浅析制造业绿色生产技术

　　我国制造业的高速发展导致了资源、能源、环境生态以及可持续发展等方面的许多问题。特别是在机械制造工业中与资源(含能源)和环境密切相关的原材料开采方式、使用方法以及对制造装备设计、零件材料的合理选取等问题，一直受着人们关注，但尚未完全解决。因此，材料的合理使用、管理及整个产品的设计、制造和使用过程按照可持续发展目标，统一在节约资源和防止污染的绿色生产意识之下，乃是本世纪我国制造业的一项主要战略任务。

　　制造业的迅猛发展，对自然资源造成极大污染和浪费，在国内机械制造领域中随处可见，因而绿色生产技术的推广，宜从防止生态环境污染、节约资源两方面出发，充分考虑产品的生命周期从零件材料选取直到设计、制造、管理使用和回收等各个方面，提高产品零部件及其材料的可更新率、可回收率和可重用率。

　　机械制造业的生产模式

　　分析我国制造业的现状，可归纳为如下两种生产模式。

　　(1)传统生产模式

　　目前，机械制造业大多数采用传统生产模式，是一个开环生产系统。社会财富主要通过掠夺自然资源累积起来，从原材料到机械设备的整个生产过程及其生命周期如图1所示。

　　图1 传统生产模式

　　传统生产模式的典型特征是从自然界获取资源，经提炼后成为各种工程材料。在此过程中大量废气、废水和残余杂质等污染性物质进入环境。在毛坯成型过程中同样存在大量污染问题。对产品设计一般还需投入大量的人力物力，在产品的制造过程中，不仅有大量的废物归于自然，而且由于生产制造中缺乏柔性，造成了设备资源利用上的严重浪费。在产品使用过程中噪声、废气、废物等的污染问题仍然是破坏环境的主要因素。特别是在部件和设备损坏后，往往成为废弃物造成资源的极大浪费，同时许多有毒有害及无法回收的材料，对环境及主宰环境的人也会造成极大的伤害。

　　(2)绿色生产模式

　　绿色生产模式是一种闭环生产系统，如图2所示。它是一种清洁生产方式和废弃物循环利用的生产模式。欲达到这种生产模式，就必须从原料开采到产品报废的整个产品生命周期对材料的回收、利用、处理等全部过程进行考虑。诸如在冶炼时考虑废气、废水的彻底净化，在材料选择时要详细考虑到产品报废时的材料回收重用及处理之类的问题。在绿色生产模式中这些问题可通过特定的工艺手段和技术措施对整个过程中的每个环节逐一安排解决。比如在零件的设计和制造中标注出它们材料类型和回收方式的代码，便于成组归类处理，实施科学管理，做到有效地利用资源。

　　图2 绿色生产过程

　　绿色生产中主要阶段的模式

　　(1)材料选用及绿色材料选择模式

　　长期以来，由于人们在产品设计中的材料选择上过多地考虑了材料的性能和作用而忽视了其对环境的影响，因而在产品的制造和使用中对环境产生了极大的危害，并且也由于较少考虑到材料的回收及循环利用等问题，致使产品成为废品后的回收利用率很低，造成了资源的严重浪费以及对环境的污染。为此，怎样选择材料、选择何种材料是实现绿色产品设计和制造的一个关键。

　　解决传统加工中的材料选择问题，就是使用绿色材料(Green Material)，即选材时在满足设计要求的基本性能外，尽量选择加工中无污染或少污染且易回收的材料，以减轻对环境的压力，着环境的恶化和人们环保意识的增强，这方面的要求将越来越突出。图3为选择工业材料时应考虑的问题。

　　图3 绿色生产中的材料选择

　　(2)产品设计及绿色设计模式

　　传统设计方式的出发点是“为制造而设计”、“为产品的功能而设计”，很少考虑产品的消耗、资源的再生与利用以及对环境的影响。绿色设计的着眼点是将“为生产而设计”和“为环境而设计”两者紧密相连，综合地考虑了产品的可行性及回收性。绿色设计是绿色生产中至关重要的一环在这个阶段就应考虑产品生命周期全过程的无污染资源低耗和回收性好和对环境的适应性等问题。绿色设计中我们至少应考虑到如下几个问题：

　　① 产品的简化

　　复杂的产品结构将导致生产工艺、产品运输及管理上的复杂化，还将造成生产、时间和材料上更多的浪费。因此在设计时，尽量简化那些仅仅起装饰作用的部件，尽量使用多功能部件来简化产品结构，做到既节省原材料，又减少浪费和环境污染。

　　② 工艺方法

　　工艺设计应尽量避免一些会产生危害作用和产生危害物质的方法，尽量避免采用那些零件再生使用时材料难处理的工艺方法。例如，镀层或涂复层的金属难于处理，高分子材料在燃烧时会产生有毒气体，电镀时产生含铬(或其它金属)的电镀液也会严重污染环境等。所以在绿色设计中考虑的工艺方法就要注意到产品零件在废弃后带来难处理的工艺问题，从而减少对环境的影响及材料的浪费。

　　③ 产品的可拆卸性

　　产品设计时，不仅要考虑零件易于装配，在结构设计中还要考虑零部件设计的可拆卸性，应选用易于连接与分离的方式来代替传统的连接方式( 如改焊接结构为嵌接结构等)，以保证拆卸过程中所要求重用或回收的零件能安全分离，毫无损伤。若拆卸性不好，将造成产品中能回收重复利用的零部件减少，或可能造成零部件的拆卸费用大于零部件的回收价值，使回收变得得不偿失。因此，综合各种因素，无需增加任何成本，在设计阶段时考虑到产品的可拆卸性是完全必要的。

　　④ 回收再利用

　　回收再利用设计就是在产品设计时就充分考虑产品报废后能回收再利用。实现回收再利用工程，其核心内容要做到原材料的循环使用和零部件的再利用。设计人员在产品开发和设计阶段就综合考虑零部件及材料回收再利用的可能性和可行性回收价值分析、回收处理方法、回收结构工艺性和回收再制造系统模式等问题，以达到材料资源充分有效利用、环境负面影响最小的绿色设计目的。

　　一般废弃产品的回收处理可以分为图4所示的几个层次，即整台产品整修翻新后重用;零部件整修翻新后的重用;材料回炉重新熔炼后再用。显然回收利用的经济效益大小如同上述层次的叙述顺序。无法利用被掩埋的材料纯属资源浪费，至于被焚烧掉的，还可以作为能源被再次开发使用。一般来说，经过产品零部件的回收再利用可使产品成本下降10%～30%左右。

　　图4 绿色生产模式中的回收利用方式

　　⑤ 产品远输方便性

　　在不减少产品任何功能、不增加其成本的情况下，产品设计时注意到运输的方便性也是至关重要的，因为运输方式的复杂和运输过程中的不当之处可能造成产品损坏报废。

　　总之，设计阶段考虑环境问题，提高资源利用率控制与减少废物排放的总量，不但可以解决环境问题还可以提高经济效益。

　　(3)制造工艺及绿色制造模式

　　在现阶段，许多产品的生产，基本上仍沿用以消耗资源为特征的生产方式，机械制造过程中，自动化和先进制造技术采用程度的不高，不但浪费了大量的原材料，产品质量难以保证，使废品率提高，而且还会带来环境的污染。净化环境和减少污染的要求日益严格，使绿色制造过程日趋重要，它将成为本世纪制造业的一个特征标志。目前我国的资源尚不丰富，并且环境污染问题又非常突出，我国制造业不仅要解决生产过程中的污染和资源浪费问题，更重要的是为社会提供在全生命周期内没有污染、节约资源的各类产品。图5所示是绿色生产中的内容及其分层结构，其中涉及的各项制造技术，目前已得到应用，有必要引起关注和重视。

　　图5 绿色生产中的内容及其分层结构

　　(4)管理和绿色管理模式

　　为开创经济与环境协调发展的途径，绿色管理模式也是不容忽视的。在管理方面，政府已颁布和推行必要的质量标准和法规条文，迫使一些企业采取必要的措施来减少废物的产生，并对环保业提出了以预防为主、防治并重的新要求。现有的ISO14000系列的环境管理体系标准，也是着眼于提高绿色管理水平来达到提高经济效益和减少环境污染的目的。

　　目前，各企业也根据自己的实际情况，推出一系列环境保护措施，图6就是环境管理方面的一种Plan-Do-Check-Action的管理模式，它是贯彻绿色管理的一种有效方式，可根据企业中环保措施的实施结果，不断改进，予以完善。

　　图6 绿色管理模式

　　结论

　　面向环境和生态的绿色生产是现代工程设计的一种发展趋势。我国的资源并不丰富，环境污染问题已非常突出，推行绿色生产技术是一个非常迫切的课题，况且绿色设计和绿色制造是一个比较新的理念，目前还没有形成一个比较系统、比较完整的设计制造规范和理论体系。这就需要我们先从产品材料的选择、产品的设计、制造、管理等各个方面综合来考虑，促进绿色生产技术的发展。