綠色制造

　　技術(shù)概述

　　綠色制造技術(shù)是指在保證產(chǎn)品的功能、質(zhì)量、成本的前提下，綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模

　　式。它使產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、使用到報(bào)廢整個(gè)產(chǎn)品生命周期中不產(chǎn)生環(huán)境污染或環(huán)境污染最小化，符合環(huán)境保護(hù)要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，節(jié)約資源和能源，使資源利用率最高，能源消耗最低。

　　綠色制造模式是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，也是一種低熵的生產(chǎn)制造模式，即原料－工業(yè)生產(chǎn)－產(chǎn)品使用－報(bào)廢－二次原料資源，從設(shè)計(jì)、制造、使用一直到產(chǎn)品報(bào)廢回收整個(gè)壽命周期對環(huán)境影響最小，資源效率最高，也就是說要在產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)，以系統(tǒng)集成的觀點(diǎn)考慮產(chǎn)品環(huán)境屬性，改變了原來末端處理的環(huán)境保護(hù)辦法，對環(huán)境保護(hù)從源頭抓起，并考慮產(chǎn)品的基本屬性，使產(chǎn)品在滿足環(huán)境目標(biāo)要求的同時(shí)，保證產(chǎn)品應(yīng)有的基本性能、使用壽命、質(zhì)量等。

　　發(fā)展趨勢

　　技術(shù)發(fā)展趨勢

　　當(dāng)前，世界上掀起一股“綠色浪潮”，環(huán)境問題已經(jīng)成為世界各國關(guān)注的熱點(diǎn)，并列入世界議事日程，制造業(yè)將改變傳統(tǒng)制造模式，推行綠色制造技術(shù)，發(fā)展相關(guān)的綠色材料、綠色能源和綠色設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫、知識庫等基礎(chǔ)技術(shù)，生產(chǎn)出保護(hù)環(huán)境、提高資源效率的綠色產(chǎn)品，如綠色汽車、綠色冰箱等，并用法律、法規(guī)規(guī)范企業(yè)行為，隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，那些不推行綠色制造技術(shù)和不生產(chǎn)綠色產(chǎn)品的企業(yè)，將會(huì)在市場競爭中被淘汰，使發(fā)展綠色制造技術(shù)勢在必行。

　　1、 全球化——綠色制造的研究和應(yīng)用將愈來愈體現(xiàn)全球化的特征和趨勢 綠色制造的全球化特征體現(xiàn)在許多方面，例如：

　　(1) 制造業(yè)對環(huán)境的影響往往是超越空間的，人類需要團(tuán)結(jié)起來，保護(hù)我們共同擁有的唯一的地球。

　　(2)ISO14000系列標(biāo)準(zhǔn)的陸續(xù)出臺為綠色制造的全球化研究和應(yīng)用奠定了很好的基礎(chǔ)，但一些標(biāo)準(zhǔn)尚需進(jìn)一步完 善，許多標(biāo)準(zhǔn)還有待于研究和制定。

　　(3) 隨著近年來全球化市場的形成，綠色產(chǎn)品的市場競爭將是全球化的。

　　(4) 近年來許多國家要求進(jìn)口產(chǎn)品要進(jìn)行綠色性認(rèn)定，要有“綠色標(biāo)志”。特別是有些國家以保護(hù)本國環(huán)境為 由，制定了極為苛刻的產(chǎn)品環(huán)境指標(biāo)來限制國際產(chǎn)品進(jìn)入本國市場，即設(shè)置“綠色貿(mào)易壁壘”。綠色制造將為我國 企業(yè)提高產(chǎn)品綠色性提供技術(shù)手段，從而為我國企業(yè)消除國際貿(mào)易壁壘進(jìn)入國際市場提供有力的支撐。這也從另外 一個(gè)角度說明了全球化的特點(diǎn)。

　　2、社會(huì)化——綠色制造的社會(huì)支撐系統(tǒng)需要形成

　　綠色制造的研究和實(shí)施需要全社會(huì)的共同努力和參與，以建立綠色制造所必需的社會(huì)支撐系統(tǒng)。

　　綠色制造涉及的社會(huì)支撐系統(tǒng)首先是立法和行政規(guī)定問題。當(dāng)前，這方面的法律和行政規(guī)定對綠色制造行為還不能形成有利的支持，對相反行為的懲罰力度不夠。立法問題現(xiàn)在已愈來愈受到各個(gè)國家的重視。

　　其次，政府可制定經(jīng)濟(jì)政策，用市場經(jīng)濟(jì)的機(jī)制對綠色制造實(shí)施導(dǎo)向。例如：制定有效的資源價(jià)格政策，利用經(jīng)濟(jì)手段對不可再生資源和雖然是可再生資源但開采后會(huì)對環(huán)境產(chǎn)生影響的資源（如樹木）嚴(yán)加控制，使得企業(yè)和人們不得不盡可能減少直接使用這類資源，轉(zhuǎn)而尋求開發(fā)替代資源。又如：城市的汽車廢氣污染是一個(gè)十分嚴(yán)重的問題，政府可以對每輛汽車年檢時(shí)，測定廢氣排放水平，收取高額的污染廢氣排放費(fèi)。這樣，廢氣排放量大的汽車自然沒有銷路，市場機(jī)制將迫使汽車制造廠生產(chǎn)綠色汽車。

　　企業(yè)要真正有效地實(shí)施綠色制造，必須考慮產(chǎn)品壽命終結(jié)后的處理，這就可能導(dǎo)致企業(yè)、產(chǎn)品、用戶三者之間的新型集成關(guān)系的形成。例如：有人就建議，需要回收處理的主要產(chǎn)品，如汽車、冰箱、空調(diào)、電視機(jī)等，用戶只買了其使用權(quán)，而企業(yè)擁有其所有權(quán)，有責(zé)任進(jìn)行產(chǎn)品報(bào)廢后的回收處理。

　　無論是綠色制造涉及的立法和行政規(guī)定以及需要制定的經(jīng)濟(jì)政策，還是綠色制造所需要建立的企業(yè)、產(chǎn)品、用戶三者之間新型的集成關(guān)系，均是十分復(fù)雜的問題，其中又包含大量的相關(guān)技術(shù)問題，均有待于深入研究，以形成綠色制造所需要的社會(huì)支撐系統(tǒng)。這些也是綠色制造今后研究內(nèi)容的重要組成部分。

　　3、集成化——將更加注重系統(tǒng)技術(shù)和集成技術(shù)的研究

　　綠色制造涉及到產(chǎn)品生命周期全過程，涉及到企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)的各個(gè)方面，因而是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程問題。因此要真正有效地實(shí)施綠色制造，必須從系統(tǒng)的角度和集成的角度來考慮和研究綠色制造中的有關(guān)問題。

　　當(dāng)前，綠色制造的集成功能目標(biāo)體系、產(chǎn)品和工藝設(shè)計(jì)與材料選擇系統(tǒng)的集成、用戶需求與產(chǎn)品使用的集成、綠色制造的問題領(lǐng)域集成、綠色制造系統(tǒng)中的信息集成、綠色制造的過程集成等集成技術(shù)的研究將成為綠色制造的重要研究內(nèi)容。

　　綠色制造集成化的另一個(gè)方面是綠色制造的實(shí)施需要一個(gè)集成化的制造系統(tǒng)來進(jìn)行。為此，文獻(xiàn)[11]提出了綠色集成制造系統(tǒng)的概念，并建立了一種綠色集成制造系統(tǒng)的體系框架：該系統(tǒng)包括管理信息系統(tǒng)、綠色設(shè)計(jì)系統(tǒng)、制造過程系統(tǒng)、質(zhì)量保證系統(tǒng)、物能資源系統(tǒng)、環(huán)境影響評估系統(tǒng)等6個(gè)功能分系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫/知識庫系統(tǒng)等2個(gè)支持分系統(tǒng)以及與外部的聯(lián)系。

　　綠色集成制造技術(shù)和綠色集成制造系統(tǒng)將可能成為今后綠色制造研究的熱點(diǎn)。

　　4、并行化——綠色并行工程將可能成為綠色產(chǎn)品開發(fā)的有效模式

　　綠色設(shè)計(jì)今后仍將是綠色制造中的關(guān)鍵技術(shù)。綠色設(shè)計(jì)今后的一個(gè)重要趨勢就是與并行工程的的結(jié)合，從而形成一種新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)模式綠色并行工程。

　　綠色并行工程又稱為綠色并行設(shè)計(jì)，是現(xiàn)代綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)的新模式。它是一個(gè)系統(tǒng)方法，以集成的、并行的方式設(shè)計(jì)產(chǎn)品及其生命周期全過程，力求使產(chǎn)品開發(fā)人員在設(shè)計(jì)一開始就考慮到產(chǎn)品整個(gè)生命周期中從概念形成到產(chǎn)品報(bào)廢處理的所有因素，包括質(zhì)量、成本、進(jìn)度計(jì)劃、用戶要求、環(huán)境影響、資源消耗狀況等。

　　5、智能化——人工智能和智能制造技術(shù)將在綠色制造研究中發(fā)揮重要作用

　　綠色并行工程涉及一系列關(guān)鍵技術(shù)，包括綠色并行工程的協(xié)同組織模式、協(xié)同支撐平臺、綠色設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫和知識庫、設(shè)計(jì)過程的評價(jià)技術(shù)和方法、綠色并行設(shè)計(jì)的決策支持系統(tǒng)等。許多技術(shù)有待于今后的深入研究。

　　綠色制造的決策目標(biāo)體系是現(xiàn)有制造系統(tǒng)TQCS（即產(chǎn)品上市時(shí)間T、產(chǎn)品質(zhì)量Q、產(chǎn)品成本C和為用戶提供的服務(wù)S ）目標(biāo)體系與環(huán)境影響E和資源消耗R的集成，即形成了 TQCSRE的決策目標(biāo)體系。要優(yōu)化這些目標(biāo)，是一個(gè)難于用一般數(shù)學(xué)方法處理的十分復(fù)雜的多目標(biāo)優(yōu)化問題，需要用人工智能方法來支撐處理。另外，在綠色產(chǎn)品評估指標(biāo)體系及評估專家系統(tǒng)，均需要人工智能和智能制造技術(shù)。

　　基于知識系統(tǒng)、模糊系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等的人工智能技術(shù)將在綠色制造研究開發(fā)中起到重要作用。如：在制造過程中應(yīng)用專家系統(tǒng)識別和量化產(chǎn)品設(shè)計(jì)、材料消耗和廢棄物產(chǎn)生之間的關(guān)系；應(yīng)用這些關(guān)系來比較產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造對環(huán)境的影響；使用基于知識的原則來選擇實(shí)用的材料等。

　　6、產(chǎn)業(yè)化——綠色制造的實(shí)施將導(dǎo)致一批新興產(chǎn)業(yè)的形成

　　綠色制造將導(dǎo)致一批新興產(chǎn)業(yè)的形成。除了目前大家已注意到的廢棄物回收處理裝備制造業(yè)和廢棄物回收處理的服務(wù)產(chǎn)業(yè)外，另有兩大類產(chǎn)業(yè)值得特別注意：

　?。?）綠色產(chǎn)品制造業(yè)

　　制造業(yè)不斷研究、設(shè)計(jì)和開發(fā)各種綠色產(chǎn)品以取代傳統(tǒng)的資源消耗和環(huán)境影響較大的產(chǎn)品，將使這方面的產(chǎn)業(yè)持續(xù)興旺發(fā)展。

　?。?）實(shí)施綠色制造的軟件產(chǎn)業(yè)

　　企業(yè)實(shí)施綠色制造，需要大量實(shí)施工具和軟件產(chǎn)品，如綠色設(shè)計(jì)的支撐軟件（計(jì)算機(jī)輔助綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)、綠色工藝規(guī)劃系統(tǒng)、綠色制造的決策系統(tǒng)、產(chǎn)品生命周期評估系統(tǒng)、ISO14000國際認(rèn)證的支撐系統(tǒng)等），將會(huì)推動(dòng)一類新興軟件產(chǎn)業(yè)的形成。

　　國外現(xiàn)狀

　　國外不少國家的政府部門已推出了以保護(hù)環(huán)境為主題的“綠色計(jì)劃”。1991年日本推出了“綠色行業(yè)計(jì)劃”，加拿大政府已開始實(shí)施環(huán)境保護(hù)“綠色計(jì)劃”。美國、英國、德國也推出類似計(jì)劃。目前，在一些發(fā)達(dá)國家，除政府采取一系列環(huán)境保護(hù)措施外，廣大消費(fèi)者已熱衷于購買環(huán)境無害產(chǎn)品的綠色消費(fèi)的新動(dòng)向，促進(jìn)了綠色制造的發(fā)展。產(chǎn)品的綠色標(biāo)志制度相繼建立，凡產(chǎn)品標(biāo)有“綠色標(biāo)志”圖形的，表明該產(chǎn)品從生產(chǎn)到使用以及回收的整個(gè)過程都符合環(huán)境保護(hù)的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，并利于資源的再生和回收，這為企業(yè)打開銷路、參與國際市場競爭提供了條件。如德國水溶油漆自1981年開始被授于環(huán)境標(biāo)志（綠色標(biāo)志）以來，其貿(mào)易額已增加20%。德國目前已有60種類型3500個(gè)產(chǎn)品授予環(huán)境標(biāo)志，法國、瑞士、芬蘭和澳大利亞等國于1991年對產(chǎn)品實(shí)施環(huán)境標(biāo)志，日本于1992年對產(chǎn)品實(shí)施環(huán)境標(biāo)志，新加坡和馬來西亞也在1992年開始實(shí)施環(huán)境標(biāo)志。目前已有20多個(gè)國家對產(chǎn)品實(shí)施環(huán)境標(biāo)志，從而促進(jìn)了這些國家“綠色產(chǎn)品”的發(fā)展，在國際市場競爭中取得更多的地位和份額。

　　國際經(jīng)濟(jì)專家分析認(rèn)為，目前“綠色產(chǎn)品”比例大約為5－10%，再過10年，所有產(chǎn)品都將進(jìn)入綠色設(shè)計(jì)家族，可回收、易拆卸，部件或整機(jī)可翻新和循環(huán)利用。也就是說，在未來10年內(nèi)綠色產(chǎn)品有可能成為世界商品市場的主導(dǎo)產(chǎn)品。

　　國內(nèi)研究基礎(chǔ)

　　國內(nèi)一些高等院校和研究院所在國家科委、國家自然科學(xué)基金會(huì)和有關(guān)部門的支持下對綠色制造技術(shù)進(jìn)行了廣泛的研究探索。

　　機(jī)械科學(xué)研究院已完成了國家科委“九五”攻關(guān)項(xiàng)目－－清潔生產(chǎn)技術(shù)選擇與數(shù)據(jù)庫的建立、機(jī)械工業(yè)基金項(xiàng)目－－綠色設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展趨勢及對策研究。圍繞機(jī)械工業(yè)中九個(gè)行業(yè)對綠色技術(shù)需求和綠色設(shè)計(jì)技術(shù)自身發(fā)展趨勢進(jìn)行了調(diào)研，在國內(nèi)首次提出適合機(jī)械工業(yè)的綠色設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展體系，同時(shí)還進(jìn)行了車輛的拆卸和回收技術(shù)的研究。目前正在開展國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“環(huán)境綠色技術(shù)評價(jià)體系的研究”。以環(huán)境保護(hù)綠色技術(shù)評價(jià)體系為研究載體，將ETV評價(jià)技術(shù)導(dǎo)入機(jī)械制造業(yè)的綠色設(shè)計(jì)、綠色制造，建立制造業(yè)的綠色概念、描述方法和ETV評價(jià)體系。

　　清華大學(xué)為創(chuàng)建綠色大學(xué)，已將綠色工程技術(shù)列為優(yōu)先發(fā)展和支持項(xiàng)目，在美國“China Bridge”基金和國家自然科學(xué)基金會(huì)的支持下，已與美國“Texas Tech University”先進(jìn)制造實(shí)驗(yàn)室建立了關(guān)于綠色設(shè)計(jì)技術(shù)研究的國際合作關(guān)系，對全生命周期建模等綠色設(shè)計(jì)理論和方法進(jìn)行系統(tǒng)研究，取得一定進(jìn)展。

　　上海交通大學(xué)針對汽車開展可回收性綠色設(shè)計(jì)技術(shù)的研究，與Ford公司合作，研究中國轎車的回收工程問題；與內(nèi)貿(mào)部中國物資再生利用華東分公司合作，撰寫了“探討中國汽車銷售、維修、二手車交易及回收利用一條龍管理模式的可行性報(bào)告”；與法國柏林工業(yè)大學(xué)IWF研究所建立了合作關(guān)系，在廢棄工業(yè)品回收方面展開了研究工作。

　　合肥工業(yè)大學(xué)開展了機(jī)械產(chǎn)品可回收設(shè)計(jì)理論和關(guān)鍵技術(shù)及回收指標(biāo)評價(jià)體系的研究。

　　重慶大學(xué)承擔(dān)了國家自然科學(xué)基金和國家863/CIMS主題資助的關(guān)于綠色制造技術(shù)的研究項(xiàng)目，主要研究可持續(xù)發(fā)展CIMS（S－CIMS）的體系結(jié)構(gòu)研究、清潔化生產(chǎn)系統(tǒng)和體系結(jié)構(gòu)及實(shí)施策略、清潔化生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)等。

　　華中理工大學(xué)、浙江大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等高院校也開展了綠色制造技術(shù)研究。

　　國內(nèi)已形成了一支從事綠色制造技術(shù)研究的專業(yè)隊(duì)伍，為我國發(fā)展綠色制造技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

　　技術(shù)組成

　　綠色設(shè)計(jì)　綠色設(shè)計(jì)是指在產(chǎn)品及其生命周期全過程的設(shè)計(jì)中，充分考慮對資源和環(huán)境的影響，在充分考慮產(chǎn)品的功能、質(zhì)量、開發(fā)周期和成本的同時(shí)，優(yōu)化各有關(guān)設(shè)計(jì)因素，使得產(chǎn)品及其制造過程對環(huán)境的總體影響和資源消耗減到最小。這要求設(shè)計(jì)人員必須具有良好的環(huán)境意識，既綜合考慮了產(chǎn)品的TQCS（Time，Quality，Cost，Service）屬性，還要注重產(chǎn)品的E（Environment）屬性，即產(chǎn)品使用的綠色度。

　　工藝規(guī)劃

　　產(chǎn)品制造過程的工藝方案不一樣，物料和能源的消耗將不一樣，對環(huán)境的影響也不一樣。綠色工藝規(guī)劃就是要根據(jù)制造系統(tǒng)的實(shí)際，盡量研究和采用物料和能源消耗少、廢棄物少、噪聲低、對環(huán)境污染小的工藝方案和工藝路線。

　　材料選擇

　　綠色材料選擇技術(shù)是一個(gè)很復(fù)雜的問題。綠色材料尚無明確界限，實(shí)際中選用很難處理。在選用材料的時(shí)候，不能要考慮其綠色性，還必須考慮產(chǎn)品的功能、質(zhì)量、成本、噪聲等多方面的要求。減少不可再生資源和短缺資源的使用量，盡量采用各種替代物質(zhì)和技術(shù)。

　　產(chǎn)品包裝

　　綠色包裝技術(shù)就是從環(huán)境保護(hù)的角度，優(yōu)化產(chǎn)品包裝方案，使得資源消耗和廢棄物產(chǎn)生最少。目前這方面的研究很廣泛，但大致可以分為包裝材料、包裝結(jié)構(gòu)和包裝廢棄物回收處理3個(gè)方面。當(dāng)今世界主要工業(yè)國要求包裝應(yīng)做到“3R1D”(Reduce減量化、Reuse回收重用、Re cycle循環(huán)再生和Degradable可降解)原則。我國包裝行業(yè)“九五”至2010年發(fā)展的基本任務(wù)和目標(biāo)中提出包裝制品向綠色包裝技術(shù)方向發(fā)展，實(shí)施綠色包裝工程，并把綠色包裝技術(shù)作為“九五”包裝工業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)，發(fā)展紙包裝制品，開發(fā)各種代替塑料薄膜的防潮、保鮮的 紙包裝制品，適當(dāng)發(fā)展易回收利用的金屬包裝及高強(qiáng)度薄壁輕量玻璃包裝，研究開發(fā)塑料的回收再生工藝和產(chǎn)品。

　　回收處理

　　產(chǎn)品生命周期終結(jié)后，若不回收處理，將造成資源浪費(fèi)并導(dǎo)致環(huán)境污染。目前的研究認(rèn)為面向環(huán)境的產(chǎn)品回收處理是個(gè)系統(tǒng)工程，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)開始就要充分考慮這個(gè)問題，并作系統(tǒng)分類處理。產(chǎn)品壽命終結(jié)后，可以有多種不同的處理方案，如再使用、再利用、廢棄等，各種方案的處理成本和回收價(jià)值都不一樣，需要對各種方案進(jìn)行分析與評估，確定出最佳的回收處理方案，從而以最少的成本代價(jià)，獲得最高的回收價(jià)值。

　　綠色管理

　　盡量采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的零部件，加強(qiáng)對噪聲的動(dòng)態(tài)測試、分析和控制，在國際環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)ISO14000正式頒布和實(shí)施以后，它會(huì)成為衡量產(chǎn)品性能的一個(gè)重要因素，企業(yè)內(nèi)部建立一套科學(xué)、合理的綠色管理體系勢在必行。

　　設(shè)備利用

　　北京工商管理大學(xué)教授梁小民曾經(jīng)舉過這樣一個(gè)例子：你有一臺普通機(jī)床價(jià)值10萬元，后來你資本增加到100萬元買了10臺同樣的機(jī)床，但你這種機(jī)床使用就不充分了，你的資本收益就遞減了；但現(xiàn)在的技術(shù)發(fā)展使你在擁有100萬元資本時(shí)，你擁有的就不是那種普通機(jī)床而是數(shù)控機(jī)床，效率提高了幾百倍，這個(gè)時(shí)候資本收益就不是遞減而是遞增了。這就是技術(shù)進(jìn)步在物質(zhì)資本上的體現(xiàn)。遺留的問題是，當(dāng)我們擁有了數(shù)控機(jī)床后，原來的普通車床怎么辦？走進(jìn)國內(nèi)許多工廠，都可以看見許多閑置、廢棄的設(shè)備堆在那里，繡跡斑斑。如何處理好這些設(shè)備，成了企業(yè)面臨的一大難題，通過改造使它們重新發(fā)揮作用，做到資源最大化利用。目前對我們很多大的生產(chǎn)廠家來說，來自機(jī)器的折舊費(fèi)用仍占據(jù)了很大一部分成本。

　　研究內(nèi)容

　　綠色設(shè)計(jì)

　?。?）提出綠色設(shè)計(jì)理論和方法，建立綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)指標(biāo)評價(jià)體系，提出綠色設(shè)計(jì)工具，并與其它設(shè)計(jì)工具（如CAD、CAE、CAPP等）集成，形成集成環(huán)境。

　?。?）與企業(yè)結(jié)合選擇若干典型產(chǎn)品，建立產(chǎn)品綠色制造示范點(diǎn)。

　?。?）以汽車為對象，提供可回收、可拆卸成套技術(shù)，并與企業(yè)結(jié)合，建立示范點(diǎn)。

　　主要研究內(nèi)容

　?。?）綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)評價(jià)系統(tǒng)模型的建立

　?、倬G色產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論和方法

　　從壽命周期角度對綠色產(chǎn)品的內(nèi)涵進(jìn)行全面系統(tǒng)的研究，提出綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論和方法。

　?、诰G色產(chǎn)品的描述和建模技術(shù)

　　在綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論和方法的基礎(chǔ)上，對綠色產(chǎn)品進(jìn)行描述，建立綠色產(chǎn)品評價(jià)體系，在產(chǎn)品生命周期中，對所有與環(huán)境相關(guān)的過程輸入輸出進(jìn)行量化和評價(jià)，并對產(chǎn)品生命周期中經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境影響的關(guān)系進(jìn)行綜合評價(jià)，建立數(shù)學(xué)模型。

　　③綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫

　　建立與綠色產(chǎn)品有關(guān)的材料、能源及空氣、水、土、噪聲排放的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，為綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

　?、艿湫彤a(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)系統(tǒng)集成

　　針對具體產(chǎn)品，收集、整理面向環(huán)境設(shè)計(jì)的資料，形成指導(dǎo)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)指南，建立綠色產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具平臺，并與其它設(shè)計(jì)工具（如CAD、CAE、CAPP等）集成，形成集成的設(shè)計(jì)環(huán)境。

　?。?）綠色產(chǎn)品清潔生產(chǎn)技術(shù)

　　①節(jié)省資源的生產(chǎn)技術(shù)

　　本項(xiàng)目主要從減少生產(chǎn)過程中消耗的能量、減少原材料的消耗和減少生產(chǎn)過程中的其他消耗三方面著手研究。

　?、诿嫦颦h(huán)保的生產(chǎn)技術(shù)

　　主要研究減少生產(chǎn)過程中的污染，包括減少生產(chǎn)過程的廢料、減少有毒有害物質(zhì)（廢水、廢氣、固體廢棄物等）、降低噪聲和振動(dòng)等。

　?、郛a(chǎn)品包裝技術(shù)

　　包裝是產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，產(chǎn)品包裝形式、包裝材料、以及產(chǎn)品貯存、運(yùn)輸?shù)确矫娑家紤]環(huán)境影響的因素。

　?。?）綠色產(chǎn)品回收利用技術(shù)

　?、佼a(chǎn)品可卸性技術(shù)

　　提出產(chǎn)品可卸性評價(jià)方法，提出產(chǎn)品可卸性評價(jià)指標(biāo)體系，進(jìn)行可拆卸結(jié)構(gòu)模塊劃分和接口技術(shù)研究。

　?、诋a(chǎn)品可回收技術(shù)

　　提出可回收零件及材料識別與分類系統(tǒng)，并開展零件再使用技術(shù)研究，包括可回收零部件的修復(fù)、檢測，使其符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行再使用（再使用包括同化再使用和異化再使用）技術(shù)、材料再利用技術(shù)的研究（包括同化再利用和異化再利用）。

　?。?）機(jī)電產(chǎn)品噪聲控制技術(shù)

　　①聲源識別、噪聲與聲場測量以及動(dòng)態(tài)測試、分析與顯示技術(shù)；

　　②機(jī)器結(jié)構(gòu)聲輻射計(jì)算方法與程序；

　?、蹤C(jī)器結(jié)構(gòu)振動(dòng)和振動(dòng)控制技術(shù)；

　?、艿驮肼晝?yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)；

　?、莸驮肼暯Y(jié)構(gòu)和材料；

　?、扌滦蜏p振降噪技術(shù)

　?。?）面向環(huán)境、面向能源、面向材料的綠色制造技術(shù)

　?、倜嫦颦h(huán)境的綠色制造技術(shù)

　　研究使產(chǎn)品在使用過程中能滿足水、氣、固體三種廢棄物減量化、降低振動(dòng)與噪聲等環(huán)境保護(hù)要求的相關(guān)技術(shù)。

　?、诿嫦蚰茉吹木G色制造技術(shù)

　　研究能源消耗優(yōu)化技術(shù)、能源控制過程優(yōu)化技術(shù)等以達(dá)到節(jié)約能源、減少污染的目的。

　?、勖嫦虿牧系木G色制造技術(shù)

　　研究材料無毒、無害化技術(shù)，針對高分子材料，研究廢舊高分子材料回收的綠色技術(shù)，高分子過濾材料－－功能膜材料，玻璃纖維氈增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料等。對現(xiàn)有材料的環(huán)境性能改進(jìn)技術(shù)等。

　　相關(guān)技術(shù)

　　納米技術(shù)

　　所謂納米技術(shù)是一種微加工技術(shù)的極限。也就是通過納米精度的“加工”來人工形成納米大小的結(jié)構(gòu)的技術(shù)。當(dāng)物質(zhì)被“粉碎”到納米級細(xì)小并制成的“納米材料”，不僅光、電、熱、磁性發(fā)生變化，而且具有輻射、吸收、吸附等許多新特性，可徹底改變目前的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。由于納米技術(shù)導(dǎo)致產(chǎn)品微型化，使所需資源減少，不僅可達(dá)到“低消耗、高效益”的可持續(xù)發(fā)展目的，而且其成本極為低廉，其互相撞擊、摩擦產(chǎn)生的交變機(jī)械作用力將為大減小，噪聲污染會(huì)得到有效控制。運(yùn)用納米技術(shù)開發(fā)的潤滑劑，既能在物體表面形成半永久性的固態(tài)膜，產(chǎn)生極好的潤滑作用，得以大大降低機(jī)器設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)噪聲，又能延長它的使用壽命。納米材料涂層能大大提高遮擋電磁波和紫外線的性能。

　　干式加工

　　目前干式加工的主要應(yīng)用領(lǐng)域是機(jī)械加工行業(yè)，如切削、磨削等。干式加工顧名思義就是加工過程中不采用任何冷卻液的加工方式。干式加工簡化了工藝、減少成本并消除了冷卻液帶來的一系列問題，如廢液排放和回收等等。目前，國外已有嚴(yán)格的法規(guī)限制某些切削液的使用，在美國、德國等工業(yè)發(fā)達(dá)國家均大力倡導(dǎo)采用干式切削工藝。目前采用干式切削加工鑄鐵材料已無問題，采用陶瓷和CBN刀具，在高速和大進(jìn)給量加工時(shí)，使熱量很快聚集到刀具前端，使其呈紅熱狀態(tài)，當(dāng)工件被加熱到一定溫度時(shí)，其屈服強(qiáng)度減小，可獲得較高的金屬切除率。尋求最合適的干式切削刀具、工件和機(jī)床及其參數(shù)的最佳配合方式是目前的重點(diǎn)方向。

　　熱加工工藝模擬技術(shù)

　　熱加工工藝模擬及優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)是應(yīng)用模擬仿真、試驗(yàn)測試等手段，在擬實(shí)的環(huán)境下模擬材料加工工藝過程，顯示材料在加工過程中形狀、尺寸、內(nèi)部組織及缺陷的演變情況，預(yù)測其組織性能質(zhì)量，達(dá)到優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)目的的一門嶄新技術(shù)。采用工藝模擬技術(shù)將數(shù)值模擬、物理模擬和專家系統(tǒng)相結(jié)合，可以確定最佳工藝參數(shù)、優(yōu)化工藝方案，預(yù)測加工過程中可能產(chǎn)生的缺陷和防止措施，從而能有效控制和保證加工工件的質(zhì)量。

　　基于網(wǎng)絡(luò)的敏捷制造

　　敏捷制造，簡稱AM，就是靈活、快捷的生產(chǎn)制造。它是將柔性生產(chǎn)技術(shù)、高技能勞動(dòng)力與靈活的管理集成為一體，對迅速變化的(和不可預(yù)測的)市場需求和時(shí)機(jī)能夠作出快速響應(yīng)的生產(chǎn)管理體系。它的特點(diǎn)是：把企業(yè)與客戶、供應(yīng)商有機(jī)地聯(lián)系成一個(gè)整體、提高產(chǎn)品研發(fā)速度，降低開發(fā)成本，延長產(chǎn)品壽命周期、打破成本與批量的直接關(guān)系形式，快速交結(jié)，最大限度地調(diào)動(dòng)發(fā)揮人的積極性和創(chuàng)造性、虛擬制造技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，做到分散網(wǎng)絡(luò)化制造。

　　近凈成形技術(shù)和近無缺陷成形技術(shù)

　　近凈成形技術(shù)是指零件成形后，僅需少量加工或不再加工，就可用作機(jī)械構(gòu)件的成形技術(shù)。近凈成形制造技術(shù)包括鑄造、焊接、塑性加工等，目前它正從接近零件形狀向直接制成工件，即精密成形或凈成形方向發(fā)展。這些工件有些可以直接或者稍加處理即可用于組成產(chǎn)品，這樣就可以大大減少原材料和能源的消耗。近凈成形通常與近無缺陷成形技術(shù)組合用于大批量生產(chǎn)。

　　新型制造技術(shù)的不斷涌現(xiàn)

　　現(xiàn)在對制造技術(shù)本身來說，各學(xué)科、專業(yè)之間的界限已經(jīng)不再那么明顯，從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開始，直到產(chǎn)品的加工工藝、加工過程、質(zhì)量檢測、最后裝配和包裝，這些中間環(huán)節(jié)之間的界限已逐步走向淡化消失，逐漸趨向一體化，如現(xiàn)在CAD、CAPP、CAM的出現(xiàn)就使設(shè)計(jì)和制造成為一體?，F(xiàn)在推出一種新型技術(shù)--快速原型零件制造技術(shù)（RPM），RPM技術(shù)是由 CAD模型直接驅(qū)動(dòng)的快速制造任意復(fù)雜形狀的3維實(shí)體的技術(shù)，是機(jī)械工程、CAD、NC、激光、材料等多學(xué)科相互滲透與交叉的產(chǎn)物，其設(shè)計(jì)突破了傳統(tǒng)加工技術(shù)，采用材料“去除”的原則，而采用“添加、累積”的原理，是制造技術(shù)的一次新的變革。代表性技術(shù)有分層實(shí)體制造、熔化沉積制造等。

　　存在問題

　　1、舊機(jī)床的更新與改造

　　舊機(jī)床處理方面尤為突出問題是廢舊或閑置設(shè)備回收和再利用率較差，許多工廠廠房內(nèi)常見有滿身銹跡廢棄的舊設(shè)備，數(shù)控機(jī)床、加工中心、FMS、CIMS甚至網(wǎng)絡(luò)加工等先進(jìn)制造系統(tǒng)和大批的20世紀(jì)五六十年代的舊機(jī)床并存，改造和利用好這些舊設(shè)備是我們面臨的課題；

　　2、材料與能源的浪費(fèi)

　　機(jī)械制造業(yè)中能源和原材料的浪費(fèi)現(xiàn)象較為明顯，滿地的切屑、小零件與油污，中國在由原料到產(chǎn)品所消耗的能源和原材料比美國和日本等先進(jìn)國家高出數(shù)十倍之多；

　　3、環(huán)境保護(hù)意識淡薄

　　一些中小企業(yè)對環(huán)境的污染還比較嚴(yán)重；

　　4、產(chǎn)品的回收利用率低

　　長期以來我們沿襲的生產(chǎn)模式是：生產(chǎn)！流通！消費(fèi)！廢棄的開式循環(huán)，綠色制造提倡閉式循環(huán)的生產(chǎn)模式，即在原來的生產(chǎn)模式中增加一個(gè)“回收”環(huán)節(jié)，廠家在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造過程中要充分考慮回收問題。

　　制造工藝

　　1、少無切削工藝

　　利用精密鑄造、冷擠壓、直接沉積等成型技術(shù)，從接近零件形狀向精密成形、仿形發(fā)展，用自由成形制造代替切削加工，這樣節(jié)約了傳統(tǒng)毛坯制造時(shí)的能耗、物耗，也節(jié)約了大量的原材料，同時(shí)也縮短了生產(chǎn)周期。

　　2、干式切削工藝

　　干式切削就是在加工過程中不使用冷卻潤滑油的加工方法。這樣可以消除加工時(shí)切削液帶來的大量的污染問題，獲得潔凈無污染的切屑，節(jié)省了大量的切削液，同時(shí)也省去了處理切削液造成污染的大量費(fèi)用。

　　3、先進(jìn)的制造技術(shù)

　　采用先進(jìn)的現(xiàn)代制造技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)綠色制造的有效途徑。如精益生產(chǎn)(LP)、敏捷制造(AM)、虛擬制造(VM)和數(shù)字制造(DM)等。

　　4、噪聲的消減和控制

　　機(jī)械制造車間特別是鍛壓車間，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪聲是環(huán)境污染的一個(gè)大問題，因此必須對噪聲加以控制和消減。技術(shù)措施有：做好飛輪等剛轉(zhuǎn)體的動(dòng)平衡；在軸承和軸承座之間加彈性襯套，采用熱模鍛壓力機(jī)，淘汰蒸汽錘鍛壓力機(jī)；在壓力機(jī)產(chǎn)生噪聲的主要部位加蓋隔聲罩t采用具有油減震器的無沖擊模架等等。

　　5、綠色包裝的研究

　　綠色包裝是指采用對環(huán)境和人體無污染，可回收重用或可再生的包裝材料及其制品的包裝。首先必須盡可能簡化產(chǎn)品包裝，避免過度包裝。使包裝可以多次重復(fù)使用或便于回收。且不會(huì)產(chǎn)生二次污染。在重視環(huán)境保護(hù)的世界氛圍里，綠色包裝在銷售中的作用也越來越重要。

　　綠色包裝技術(shù)就是從環(huán)境保護(hù)的角度優(yōu)化產(chǎn)品包裝方案，使得資源消耗和廢棄物產(chǎn)生最少。綠色包裝技術(shù)主要研究包裝材料選擇、改進(jìn)包裝結(jié)構(gòu)和包裝廢棄物回收處理三個(gè)方面。

　　6、產(chǎn)品使用及其用后處置的研究

　　主要集中在延長產(chǎn)品的使用周期和減少使用中的能源浪費(fèi)及環(huán)境污染。面向節(jié)省能源的設(shè)計(jì)有利于減少產(chǎn)品使用中的能源浪費(fèi)及環(huán)境污染。德國聯(lián)邦環(huán)境署研究表明德國家庭和辦公室消耗的電力，至少有11%是披處于待機(jī)方式的設(shè)備消耗掉。美國能源部估計(jì)，美國每年要為待機(jī)的電視機(jī)和錄像機(jī)支付約10億美元的電費(fèi)。待機(jī)功耗已經(jīng)引起社會(huì)的廣泛醺視。因此在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段，對其使用造成的能源消耗問題應(yīng)給予足夠的重視。目前對家電類產(chǎn)品的待機(jī)功耗問題，人們已研究了新型開關(guān)電源和“綠色芯片”，它們以綠色設(shè)計(jì)為目標(biāo)，可以使許多電源在轉(zhuǎn)入閑置待機(jī)方式時(shí)功耗大大減少。

　　思想精髓

　　綠色制造涉及三部分領(lǐng)域的問題：一是制造問題，包括產(chǎn)品生命周期全過程；二是環(huán)境保護(hù)問題；三是資源優(yōu)化利用問題。

　　首先．綠色制造是“從搖籃到墳?zāi)?rdquo;的制造方式，它強(qiáng)調(diào)在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期的每一個(gè)階段并行、全面地考慮資源因素和環(huán)境因素，體現(xiàn)了現(xiàn)代制造科學(xué)的“大制造、大過程、學(xué)科交叉”的特點(diǎn)。綠色制造倡導(dǎo)高效、清潔制造方法的開發(fā)及應(yīng)用，達(dá)到綠色設(shè)計(jì)目標(biāo)的要求。這些目標(biāo)包括提高各種資源的轉(zhuǎn)換效率、減少所產(chǎn)生的污染物類型及數(shù)量、材料的有效回收利用等。

　　其次．綠色制造強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)制造過程的“綠色性”．這意味著它不僅要求對環(huán)境的負(fù)影響最小，而且要達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。

　　第三．綠色制造對輸入制造系統(tǒng)的一切資源的利用達(dá)到最大化。粗放式的能源消耗導(dǎo)致的資源枯竭是人類可持續(xù)發(fā)展面臨的最大難題，如何最有效地利用有限的資源獲得最大的效益，使子孫后代有資源可用是人類生產(chǎn)活動(dòng)亟待解決的重大問題。