如何实现机械制造中的绿色制造？

绿色制造，也称为环境意识的制造或环境，这是指现代制造模型，全面考虑环境影响和资源效益。其目标是在整个产品生命周期中最小化对环境的负面影响，从设计，制造，包装，运输，使用。资源的最高利用率得到改善，以及企业经济和社会效益的协调和优化。绿色制造，现代制造模式，是现代制造业人类可持续发展战略的体现。

绿色制造技术是指在保证产品功能、质量和成本的前提下，综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式。在产品从设计、制造、使用到报废的整个生命周期内，最大限度地减少或减少对环境的污染，符合环保要求，对生态环境无害或危害最小，节约资源和能源，最大限度地利用资源。能源消耗最低。传统的制造模式是开环系统，即原材料-工业生产-产品使用-报废-二次原材料资源。从设计、制造、使用到产品报废的整个生命周期对环境的影响最小，资源效率最高。也就是说，在产品的整个生命周期中，从系统集成的角度考虑产品的环境属性，改变了原有的末端处理的环保方法。除目标要求外，还应保证产品的基本性能、使用寿命和质量。

绿色制造技术组成

绿色设计

绿色设计意味着在产品的设计及其生命周期中，充分考虑了对资源和环境的影响，虽然产品的功能，质量，发展周期和成本完全考虑，但所有相关的设计因素都经过优化使产品的整体影响及其对环境的制造过程和资源消耗量最小化。这需要设计人员具有良好的环境意识，不仅可以全面考虑产品的TQC（时间，质量，成本，服务）属性，而且还要注意产品的E属性（环境），即绿色产品。

工艺设计

产品制造过程的工艺方案不同，所消耗的材料和能源也会不同，对环境的影响也会不同。绿色工艺规划是根据制造系统的实际情况，研究和采用材料和能源消耗少、浪费少、噪音低、环境污染小的工艺方案和工艺路线。

材料选择

绿色材料选择技术是一个非常复杂的问题。绿色材料没有明确的界限，在实践中很难选择。在选择材料时，不能只考虑绿色，还必须考虑产品的功能、质量、成本、噪音等要求。减少不可再生资源和稀缺资源的使用，尽量使用各种替代材料和技术。

产品包装

绿色包装技术是从环境保护的角度出发，优化产品包装方案，最大限度地减少资源消耗和废物产生。目前在这一领域的研究非常广泛，但大致可以分为三个方面:包装材料、包装结构、包装废弃物回收利用。当今世界主要工业国家要求包装符合“3R1D原则”(减少，再利用，回收，可降解)。台湾包装产业发展的基本任务和目标，提出包装产品向绿色包装技术方向发展，实施绿色包装项目，并以绿色包装技术为包装产业发展的重点，开发纸包装产品，并开发各种防潮、可替代塑料薄膜。对于保鲜型纸包装产品，适当开发易于回收的金属包装和高强薄壁轻质玻璃包装，研究开发塑料回收工艺和产品。

回收

产品生命周期结束后，如果不回收利用，会浪费资源，造成环境污染。目前的研究认为，面向环境的产品回收是一个系统工程，必须从产品设计之初就充分考虑这个问题，并进行系统分类。产品寿命结束后，可以有多种不同的处理选择，如重复使用、重复使用和处置。不同方案的处理费用和回收价值是不同的。需要分析和评估各种选择，以确定最佳的回收利用。该处理方案以最小的成本获得最高的回收价值。

绿色管理

尽量采用模块化和标准化的零部件，加强对噪声的动态测试、分析和控制。国际环保标准ISO14000正式颁布实施后，将成为衡量产品性能的重要因素。一套科学、合理的绿色管理体系势在必行。

利用设备

在许多国内工厂，你可以看到许多闲置和废弃的设备堆放在那里，刺绣。如何处理这些设备已经成为企业面临的重大问题，通过改造使它们再次发挥作用，实现资源的最大化利用。目前，对于许多制造商来说，机械折旧费仍然占成本的很大一部分。如何重新利用设备，使资本收益不是减少而是增加。

绿色制造的研究内容

1. 绿色设计
   • 提出绿色设计理论和方法，建立绿色产品设计指标评估系统，提出绿色设计工具，并与其他设计工具（如CAD，CAE，CAPP等）集成，以形成综合环境。
   • 选择几种典型产品与企业结合，建立产品绿色制造示范基地。
   • 提供一套完整的汽车可回收、可拆卸技术，并与企业联合建立示范点。
2. 主要研究内容
   • 建立绿色产品设计评价体系模型
     • 绿色产品设计理论与方法：从生命周期的角度进行全面和系统研究绿色产品的内涵，并提出绿色产品设计理论和方法。
     • 绿色产品的描述和建模技术：基于绿色产品设计理论和方法，描述绿色产品，建立绿色产品评估系统，并在产品生命周期和评估期间量化所有环境相关的过程投入和产出，全面评估关系在产品生命周期中的经济和环境影响之间，建立了数学模型。
     • 绿色产品设计数据库:建立与绿色产品相关的材料、能源、空气、水、土壤、噪声排放的基础数据库，为绿色产品设计提供依据。
     • 典型产品的绿色设计系统集成：收集和组织特定产品的环境设计材料，形成指导设计的设计指南，建立绿色产品系统设计工具平台，并与其他设计工具（如CAD，CAE）集成（如CAD，CAE），CAPP等）集成以形成集成的设计环境。
   • 绿色产品的清洁生产技术
     • 资源节约生产技术：该项目主要从三个方面开始研究：降低生产过程中消耗的能源，降低原材料的消耗，降低生产过程中的其他消耗。
     • 环保生产技术:主要研究的是减少生产过程中的污染，包括减少生产过程中的废弃物，减少有毒有害物质(废水、废气、固体废物等)，减少噪音和振动。
     • 产品包装技术：包装是生产过程中的最后一个环节。产品包装形式，包装材料和产品储存和运输必须都考虑环境因素。
   • 产品可采用可拆卸和可回收技术
     • 产品可拆卸技术:提出产品可拆卸性评价方法，提出产品可拆卸性评价指标体系，进行可拆卸结构模块划分，接口技术研究。
     • 产品可回收技术:提出可回收零件和材料的识别和分类系统，开展零件再利用技术研究，包括可回收零件的修理和测试，使其满足产品设计要求，开展再利用技术和材料再利用技术研究。
   • 机电产品噪声控制技术
     • 声源识别、噪声和声场测量、动态测试、分析和显示技术
     • 机器结构声辐射的计算方法和程序
     • 机械结构振动及振动控制技术
     • 低噪声优化设计技术
     • 低噪音结构和材料
     • 新型减振降噪技术
   • 面向环境、能源和材料的绿色制造技术
     • 以环境为导向的绿色制造技术：有关相关技术的研究，使产品能够满足环境保护，诸如水，天然气和固体废物减少，振动和使用过噪度的环境保护要求。
     • 以可精能的绿色制造技术：研究能源消耗优化技术，能量控制过程优化技术等，达到节约能源和减少污染的目的。
     • 以物质为导向的绿色制造技术：研究无毒无害的材料技术，用于聚合物材料，用于回收废料聚合物材料的绿色技术研究，聚合物过滤材料功能膜材料，玻璃纤维毡加强热塑性复合材料，等等。技术，提高现有材料的环境性能等。

绿色制造相关技术

纳米技术

所谓纳米技术就是微加工技术的极限。这是一种通过纳米精密加工标准人工形成纳米结构的技术。当材料被粉碎到纳米级，制成“纳米材料”时，不仅光、电、热、磁发生变化，而且具有辐射、吸收、吸附等许多新特性，可以彻底改变当前的产业结构。纳米技术使产品小型化，减少了所需的资源，不仅实现了“低消耗、高效率”的可持续发展目标，而且成本极低。由其碰撞和摩擦产生的交变机械力将大大减少噪声污染将得到有效控制。利用纳米技术开发的润滑剂不仅能在物体表面形成半永久的固体膜，产生优良的润滑效果，大大降低机器设备的噪音，还能延长其使用寿命。纳米材料涂层可以大大提高电磁波和紫外线的屏蔽性能。

干燥处理

目前干式加工的主要应用领域是切削、磨削等机械加工行业。顾名思义，干法加工就是在加工过程中不使用任何冷却剂的加工方法。干式加工简化了工艺流程，降低了成本，消除了冷却剂造成的废液排放和回收等一系列问题。目前，国外对某些切削液的使用有严格的规定。在美国、德国等发达国家，大力提倡采用干式切割技术。目前，采用干切削加工铸铁材料是没有问题的。使用陶瓷和CBN刀具，在高速、大进料加工过程中，热量会迅速积累到刀具前方，使其发红发热。当工件加热到一定温度时，其屈服强度降低，可以获得较高的金属去除率。寻找最合适的干切削刀具、工件、机床及其参数的最佳匹配是当前研究的重点。

热过程模拟技术

热加工工艺模拟与优化设计技术是运用模拟、实验测试等手段，在真实的环境中模拟材料的加工过程，展示材料在加工过程中形状、尺寸、内部组织和缺陷的演变。一种全新的预测组织性能质量，达到优化工艺设计目的的技术。利用工艺模拟技术将数值模拟、物理模拟和专家系统相结合，可以确定最佳工艺参数，优化工艺方案，预测工艺过程中可能出现的缺陷和预防措施，有效地控制和保证工件的加工质量。

基于网络的敏捷制造

敏捷的制造，或短暂，是灵活快捷的制造。它是一家生产管理系统，集成了灵活的生产技术，高技能劳动力和灵活的管理，可以快速应对快速变化（和不可预测的）市场需求和时机。Its characteristics are: to organically connect enterprises with customers and suppliers as a whole, improve product development speed, reduce development costs, extend product life cycle, break the direct relationship between cost and batch size, quickly communicate, and maximize mobilization People’s enthusiasm and creativity, virtual manufacturing technology, and network technology are combined to achieve decentralized networked manufacturing.

近净成形技术和无缺陷成形技术

近净成形技术是指机械零件只需少量加工或成形后不再加工的成形技术。近净成形制造技术包括铸造、焊接、塑料加工等。目前正从接近零件形状发展到直接制造工件，即精密成形或净成形。其中一些工件可以直接使用或稍加加工形成产品，从而大大降低了原材料和能源的消耗。在大规模生产中，近净成形通常与近无缺陷成形技术相结合。

新制造技术的不断涌现

现在对于制造技术本身来说，各个学科和专业之间的界限不再那么明显。从产品设计到产品加工工艺、加工工艺、质量检验、最终装配、包装这些中间环节，公司的界限逐渐淡化、消失，逐渐融为一体。例如，CAD、CAPP、CAM的出现，实现了设计与制造的一体化。现在推出了一种新型的技术——快速原型零件制造技术(RPM)， RPM技术是直接由CAD模型驱动快速制造任意复杂形状的三维实体、机械工程、CAD、数控、激光、材料等。是多学科交叉渗透的产物，其设计突破了传统加工工艺，采用了材料“去除”的原理，采用了“加法、累加”的原理，是制造技术的一次新的革命。代表性技术包括层状固体制造和熔化沉积制造。

绿色制造问题

旧机床的更新和改造
在使用旧机床的处置中的一个特别突出的问题是浪费或闲置设备的恢复差和再利用。许多工厂和植物通常覆盖着生锈的旧设备，例如数控机床，加工中心，FMS，CIM甚至网络处理。高级制造系统与20世纪50年代和20世纪60年代的大量旧机床共存。通过这些旧设备进行翻新并充分利用是我们面临的问题。

材料和能源的浪费
机械制造业中能源和原材料的浪费更为明显。地板上到处都是芯片、小零件和油污。从原材料到产品，中国消耗的能源和原材料是美国、日本等发达国家的数十倍。

薄弱的环境保护意识
一些中小企业的环境污染仍然比较严重。

产品回收率低
我们长期以来的生产模型是：从生产开放到流通以消费浪费。绿色制造倡导闭合循环生产模型，即添加到原始生产模型的回收链接。制造商处于产品设计和制造过程中。我们必须充分考虑回收问题。

绿色制造过程

少切割过程优势
采用精密铸造、冷挤压、直接沉积等成形技术，从接近零件形状发展到精密成形和仿形，用自由成形制造代替切削，节省了传统毛坯制造的能源和材料消耗。节省了大量的原材料，缩短了生产周期。

干切削过程
干切割是一种加工方法，在加工过程中不使用冷却润滑剂。这可以消除由加工过程中切割流体引起的大量污染问题，获得了无污染的碎片，节省了大量的切削液，还节省了加工由切割液引起的污染的大量成本。

先进制造技术
采用先进的现代制造技术是实现绿色制造的有效途径。例如精益生产(LP)、敏捷制造(AM)、虚拟制造(VM)和数字制造(DM)。

降噪与控制
在机械制造车间，特别是锻压车间，生产过程中的强烈噪声是环境污染的主要问题。因此，必须控制和减少噪音。技术措施包括:做好飞轮等刚性转体的动平衡;轴承与轴承座之间加弹性衬套，采用热模锻机，取消蒸汽锤锻机;隔音罩采用无冲击模板加油减震器等。

绿色包装研究
绿色包装是指使用对环境和人体无污染、可回收或可再生的包装材料和产品的包装。首先，产品包装必须尽量简化，避免过度包装。使包装可多次重复使用或易于回收。并且不会产生二次污染。在当今重视环保的世界氛围下，绿色包装在销售中的作用越来越重要。
绿色包装技术是从环境保护的角度优化产品包装解决方案，最大限度地减少资源消耗和废物产生。绿色包装技术主要研究包装材料的选择、包装结构的改进和包装废弃物的回收利用三个方面。

产品使用及后处理研究
主要专注于延长产品生命周期并减少使用能源浪费和环境污染。节能设计有利于降低产品使用中的能量浪费和环境污染。德国联邦环境局的研究表明，德国家庭和办公室消耗的至少11％的电力由待机模式下的设备消耗。美国能源部估计，美国每年支付待机电视和录像机的电费约10亿美元。备用电力消耗导致社会审查普及。因此，在产品的设计阶段，应对其使用引起的能量消耗来支付足够的注意力。目前，关于家电的备用电力消耗，人们研究了新的开关电源和“绿色芯片”。它们的目标是绿色设计，当它们切换到空闲待机模式时，大大减少了许多电源的功耗。

绿色制造技术的发展现状

国外现状

许多国家的政府部门都推出了以环境保护为主题的“绿色计划”。1991年，日本启动了“绿色产业计划”，加拿大政府也开始实施环保的“绿色计划”。美国、英国和德国也启动了类似的项目。目前，在一些发达国家，除了政府采取的一系列环保措施外，消费者热衷于购买环保产品，绿色消费的新趋势推动了绿色制造的发展。产品绿色标签制度也相继建立起来。任何标有“绿色标签”图形的产品，都表明该产品从生产到使用、再循环利用的整个过程符合环保要求，对生态环境无害或危害最小，有利于资源。回收利用为企业开拓销售、参与国际市场竞争提供了条件。例如，自1981年德国水溶性涂料被授予环保标签(绿色标签)以来，其贸易额增长了20%。德国目前有60种3500种产品获得了环保标签。法国、瑞士、芬兰和澳大利亚等国家于1991年开始在产品上使用环境标签。 Japan implemented environmental labels on products in 1992, and Singapore and Malaysia also started in 1992. Implement environmental labels. At present, more than 20 countries have implemented environmental labels on products, thus promoting the development of "green products" in these countries and gaining more positions and shares in the international market competition. International economic experts believe that the current proportion of "green products" is about 5 to 10%. In another 10 years, all products will enter the green design family, which can be recycled, easily disassembled, and components or complete machines can be refurbished and recycled. In other words, in the next 10 years, green products may become the leading products in the world commodity market.

中国国内研究基础

随着国家科学技术委员会的支持，中国和有关部门国家自然科学基金，一些国内大学和研究机构对绿色制造技术进行了广泛的研究和探索。机械科学研究所已完成“国家科学技术委员会”第九五年“项目，选择清洁生产技术和建立数据库，机械行业基金项目，绿色设计技术的发展趋势和对策的研究。在机械工业中约有九个行业，研究了绿色技术需求和绿色设计技术的发展趋势。在中国首次，提出了一种适用于机械工业的绿色设计技术开发系统，还研究了车辆拆卸和回收技术。目前，国家自然科学基金项目“环境绿色技术评价体系研究”。以环保绿色技术评估体系为研究载体，将ETV评估技术引入绿色设计和绿色制造工业，建立绿色概念，描述方法和ETV的制造业评价体系。要创造一大学，清华大学已将绿色工程技术列为优先发展和支持项目。

绿色制造的发展趋势

1. 全球化：绿色制造的研究和应用将越来越反映全球化的特点和趋势
   绿色制造的全球特征在许多方面反映出来，例如：
   • 制造业对环境的影响往往超越空间。人类需要团结起来，保护他们唯一共享的地球。
   • ISO14000系列标准的相继颁布，为全球绿色制造的研究和应用奠定了良好的基础，但有些标准仍需进一步完善，许多标准仍需研究制定。
   • 随着近年来全球化市场的形成，绿色产品的市场竞争将是全球化的。
   • 近年来，许多国家要求进口产品用于绿色，并具有“绿色标记”。特别是，一些国家制定了极其苛刻的产品环境指标，以限制国际产品的进入中国市场，以保护其环境，即设定“绿色贸易壁垒”。绿色制造将为中国公司提供技术手段，提高其产品的绿色，从而为中国公司提供了强大的支持，以消除国际贸易壁垒并进入国际市场。这也从另一个角度说明了全球化的特征。
2. 社会化：需要形成绿色制造业的社会支持系统

   绿色制造的研究和实施需要全社会的共同努力和参与，建立绿色制造所必需的社会支持体系。
   绿色制造所涉及的社会支持体系主要是一个立法和行政法规问题。目前，该地区的法律、行政法规尚未形成对绿色制造行为的良好支持，对绿色制造行为的惩罚力度不够。立法问题越来越受到各国的重视。
   第二，政府可以制定经济政策，利用市场经济机制引导绿色制造。例如:制定有效的资源价格政策，用经济手段严格控制不可再生资源和开采后对环境产生影响的资源(如树木)，尽管是可再生资源，使企业和人民尽量减少直接使用这类资源。寻求开发替代资源。另一个例子:城市汽车尾气污染是一个非常严重的问题。政府可以在每辆车的年检期间确定尾气排放水平，并收取高额的污染废气排放费。这样，尾气排放量大的汽车自然就没有市场，市场机制会迫使汽车制造商生产绿色汽车。
   如果企业想要有效地实施绿色制造，就必须考虑产品寿命结束后的加工，这可能导致企业、产品和用户之间形成一种新的集成关系。例如，有些人建议用户只购买需要回收的主要产品的使用权，如汽车、冰箱、空调、电视机等，而公司拥有所有权，产品报废后负责回收。
   是否是涉及绿色制造业的立法和行政法规和需要制定的经济政策，或者企业，产品和用户之间的新综合关系，绿色制造需要建立，它们都是非常复杂的问题，包括一个他们的大量。相关技术问题需要深入研究绿色制造所需的社会支持系统。这些也是绿色制造业未来研究内容的重要组成部分。

3. 集成:将更加注重系统技术和集成技术的研究

   绿色制造涉及产品生命周期的全过程和企业生产经营活动的各个方面，是一个复杂的系统工程问题。因此，要有效实施绿色制造，就必须从系统和集成的角度来思考和研究绿色制造的相关问题。
   目前，绿色制造的集成功能目标系统，产品和工艺设计设计和材料选择系统的集成，用户需求和产品的整合，集成了绿色制造的问题领域，在绿色制造中集成了信息的集成系统，绿色制造的过程集成等。集成技术的研究将成为绿色制造的重要研究内容。
   绿色制造集成的另一个方面是，绿色制造的实施需要一个集成的制造系统。为此，提出了绿色集成制造系统的概念，建立了绿色集成制造系统的系统框架:该系统包括管理信息系统、绿色设计系统、制造过程系统、质量保证系统、材料能源系统、环境影响评价系统等6个功能子系统:计算机通信网络系统和数据库/知识库系统。支持子系统和外部连接。绿色集成制造技术和绿色集成制造系统很可能成为未来绿色制造研究的重点。

4. 并行化:绿色并行工程可能成为绿色产品开发的有效模式

   绿色设计将来将是绿色制造业的关键技术。未来绿色设计的一个重要趋势是与并行工程的结合，从而形成了新的绿色并行工程的新产品设计和开发模型。
   绿色并发工程，也称为绿色并行设计，是一种新的现代绿色产品设计和开发模型。它是一种系统的方法，以集成和并行方式设计产品及其整个生命周期，并努力使产品开发人员能够在产品的整个生命周期中考虑从概念形成到产品处理的所有因素。设计。包括质量，成本，进度，用户要求，环境影响，资源消耗等
   绿色并发工程涉及一系列关键技术，包括绿色并行工程，协作支持平台，绿色设计数据库和知识库，设计过程评估技术和方法的协作组织模型，以及绿色并行设计决策支持系统。未来需要进一步研究许多技术。

5. 智力：人工智能和智能制造技术将在绿色制造研究中发挥重要作用

   绿色制造决策目标体系是将现有制造系统的TQCS(即上市时间、产品质量、产品成本和提供给用户的服务)目标体系与环境影响E和资源消耗R进行整合，形成TQCSRE决策目标体系。这些目标的优化是一个非常复杂的多目标优化问题，一般的数学方法难以处理，需要人工智能方法的支持。绿色产品评价指标体系和评价专家体系都需要人工智能和智能制造技术。
   基于知识系统，模糊系统和神经网络的人工智能技术将在绿色制造研发中发挥重要作用。例如，在制造过程中，使用专家系统来识别和量化产品设计，材料消耗和废物产生之间的关系;使用这些关系来比较产品设计和制造对环境的影响;使用基于知识的原则选择实用材料等。

6. 工业化:绿色制造的实施将带动多个新兴产业的形成

   绿色制造将导致几个新兴产业的形成。除了废物回收设备制造业和废物回收服务行业，每个人都注意到了到目前为止，还有另外两类等行业值得特别注意：

   • 绿色产品制造业：制造业继续研究，设计和开发各种绿色产品，取代传统产品，消耗资源，具有更大的环境影响，这将使该行业能够继续茁壮成长。
   • 实现绿色制造的软件行业：实现绿色制造，公司需要大量的工具和软件产品，如支持软件的绿色设计（计算机辅助绿色产品设计系统，绿色工艺规划系统，绿色制造决策系统，产品生活定期评估系统，ISO14000国际认证支持系统等）将促进新型软件行业的形成。