基于低碳制造的機械加工工藝評價模型及應用

徐新榮

摘 要：近年來，隨著我國社會發展步伐的加快，機械制造業迅速崛起，并且發展速度相對較快，其產業增加值達到了GDP的1/3，年平均增長率為25%。伴隨機械制造的快速發展逐漸顯現出弊端，這其中高排放高消耗最為嚴重，對環境與能源造成極大的威脅。文章主要闡述了以低碳制造為基礎的機械加工發展現狀，構建與之相關的評價模型，探討了其在實際工藝中的應用。

關鍵詞：低碳制造；機械加工工藝；評價模型；應用分析

機械制造行業對我國經濟發展的影響相對較大，這一點主要體現在GDP的增值上，隨著低碳理念在機械制造中的應用，不僅縮短了加工時間，而且降低生產成本，提高生產質量，最關鍵是保障能源的合理使用，避免污染與能源消耗。本文主要探討了低碳制造加工工藝方案的評價準則，以獲取最優的工藝方案，并以實際案例對工藝方案進行全面評估，由此證明評價模型的可操作性，為之后的低碳制造提供理論參考依據。但是，我國的機械制造業飛速發展的同時也產生了許多的問題，比如污染和高能耗的問題，雖然政府出臺了許多的制度來保護環境，減少能量消耗，但總的來說，實現低碳還得從企業自己出發。

1 規劃體系研討

1.1 技術結構體系

低碳是我國現階段實施的基本國策，這一理念在機械制造中也得到了極為廣泛的應用。所謂低碳制造，是指在生產過程中，消耗最少的能源獲取最大的經濟效益值，同時實現降低碳的排放量，將環境污染降至最低，是一種全新的生產模式，無論是在產品設計、生產，還是交易及運用過程中，達到節能減排目的，實現社會、經濟以及能源的可持續發展。對于低碳制造來說，其技術結構體系包含以下內容：兩個目標、兩個層面、三個具體內容，兩個目標分別指資源利用率最大、環境污染最小；兩個層面，實質上是指過程控制，涵蓋狹義與廣義兩方面，狹義是指工藝的全過程，廣義是指產品制造涉及的所有環節，從設計、生產、包裝、銷售、運輸，再到客服以及回收，本文所說的低碳制造涉及到的是廣義層面。

三項具體內容，主要是指低碳產品設計、低碳資源開發，還有低碳制造。在進行產品設計時，需要考慮到低碳要求，進行產品的開發與研究時，需要考慮到對環境是否造成影響，是否影響能源消耗。根據產品開發的具體要求，將技術結構體系進行分解，形成不同功能的模塊，并且進行最優化組合，模塊化的運用具有一定的優勢，一臺機器可以取代多臺機器，在某種程度上實現了以最少投資獲得最大的收益。對于機械制造行業來說，要想實現節能減排，就必須在生產設備上著手，最大程度上減少碳排放量。

1.2 研究體系分析

從某種層面分析，機械加工運用低碳理念具有一定的實際意義，屬于極為典型的制造體系，研究低碳可以從多個層面著手，主要可以分為三類，繼而形成研究體系。機械加工低碳研究可以從以下三類著手：環境污染最低、資源消耗最小、資金消耗最少，這其中資環境污染最低可以具體到生產的每個環節，制造過程中涉及到的邊角料，或是鐵屑，盡量最小化，將噪聲污染控制在最低等；資源消耗最少可以從能源、原材料以及輔料方面著手解決；而所謂的資金消耗最小，主要是指運用環節污染的投資，還有資源消耗方面的投資，主要涵蓋機床、模具、刀具決策等，工藝方案以及種類，還有其他決策等等內容。

1.3 工藝方案設計體系分析

機械加工企業在接到生產訂單時，如何確定工藝方案，會對機械加工是否產生低碳效應生產非常大的影響。一般的來說，接到訂單時，生產企業首先會根據客戶的要求以及工藝的復雜程度制作出不同方案以供選擇，那么如何選擇出最低碳而又是最經濟的方案呢？企業首先要根據工藝完成的時間、消耗的材料、模型的設計、能源的供應鏈條是否完整等因素綜合考慮。此時，企業就可以運用TOPSISI法來確定方案將對低碳影響最大的幾個因素給予較高的分值，這樣篩選出來的方案即能滿足客戶的需求，也能滿足低碳效應的要求。

2 工藝方案評價

相較于傳統工藝方案，低碳產品制造具有自身的優勢，這種優勢體現在新技術的應用，還有代替工藝的廣泛應用，從根本上改善傳統工藝弊端。所謂產品工藝評價，主要是針對低碳產品制造，評價工藝指標，然后借助TOPSIS方法，對于所有備選的工藝設計，實施綜合評估，經過多項對比研究，確定最優的低碳制造設計。但其中有一個重要的環節就是對各影響因素給予評分，不同的因素分值應該是不相同的。

2.1 評級體系研究

對于機械制造產品來說，實現低碳制造需要通過指標評定，從綜合角度敲定評價體系，從目前情況分析，現在的機械加工已經改變了原有的生產模式以及目的，以往的機械加工單純的追求經濟效益，現在逐漸轉化為三種效益相結合，分別是經濟、社會以及生態，進一步實現可持續發展。從評價指標體系著手，基于低碳設計原則，這樣的產品設計方案更具實用性，縮短加工時間，降低生產成本，提升資源利用率，降低環境污染。如表1所示，機械加工評價指標。

由上述表格我們可以推斷出，方案層Pi，它對應的是準則層Bi，相應的指標數值是mij（i=1，2，L n；j=1，2，3，4，5），最終指標數值矩陣M=（mij）n×5。

2.2 評價模型探討

低碳制造對于機械加工來說是一項長期的發展戰略，借助相關的工藝評價體系，同時借助TOPSIS方法，運用綜合評價，構建優化的加工工藝，實現低碳制造。所謂TOPSIS方法，是一種比較典型的決策方法，通過多目標決策來實現，在實際生活中運用頻率相對較多，涉及到社會以及經濟的方方面面。

3 工藝方案在實際企業中的應用分析

低碳制造工藝方案的逐步完善促使其應用范圍正在逐步拓寬，并且取得了經濟、社會以及生態利益的可持續發展。例如：以某企業為例，在進行機械加工過程中，存在三種備選方案，實施產品加工，我們可以將其列為工藝1、工藝2、工藝3，并對這種方案進行了詳細的描述，具體數值參見表2。運用上述案例，分析低碳制造加工方案的決策，需要從以下幾個方面著手：第一，從客戶的層面考慮問題，制造零件是否是客戶的需求，并從以下多個角度進行思考：時間、成本、資源以及環境等等，進一步確定方案是否具有可操作性，借助TOPSIS方法，擇優選取制造方案。如表2所示，低碳加工涉及到的相關數據。