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关注机械工业中的绿色制造技术

2005/12/13    来源:中国机械信息网        
关键字:绿色制造  机械  能源  回收  
本文介绍了在机械工业中的绿色制造工艺和先进技术及其应用情况。

    1、绿色制造的提出

    在人类即将跨入21世纪的今天,当微电子技术、大规模集成电子技术和机械工业相结合,从而使古老的机械工业蓬勃发展的同时,却产生了对能源和原材料的巨大消耗和浪费及对生态环境的日益破坏,使得全世界的技术人员和环保人士都在全力解决此类问题,美国、日本、德国等发达国家在这方面都取得了不少成果。我国对该领域已经开始重视起来。目前机械制造工业存在的主要问题有:

    (1)废旧或闲置设备回收和再利用率较低

    这在旧机床处理方面问题尤为突出,我们的许多工厂常见的场景就是厂房内满身锈迹的废旧设备,大批五、六十年代的旧机床和数控机床、加工中心、FMS、CIMS甚至网络加工等先进制造系统并存,如何改造和利用好这些旧设备是摆在我们面前的大课题。

    (2)能源和原材料的浪费现象十分严重

    这在某些国营大厂表现更为明显:满地的切屑、小零件和无从下脚的遍地油污也许能说明我国在由原料到产品所消耗的能源和原材料为什么比美国和日本等先进国家高出数十倍之多。

    (3)环境保护意识在机制工业厂家头脑中还比较淡薄尤其是一些中小企业对环境的污染还比较严重。

    (4)产品的回收利用率很低

    长期以来我们沿袭的生产模式是生产→流通→消费→废弃的开式循环,现在我们提倡的是闭式循环的生产模式,就是在原来的生产模式中增加一个"回收"环节。厂家在产品的设计和制造过程中就应该充分地考虑回收的问题,我国清华大学的家电产品和上海交通大学汽车的全生命周期绿色设计现在已取得了不少成果。

    近几年开始开发的绿色制造,正是针对以上这些现象,提出综合考虑环境因素和资源利用效率的现代制造模式。传统制造和绿色制造的最大区别就是传统制造只是根据市场信息设计生产和销售产品,而其余就考虑得较少。绿色制造则通过绿色生产过程(绿色设计、绿色材料、绿色设备、绿色工艺、绿色包装、绿色管理)生产出绿色产品,产品使用完以后再通过绿色处理后加以回收利用。采用绿色制造能最大限度地减少对环境的负面影响,同时原材料和能源的利用效率能达到最高。目前已经颁布的 ISO9000系列国际质量标准和ISO14000国际环保标准更为绿色制造提供了广阔的应用空间,一场"绿色革命"已经来到,如何去迎接 21 世纪的制造业--绿色制造是我们每个机械行业技术人员所亟待解决的课题。

    2、绿色制造工艺和先进技术

    在机加工发展历史中,许多新型高效的先进工艺和方法总在不断推出,从而使机制工业在近几十年来快速发展,但以上提到的存在问题也不得不引起我们的关注。随着技术的发展和社会进步,产品的更新换代和废弃速度加快,如何加以回收利用也是一大难题;机制工业高投人、低产出和对材料能源的大量浪费以及由此而来的工业废弃物增多更是与现在提倡的可持续发展背道而驰的;机制工业对环境的负面影响还没有引起各方面的充分注意。所以推广绿色制造工艺和先进技术势在必行,环境友好型和对用户及操作者友好型的绿色制造工艺将是未来工艺技术发展的趋势之一。

    2.1 绿色制造工艺的简略定义

    所谓绿色制造工艺是近几年才提出来的一个新概念,目前尚无统一的标准定义。根据机加工的特点,笔者提出几点参考意见:

    (1)设计人员必须具有良好的环境意识

    既综合考虑了产品的TQCS(Time,Quality,Cost,Service)属性,还要注重产品的E(Envir-onment)属性,即产品使用的绿色度,在国际环保标准ISO14000于1996年1月份正式颁布和实施以后,这在不久的将来会成为衡量产品性能的一个重要因素。

    (2)广泛采用标准化、模块化的零部件

    更重要的是设计时就应充分考虑产品报废时的回收利用,产品报废后,容易拆卸和分解,并可加以回收或再生将是21世纪绿色工业产品的一项重要指标。

    (3)尽量简化工艺,优化配置 提高系统运作效率,使原材料和能源的消耗最少。

    (4)减少不可再生资源和短缺资源的使用量,尽量采用各种替代物质和技术。

    2.2 绿色制造工艺的应用

    绿色制造工艺在目前来说尚处在起步阶段,完全成熟的技术和在实际中应用的技术还不多,笔者只能就目前比较热门的研究方向和发展趋势谈一谈本人的几点体会。

    (1)成形制造技术正向净成形方向发展

    成形制造技术包括铸造、焊接、塑性加工等,目前它正从接近零件形状(Near Net Shape Process)向直接制成工件,即精密成形或净成形(NetShape Process)方向发展。这些工件有些可以直接或者稍加处理即可用于组成产品,这样就可以大大减少原材料和能源的消耗。

    (2)干式加工开始得到应用

    目前干式加工的主要应用领域是机械加工行业,如干切削加工、干磨削加工等等。干式加工顾名思义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。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、德国等采用于车削、干磨削、干镗削等都取得了一定的成果,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。

    (3)工艺模拟技术得到迅速发展 工艺模拟技术主要应用于热加工过程,过去通常必须做大量的实验才能初步控制和保证加工工件的质量,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。

    (4)新型制造技术的不断涌现 现在对制造技术本身来说,各学科、专业之间的界限已经不那么明显,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,这些中间环节之间的界限已逐步走向淡化消失,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),其设计突破了传统加工技术,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。

    (5)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(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。虚拟制造技术和网络技术相结合,就可根据市场需求,将产品所涉及到的不同公司,临时组建成一个计算机网络联系的虚拟公司。目前正着手组建的"分散网络化制造"( DNM)就是虚拟企业的一种模式,它的目标是在中国内地和香港的2000家制造企业之间通过Internet建立制造资源信息网络来实施敏捷制造。

    以上这些技术之所以都被归于绿色制造工艺是因为这些工艺和技术或减少了原材料和能源的耗用量或缩短开发周期、减少成本,而且有些工艺改进对环境起到保护作用。虽然现阶段由于种种原因还不能全面施行和应用这些工艺和技术,而且它们本身也许还有需要完善之处,但有理由相信绿色制造工艺将在本世纪大显身手。

责任编辑:江琦
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