廉，还要考虑其利用率和污染性；二是要考虑产品的结构工艺性，包括易加工性、易装拆和可回收性。

在毛坯制造阶段，不仅要考虑毛坯本身易制造、经济性好，毛坯制造方法对环境的污染要少，还要考虑其切削加工量要尽量少，材料利用率要高。

在切削加工阶段，要求切削能耗少、刀具磨损量低、产生的废弃物少，且对环境的污染小。

在热处理阶段，不仅要考虑通过热处理易获得优良的机械物理性能，还要考虑热处理过程中产生有毒、有害物质对工人身体的危害和对环境的污染。

在产品包装阶段，不仅要考虑包装美观、被包装物品不易损坏，还要考虑包装材料的价格成本和易分解回收、重复利用及包装材料的废弃物对环境的污染。

(二)机电产品的绿色材料设计
要实施绿色制造首先要实现绿色材料设计，而实现绿色材料设计，不仅需要工矿企业自身的努力，而且需要环保部门、研究单位与政府领导的共同协作。

要合理选择材料，考虑其来源广阔、价格低廉、毒性、污染性低，在目前还难以做到。

因为《机械设计手册》中
只有常用材料的机械物理性能，如强度、延伸率、冲击值、硬度等数据，并无其毒性、副作用及来源是否广泛的说明，这就给工程技术人员在产品设计中实施绿色制造带来困难。

要编撰这种包括材料毒性、副作用及来源的手册和数据库不是单靠材料生产厂家、材料研究所工程技术人员就能解决的，而是一个大的系统工程。

首先要对各种材料的矿物储量、开采、提炼生产的难度进行调查，以了解其来源状况；再者。

要对各种材料的毒性、辐射性、污染性进行调查。

例如铅、铬、镉、磷、砷、氰化物等属于有毒物质是众所周知的，但是它们与其它物质混合后形成的合金和发生化学反应后形成的化合物物质是否依然有毒性，人们并不十分清楚。

何况，新材料不断问世，品种越来越多。

建议政府组织由地质资源、环保部门、材料生产厂、材料研究所及医疗单位等多学科技术人员参加，共同编撰新的材料使用手册和数据库。

(三)机电产品的绿色结构设计
产品的结构工艺性中的易加工性和易装拆性实施的难度相对来说要小一些，但也要对各种加工方法的特点和本厂设备状况有一定的了解，才可能做到。

结构工艺性是相对的，不是绝对的。

结构工艺性是与加工方法分不开的，新的加工方法不断出现加快了这种不确定性。

对普通的机械加工来说结构工艺性可能不好，而对于特种加工来说可能是不成问题的。

而可回收性却不仅仅与可拆卸性有关，还与该材料的可重复加工性有关。

这些光靠工程技术人员个人的经验是不够的，也需要编撰各种加工方法的结构工艺性的手册和数据库。

(四)机电产品的绿色加工及热处理
我国目前机械加工的水平还相当低，特别是一些中小工厂，还在使用六七十年代的机床，数控机床只有一些大型企业才有。

造成切削效率低、加工精度低、材料利用率低、能耗大。

提高数控化水平，尽量采用高效设备和刀具进行加下是所有工厂的必由之路。

然而，由于中小工厂缺资金、缺技术，数控化还要经历相当长的时期。

所以，建议首先采用经济型数控系统对现有机床进行改造，并对工人进行数控技术的培训。

另外，要注意机加工时冷却液的选择和使用。

如有的工厂在滚齿、插齿、铣削等加工时。

为了提高刀具耐用度，对刀具采用离子镀膜或涂层处理，使切削速度大大提高，而冷却液仍然使用原来低、中速切削时所用的极压切削油。

由于切削油冷却能力不足、挥发性大，使车间里充满挥发的油雾，造成车间的空气污染。

建议采用半合成、合成水溶性切削液取代切削油。

在热处理及表面镀层处理阶段，热处理时对工件的加热以及电加热和天然气、煤气加热污染少，以燃煤、燃油加热污染大；淬火、表面淬火、调质等热处理在淬火时，材料不同所使用的冷却剂也不同。

油冷带来的污染大，水冷污染小。

但是水冷可能会导致某些用淬透性强的合金制造、形状复杂的工件开裂，因此需要研究冷却能力比水弱而又不造成污染的新的热处理冷却剂。

对工件电镀装饰、防腐材料时，主要是排放电镀残液造成的污染，一是预备工序酸洗时带腐蚀性的酸性残液；二是镀液中残留的重金属及有毒物质(如氰化钾、氰化钠等)。

应采用电镀液处理剂进行达标处理。

(五)机电产品的绿色包装
在产品包装阶段，主要是选择合适的包装技术和材料，实施绿色包装。

目前国内使用的包装材料基本是瓦楞纸板、木板、塑料为差。

纸板由于易于回收，且可被降解、污染小而被广泛采用，但前期制作对环境造成的污染较大，而且强度低、易导致被包装物品的损坏。

木板由于强度高也被广泛用于大型机电产品的包装，但由于木材是不可再生材料，使用过多会因树木的大量砍伐导致生态失衡，且由于一些害虫会寄居于内，导致害虫大量传播而破坏森林。

因此，开发农作物秸秆缓冲包装材料、聚乳酸发泡材料、废纸和淀粉制包装用泡沫填料等新型包装材料是绿色包装的发展方向。

二、结束语
机电产品在生命的全周期各环节中都可能带来环境的污染，都需要引起我们足够的重视。

我国五大水系和众多的湖泊大多数污染严重。

除造纸、制药、制革、制水泥、生活污水等对环境污染产生严重影响外。

机电产品制造中产生的“三废”也是其重要原
因。