绿色制造技术及其应用

绿色制造技术的概念及其应用

江苏理工学院

贡林欢 12机研 12110104

摘要：绿色制造是实现生态工业和社会可持续发展的关键技术，正在引起人们的高度重视。绿色制造要求在产品的设计和制造过程中考虑产品的整个生命周期，从而实现产品全生命周期对环境的负面影响最小，资源利用率最高。本文介绍了绿色制造技术的内容，同时列举了绿色制造在数控机床上的应用。

关键字：绿色制造绿色制造技术数控车床

1引言

自70年代以来，全球掀起了一场空前壮阔的绿色革命，它从经济到政治，从观念到行为，对整个世界和人类生活产生了巨大的冲击和影响。“建立一个可持续发展的社会”，正成为21世纪全球性社会改革浪潮的一个重要主题。1992年联合国在巴西里约热内卢召开的环境与发展会议发表了《21世纪议程》，提出了全球可持续发展的战略框架。随后，中国政府向全世界推出《中国21世纪议程》，把可持续发展战略列为国家发展战略。《21世纪议程》指出：“地球所面临的最严重的问题之一，就是不适当的消费和生产模式，导致环境恶化、贫困加剧和各国的发展失衡。若想达到合理的发展，则需要提高生产的效率并改变消费，以最高限度地利用资源和最低限度地产生废弃物。”可持续发展战略的提出，使我国企业界面临挑战和机遇并存的局面。它要求企业顺应可持续发展的全球性潮流。然而，对于制造业来讲，一方面，在工业发展史上，制造业以其绝对的优势奠定了其在工业上的基础地位。另一方面，在目前的技术水平及观念模式下，由制造业所带来的各种问题也日益显露。其中十分突出的一项就是对于环境的威胁，现代科学技术日新月异使人类逐步摆脱贫穷，同时亦使人类陷入日益恶劣的自然环境中。“回归自然”已成为人类的共同心声。在当今时代，绿色环境保护运动的兴起，浸染了现代科学技术，也蕴育了绿色制造技术。众所周知，制造业是将可用资源(包括能源)通过制造过程，转化为可供人们使用和应用的工业品和生活消费品的产业。20世纪80年代，特别是80年代后期以来，世界制造业市场竞争不断加剧，给企业带来了越来越大的压力，迫使企业纷纷寻求有效方法：一方面加速技术进步的步伐，促使现代制造过程的组织发生重大的变化，其目的在于使企业能适应市场的需要和变化，以最快的速度设计和生产出高质量的产品，并以最低的成本和合理的价格参与市场竞争。另一方面，制造业在生存和竞争的同时，又不断消耗资源，产生废弃物，造成环境污染，使得环境问题日益恶化，并正在对人类的生存与发展造成严重威胁。制造业是环境污染的主要源头，因此，如何使制造业尽可能较少地产生环境污染是当前环境问题研究的一个重要方面。于是绿色制造(Green Manufacturing)这一全新的概念便产生了。

2绿色制造技术的内容

2.1绿色设计

绿色设计是在产品及其寿命的全过程的设计中，充分考虑对资源和环境的影响，在充分考虑产品的性能、质量、开发周期和成本的同时，优化各有关设计因素，使得产品及其制造过程对环境的总体负影响减到最小。绿色设计又称为面向环境的设计DFE(Design for the Environment)。

绿色设计的主要内容如图1的框架所示[1]，面向环境的产品设计应包括的内容很广泛，像材料的选择、产品的包装方案设计等环节，考虑这些环节对资源消耗和环境的影响甚大，应把它们单独作为面向环境设计问题的一个子项加以考虑。其中，面向环境的产品方案设计一般是指涉及产品原理、方法、总体布局、产品类型、包装运输等方面的选择和设计。面向环境的产品结构设计的主要目标是采用尽可能合理和优化的结构(包括有利于包装运输和良好的人机工程的·结构)，以减少资源消耗和浪费，从而减少对环境的负面影响，面向环境的产品包装设计方案，就是要从环境保护的角度出发，优化产品的包装方案(从包装材料的选取、包装制品的制造到包装制品的回收处理及包装成本等的优化)，使得资源消耗和环境负影响最小。

图1 绿色制造技术的内涵

2.2绿色材料

绿色材料(Green Materials)是指在制备、生产过程中能耗低、噪声小、无毒性并对环境无害的材料和材料制品，也包括那些对人类、环境有危害，但采取适当的措施后就可以减少或消除的材料及制成品。绿色制造中所强调的绿色材料是指在满足一定功能要求的前提下，具有良好的环境兼容性的材料。绿色材料在制备、使用以及用后处置等生命周期的各阶段，具有最大的资源利用率和最小的环境影响。绿色材料又被称为生态材料(Eco—material)或环境意识材料(Environmentally conscious materials)。选择绿色材料是实现绿色制造的前提和关键因素之一。绿色制造要求选择材料应遵循以下几个原则：①优先选用可再生材料，尽量选用回收材料。提高资源利用率，实现可持续发展；②尽量选用低能耗、少污染的材料；③尽量选择环境兼容性好的材料及零部件，避免选用有毒、有害和有辐射特性的材料。所用材料应易于再利用、回收、再制造或易于降

解。

2.3绿色工艺

采用绿色工艺是实现绿色制造的重要一环，绿色工艺与清洁生产密不可分。1992年在里约联合国环发大会上，清洁生产被正式认定为可持续发展的先决条件，《中国2l世纪议程》也将其列入其中，并制定了相应的法律。清洁生产要求对产品及其工艺不断实施综合的预防性措施，其实现途径包括清洁材料、清洁工艺和清洁产品。我们所提出的绿色工艺是指清洁工艺，指既能提高经济效益，又能减少环境影响的．工艺技术。它要求在提高生产效率的同时必须兼顾削减或消除危险废物及其它有毒化学品的用量，改善劳动条件，减少对操作者的健康威胁，并能生产出安全的与环境兼容的产品。绿色工艺的实现途径包括：①改变原材料投入，有用副产品的利用，回收产品的再利用以及对原材料的就地再利用，特别是在工艺过程中的循环利用；②改变生产工艺或制造技术，改善工艺控制，改造原有设备，将原材料消耗量、废物产生量、能源消耗、健康与安全风险以及生态的损坏减少到最低程度；③加强对自然资源使用以及空气、土壤、水体和废物排放的环境评价，根据环境负荷的相对尺度，确定其对生物多样性、人体健康、自然资源的影响评价。总之，我们应从生命周期的全过程对绿色工艺进行研究。推行绿色工艺既要从技术人手，更要重视管理和宣传问题。

2.4绿色包装

选择绿色包装材料作为产品的包装已经成为一个研究的热点。各种包装材料占据了废弃物的很大一部分份额。据报道，1990年美国约产生2亿吨城市固体废物，其中1／3为产品包装。这些包装材料的使用和废弃后的处置给环境带来了极大的负担。尤其是一些塑料和复合化工产品，很多是难以回收和再利用的，只能焚烧或掩埋处理，有的降解周期可达上百年，给环境带来了极大的危害。因此，产品的包装应摒弃求新、求异的消费理念，简化包装，这样既可减少资源的浪费，又可减少环境的污染和废弃物后的处置费用。另外，产品包装应尽量选择无毒、无公害、可回收或易于降解的材料，如纸、可复用产品及可回收材料(如EPS聚苯乙烯产品)等。通过改进产品结构，减少重量，也可达到改善包装，降低成本并减小对环境的不利影响。DEC公司的研究表明，增加其产品的内部结构强度，可以减少54％的包装材料需求，并可降低62％的包装费用。我国一些在产品上过分铺陈讲究，常常大瓶套小瓶，大盒装小盒，不仅加大成本，还造成不必要的材料浪费。相反，西方一些发达国家不再提倡繁杂精美的包装，重兴简约之风，这也是绿色包装思想的一种体现。

2.5绿色处理

产品的绿色处理(即回收)在其生命周期中占有重要的位置，正是通过各种回收策略，产品的生命周期形成了一个闭合的回路。寿命终了的产品最终通过回收又进入下一个生命周期的循环之中。它们包括重新使用(Reusing)、继续使用(usingion)、重新利用(Reutilization)和继续利用(Utilizing on)。为了便于产品的绿色处理，一般在设计中主要考虑产品的材料和结构设计，如采用面向拆卸的设计方法(design for Disassembly，DFD)。拆卸是实现有效回收策略的重要手段。只有拆卸才能实现完全的材料回收和可能的零部件再利用。只有在产品设计的初始阶段就考虑报废后的拆卸问题，才能实现产品最终的高效回收。