綠色理念在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用淺析

覃羨烘

摘要：綠色環(huán)保當(dāng)前已經(jīng)成為人們的共識，工業(yè)生產(chǎn)帶來巨大經(jīng)濟(jì)利益的同時(shí)，也對環(huán)境造成了巨大傷害。機(jī)械設(shè)計(jì)制造是工業(yè)生產(chǎn)的重要一環(huán)，將綠色理念引入機(jī)械設(shè)計(jì)制造可以有效降低機(jī)械設(shè)備在生產(chǎn)、使用、報(bào)廢環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的環(huán)境污染問題。本文分析了綠色制造工藝的內(nèi)涵及綠色理念在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用，并對機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)未來的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：綠色理念;機(jī)械設(shè)計(jì)制造;應(yīng)用

0 ?引言

全球變暖、霧霾傷害等都在提醒著人們，環(huán)境污染與每個(gè)人息息相關(guān)，工業(yè)生產(chǎn)帶來巨大經(jīng)濟(jì)利益的同時(shí)，也給環(huán)境帶來巨大負(fù)擔(dān)，改變傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)，引入綠色理念、探索新的經(jīng)濟(jì)模式勢在必行。機(jī)械設(shè)計(jì)制造水平是衡量一個(gè)國家綜合國力的重要標(biāo)準(zhǔn)，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)缺乏環(huán)保意識，在機(jī)械設(shè)計(jì)加工過程中存在資源浪費(fèi)等現(xiàn)象，綠色理念的提出有利于機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)健康、可持續(xù)的發(fā)展。

1 ?機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的綠色理念

機(jī)械設(shè)計(jì)制造是機(jī)械設(shè)備完整性的加工制造階段，由設(shè)計(jì)、加工、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)組成。機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的綠色理念是指，將綠色理念貫徹到機(jī)械產(chǎn)品的概念形成、設(shè)計(jì)制造、機(jī)械運(yùn)行、產(chǎn)品回收和報(bào)廢處理等各個(gè)環(huán)節(jié)，在考慮產(chǎn)品質(zhì)量、能耗、成本等因素的同時(shí)，兼顧環(huán)境影響和資源效率，在整個(gè)機(jī)械產(chǎn)品的生命周期中節(jié)約資源和能源，盡量不產(chǎn)生環(huán)境污染，或?qū)h(huán)境污染最小化。綠色理念的最終目的是降低能源消耗對環(huán)境的影響，推動資源的可持續(xù)發(fā)展。綠色機(jī)械設(shè)計(jì)也叫生態(tài)設(shè)計(jì)，其主要特點(diǎn)是：第一，節(jié)能;降低原材料的消耗，提升材料的可回收利用率。第二，減排;通過污染物凈化設(shè)備加強(qiáng)過濾效果，減少工業(yè)三廢的排放。綠色理念的提出使機(jī)械設(shè)計(jì)制造將重點(diǎn)放在資源的循環(huán)利用方面，在機(jī)械設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，除了滿足企業(yè)生產(chǎn)需要，還要注重產(chǎn)品的循環(huán)使用，例如傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)中存在的拆卸困難、不可拆卸問題，為了解決這一問題，在機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)之初就需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)行深入研究、反復(fù)驗(yàn)證。

2 ?綠色理念在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用

2.1 機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的綠色設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的機(jī)械制造業(yè)注重產(chǎn)品的質(zhì)量、成本和經(jīng)濟(jì)效益，對機(jī)械設(shè)備在使用過程中造成的環(huán)境污染和產(chǎn)品報(bào)廢等問題不夠重視。綠色技術(shù)可以提高資源利用率、降低生產(chǎn)成本，同時(shí)減輕工業(yè)生產(chǎn)給環(huán)境造成的負(fù)擔(dān)。機(jī)械制造業(yè)的綠色設(shè)計(jì)以綠色技術(shù)為原則，是制造業(yè)未來的發(fā)展趨勢。綠色設(shè)計(jì)的目標(biāo)是降低產(chǎn)品的整個(gè)生命周期中對環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面影響。綠色設(shè)計(jì)是平衡環(huán)境影響和企業(yè)經(jīng)濟(jì)利益的現(xiàn)金現(xiàn)代設(shè)計(jì)模式，是企業(yè)未來的發(fā)展方向。在機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，應(yīng)重點(diǎn)注意兩方面：一是產(chǎn)品的拆卸設(shè)計(jì)方法;二是產(chǎn)品的可回收性設(shè)計(jì)。

機(jī)械產(chǎn)品的拆卸設(shè)計(jì)主要有兩種，一種是過盈配合、螺栓連接和鍵連接等成熟結(jié)構(gòu)的連接方法;另一種是基于計(jì)算機(jī)的一系列可拆卸設(shè)計(jì)方法、準(zhǔn)則、評價(jià)方法、評價(jià)軟件等。拆卸回收是機(jī)械產(chǎn)品報(bào)廢回收的前提和保證，不能拆卸的機(jī)械產(chǎn)品會造成大量可重復(fù)使用的機(jī)械零件浪費(fèi)，嚴(yán)重的還會造成環(huán)境污染。

機(jī)械產(chǎn)品的可回收性設(shè)計(jì)是指：在產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初，就充分考慮到產(chǎn)品報(bào)廢回收過程中的一系列問題，實(shí)現(xiàn)資源利用率的最大化，將產(chǎn)品對環(huán)境的影響降到最低。機(jī)械產(chǎn)品的可回收性設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：可回收材料的標(biāo)志、工藝、方法、經(jīng)濟(jì)評價(jià)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。

除此之外，在機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造階段，還應(yīng)考慮產(chǎn)品的環(huán)境性能設(shè)計(jì)、產(chǎn)品的資源性能設(shè)計(jì)等。

2.2 綠色環(huán)保材料的選擇

傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，對材料的要求基本是三個(gè)方面：安全性、經(jīng)濟(jì)性和適配性。對材料的重金屬含量、對使用人員的傷害和設(shè)備回收等方面并無特別要求。選用綠色環(huán)保材料，除了對材料進(jìn)行審核，確保材料能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求外，還要盡量降低對人體的傷害。綠色材料的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在兩方面：第一，在材料獲取、生產(chǎn)、加工、使用、廢棄、再生這一生命周期的全程中，具有很低的環(huán)境負(fù)荷值。再生利用率高、對環(huán)境污染小的材料環(huán)境負(fù)荷值相對較低，是對綠色材料評價(jià)的綜合指標(biāo)。第二，循環(huán)再生率高。循環(huán)再生率高的材料本身就可以節(jié)約資源和能源，是環(huán)境負(fù)荷值低的表現(xiàn)之一。美國卡耐基梅隆大學(xué)Rosy教授提出將環(huán)境因素融入材料選擇，在滿足功能、幾何形狀、材料等特性和環(huán)境等需求的前提下降低成本（見圖1）。機(jī)械產(chǎn)品選擇綠色材料的原則主要包括以下幾個(gè)方面：第一，材料本身性能的先進(jìn)性。第二，材料與環(huán)境的相容性，即低毒害、污染小等。第三，易回收、可再生、可降解。第四，盡量選擇回收率高的材料。第五，盡量減少材料種類和數(shù)量。

3 ?綠色制造工藝的內(nèi)涵及應(yīng)用

3.1 綠色制造工藝的內(nèi)涵

機(jī)械制造工藝是加工業(yè)的基礎(chǔ)，綠色制造工藝是指在機(jī)械生產(chǎn)加工過程中運(yùn)用綠色設(shè)計(jì)、綠色工藝，將傳統(tǒng)的高污染行業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色行業(yè)。其宗旨是提高資源利用率，減少機(jī)械制造業(yè)對環(huán)境造成的負(fù)面影響。

3.2 綠色制造工藝技術(shù)在機(jī)械加工制造中的應(yīng)用

綠色制造工藝在機(jī)械加工制造中應(yīng)用的主要有干式加工技術(shù)、優(yōu)質(zhì)清潔表面工藝技術(shù)、新材料成型技術(shù)、模擬制造技術(shù)、微量潤滑技術(shù)等。

干式加工技術(shù)是指，在生產(chǎn)過程中不使用冷卻潤滑劑進(jìn)行加工的綠色制造工藝技術(shù)。干車削、干鉆削、干式齒輪加工等，都屬于干式加工技術(shù)。干式切削技術(shù)運(yùn)用廣泛，但在我國運(yùn)用此技術(shù)還處于興起階段，其應(yīng)用僅局限于鑄鐵工藝上。

優(yōu)質(zhì)清潔表面工藝技術(shù)是指，在機(jī)械零件鍍膜之前需對工件表面進(jìn)行清潔，優(yōu)質(zhì)清潔表面工藝技術(shù)可以減少有機(jī)溶劑的使用，降低污染。

新材料成型技術(shù)是指，使用高分子材料、功能型金屬粉末等綠色材料為載體，對機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行定型處理。使用新材料成型技術(shù)既能降低生產(chǎn)成本，又能簡化加工環(huán)節(jié)，是機(jī)械制造工藝水平提高的表現(xiàn)。

模擬制造技術(shù)是指，企業(yè)利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)模擬機(jī)械制造產(chǎn)品，即可節(jié)省人力，又能有效提高生產(chǎn)效率，避免出現(xiàn)誤差。

微量潤滑技術(shù)是指，機(jī)械加工過程中以微米級霧粒進(jìn)給潤滑劑，由于微霧粒大小與蒸汽霧粒大小相當(dāng)，且速度極高，不但潤滑效果更好，而且工件不會產(chǎn)生淬火效應(yīng)，刀具產(chǎn)生的切削熱集中在工件和切屑上，更易于切削，且有利于延長刀具的使用壽命。

故障診斷技術(shù)是指，在機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程中或者不拆卸的情況下，對設(shè)備的故障部位和原因進(jìn)行檢查、判斷，對故障原因進(jìn)行分析，可以減少故障性停機(jī)，降低機(jī)械設(shè)備的維修成本，節(jié)約資源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用故障診斷技術(shù)之后，可減少七成以上的機(jī)械設(shè)備故障。

4 ?綠色制造工藝對資源消耗的影響分析

當(dāng)前我國資源利用率與發(fā)達(dá)國家、甚至部分發(fā)展中國家相比，都是偏低的，單位產(chǎn)品的能耗高出國際平均水平的二到三成。制造業(yè)的能耗占我國一次性能耗的六成以上，在資源相對匱乏的情況下，制造業(yè)如何實(shí)現(xiàn)低消耗，高增長，是當(dāng)前亟待解決的問題之一，綠色制造工藝技術(shù)的引入無疑是一條可行之路。

4.1 綠色制造技術(shù)的節(jié)能降耗

機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)業(yè)在生產(chǎn)過程中需要消耗大量鋼鐵、煤炭、有色金屬、電力等資源，綠色制造技術(shù)可以有效的實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。例如，采用技術(shù)節(jié)能手段，對機(jī)械制造裝備進(jìn)行技術(shù)改造，淘汰能耗高的老式設(shè)備，采用新型的、低能耗的節(jié)能設(shè)備，提高能源利用率。另外，利用太陽能、風(fēng)能等無污染、可再生的新能源，也是節(jié)能降耗的有效方式，例如對太陽能進(jìn)行聚焦得到的高能量光束，可用于輻射加工。

4.2 減少廢棄物

機(jī)械制造過程中廢棄物的產(chǎn)生無法避免，不但浪費(fèi)資源，還污染環(huán)境。為避免資源的浪費(fèi)，可利用切削液的回收再利用技術(shù)、磨屑二次資源利用技術(shù)、快速原型制造技術(shù)等綠色制造技術(shù)對廢棄物進(jìn)行回收利用。

切削液中含有硫、磷等化學(xué)添加劑，直接排放容易造成環(huán)境污染，合理的回收利用可以大大降低潛在的環(huán)境污染來源。機(jī)械加工產(chǎn)生的磨屑可以通過提高磨屑純度，作為二次資源回收再利用。快速原型制造技術(shù)利用的是材料堆積成型的原理，能夠迅速制造形狀復(fù)雜的零件，既能節(jié)約原材料，又能減少廢棄物的產(chǎn)出。

5 ?結(jié)論

綜上所述，綠色理念并不意味著經(jīng)濟(jì)效益的降低，相反，綠色理念在機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)中的應(yīng)用，可有效降低材料成本，不但提高資源利用率，同時(shí)提升了產(chǎn)品質(zhì)量，最重要的是降低了工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境帶來的負(fù)面影響，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益與可持續(xù)發(fā)展的統(tǒng)一。

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