低碳制造技術在機械制造中的應用

王向宣

（哈爾濱高科技創業中心，黑龍江 哈爾濱 150090）

1 前言

隨著我國逐步構建資源節約型和環境友好型社會，對機械制造行業的可持續發展要求也更高，因此要采用低碳制造技術。盡管我國目前已初步形成低碳制造技術體系并應用比較廣泛，但還有待于進一步完善。

2 低碳制造

2.1 低碳制造技術內涵

低碳制造在本質上是基于各種資源利用最大化與能耗最小化的現代制造模式，主要是確保機械生產與生態環境保護以實現低碳生產，在生產過程中各環節，尤其是資源利用、生產制造、物流運輸及機械生產階段，都要采取有效方法使資源利用率不斷提高，進而實現節能減排的目標。低碳制造是由傳統機械制造技術逐漸發展起來的，它有機結合了環保及節能降耗理念。低碳機械制造技術對于機械制造行業具有十分重要的意義，對機械制造具有改進和優化作用。

2.1.1 清潔能源技術

主要應用太陽能、水能、風能、沼氣能及潮汐發電技術等，不只是使傳統能耗減少，也使排污量明顯降低，對于生態環境起到保護作用。

2.1.2 低碳制造設計技術

低碳制造設計技術主要是以設計生產流程、模型及方法為切入點，目前，主要涵蓋低碳制造設計原則與方法、設計數據庫、評價基礎與流程、設計標準及優化模型等眾多領域。

2.1.3 低碳制造技術

針對低碳生產戰略的發展，關鍵在于低碳制造技術。其原因是該技術以實際機械生產過程為重點，主要涉及制造工藝低碳化、低碳制造及車間低碳技術優化等。具體表現在處理和循環利用廢棄物，主要由處理廢氣、污水及報廢產品等技術構成。

2.1.4 碳匯技術

碳匯技術主要由煤炭捕獲技術和掩埋技術組成，主要是利用碳捕捉技術分離出大氣層中的二氧化碳，將其利用碳儲存手段封存并隔絕大氣的技術。碳捕捉技術目前在國內比較成熟，但碳儲存技術還有待于開展深入研究。

2.2 低碳制造體系

低碳機械加工制造通常可視為低濃度二氧化碳從系統資源和生產過程中的釋放過程，低碳制造在資源利用、生產制造等領域都有應用。在實際生產中，采用有效方法使資源利用率不斷提高，并在各環節中加強節能減排以實現低碳的目標。資源利用率、能耗及碳排量是評估低碳制造的綜合指標，低碳制造技術具有比較豐富的內容，由低碳設計技術、設計方法、評價方案及相關數據庫構成評價模型。低碳制造體系結構包括產品低碳設計、生產過程及能源與原材料開發低碳化三方面內容，其中，低碳產品設計包括輕量化、模塊化及生態化三方面設計內容，低碳生產過程包括加工設備、工藝及生產管理三方面內容，原材料和能源兩方面內容構成低碳資源與原材料開發。

3 低碳制造技術的應用

機械產品設計在通常情況下，以創造最大經濟效益并確保產品質量及功能作為最終設計目標。但隨著不斷提高的環保意識和資源節約意識，對機械產品也具有更高的要求。所以，對設計機械產品的過程中，還應盡量與“低碳”標準要求相符。此外，降耗對于機械產品設計也具有關鍵性作用。分析研究產品低碳設計，對于降耗、能源利用率提高及生態保護等方面都具有十分重要的意義。而要使低碳機械制造技術應用充分發揮作用，就應與實踐相結合才能不斷發展，從而實現資源利用率提高和節能減排的明顯效果，降低能耗與環境污染，實現可持續發展。

3.1 輕量化設計

輕量化設計是綜合考慮產品各要素的一種優化設計方法，在汽車、船舶、機械等領域已得到廣泛應用，特別是應用在機械產品設計中最廣泛。究其原因主要是其優勢十分明顯：一是有效在原材料和產品加工、安裝及使用過程中能降低能耗，進而使資源利用率有效提高；二是能源資源與原材料在生產過程中產生的碳排量，在運行使用時產品產生污染物的排放量可明顯降低，實現保護生態環境的作用；三是有效降噪降低噪聲污染。在輕量化設計產品時，確保機械產品具有一定可靠性。

3.2 模塊化設計

在機械產品設計中，模塊化設計是比較先進的一種設計方法。按照不同功能，可將模塊化設計系統分為多個不同模塊。再結合實際情況和設計所需，優化組合不同模塊而獲得相應的機械產品，模塊化設計在“低碳時代”已被機械、航天等領域廣泛應用。將機械產品各功能性單元劃分為若干模塊，并對模塊評估以達到降耗目的，進而確保設備功能及可靠性。

3.3 生態化設計

生態化設計基于對機械產品功能及可靠性的保證，降低能耗及保護生態環境的優化設計方式。涉及機械、能源、電子等比較廣泛的領域，在設計過程中，一是對能源節約及綠色環保材料優先選擇，使能源、資源利用率有效提高；二是盡量避免選用高能耗及有害材料，以實現對生態環境的保護。在生產的過程中，機械制造通常會產生大量污染物，不只是破壞生態環境，也對操作者身體健康產生嚴重影響。所以，機械制造企業應在產品設計中盡量采用生態化設計方法，選用較小污染、較高能源利用率及經濟效益的高科技工藝，以實現機械制造的可持續發展。

結語

總之，能源供需隨著社會經濟的迅速發展而呈現出比較突出的矛盾，生態環境受到的破壞也日趨嚴重。因此，在機械制造中倡導低碳制造技術具有十分重要的現實意義。為實現低碳制造目標，采取有效策略實施低碳技術改進，而且還要在機械制造中不斷深入開展低碳制造理論及其技術的應用，傳統機械制造應采用低碳制造理論進行取代才能有利促進機械制造業的健康發展。

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