綠色理念在機(jī)械設(shè)計制造中的應(yīng)用

馬博聞

(SEW-傳動設(shè)備(蘇州)有限公司，江蘇 蘇州 215000)

0 引言

在世界環(huán)境中，資源、環(huán)境和人口是各個國家面臨的主要問題。目前，提出了新的產(chǎn)品質(zhì)量管理體系與環(huán)境管理體系，世界面臨的主要問題是減少工業(yè)生產(chǎn)過程中對環(huán)境的破壞與資源浪費(fèi)，這就要求將綠色理念融入生產(chǎn)制造中，形成一種新的制造過程，以適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的綠色制造。由于各項(xiàng)產(chǎn)品需求的增長和供應(yīng)的限制，能源和資源的成本不斷上升，另一方面，產(chǎn)品價格趨勢很難預(yù)測，因此，目前相關(guān)企業(yè)公司的主要生產(chǎn)發(fā)展目標(biāo)是在能源和資源的大價格區(qū)間內(nèi)成功生產(chǎn)，這種適應(yīng)價格波動的策略是將加價轉(zhuǎn)嫁給用戶，或者，穩(wěn)定的價格可以通過提高生產(chǎn)效率來促進(jìn)，這就要求通過減少資源消耗和改善制造系統(tǒng)的技術(shù)體系來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展[1]。

制造業(yè)是一個國家國民經(jīng)濟(jì)的物質(zhì)基礎(chǔ)和主體，可以反映一個國家的綜合國力。然而，機(jī)械制造業(yè)的增加正在加重世界能源資源的負(fù)擔(dān)。在生產(chǎn)過程中，廢水、廢氣和殘?jiān)粩喈a(chǎn)生，對生態(tài)環(huán)境的影響很大，不利于生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展[2]。目前，經(jīng)濟(jì)利益不再是制造業(yè)的唯一目標(biāo)，加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和科學(xué)開發(fā)利用資源已成為新的生產(chǎn)目標(biāo)，為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，將綠色理念融入機(jī)械設(shè)計與制造，鼓勵綠色制造的蓬勃發(fā)展，對于實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。綠色技術(shù)是應(yīng)用環(huán)境科學(xué)、綠色化學(xué)、環(huán)境監(jiān)測和電子設(shè)備的一種或多種手段來監(jiān)測、模擬和保護(hù)自然環(huán)境和資源，大力發(fā)展可持續(xù)能源發(fā)電技術(shù)，如光伏、風(fēng)力渦輪機(jī)、生物反應(yīng)器、生物過濾、生物修復(fù)、海水淡化等。

通過分析綠色理念在機(jī)械設(shè)計制造中的主要發(fā)展意義與研究方向，提出目前在機(jī)械設(shè)計制造中存在的主要環(huán)境問題與資源浪費(fèi)，提出綠色理念在機(jī)械設(shè)計制造中的主要發(fā)展方向與發(fā)展重點(diǎn)，為綠色理念下的機(jī)械設(shè)計制造業(yè)的發(fā)展提供建議。

1 綠色機(jī)械制造的內(nèi)涵與發(fā)展意義

綠色制造又稱環(huán)保意識制造，是一種現(xiàn)代化制造模式，綜合考慮了制造過程中物質(zhì)資源的消耗和生產(chǎn)過程中對環(huán)境的影響。綠色制造對于促進(jìn)人類社會的可持續(xù)發(fā)展和現(xiàn)代制造業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式的發(fā)展具有重要作用[3]。機(jī)械設(shè)計制造產(chǎn)品的整個生命周期包括產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品加工制造、產(chǎn)品包裝、產(chǎn)品使用和廢料處理。在產(chǎn)品的整個生命周期中，綠色制造的主要目標(biāo)是減少對環(huán)境的負(fù)面影響，提高資源利用率，提高綜合效益。目前，我國綠色理念主要應(yīng)用范圍如圖1所示，主要應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計與制造、資源優(yōu)化配制與環(huán)境保護(hù)等方面。

圖1 綠色理念主要應(yīng)用模式

2 綠色理念的主要應(yīng)用范圍

2.1 在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計過程中運(yùn)用綠色方法

綠色方法是一種綜合考慮環(huán)境因素、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品功能和產(chǎn)品可回收性的現(xiàn)代設(shè)計方法。綠色的機(jī)械設(shè)計制造方法要求設(shè)計師做出一個對機(jī)械產(chǎn)品的整個生命周期進(jìn)行合理地綜合分析，既保證了產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品功能，又保證了環(huán)境污染小或無污染，便于回收利用，提高了資源的利用率。摒棄傳統(tǒng)機(jī)械制造手段中不合理的工藝和方法，合理控制綠色產(chǎn)品生產(chǎn)的時間，從而盡可能提高機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量，促進(jìn)制造業(yè)的“綠色”發(fā)展，促進(jìn)綠色生產(chǎn)體系的建立。我國已經(jīng)相繼建立了多家綠色制造示范企業(yè)與園區(qū)，截至2021年，我國綠色企業(yè)園區(qū)點(diǎn)如圖2所示。廣東省是我國目前綠色產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)制造企業(yè)建立最多的地區(qū)，其次依次為山東省、江蘇省及浙江省。這些都是我國機(jī)械制造業(yè)、農(nóng)業(yè)機(jī)械制造、電子產(chǎn)品的主要生產(chǎn)地區(qū)，因此，加快生產(chǎn)制造綠色轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程清潔化與資源合理化利用是保障各個地區(qū)生產(chǎn)制造產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保障。

圖2 截至2021年我國各地區(qū)綠色制造工廠數(shù)量

2.2 機(jī)械產(chǎn)品制造中使用的綠色材料

綠色材料是指在機(jī)械產(chǎn)品的原材料采用、制造和使用過程中，對環(huán)境污染少或無污染，對人體無害的材料。綠色材料雖成本較高但可以回收利用，既降低了生產(chǎn)成本和材料消耗，又減少了環(huán)境污染，從而促進(jìn)了綠色制造業(yè)的發(fā)展。

2.3 綠色技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)中的應(yīng)用

綠色技術(shù)要求在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中減少環(huán)境污染，提高能源利用率。例如將廢舊物料、廢液等回收加工成產(chǎn)品，提高資源的利用率，實(shí)現(xiàn)資源的回收利用。綠色技術(shù)的重點(diǎn)應(yīng)該是改變傳統(tǒng)技術(shù)不合理和不完善的方面，特別是在污染過程和資源浪費(fèi)過程。

2.4 通過綠色治理減少環(huán)境污染

在傳統(tǒng)的機(jī)械制造過程中，必然會產(chǎn)生大量的廢物和污染物，處理不當(dāng)會對環(huán)境造成巨大的污染。如果垃圾和污染物無法回收利用，應(yīng)采取合理的綠色處理方法，最大限度地減少對環(huán)境的污染。總的來說，在產(chǎn)品的整個生命周期中，綠色制造的應(yīng)用可以減少環(huán)境污染和資源浪費(fèi)，提高材料的利用率，對促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。如，燃料是世界上生產(chǎn)面臨的主要問題，在我們的日常生活中使用的燃料屬于不可再生資源，由于燃料的使用在社會發(fā)展與人類生存中必不可少，因此，世界各國正在逐步發(fā)展一些可再生資源進(jìn)行替代，如太陽能、風(fēng)能、潮汐能、生物柴油等，這些都屬于綠色能源[4]。水的凈化是人類生活面臨另一個問題，因?yàn)樗俏覀冑囈陨娴闹匾Y源，因此，減少水源污染與水資源凈化也是綠色生產(chǎn)的重要技術(shù)。

2.5 綠色理念在農(nóng)業(yè)機(jī)械加工中的應(yīng)用

農(nóng)業(yè)機(jī)械屬于機(jī)械設(shè)計與制造的關(guān)鍵組成部分，由多種關(guān)鍵零部件組裝完成，在農(nóng)業(yè)機(jī)械制造中，存在環(huán)境污染的主要技術(shù)體系包括機(jī)床加工、機(jī)械切削、特種加工等技術(shù)。其中，在機(jī)床加工中使用一些污染較低、資源消耗低及綠色環(huán)保材料，防止加工時出現(xiàn)污染，另外，將車床制作成傾斜式與立式，并且利用相關(guān)技術(shù)降低機(jī)床切削過程中產(chǎn)生的熱量；在機(jī)械切削時，采用新型切削液替代傳統(tǒng)的油性切削液，對機(jī)械切削過程中的廢棄物進(jìn)行回收，發(fā)展低溫切削技術(shù)，主要是在切削過程中加入冷卻裝置，對切削過程中產(chǎn)生的污染物與熱量進(jìn)行及時吸收、冷卻與排放，該技術(shù)在日本已經(jīng)進(jìn)行了廣泛應(yīng)用，目前我國正在持續(xù)研究該技術(shù)。

3 綠色理念在機(jī)械設(shè)計制造應(yīng)用發(fā)展趨勢及建議

綠色制造作為未來制造技術(shù)和制造模式發(fā)展的重要方向，將成為未來產(chǎn)業(yè)的重要挑戰(zhàn)和競爭領(lǐng)域。未來，綠色制造將吸收其他領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，促進(jìn)綠色制造和可持續(xù)發(fā)展，為建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會發(fā)揮巨大作用。

3.1 大力推進(jìn)綠色制造基礎(chǔ)研究進(jìn)程

加強(qiáng)國際合作與交流，支持綠色制造相關(guān)研究項(xiàng)目，努力提高綠色制造水平;吸收納米技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、新能源技術(shù)、信息技術(shù)等各學(xué)科的優(yōu)勢，加強(qiáng)與綠色制造相關(guān)的基礎(chǔ)科學(xué)研究，攻克難點(diǎn)問題；加大對綠色制造相關(guān)研究項(xiàng)目的投資。目前，我國中部經(jīng)濟(jì)較為發(fā)展地區(qū)綠色制造發(fā)展較為先進(jìn)，主要以江蘇省、湖南省、浙江省及安徽省為主。有學(xué)者在2020年對我國相關(guān)地區(qū)綠色制造發(fā)展進(jìn)行體系評價如表1所示。其中江蘇省發(fā)展較為先進(jìn)，江蘇省是我國電子產(chǎn)品及農(nóng)業(yè)機(jī)械制造大省，制造業(yè)發(fā)達(dá)，因此，在發(fā)展制造業(yè)的同時加大綠色理念的投入與發(fā)展，促進(jìn)綠色產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在提升我國制造業(yè)發(fā)展的同時促進(jìn)資源合理配置與能源高效利用是保障我國綠色發(fā)展的重要條件與基礎(chǔ)。

表1 我國部分地區(qū)綠色制造發(fā)展對比分析(家)

3.2 積極將綠色制造研究成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品

加大對綠色制造技術(shù)、綠色設(shè)計技術(shù)、綠色生產(chǎn)技術(shù)、綠色回收技術(shù)和再制造技術(shù)的研究。與其他學(xué)科相結(jié)合，突破一系列關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的典型綠色工藝和關(guān)鍵裝備，形成具有特色的綠色制造產(chǎn)業(yè)體系，從而降低環(huán)境污染和能源消耗，促進(jìn)發(fā)展。制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展。完善相關(guān)綠色制造體系的共享平臺，利用相關(guān)網(wǎng)絡(luò)宣傳平臺，提高各個地區(qū)技術(shù)互相交流與幫助發(fā)展，利用網(wǎng)絡(luò)，如抖音、微信公眾平臺、政府官方平臺等起到技術(shù)交流與綠色技術(shù)宣傳的效果。

3.3 完善法律體系和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為綠色制造護(hù)航

根據(jù)綠色制造的發(fā)展特點(diǎn)和國情，應(yīng)逐步建立廢舊產(chǎn)品回收體系，完善相關(guān)領(lǐng)域的法律體系，制定綠色制造領(lǐng)域的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)專業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)[5]。要普及可持續(xù)制造的概念和知識，提高全民的環(huán)保意識和資源意識，推動可持續(xù)制造體系的建立。目前，我國綠色制造評價體系主要依據(jù)我國頒布的相關(guān)體系標(biāo)準(zhǔn)，但是根據(jù)相關(guān)研究學(xué)者研究方向與研究重點(diǎn)不同，適用范圍也不同，目前主要綠色評價體系標(biāo)準(zhǔn)主要如表2所示。另一方面，政府等相關(guān)部門可以通過頒布適合本地區(qū)發(fā)展的主要環(huán)境政策與綠色發(fā)展技術(shù)完善本地區(qū)的綠色制造與發(fā)展體系，運(yùn)用相關(guān)法律法規(guī)對相關(guān)制造企業(yè)中存在的污染問題進(jìn)行治理，為了提高綠色產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，加大對相關(guān)技術(shù)企業(yè)的財政支持，并在各個研究院校進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的深入研究，起到積極帶頭作用，再逐步將相關(guān)技術(shù)推廣到企業(yè)，從而促進(jìn)各個地區(qū)綠色制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

表2 相關(guān)綠色制造評價體系

3.4 健全市場機(jī)制起到引導(dǎo)作用

完善的市場機(jī)制可以為各個企業(yè)綠色制造發(fā)展提供指導(dǎo)方向，為綠色發(fā)展提供一個有力的環(huán)境，市場需求可以為各個企業(yè)研究方向提供技術(shù)方向指導(dǎo)，提高綠色制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的市場競爭力，加強(qiáng)用戶對綠色制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求，通過市場提升各個區(qū)域綠色制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

4 結(jié)論

綠色制造是可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分，在提高有限資源的利用率，降低生產(chǎn)成本和環(huán)境污染方面發(fā)揮著巨大的作用。綠色制造促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式的形成，促進(jìn)人類社會的可持續(xù)發(fā)展，這是中國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。推廣綠色制造，需要將“綠色”理念融入產(chǎn)品的生命周期，在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計過程中使用綠色的方法，在機(jī)械產(chǎn)品制造過程中使用綠色的材料，在機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)中應(yīng)用綠色技術(shù)，并采用綠色處理方法，減少環(huán)境污染。未來應(yīng)該繼續(xù)擴(kuò)大綠色生產(chǎn)制造體系在我國的覆蓋范圍，完善各個地區(qū)相關(guān)綠色制造管理體系與制度，加強(qiáng)綠色機(jī)械制造業(yè)的基礎(chǔ)創(chuàng)新與研發(fā)力度，并逐步將先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。研究結(jié)果對于提高我國綠色生產(chǎn)與機(jī)械設(shè)計產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)參考與借鑒。

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