綠色技術在機床制造中的實施方案

1、學號：1500294 姓名：潘海超 班級：機碩1510綠色技術在機床制造中的實施方案潘海超（東北大學機械工程與自動化學院）摘要：本文對綠色制造的概念進行了簡單的介紹，并且提出了目前機床行業(yè)在實施綠色制造過程中存在的問題。簡單的分析了國內(nèi)外關于綠色制造的研究現(xiàn)狀，詳細的介紹了機床行業(yè)綠色制造的關鍵技術以及機床在制造過程中要達到機床綠色設計，機床綠色工藝及綠色生產(chǎn)，機床綠色裝配與包裝，機床綠色消費、使用、維護和維修，以及機床的綠色回收及拆卸等過程。此外針對我國現(xiàn)狀對實施綠色制造的必然性進行了分析，提出了將來綠色制造在實施過程中可能面對機遇與挑戰(zhàn)。本文的目的是進一步的加深人們對綠色制造的認識，更加的

2、重視綠色制造在機床行業(yè)的應用，希望對我國機床行業(yè)綠色制造的發(fā)展具有一定的促進作用，進而促進工業(yè)與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。關鍵詞：機床 綠色制造 環(huán)境 可持續(xù)發(fā)展To carry out the reform of green technology in machine tool manufacturingHaichao Pan（Mechanical engineering and automation, Northeastern university）Abstract：this article has carried on the simple introduction about the conc

3、ept of green manufacturing, and it presents problems that machine tool industry exists in the implementation of green manufacturing process. This article Simply analyzes the research status about green manufacturing at home and abroad, and it detailed introduces the key technologies of green manufac

4、turing machine tool industry and machine tools in manufacturing process to achieve green design, green technology and green machine tool production, green machine tool assembly and packaging, green consumption, use, maintenance and repair, machine tool and machine tool of green recycling and disasse

5、mbly process, and facing the present situation in our country we analysis the necessity of the implementation of green manufacturing, and in the implementation of the green manufacturing in the future may face the opportunities and challenges. The purpose of this paper is to further deepen the under

6、standing of green manufacturing, more emphasis on the application of green manufacturing in machine tool industry, and then into the sustainable development of the industry and the environment.Key words: green machine tool manufacturing ;environment ; sustainable development引言綠色制造是綜合考慮環(huán)境影響和資源效益的現(xiàn)代制造

7、模式，其目標是在產(chǎn)品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個產(chǎn)品生命周期中，廢棄資源和有害排放物最小，即對環(huán)境的影響（副作用）最小，資源利用率最高，并使企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益協(xié)調(diào)優(yōu)化1 。但是目前機床行業(yè)在實施綠色制造過程中存在著許多的問題。第一，機床制造企業(yè)對綠色制造的認識不夠深化，雖然綠色制造過程在機床產(chǎn)品的生命周期中得到重視，但是其依舊是局部的綠色化，對綠色制造的認識還需要更進一步的加強。面對國際與國內(nèi)的環(huán)境，相關的法律法規(guī)以及人們對綠色可持續(xù)要求的提高，機床綠色化制造在市場的生存空間越來越大，相較于傳統(tǒng)的非綠色化機床優(yōu)勢明顯。因此政府部門應該積極的引導與鼓勵機床綠色化，促進機床產(chǎn)

8、業(yè)的發(fā)展。第二，機床的綠色制造沒有形成系統(tǒng)化、標準化的技術方法。綠色制造在企業(yè)實施的主要障礙是技術體系的不成熟，因此大量的實用技術方，軟件工具和綠色特性基礎數(shù)據(jù)還有待進一步的深入系統(tǒng)研究。第三，機床再制造行業(yè)規(guī)范和政策扶持需要進一步的加強。目前我國機床再制造仍存在一些問題，比如機床再制造缺乏政策性的定義和行業(yè)標準市場競爭不規(guī)范，個性化的客戶需求造成了機床再制造業(yè)務單品種小批量的特點產(chǎn)業(yè)化較為困難，我國廢舊機床的物流體系建設仍然處于初級階段舊機床的回收和再制造機床的銷售沒有順暢的渠道， 再制造業(yè)務和新品業(yè)務的矛盾日益明顯等。針對以上我國機床制造業(yè)中存在的問題，以及綠色制造在機床制造中的優(yōu)勢，我們

9、更應該花大量的時間在綠色技術在機床制造中的實施方案。2、綠色技術的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀加州大學伯克利分校于 1993 年成立了綠色設計與制造聯(lián)盟。該綠色設計與制造聯(lián)盟的研究領域從最初的面向環(huán)境的設計開發(fā)、綠色產(chǎn)品設計、環(huán)境意識產(chǎn)品設計以及生態(tài)設計發(fā)展到對關鍵行業(yè)的面向環(huán)境管理和污染控制方面的研究。喬治亞理工學院可持續(xù)設計與制造小組，進行綠色性能方面的研究和優(yōu)化改善，并開發(fā)出一套系統(tǒng)性的評價方法，對產(chǎn)品生命周期各階段的資源消耗和環(huán)境影響做出評價，最大限度地提升企業(yè)的經(jīng)濟效益與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展?？▋?nèi)基梅隆大學綠色設計研究所主要致力于綠色設計、綠色管理、綠色制造和相關綠色法規(guī)的制定等研究工作，除了這些就夠

10、還有麻省理工學院環(huán)境友好制造小組等許多機構致力于綠色制造的研究。國內(nèi)的重慶大學制造工程研究所開展的主要研究包括：綠色制造共性技術研究及應用、綠色制造的資源流模型和實施關鍵技術研究、綠色制造的決策理論和決策支持技術、制造系統(tǒng)的資源消耗模型和資源消耗特性、綠色工藝規(guī)劃、機床再制造等。合肥工業(yè)大學的綠色制造研究開始于 1994 年，并成立了專門的綠色設計與制造研究所。該研究所帶領人劉光復和劉志峰教授等長年開展綠色制造和綠色設計方面的研究，其研究領域主要有：綠色設計理論與方法研究、廢舊產(chǎn)品回收、拆卸及其管理信息系統(tǒng)的開發(fā)、綠色供應鏈、綠色工藝技術研發(fā)等。除此之外還有眾多高校對其進行了研究，在此就不一一

11、列舉了。3、機床行業(yè)綠色制造的實施機床綠色制造的過程一般包括：機床綠色設計，機床綠色工藝及綠色生產(chǎn)過程，機床綠色裝配與包裝，機床綠色消費、使用、維護和維修，以及機床的綠色回收及拆卸等階段。與傳統(tǒng)的制造模式相比綠色制造是一閉環(huán)控制系統(tǒng)，它是一種清潔生產(chǎn)和廢棄物循環(huán)利用的生產(chǎn)模式，在設計" 制造" 使用及報廢過程中充分考慮減小對環(huán)境的影響，盡量節(jié)省能源與保護環(huán)境。圖1傳統(tǒng)制造模式圖2 綠色制造模式3.1機床設計的綠色化綠色設計是機床綠色制造的首要環(huán)節(jié)，為了適應節(jié)能、低排放的需求，應在機床設計階段充分考慮環(huán)境問題，考慮機床產(chǎn)品使用過程中的能耗和可維護性，如除塵、潤滑、液壓和冷卻系

12、統(tǒng)的改進、廢棄物的處理等采用高新技術和先進適用技術，少無切削術，干式切削技術， 油氣液凈化技術及其它潔凈技術等，建立面向能源和碳排放模型的生態(tài)化設計的知識庫和數(shù)據(jù)庫及相關技術規(guī)范和標準，提高資源利用率控制和減少廢棄物實現(xiàn)節(jié)能、節(jié)材、無污染發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，為了適應對廢舊機床產(chǎn)品回收，再制造的要求在設計階段就要考慮產(chǎn)品的易拆解、易回收和易修理，應使用多功能部件及模塊化的部件來簡化產(chǎn)品設計結構，應注意產(chǎn)品的可擴展和升級性。此外，在設計完成后應對產(chǎn)品設計方案進行綜合評價，尤其是應對資源消耗和環(huán)境影響進行評價如果滿意則作為最終綠色設計方案，否則需重新進行設計2。3.2機床材料選擇綠色化綠色產(chǎn)品首先要求構成

13、產(chǎn)品的材料具有綠色特性即在產(chǎn)品的整個生命周期內(nèi)這類材料應有利于降低能耗,環(huán)境負荷最小。在機床材料的選擇方面應盡量減少所用材料的種類應選用無毒的可回收或可再生材料甚至是可降解的材料，使用較少的材料種類，可以簡化產(chǎn)品結構，便于零件的生產(chǎn)管理和材料的標識分類材料回收也較為便宜使用可回收材料不僅可以減少資源的消耗還可以減少原材料在提煉加工過程中對環(huán)境的污染在機床零部件的選購方面應優(yōu)選進貨周期短且功能滿足要求的零部件以便降低維修率提高整臺機床的生產(chǎn)周期及使用壽命3。3.3機床工藝綠色化綠色制造的工藝隨著科學技術的高速發(fā)展在不斷地趨于完善也將成為現(xiàn)代機床制造技術發(fā)展的趨勢之一，機床工藝綠色化應做到以下三個

14、方面：制定節(jié)能減排工藝標準生產(chǎn)過程中鑄造、 鍛造、熱處理、噴漆 涂層等工序都要有節(jié)能減排、噪聲、除塵、無毒等要求及標準改良、優(yōu)化工藝流程應在滿足生產(chǎn)要求的基礎上改進工藝提高產(chǎn)品合格率采用合理的工藝簡化產(chǎn)品加工流程、減少加工工序，謀求生產(chǎn)過程的廢料最少化，避免不安全因素減少產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的污染物排放 如減少切削液的使用等，開展工藝技術創(chuàng)新，通過工藝技術創(chuàng)新提高材料利用率達到節(jié)能減排的目標比如采用零件精確成形技術與傳統(tǒng)的成形工藝相比材料利用率可提高可取消或大大減少加工工時，實現(xiàn)節(jié)能降耗的目標，采用干切削和微量潤滑技術可以節(jié)省成本并替代高成本高污染和有害健康的濕切削過程促進機床的綠色化。3.4 機床

15、的回收再處理 產(chǎn)品的可拆卸易回收設計是進行產(chǎn)品綠色設計的一種重要方法?？刹鹦兑谆厥盏脑O計側重考慮在產(chǎn)品使用期過后，便于拆卸并且可以無污染地進行回收，并且能有效地利用原有設備的材料。丁江民5制定的一種數(shù)控車床可拆卸易回收設計準則具有一定的參考意義。根據(jù)數(shù)控車床產(chǎn)品的特點，在材料選擇和結構設計兩個方面上制定可拆卸易回收處理準則。 3.4.1 材料選擇準則 把從機床中拆卸下來的零部件進行再利用、再制造并便于回收，在設計機床時應對材料進行選擇，其選擇準則為：(1)在整臺機床中所采用的材料種類要盡量的少。在產(chǎn)品中所采用的材料種類越少、所需要的拆卸及分類的工作量就越小，這將有利于機床的拆卸與回收；(2)在

16、滿足機床功能和性能要求的基礎上地減少材料的使用量，以達到節(jié)約材料資源的使用，并可以減少回收量；(3)在機床中盡量使用相容性好的材料，相同或者相容性好的材料容易被回收和利用；(4)在機床中盡量選擇容量小的材料其回收和處理消耗的能量較小，對環(huán)境造成的污染也比較??；(5)在產(chǎn)品中應盡量不用或少用有毒或?qū)θ梭w有害的材料。使用有毒或有害材料，不符合綠色制造以及人類可持續(xù)發(fā)展的要求。如果目前沒有替代品，在國內(nèi)外法規(guī)規(guī)定允許的條件下盡量少用；(6)盡量選用供應量比較豐富的材料, 少用日益匱乏且昂貴的材料；(7)盡量使用可再生的材料,有利于節(jié)省自然原材料并降低成本。 3.4.2 產(chǎn)品結構相關的原則 產(chǎn)品結構相

17、關的原則如下： (1)盡量減少產(chǎn)品所需的零件數(shù)量, 這有利于減少拆卸回收的工作量；(2)盡量采用易于拆卸的連接方式, 盡量減少如鉚接、焊接和黏結等不易拆卸的連接方式；(3)應盡量統(tǒng)一緊固件的類型, 便于減少拆卸工具的種類和簡化拆卸工作；(4)減少電線和電纜的數(shù)量及長度,這有利于降低拆卸回收電線和電纜的難度；(5)對產(chǎn)品盡可能采用模塊化設計, 這便于對產(chǎn)品的維護、升級和重用；(6)盡量將高價值的零部件布置在易于拆卸的位置, 先回收高價值的零部件, 有利于提高產(chǎn)品回收價值；(7)將包含有毒有害材料的零部件布置在易于分離的位置, 避免其與非有毒有害材料的零部件在拆卸回收時混合, 防止負價值零部件的增

18、加；(8)避免在塑料零件中應用金屬嵌入件或金屬加強件，以利于對材料的粉碎回收，可以提高材料回收的純度和價值。 4、機床的數(shù)控化和智能化 實現(xiàn)機床綠色制造需要借助信息技術。在實現(xiàn)機床的數(shù)控化和智能化的實踐中，十分需要將信息技術與機械制造技術進行結合并從深度上加以融合。 4.1 加強機床數(shù)控化 在普通機床的傳動系統(tǒng)中，機械變速機構的傳動關系十分復雜。相比之下，由于數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)采用了交流或直流調(diào)速電動機，電動機的調(diào)速范圍大，并可以進行無級調(diào)速，使主軸傳動機構中的零件大大減少，降低了傳動中的噪聲，提高了傳動功率。 4.2 發(fā)展機床智能化 數(shù)控機床與基礎制造裝備的智能化，可以提高能源和原材料的利

19、用效率、降低污染排放水平，可以提升產(chǎn)品的性能、文化知識含量以及技術附加值，進而增強企業(yè)的市場響應能力。發(fā)展智能制造裝備需要解決的關鍵技術是：面向制造過程狀況監(jiān)控和裝備性能預測的感知與分析技術，實現(xiàn)幾何與物理約束的智能化工藝規(guī)劃和數(shù)控編程技術、智能數(shù)控系統(tǒng)與伺服控制技術及智能控制技術。 4.3 車間/工廠的數(shù)字化 在實現(xiàn)機床綠色制造的同時，還應在數(shù)控化、智能化的基礎上實現(xiàn)機械加工車間或工廠的數(shù)字化。數(shù)字化的車間或工廠可以利用數(shù)字化技術，特別是網(wǎng)絡技術(包括互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和無線網(wǎng))實時獲取工廠內(nèi)外相關數(shù)據(jù)和信息，集成相關人員知識智慧地進行產(chǎn)品的設計、生產(chǎn)、管理、銷售和服務，提高供應鏈、工廠和加工單

20、元的效率，減少對環(huán)境的不良影響，提高員工和用戶的滿意程度。 5、機床綠色制造實施的必要性機床是加工金屬材料的工具，其本身也是由多種的金屬材料構成，機床零部件的生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生霧霾等大氣污染，嚴重影響了人們的生活質(zhì)量，我國作為機床生產(chǎn)的第一大國，其對環(huán)境產(chǎn)生的壓力不言而喻，目前不可忽略沈陽等城市的霧霾加重，很大程度上與機床生產(chǎn)產(chǎn)生的污染有關。因此機床的綠色制造對我國的環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展有重大的意義。中國是世界上機床保有量最大的國家。其中服役超過10年以上的傳統(tǒng)舊機床超過200萬臺，已進入機械裝備報廢的高峰期。如果任由這些老舊機床生銹潰爛，不但是一種資源的浪費，對環(huán)境也構成很大威脅，由此催生了機

21、床再制造工程。再制造產(chǎn)品與新品相比，可節(jié)能60%，節(jié)材70%，節(jié)約成本50%，幾乎不產(chǎn)生固體廢物，大氣污染物排放量降低80%以上。此外，再制造有利于形成資源產(chǎn)品廢舊產(chǎn)品再制造產(chǎn)品的循環(huán)經(jīng)濟模式，可以充分利用資源，保護生態(tài)環(huán)境。在探索機床綠色生產(chǎn)的過程中，機床企業(yè)也不遺余力，與高校和科研機構開展綠色制造領域的研究合作，為環(huán)保事業(yè)添磚加瓦。重慶機床集團與重慶大學聯(lián)手，研究形成了一套機床再制造與綜合提升成套技術，完成500多臺廢舊機床的再制造，再制造機床的功能和主要技術指標達到或超過原機床，資源循環(huán)利用率達80%左右，噪聲降低10%以上，環(huán)境污染排放減少90%以上。此外，秦川機床自行研制的靜電吸霧裝

22、置，對油霧的處理效果較傳統(tǒng)過濾式裝置有很大提高，有效率達到96%以上，排出的空氣基本達到潔凈程度，并且回收后的油霧粒子得到重復循環(huán)使用。無小事，更何況是國家重要支柱產(chǎn)業(yè)的機械制造業(yè)，行業(yè)在環(huán)保路上前進的每一步都具有重要的意義。制造業(yè)的綠色之路任重而道遠，機床綠色制造勢在必行。綠色制造符合制造技術進步和資源環(huán)境社會發(fā)展的需求，同時也是我國制造業(yè)的一個重要發(fā)展方向。機床的綠色制造主要強調(diào)在機床產(chǎn)品的設計、生產(chǎn)以及廢舊機床產(chǎn)品回收再利用的整個生命周期中，采用新工藝、新技術、新設備、新材料，合理開發(fā)利用資源、能源、材料并做到循環(huán)使用，同時注重節(jié)能減排、保護環(huán)境，人與自然和諧的可持續(xù)發(fā)展環(huán)保型制造模式。

23、 6、機床制造業(yè)實施綠色制造的挑戰(zhàn)21 世紀開始，世界機床行業(yè)發(fā)展形勢大好，在此背景下，我國機床行業(yè)也取得了巨大的發(fā)展和進步，這主要與以下我國機床行業(yè)面臨的良好的發(fā)展機遇關系密切： 政府重視機床行業(yè)的發(fā)展 一個國家裝備生產(chǎn)能力和生產(chǎn)水平的高低直接決定了這個國家制造業(yè)的水平。近些年來，我國政府曾多次召開會議同時發(fā)布相關指導性文件，討論加快制造業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的問題，其中一個特別重要的議題就是提到要大力振興裝備制造業(yè)，使其成為我們國家國民經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，這其中又特別對數(shù)控機床的發(fā)展給予了前所未有的高度重視。我國機床產(chǎn)品市場需求旺盛 中國目前正處于工業(yè)化加速的進程中，國家振興裝備制造業(yè)的一系列優(yōu)惠政策

24、將進一步拉動數(shù)控機床等高端裝備的市場需求。美國卡德納公司公布了 2007 年世界 29 個國家和地區(qū)的機床產(chǎn)銷數(shù)據(jù)，特別指出中國機床消費金額占到了世界機床總產(chǎn)值的 23%，為 161.7 億美元，繼續(xù)保持世界第一的地位。 資源浪費嚴重 中國當前的機床制造業(yè)資源浪費十分嚴重，而且機床行業(yè)中有大量廢舊或閑置的機床設備，其回收和再利用率非常低，在對廢舊機床的處理上沒有什么實質(zhì)性的進展。在許多工廠的廠房內(nèi)，經(jīng)?？梢砸姷降那榫熬褪菨M身銹跡斑斑的廢舊機床設備，以及大量十幾年前甚至幾十年前生產(chǎn)制造的舊機床和數(shù)控機床與先進的制造加工中心、FMS、CIMS 和網(wǎng)絡加工等制造系統(tǒng)設備并存的現(xiàn)象；在許多的機床制造企

25、業(yè)中還存在著比較嚴重的能源和原材料的浪費，其中比較常見的材料浪費有廢切屑、廢品、次品等，而比較常見的能源浪費有電力、水、切削液和冷卻液等。在許多機床廠家和相關的領導管理層，環(huán)境保護意識和觀念還比較淡薄，特別是還存在較多的對環(huán)境的污染比較嚴重的中小企業(yè)。這些原因?qū)е铝藝乐氐馁Y源浪費。 環(huán)境污染嚴重機床行業(yè)又是鋼鐵、電力等高耗能工業(yè)產(chǎn)出品（電能、鋼材、鑄鐵等）的主要消費者，機床生產(chǎn)過程中的鑄鍛工藝又是典型的高耗能、高污染工藝。對環(huán)境造成了極大的危害。如何保證我國經(jīng)濟穩(wěn)定與健康發(fā)展，同時減少對于自然環(huán)境的污染，是目前我國制造業(yè)特別是機床行業(yè)迫切需要解決的問題之一。 節(jié)能減排壓力巨大 中國的經(jīng)濟增長目前還未擺脫粗放型的增長方式，在經(jīng)濟增長的過程中消耗了大量的物質(zhì)和能源，對環(huán)境造成了巨大的危害，可以說中國最近些年的經(jīng)濟高速增長所發(fā)費的巨大代價就是犧牲自然環(huán)境和過度消耗自然界的物料和能源，尤其是化石能源等不可再生能源。這導致了中國的環(huán)境競爭力非常的低下，比如根據(jù)國家相關部門 1