实施绿色机械加工的基本程序与途径

    1．引言?

    20世纪60年代以来，随着世界经济飞速发展和人口爆炸性增长，地球环境加速恶化，资源日趋枯竭，生态环境受到严重破坏，危及到人类的生存和发展。制造业是全社会消耗资源、污染环境的一个重要方面，据统计，制造业每年约产生55亿吨无害废物和7亿吨有害废物，其污染物排放量占总量的70%以上。传统的环境治理方法主要采用过程末端治理（End of Pipe），但存在诸多弊端，如部门分割、增量发展、成本高昂、经济效益恶化、科技惰性等，难以从根本上实现环境保护与治理。为了从源头上治理环境污染，在宏观上必须遵循热力学第二定律，在中观上必须采用工业生态学原理，在微观上必须实施清洁生产和绿色制造。?

    据美国工业有害废物来源统计表明：金属加工业占工业有害废物来源的5%，在各污染源中名列第4位。传统机械加工的资源利用率不高，对环境污染严重，损害人体健康。因此，开发和应用绿色机械加工技术是企业贯彻可持续发展战略的必由之路。

    2.绿色机械加工的内涵?

    在企业生产力构成中，制造技术的作用约占60%。作为制造业的基础环节，机械加工能否实现“绿色化”，对于实现绿色制造、清洁生产和可持续发展起着举足轻重的作用。绿色机械加工是在企业内部贯彻可持续发展战略和实施绿色制造的微观体现，它是在保证产品功能、质量的前提下，实现整个机械加工过程的优质、高效、低耗及清洁化，使企业效益与社会效益协调优化。实施绿色机械加工可提高资源利用率，降低对环境的危害和负面影响，改善机械加工时的人—机友善性，提高机械加工生产率，提高产品质量，降低制造成本，改善机械加工柔性，实现机械加工整体最优化。?

    3．实施绿色机械加工的基本程序?

    实施绿色机械加工通常有5个基本程序：预审→评审→方案优选→方案实施→持续绿色机械加工，其核心内容是机械加工过程评审和绿色机械加工方案优选两个基本环节。?

    4．绿色机械加工过程评审及方案优选?

    4.1 绿色机械加工过程评审?

    绿色机械加工过程评审是对机械加工过程的现状及废物流、能流等进行调查了解、诊断认识的过程。评审时，根据加工系统特点及其投入、产出关系，确定企业机械加工过程及加工系统中存在的“非绿色部位”。通过对机械加工过程及加工系统进行深入、客观的现状审核、分析研究以及对物料平衡和能流的分析，阐明机械加工过程及各加工单元的功能状态和特性，特别是有关加工过程中资源利用转化、能源物料消耗、废物产生排放的现状及差距。在机械加工过程评审的基础上，针对系统中存在的差距，围绕机械加工过程中原材料投入、加工工艺及设备、生产运行管理、产品和废物内部循环等环节，对可能的节能、降耗、减污部位进行分析，寻找并确定可削减废物、提高能效、提高效率、降低成本等的潜在因素。这些可能因素包括：①原材料替代和复用（或综合利用）；②实施技术革新，对工艺流程设备进行改造；③加强运行与维护管理；④调整产品结构，产品报废回用及再生。上述各因素仅表示对机械加工过程进行优化的一种可能性，是制定绿色机械加工方案时需要考虑的一个方面，因此并不等同于实施绿色机械加工的具体措施。?#p#分页标题#e#

    4.2 绿色机械加工方案优选?

    绿色机械加工方案的优选是按照绿色机械加工评价方法，对加工方案的技术性、经济性和环境性进行评估。

    机械加工方案的技术性主要包括加工时间、加工柔性和加工质量。加工时间是指产品加工时间要短，效率要高；加工质量是指加工过程中产品所能达到的精度；加工柔性是指加工系统适应外部和内部环境变化的能力，加工柔性越高越好。?

    机械加工方案的经济性包括硬件和软件两方面。硬件包括基础设施、设备、原材料、能耗、劳动力、切削液以及废物处理费用等；软件包括员工培训、保健费用以及各种应用软件。经济性是产品生产过程中必须考虑的重要因素，一个加工方案若不具备企业可接受的成本水平，就不具备实际可行性，从而不可能给企业带来效益。?

    机械加工方案的环境性主要包括节能、降耗、环保、劳保四方面内容。节能是指在生产过程中能源消耗最少；降耗是指在生产过程中资源利用率最高，废物排放量最小；环保是指在生产过程中产生的环境污染最小；劳保是指在生产过程中确保生产者安全，对人体健康损害最小。?

    根据对方案技术性、经济性、环境性的评估结果，即可推荐可具体实施的机械加工方案，要求所推选的方案与国内外同类方案相比具有先进性，并在本企业生产中具有适用性和可实施性，可获得显著的环境和经济效益。对于推荐方案应编制可行性分析报告，供主管单位组织专家论证。如在评估过程中未找到可行方案，就必须返回重新进行预审、评审程序。当确定的方案实施完毕后，应及时总结经验，找出缺陷与不足，然后再开始新一轮绿色机械加工的改进，即实现持续绿色机械加工。

    5．实现绿色机械加工的主要途径?

    按照实施绿色机械加工的基本程序，确定了机械加工过程和加工系统中的“非绿色部位”，就可以按照选定方案实施绿色机械加工。实施绿色机械加工的主要途径为网络化、信息化和柔性化。?

    （1）网络化?

    制造的网络化，特别是基于Internet/Intranet的制造已成为重要的发展趋势。作为机械制造重要基础的绿色机械加工也需要大力推进网络化。通过企业局域网将各个分散的加工中心、数控设备等联接起来，可便于机械加工控制中心对整个加工进程进行总体监控，同时还可与企业中的工程设计系统、管理信息系统等各子系统实现集成，便于优化决策。?

    （2）信息化?

    绿色机械加工的追求目标是实现整体最优化加工，即从系统的观点出发，全面考虑企业和整个社会的综合成本，综合分析不同的材料、零部件、设备等加工因素，优化选择冷却方式、冷却介质及用量、加工参数等，确定最合理的加工方案，以实现加工时间少、生产效益高、环境污染小、综合成本低的目标。信息化是实施绿色机械加工的关键要素及有效手段。为实现整体最优化加工，需要建立加工设备、切削刀具、切削液、切削用量、工件材料、环境、能源等相关资料的机械加工数据库，采用有限元法、神经网络、人工智能等先进技术对各种绿色机械加工方法（如高速切削、干切削、硬切削、MQL等）进行建模、仿真、虚拟加工和决策，并通过Intranet与企业的其它数据库系统互联共享，实现并行设计与生产。?

    （3）柔性化?

    现代生产方式已由大批量、单一品种生产逐渐转变为小批量、多品种生产，要求生产企业能够根据市场变化作出敏捷反应，快速适应市场需求。绿色机械加工的柔性包括机器柔性、工艺柔性、运行柔性和扩展柔性。加工系统应能实现快速重构，对新产品开发及产品更新换代具有快速响应能力，以最小成本和最短时间适应加工任务及环境的变化。?#p#分页标题#e#

    6．结论?

    （1）实施绿色机械加工的基本程序步骤为：预审→评审→方案优选→方案实施→持续绿色机械加工。?
    （2）按照实施绿色机械加工的基本程序对整个机械加工过程进行评审，可找出企业实行绿色机械加工的机会，进而制订出可削减资源消耗、减少生产过程有毒物质使用、降低各种废弃物排放、提高生产效率、降低综合成本的加工方案。?
    （3）通过实施绿色机械加工的基本程序，可核实加工过程中资源、能源和环境污染的相关资料，确定废弃物的来源、数量及类型，制定废弃物削减目标及有效的废弃物控制对策，判定影响企业生产效率的瓶颈部位和管理不善之处，进而实现绿色机械加工。?
    （4）实现绿色机械加工的基本途径为网络化、信息化和柔性化。