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  • 绿色制造

    绿色制造,又称环境意识制造(Environmentally Conscious Mannufacturing)、面向环境的制造(Manufacturing For Environment)等。它是一个综合考虑环境影响和资源效益的现代化制造模式,其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中,对环境的影响(负作用)最小,资源利用率最高,并使企业经济效益和社会效益协调优化。绿色制造这种现代化制造模式,是人类可持续发展战略在现代制造业中的体现。

    编辑摘要

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    技术概述/绿色制造 编辑

    绿色制造绿色制造

    绿色制造,又称环境意识制造(Environmentally Conscious Mannufacturing)、面向环境的制造(Manufacturing For Environment)等。它是一个综合考虑环境影响和资源效益的现代化制造模式,其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中,对环境的影响(负作用)最小,资源利用率最高,并使企业经济效益和社会效益协调优化。

    绿色制造技术是指在保证产品的功能、质量、成本的前提下,综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式。它使产品从设计、制造、使用到报废整个产品生命周期中不产生环境污染或环境污染最小化,符合环境保护要求,对生态环境无害或危害极少,节约资源和能源,使资源利用率最高,能源消耗最低。传统的制造模式是一个开环系统,即原料-工业生产-产品使用-报废-二次原料资源,从设计、制造、使用一直到产品报废回收整个寿命周期对环境影响最小,资源效率最高,也就是说要在产品整个生命周期内,以系统集成的观点考虑产品环境属性,改变了原来末端处理的环境保护办法,对环境保护从源头抓起,并考虑产品的基本属性,使产品在满足环境目标要求的同时,保证产品应有的基本性能、使用寿命、质量等。

    发展趋势/绿色制造 编辑

    技术发展趋势

    当前,世界上掀起一股“绿色浪潮”,环境问题已经成为世界各国关注的热点,并列入世界议事日程,制造业将改变传统制造模式,推行绿色制造技术,发展相关的绿色材料、绿色能源和绿色设计数据库、知识库等基础技术,生产出保护环境、提高资源效率的绿色产品,如绿色汽车、绿色冰箱等,并用法律、法规规范企业行为,随着人们环保意识的增强,那些不推行绿色制造技术和不生产绿色产品的企业,将会在市场竞争中被淘汰,使发展绿色制造技术势在必行。

    绿色制造绿色制造

    1、 全球化——绿色制造的研究和应用将愈来愈体现全球化的特征和趋势 绿色制造的全球化特征体现在许多方面,例如:

    (1) 制造业对环境的影响往往是超越空间的,人类需要团结起来,保护我们共同拥有的唯一的地球。

    (2)ISO14000系列标准的陆续出台为绿色制造的全球化研究和应用奠定了很好的基础,但一些标准尚需进一步完 善,许多标准还有待于研究和制定。

    (3) 随着近年来全球化市场的形成,绿色产品的市场竞争将是全球化的。

    (4) 近年来许多国家要求进口产品要进行绿色性认定,要有“绿色标志”。特别是有些国家以保护本国环境为 由,制定了极为苛刻的产品环境指标来限制国际产品进入本国市场,即设置“绿色贸易壁垒”。绿色制造将为我国 企业提高产品绿色性提供技术手段,从而为我国企业消除国际贸易壁垒进入国际市场提供有力的支撑。这也从另外 一个角度说明了全球化的特点。

    2、社会化——绿色制造的社会支撑系统需要形成

    绿色制造的研究和实施需要全社会的共同努力和参与,以建立绿色制造所必需的社会支撑系统。

    绿色制造涉及的社会支撑系统首先是立法和行政规定问题。当前,这方面的法律和行政规定对绿色制造行为还不能形成有利的支持,对相反行为的惩罚力度不够。立法问题现在已愈来愈受到各个国家的重视。

    绿色制造绿色制造

    其次,政府可制定经济政策,用市场经济的机制对绿色制造实施导向。例如:制定有效的资源价格政策,利用经济手段对不可再生资源和虽然是可再生资源但开采后会对环境产生影响的资源(如树木)严加控制,使得企业和人们不得不尽可能减少直接使用这类资源,转而寻求开发替代资源。又如:城市的汽车废气污染是一个十分严重的问题,政府可以对每辆汽车年检时,测定废气排放水平,收取高额的污染废气排放费。这样,废气排放量大的汽车自然没有销路,市场机制将迫使汽车制造厂生产绿色汽车。

    企业要真正有效地实施绿色制造,必须考虑产品寿命终结后的处理,这就可能导致企业、产品、用户三者之间的新型集成关系的形成。例如:有人就建议,需要回收处理的主要产品,如汽车、冰箱、空调、电视机等,用户只买了其使用权,而企业拥有其所有权,有责任进行产品报废后的回收处理。

    无论是绿色制造涉及的立法和行政规定以及需要制定的经济政策,还是绿色制造所需要建立的企业、产品、用户三者之间新型的集成关系,均是十分复杂的问题,其中又包含大量的相关技术问题,均有待于深入研究,以形成绿色制造所需要的社会支撑系统。这些也是绿色制造今后研究内容的重要组成部分。

    3、集成化——将更加注重系统技术和集成技术的研究

    绿色制造涉及到产品生命周期全过程,涉及到企业生产经营活动的各个方面,因而是一个复杂的系统工程问题。因此要真正有效地实施绿色制造,必须从系统的角度和集成的角度来考虑和研究绿色制造中的有关问题。

    当前,绿色制造的集成功能目标体系、产品和工艺设计与材料选择系统的集成、用户需求与产品使用的集成、绿色制造的问题领域集成、绿色制造系统中的信息集成、绿色制造的过程集成等集成技术的研究将成为绿色制造的重要研究内容。

    绿色制造集成化的另一个方面是绿色制造的实施需要一个集成化的制造系统来进行。为此,文献提出了绿色集成制造系统的概念,并建立了一种绿色集成制造系统的体系框架:该系统包括管理信息系统、绿色设计系统、制造过程系统、质量保证系统、物能资源系统、环境影响评估系统等6个功能分系统,计算机通讯网络系统和数据库/知识库系统等2个支持分系统以及与外部的联系。

    绿色集成制造技术和绿色集成制造系统将可能成为今后绿色制造研究的热点。

    4、并行化——绿色并行工程将可能成为绿色产品开发的有效模式

    绿色设计今后仍将是绿色制造中的关键技术。绿色设计今后的一个重要趋势就是与并行工程的的结合,从而形成一种新的产品设计和开发模式绿色并行工程。

    绿色并行工程又称为绿色并行设计,是现代绿色产品设计和开发的新模式。它是一个系统方法,以集成的、并行的方式设计产品及其生命周期全过程,力求使产品开发人员在设计一开始就考虑到产品整个生命周期中从概念形成到产品报废处理的所有因素,包括质量、成本、进度计划、用户要求、环境影响、资源消耗状况等。

    绿色制造绿色制造

    5、智能化——人工智能和智能制造技术将在绿色制造研究中发挥重要作用

    绿色并行工程涉及一系列关键技术,包括绿色并行工程的协同组织模式、协同支撑平台、绿色设计的数据库和知识库、设计过程的评价技术和方法、绿色并行设计的决策支持系统等。许多技术有待于今后的深入研究。

    绿色制造的决策目标体系是现有制造系统TQCS(即产品上市时间T、产品质量Q、产品成本C和为用户提供的服务S )目标体系与环境影响E和资源消耗R的集成,即形成了 TQCSRE的决策目标体系。要优化这些目标,是一个难于用一般数学方法处理的十分复杂的多目标优化问题,需要用人工智能方法来支撑处理。另外,在绿色产品评估指标体系及评估专家系统,均需要人工智能和智能制造技术。

    基于知识系统、模糊系统和神经网络等的人工智能技术将在绿色制造研究开发中起到重要作用。如:在制造过程中应用专家系统识别和量化产品设计、材料消耗和废弃物产生之间的关系;应用这些关系来比较产品的设计和制造对环境的影响;使用基于知识的原则来选择实用的材料等。

    6、产业化——绿色制造的实施将导致一批新兴产业的形成

    绿色制造将导致一批新兴产业的形成。除了目前大家已注意到的废弃物回收处理装备制造业和废弃物回收处理的服务产业外,另有两大类产业值得特别注意:

    (1)绿色产品制造业

    制造业不断研究、设计和开发各种绿色产品以取代传统的资源消耗和环境影响较大的产品,将使这方面的产业持续兴旺发展。

    (2)实施绿色制造的软件产业

    企业实施绿色制造,需要大量实施工具和软件产品,如绿色设计的支撑软件(计算机辅助绿色产品设计系统、绿色工艺规划系统、绿色制造的决策系统、产品生命周期评估系统、ISO14000国际认证的支撑系统等),将会推动一类新兴软件产业的形成。

    国外现状

    绿色制造绿色制造

    国外不少国家的政府部门已推出了以保护环境为主题的“绿色计划”。1991年日本推出了“绿色行业计划”,加拿大政府已开始实施环境保护“绿色计划”。美国、英国、德国也推出类似计划。目前,在一些发达国家,除政府采取一系列环境保护措施外,广大消费者已热衷于购买环境无害产品的绿色消费的新动向,促进了绿色制造的发展。产品的绿色标志制度相继建立,凡产品标有“绿色标志”图形的,表明该产品从生产到使用以及回收的整个过程都符合环境保护的要求,对生态环境无害或危害极少,并利于资源的再生和回收,这为企业打开销路、参与国际市场竞争提供了条件。如德国水溶油漆自1981年开始被授于环境标志(绿色标志)以来,其贸易额已增加20%。德国目前已有60种类型3500个产品授予环境标志,法国、瑞士、芬兰和澳大利亚等国于1991年对产品实施环境标志,日本于1992年对产品实施环境标志,新加坡和马来西亚也在1992年开始实施环境标志。目前已有20多个国家对产品实施环境标志,从而促进了这些国家“绿色产品”的发展,在国际市场竞争中取得更多的地位和份额。

    国际经济专家分析认为,目前“绿色产品”比例大约为5-10%,再过10年,所有产品都将进入绿色设计家族,可回收、易拆卸,部件或整机可翻新和循环利用。也就是说,在未来10年内绿色产品有可能成为世界商品市场的主导产品。

    国内研究基础

    国内一些高等院校和研究院所在国家科委、国家自然科学基金会和有关部门的支持下对绿色制造技术进行了广泛的研究探索。

    机械科学研究院已完成了国家科委“九五”攻关项目--清洁生产技术选择与数据库的建立、机械工业基金项目--绿色设计技术发展趋势及对策研究。围绕机械工业中九个行业对绿色技术需求和绿色设计技术自身发展趋势进行了调研,在国内首次提出适合机械工业的绿色设计技术发展体系,同时还进行了车辆的拆卸和回收技术的研究。目前正在开展国家自然科学基金项目“环境绿色技术评价体系的研究”。以环境保护绿色技术评价体系为研究载体,将ETV评价技术导入机械制造业的绿色设计、绿色制造,建立制造业的绿色概念、描述方法和ETV评价体系。

    清华大学为创建绿色大学,已将绿色工程技术列为优先发展和支持项目,在美国“China Bridge”基金和国家自然科学基金会的支持下,已与美国“Texas Tech University”先进制造实验室建立了关于绿色设计技术研究的国际合作关系,对全生命周期建模等绿色设计理论和方法进行系统研究,取得一定进展。

    上海交通大学针对汽车开展可回收性绿色设计技术的研究,与Ford公司合作,研究中国轿车的回收工程问题;与内贸部中国物资再生利用华东分公司合作,撰写了“探讨中国汽车销售、维修、二手车交易及回收利用一条龙管理模式的可行性报告”;与法国柏林工业大学IWF研究所建立了合作关系,在废弃工业品回收方面展开了研究工作。

    合肥工业大学开展了机械产品可回收设计理论和关键技术及回收指标评价体系的研究。

    重庆大学承担了国家自然科学基金和国家863/CIMS主题资助的关于绿色制造技术的研究项目,主要研究可持续发展CIMS(S-CIMS)的体系结构研究、清洁化生产系统和体系结构及实施策略、清洁化生产管理信息系统等。

    华中理工大学、浙江大学、北京航空航天大学等高院校也开展了绿色制造技术研究。

    国内已形成了一支从事绿色制造技术研究的专业队伍,为我国发展绿色制造技术奠定了基础。

    相关技术/绿色制造 编辑

    绿色设计绿色设计

    纳米技术

    所谓纳米技术是一种微加工技术的极限。也就是通过纳米精度的“加工”来人工形成纳米大小的结构的技术。当物质被“粉碎”到纳米级细小并制成的“纳米材料”,不仅光、电、热、磁性发生变化,而且具有辐射、吸收、吸附等许多新特性,可彻底改变目前的产业结构。由于纳米技术导致产品微型化,使所需资源减少,不仅可达到“低消耗、高效益”的可持续发展目的,而且其成本极为低廉,其互相撞击、摩擦产生的交变机械作用力将为大减小,噪声污染会得到有效控制。运用纳米技术开发的润滑剂,既能在物体表面形成半永久性的固态膜,产生极好的润滑作用,得以大大降低机器设备运转时噪声,又能延长它的使用寿命。纳米材料涂层能大大提高遮挡电磁波和紫外线的性能。

    干式加工

    目前干式加工的主要应用领域是机械加工行业,如切削、磨削等。干式加工顾名思义就是加工过程中不采用任何冷却液的加工方式。干式加工简化了工艺、减少成本并消除了冷却液带来的一系列问题,如废液排放和回收等等。目前,国外已有严格的法规限制某些切削液的使用,在美国、德国等工业发达国家均大力倡导采用干式切削工艺。目前采用干式切削加工铸铁材料已无问题,采用陶瓷和CBN刀具,在高速和大进给量加工时,使热量很快聚集到刀具前端,使其呈红热状态,当工件被加热到一定温度时,其屈服强度减小,可获得较高的金属切除率。寻求最合适的干式切削刀具、工件和机床及其参数的最佳配合方式是目前的重点方向。

    绿色制造技术绿色制造技术

    热加工工艺模拟技术

    热加工工艺模拟及优化设计技术是应用模拟仿真、试验测试等手段,在拟实的环境下模拟材料加工工艺过程,显示材料在加工过程中形状、尺寸、内部组织及缺陷的演变情况,预测其组织性能质量,达到优化工艺设计目的的一门崭新技术。采用工艺模拟技术将数值模拟、物理模拟和专家系统相结合,可以确定最佳工艺参数、优化工艺方案,预测加工过程中可能产生的缺陷和防止措施,从而能有效控制和保证加工工件的质量。

    基于网络的敏捷制造

    敏捷制造,简称AM,就是灵活、快捷的生产制造。它是将柔性生产技术、高技能劳动力与灵活的管理集成为一体,对迅速变化的(和不可预测的)市场需求和时机能够作出快速响应的生产管理体系。它的特点是:把企业与客户、供应商有机地联系成一个整体、提高产品研发速度,降低开发成本,延长产品寿命周期、打破成本与批量的直接关系形式,快速交结,最大限度地调动发挥人的积极性和创造性、虚拟制造技术和网络技术相结合,做到分散网络化制造。

    近净成形技术和近无缺陷成形技术

    近净成形技术是指零件成形后,仅需少量加工或不再加工,就可用作机械构件的成形技术。近净成形制造技术包括铸造、焊接、塑性加工等,目前它正从接近零件形状向直接制成工件,即精密成形或净成形方向发展。这些工件有些可以直接或者稍加处理即可用于组成产品,这样就可以大大减少原材料和能源的消耗。近净成形通常与近无缺陷成形技术组合用于大批量生产。

    新型制造技术的不断涌现

    现在对制造技术本身来说,各学科、专业之间的界限已经不再那么明显,从产品的设计开始,直到产品的加工工艺、加工过程、质量检测、最后装配和包装,这些中间环节之间的界限已逐步走向淡化消失,逐渐趋向一体化,如现在CAD、CAPP、CAM的出现就使设计和制造成为一体。现在推出一种新型技术--快速原型零件制造技术(RPM),RPM技术是由 CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状的3维实体的技术,是机械工程、CAD、NC、激光、材料等多学科相互渗透与交叉的产物,其设计突破了传统加工技术,采用材料“去除”的原则,而采用“添加、累积”的原理,是制造技术的一次新的变革。代表性技术有分层实体制造、熔化沉积制造等。

    存在问题/绿色制造 编辑

    绿色制造存在问题绿色制造存在问题

    旧机床的更新与改造

    旧机床处理方面尤为突出问题是废旧或闲置设备回收和再利用率较差,许多工厂厂房内常见有满身锈迹废弃的旧设备,数控机床、加工中心、FMS、CIMS甚至网络加工等先进制造系统和大批的20世纪五六十年代的旧机床并存,改造和利用好这些旧设备是我们面临的课题;

    材料与能源的浪费

    机械制造业中能源和原材料的浪费现象较为明显,满地的切屑、小零件与油污,中国在由原料到产品所消耗的能源和原材料比美国和日本等先进国家高出数十倍之多;

    环境保护意识淡薄

    一些中小企业对环境的污染还比较严重;

    产品的回收利用率低

    长期以来我们沿袭的生产模式是:生产!流通!消费!废弃的开式循环,绿色制造提倡闭式循环的生产模式,即在原来的生产模式中增加一个“回收”环节,厂家在产品的设计和制造过程中要充分考虑回收问题。

    图书信息/绿色制造 编辑

    书 名: 绿色制造

    作者:美国卓越制造协会,赵道致,纪方译

    出版社:人民邮电出版社

    出版时间: 2010-1-1

    ISBN: 9787115219404

    开本: 16开

    定价: 35.00元

    内容简介/绿色制造 编辑

    绿色制造是企业实施可持续发展战略的一种生产方式。本书选自美国卓越制造协会(AME)《Target》杂志上有关环境和能源问题的文章和美国环保局(EPA)典型的案例研究,介绍了在生产过程中如何利用精益思想减少浪费、有效利用能源,如何在环境、健康与安全三方面实现协调平衡,以实现可持续发展并展示了现代制造业的前景。

    本书的读者对象是制造企业的管理人员、精益制造咨询机构的咨询人员,以及与可持续发展与循环经济相关的决策人员。

    图书目录/绿色制造 编辑

    第1部分改善流程

    第1章“生命”是我们的终极客户:从精益到可持续发展

    第2章精益制造与环境

    第3章可持续发展

    第4章逆向物流提供绿色效益

    第2部分明智地使用能源

    第5章更好的能源管理:当前的收获与长期效益

    第6章制造业中能源的前景(之一)

    第7章制造业中能源的前景(之二)

    第3部分美国环保局的案例研究

    第8章M公司的案例研究

    第9章百特医疗保健公司的案例研究

    第10章通用汽车公司的案例研究

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