绿色制造理论与技术
——机械CAD/CAM
摘要
绿色制造是 21 世纪的制造业可持续发展模式，是解决制造业资源消耗和环境污染问题，实现生态环境恶化源头控制的根本方法和关键途径之一。
我们在阅读大量论文的基础上，分析了国内外绿色制造的研究进展。目前，国外对绿色制造的研究投入较大。从国家重点实验室到国家研究中心，从全球知名高校到一些企业，均展开了较多研究，且互有合作，取得了较多成果。国内研究相对较晚，且主要集中在国内一批高等院校和科研院所，而各种企业对其投入力度却远远不够，一定程度上反映了中国企业环境意识的欠缺。
随着对绿色制造理论与技术的研究，绿色制造的发展趋势也趋向全球化、社会化、集成化、并行化、智能化、产业化和网络化等多元性的方向。其研究重点主要集中在绿色设计，绿色材料选择，绿色工艺方法和清洁生产技术，绿色包装和运输技术，绿色处理技术等。在平时的制造过程中，也会展开对绿色制造环境评价的研究，从源头上及全过程控制环境问题的产生。
最后，本论文列举了两个实例。介绍了重庆力帆汽车针对汽车制造过程中产生污染物，汽车生命终期处理采取的措施。重庆机床集团废旧机床再制造则充分利用现有的废旧机床资源，再制造出功能更强、性能指标更优并且节能节材、绿色环保的新机床。在采用绿色制造技术后，两家公司均取得了较好的有益效果。
关键词：绿色制造 可持续发展模式 多元趋势 终期处理 废旧机床再制造
The Theory and Technology of Green Manufacturing
Abstract
Green manufacturing is a model for sustainable development of manufacture in the 21st century. It is one of the method and critical path to solve the resource consumption and environmental pollution problems of manufacturing，and eventually control the source of the environment deterioration.
Currently, the overseas have already invested much capital in the research of green manufacturing. Such as some national key laboratory, National Research Center, famous universities and social enterprise, they all focus on the green manufacturing and many achievements were obtained. However, domestic research is relatively late and most of the researchers are higher teaching institutions and scientific research institutes. Litter work have been done by the social enterprise. The gap between us and foreign countries can be seen clearly.
With the theory and technology of green manufacturing developing, globalization, socialization, integration, parallelism, intelligent, industrialization and networked are the development trend of green manufacturing. The research will mainly focus on green design, green material selection, green process method and cleaner production technology, green packaging and transportation technology, green processing technology and so on. And the green manufacturing environment evaluation also will be done in the usual manufacturing process. It can control the environmental problems which .occur in the source and the whole process.
Key Words: green manufacturing; sustainable development; manufacturing environment evaluation
目 录
摘要................................................................................................................................. i Abstract .......................................................................................................................... ii
第1章 发展历程与研究进展...................................................................................... 1
1.1绿色制造的产生...................................................................................................... 1
1.2绿色制造的演进...................................................................................................... 1
1.3绿色制造的研究进展.............................................................................................. 3
1.3.1国外绿色制造的研究进展............................................................................ 3
1.3.2国内绿色制造的研究进展............................................................................ 4
第2章 未来发展方向和研究重点.............................................................................. 6
2.1绿色制造的发展趋势.............................................................................................. 6
2.1.1绿色制造研究和制造的全球化趋势............................................................ 6
2.1.2绿色制造研究和制造的社会化趋势............................................................ 6
2.1.3绿色制造研究和制造的集成化趋势............................................................ 7
2.1.4绿色制造研究和制造的并行化趋势............................................................ 7
2.1.5绿色制造研究和制造的智能化趋势............................................................ 7
2.1.6绿色制造研究和制造的产业化趋势............................................................ 8
2.1.7绿色制造研究和制造的网络化趋势............................................................ 8
2.1.8绿色制造研究未来将面向绿色制造战略环境评价的研究........................ 8
2.2绿色制造的研究重点.............................................................................................. 9
2.2.1绿色制造研究和制造将更注重绿色设计技术原则.................................... 9
2.2.2绿色制造研究和制造将更注重绿色材料选择原则.................................. 10
2.2.3绿色制造研究和制造将更注重绿色工艺方法和清洁生产技术.............. 10
2.2.4绿色制造研究和制造将更注重绿色包装和运输技术.............................. 10
2.2.5绿色制造研究和制造将更注重绿色处理技术.......................................... 11
2.2.6绿色制造研究和制造中的绿色机床技术的发展...................................... 11
2.2.7虚拟制造技术于绿色制造研究和制造的发展.......................................... 11
第3章 应用实例........................................................................................................ 13
3.1.汽车产业绿色制造应用实例——以重庆力帆汽车为例.................................... 13
3.1.1. 重庆力帆汽车绿色制造项目简介............................................................ 13
3.1.2．重庆力帆汽车绿色制造有益效果........................................................... 15
3.2.机床制造业绿色制造应用实例——以重庆机床集团废旧机床再制造为例.... 16
3.2.1. 重庆机床集团绿色制造项目简介............................................................ 17
3.2.2．重庆机床集团废旧机床再制造有益效果............................................... 19
第4章 个人感想........................................................................................................ 20
4.1.个人感想................................................................................................................ 20
4.2.个人感想................................................................................................................ 21
4.3.个人感想................................................................................................................ 21
4.4.分工说明................................................................................ 错误！未定义书签。
第5章 参考文献........................................................................................................ 23
第1章 发展历程与研究进展
“绿色制造”实际上是企业实施可持续发展战略的一种生产方式。绿色制造要求产品从研发、生产、包装、运输、使用直到报废处理的整个产品生命周期中,对环境的负面影响最小,资源利用效率最高,并使企业经济效益和社会效益形成一致。
1.1绿色制造的产生
制造业是创造社会财富的支柱产业,同时也是人类社会最大的污染源之一。如何使制造业减少资源消耗并尽可能少地产生环境污染是当前环境科学与制造科学研究的一个重要学科交叉领域。绿色制造是可持续发展战略在制造业中的体现,它是制造业的可持续发展模式,也是一种低能耗的生产制造模式,是现代企业发展的必由之路。然而,绿色制造概念产生以来,许多发达国家对绿色制造技术的研究,主要侧重在绿色制造的概念和理论的阐述及具体应用方面,而对绿色制造环境评价的研究就很少了,在我国对于绿色制造战略环境评价的研究也尚属空白。
制造业是将可用资源(包括能源)通过制造过程,转化为可供人们使用和利用的工业品或生活消费品的产业。它涉及到国民经济的大量行业,如机械、电子、化工、食品、军工等等。制造业是创造人类财富的支柱产业,是人类社会物质文明和精神文明的基础;但另一方面,制造业在将资源转变为产品的制造过程中以及产品的使用和处理过程中,消耗掉了大量人类社会有限的资源,同时产生废物(废物是制造资源中未被利用的部份,所以也称废弃资源),废物是制造业对环境污染的主要根源。由于制造业量大面广,因而对环境的总体影响很大,造成严重的环境污染。据统计,造成环境污染的排放物有70%以上来自制造业,它们每年约产生55亿吨无害废物和7亿吨有害废物。可以说,制造业一方面是创造人类财富的支柱产业,但同时又是当前环境污染的主要源头。
要想彻底解决制造业所带来的环境污染,就要求考虑产品整个生命周期对环境的影响,最大限度地利用原材料、能源,减少有害废物和固体、液体、气体的排放物,改进操作安全,减轻对环境的污染。因此,如何使制造业减少资源消耗并尽可能少地产生环境污染是当前制造科学面临解决的重大问题。于是一个新的概念——绿色制造(Green Manufacturing)由此产生。
1.2绿色制造的演进
绿色制造概念是以现代可持续发展理论为基础的,1996年美国制造工程师学会(SME)发表的关于绿色制造的专门蓝皮书(Green Manufacturing)中给出的绿色制造概念被理论界视为较为全面的定义,即:绿色制造实际上是企业实施可
持续发展战略的一种生产方式,其要求产品从研发、生产、包装、运输、使用直到报废处理的整个产品生命周期中,对环境的负面影响最小,资源利用效率最高,并使企业经济效益和社会效益一致。
制造业发展绿色制造是企业发展的方向,也是市场竞争、资源利用发展到一定阶段的产物。归纳起来,绿色制造演进经历了以下几个阶段:
(1)早期绿色制造发展战略思想(二十世纪50年代-70年代)
企业绿色制造起源于绿色发展战略,基础理论是可持续发展理论。在这个阶段,处在二战后各国努力恢复本国经济,世界经济复苏,各国工业化规模日渐扩大,生产过程中,人们为求发展规模,肆意开采资源与滥用资源的现象越来越多,对生产废料也缺乏有效的处理,导致许多国家和地区发生了严重的工业污染,造成了恶劣的影响,自20世纪50-60年代震惊世界的“八大公害”事件以来,西方学者、专家投入到环境问题的研究中,对现代可持续发展思想和理论形成了积极的影响。
(2)可持续发展与环境的初步融合(二十世纪70年代末-80年代)
1972年,联合国在斯德哥尔摩召开人类环境研讨会,会上针对保护环境与经济发展的关系提出和讨论了 “可持续发展”概念;1973年,美国经济学家舒马赫提出了小型化经济发展模式,认为小型化发展模式是保护环境的有效途径;1977年,美国环境经济学家佩奇在《环境保护与经济效率》一书提出:资源开发技术与环境保护存在不对称性;成立于1983年的世界环境与发展委员会,1987年正式提出可持续发展模式。
(3)从可持续发展到绿色制造发展雏形(20世纪90年代)
1992年6月,在巴西里约召幵的联合国环境与发展大会上提出并通过了全球的可持续发展战略-《21世纪议程》,标志着现代可持续发展理论的最终形成;1996年美国制造工程师学会(SME)发表了关于绿色制造的专门蓝皮书(Green Manufacturing),提出绿色制造概念;1996年国际标准化组织(ISO)提出了关于坏竟管理的ISO14000系列标准,推动了绿色制造研究的发展。
(4)绿色制造发展战略逐步走向成熟阶段(21世纪以来)
近年来,绿色制造及相关问题的研究非常活跃,特别是在美国、西欧、日本等发达国家和地区,对绿色制造及相关问题进行了大量的研究,例如,美国政府提出了可持续制造促进计划(Sustainable Manufacturing Initiative, SMI),并出台了可持续制造度量标准;欧盟第7框架计划设立了 “未来工厂(The Factories of the Future)"重大项目,开展新型生态工厂模型(New Eco-Factory Model)和绿色产品研发是其中的重要内容;日本公布《绿色革命与社会变革》的政策草案,提出至2015年将环境产业打造成日本重要的支柱产业和经济增长核心驱动力量。
1.3绿色制造的研究进展
“绿色制造"(Green Manufacturing,MG)是近几年来提出的一个新概念。由于它迎合了“可持续发展”这一全球关注的问题,所以,国内外对它广泛涉及的理论与实践问题,正在积极进行越来越深入的研究。
1.3.1国外绿色制造的研究进展
绿色制造,又称环境意识制造(Environmentally Conscious Manufacturing， ECM)、面向环境的制造(Manufacturing for Environment ,MFE)等。国际上有关绿色制造有关内容的研究可追溯到20世纪80年代，但比较系统的提出绿色制造的概念、内涵和主要内容的文献是美国制造工程师学会于1996年发表的关于绿色制造的专门蓝皮书《Green Manufacturing》,这可视作绿色制造研究的开始。1998年SME又在国际互联网上发表了绿色制造的发展趋势的网上主题报告,对绿色制造研究的重要性和有关问题又作了进一步的强调和介绍。绿色制造及其相关问题的研究近年来非常活跃。特别是在美国、加拿大、西欧等一些发达国家,对绿色制造及相关问题进行了大量的研究。
在美国,从一些国家重点实验室到国家研究中心,从东部海岸的麻省理工学院到西部海岸的Berkeley加州大学,大量的研究工作正在进行。如Berkeley加州大学不仅设立了关于环境意识设计和制造的研究机构,而且还在国际互联网上建立了可系统查询的绿色制造专门网页。卡奈基美隆大学的绿色设计研究所从事绿色设计、管理、制造、法规制定等的研究和教育工作,并与政府、企业、基金会等广泛合作。不少企业还以企业行为投入了大量研究,如1996年美国SME学会关于绿色制造研究的圆桌会议的大多数骨干是来自企业界的负责人或代表。美国AT&T公司还在企业技术学报上发表了不少关于绿色制造的研究论文。1997年底,美国乔治·华盛顿大学的一个专门小组,对2001—2030年新兴技术的预测,在其与制造领域有关的6项新兴技术中,绿色制造就是其中一项。美国国家科学基金会也对绿色制造中的相关问题的研究给予了高度重视和支持,如美国国家科学基金会1999年资助课题报告会(NSF Design & Manufacturing Grantees Conference)所报告的与绿色制造相关的研究课题就有十余项。在此届大会上,NFS设计与制造学部主任Martin一Vega博士在大会主题报告中还指出了未来制造业2000年面临的六大挑战性问题,环境相容性问题就是其中之一,而且指出目标就是减少制造过程中的废弃物和产品环境影响降到最低限度;随后,Martin一Vega博士又提出未来的“十大关键技术”,其中“废弃物最小化加工工艺”又是其中之一。
加拿大Windsor大学建立了环境意识设计和制造实验室(ECDMlab)和基于WWW的网上信息库,发行了International Journal of Environmentally Conscious Design and Manufacturing杂志。对环境意识制造中的环境性设计、生命周期分析(Life Cycle Analysis LCA）等进行了深入的研究。ECDMlab1995年开发了一套有关环境性设计的设计软件EDIT(Environmental Design
Industrial Template）。
在欧洲,国际生产工学会CIRP近几年每年均有不少论文对环境意识制造多生命周期工程等与绿色制造本质一致的问题进行了研究。英国CFSD(The Centre for Sustainable Design)对生态设计、可持续性产品设计等进行了集中研究,并开展了有关的教育工作,发行了The Journal of Sustainable Product Design杂志。
总之,绿色制造的研究正在国际上迅速开展。特别是近年来,国际标准化组ISO发布了有关环境管理体系的ISO14000系列标准,如ISO4001,ISO14040等后,推动着绿色制造的研究更加活跃和迅速发展。
1.3.2国内绿色制造的研究进展
我国对绿色制造的研究相对较晚,从90年代开始逐步重视可持续发展战略,并加紧绿色制造方面的研究,进入21世纪以后,我国加大了对绿色制造的研究,并逐渐向技术和操作层面推进。1994年7月,国务院发布《中国21世纪人口、环境与发展白皮书》将可持续发展战略首次作为国家层面重点发展战略; 2006年和2011年国家分别出台《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》、《国家“十二五”科学和技术发展规划》均明确提出在高端装备制造业方面积极发展绿色制造;2008年我国成立全国绿色制造技术标准化技术委员会(简称“绿标委” National Technical Committee 337 on Green Manufacturing Technology of Equipment Manufacturing Industry of Standardization Administration of China),负责装备制造业领域绿色设计方法、绿色制造工艺规划、绿色机加工工艺、自修复与再制造等共性技术领域的标准化工作;2012年科技部出台《绿色制造科技发展“十二五”专项规划》,规划提出发展和培育煤矿机械(包括液压支架控制阀、支架立柱等)关键零部件高效再制造技术与装备"],使绿色制造涉及行业更加具体,煤矿机械被列为绿色制造发展及实施的重点行业。
在我国,近年来在绿色制造及相关问题方面也进行了大量的研究,国内一批高等院校和科研院所(如重庆大学、清华大学、合肥工业大学、上海交通大学、华中理工大学、武汉科技大学、)也对绿色制造的理论体系、专题技术等都进行了大量的研究,取得了不少成果。
重庆大学是国内最早从事绿色制造研究的高等学校之一。在国际国内都有一定的影响,并且在这一领域取得了显著的成果。重庆大学绿色制造研究的一个显著特点是:从理论、方法、工程应用到参与国家立法,形成了一个系统体系。重庆大学在绿色制造领域承担和完成了包括国家863计划项目、国家自然科学基金项目等大量的科研课题;获得了国家级和部委省市级大量的奖励,其中包括国家科技进步奖2项和省部级科技进步奖4项;发表了大量的论文和专著。应邀在国际国内学术会议多次做有关绿色制造的学术报告。另外,国家863/CIMS主题将绿色制造作为重点跟踪领域之一,并将“现代集成制造系统网络”中的“绿色制造专
题”定在重庆大学主持。在国家立法方面,参与了《中华人民共和国资源综合利用法》的起草工作。
国家环保局于1996年1月批准成立了国家环保总局华夏环境管理体系审核中心,专门负责ISO14000系列标准的在我国的实施、培训工作以及同国际有关机构的交流。并建立了专门的网站中国环境管理体系认证信息网。ISO14000环境管理体系标准引起了我国众多企业的重视,根据最新统计,截至1999年9月2日,厦门ABB开关有限公司、上海高桥巴斯夫分散体有限公司、青岛海尔电冰箱股份有限公司等117家企业获得工5014000标准认证。
另外,清华大学还将绿色工程及其技术列为建设全国第一所绿色大学的关键研究课题。清华大学制造工程研究所在美国“China Bridge”基金和国家自然科学基金委员会的支持下,已经和美国德克萨斯理工大学先进制造实验室建立了国际合作关系,共同对绿色制造理论和应用技术进行深入的研究。
我国关于绿色制造的理论研究著作主要有:刘永涛(1997)的“从绿色管理的兴起看企业可持续发展”,曹华军(2004年)的“面向绿色制造的工艺规划技术研究”,刘飞(2005年)的“绿色制造的理论与技术”,李聪波(2011年)的《绿色制造运行模式及其实施方法》,王永靖(2008年)汽车制造企业绿色制造模式及关键支持系统研究朱拥(2003)的“企业绿色发展战略及体系研究”,吴作伦、陈金来(2008)的“机械制造业中绿色制造若干问题研究”等主要体现理论研究等,体现了我国绿色制造从理论研究阶段逐渐过渡到方案设计和操作层面上来。
国内研究院所、重点企业在国家科委、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。机械科学研究院承担国家科委“九五”攻关项目一清洁生产技术项目及绿色设计技术发展研究,在国内首次提出适合机械工业的绿色设计技术发展体系;清华大学与美国“Texas Tech University"先进制造实验室建立绿色设计技术研究的国际合作关系;上海交通大学与Ford公司合作,研究中国轿车可回收性绿色设计技术"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项目,主要研究可持续发展CIMS (S-CIMS)及清洁化生产管理信息系统等;中国工程院院士、装甲兵工程学院教授徐滨士成立了装备再制造技术国防科技重点实验室,积极开展再制造工程的研究中国机械工业集团公司、中国煤矿机械装备有限公司正在加紧研究绿色制造及评价体系建设。总的来说,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。
国内外关于绿色制造己进行了大量研究。一方面体现在关于绿色制造的认识问题,绿色制造涉及的政府行为,绿色制造的概念理论体系及并行运行模式等战略性研究和总体技术研究十分活跃;一方面,对绿色设计、绿色材料、绿色生产过程、绿色包装、绿色处理等专题技术的研究逐渐深入;最近,对绿色制造的技术支撑系统、应用支撑系统以及社会支撑系统的研究也成为绿色制造的热点。
第2章 未来发展方向和研究重点
2.1绿色制造的发展趋势
2.1.1绿色制造研究和制造的全球化趋势
绿色制造的全球化特征体现在以下几个方面：
（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，保护我们共同的唯一的生态圈；
（2）ISO 14000系列标准的陆续出台为绿色制造的全球化研究和应用奠基了很好的基础，但一些标准尚需要进一步完善，这些标准需要全世界的制造业在未来的发展中共同去发现和协商制定；
（3）随着近年国际化市场的扩张，绿色产品的市场竞争同属全球；
（4）近年来，许多国家对进口产品进行绿色化认定，制定了极为苛刻的产品环境指标来限制非绿色化产品的流通，这标志着制造业的立足之本除了产品绿色化外，还需全球化。
2.1.2绿色制造研究和制造的社会化趋势
绿色制造的研究和实施需要全社会的共同了努力和参与，以建立绿色制造所必需的社会支撑系统，具体体现如下几个方面：
（1）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力的支持，对相反行为的惩罚力度还不够，立法问题现在愈来愈受到各个国家的重视；
（2）政府可制定经济政策，用市场经济机制对绿色制造实施向导，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可再生资源但开采后会对环境产生影响的资源严加控制，使得企业和人们不得不尽可能的减少直接使用这类资源，转而寻求开发可替代的环保节能型的新型资源，犹如汽车的废气排放污染问题，对相关高排汽车进行法律或金钱限制，减少其销路，迫使制造商将制造核心放在绿色汽车上，促进绿色制造行业的新兴发展；
（3）企业要真正有效的实施绿色制造，必须考虑产品寿命终结后的处理，这就可能导致企业、产品、用户之间的新型集成关系，例如，有的产品需要厂家回收处理，如汽车、冰箱、空调、电视机等，用户只购买了使用权，而且企业拥有所有权，有责任进行产品报废后的回收利用处理；
（4）对于立法和行政规定问题、政府可制定经济政策、企业要真正有效的实施绿色制造需要协调进行，如何协调还需要深入研究，以形成绿色制造所需要的社会支撑系统。
2.1.3绿色制造研究和制造的集成化趋势
要真正有效的实施绿色制造，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，具体体现如下几个方面：
（1）当前，以下绿色制造的集成功能目标体系将成为绿色制造的重要研究内容：
①产品和工艺设计与材料选择系统的集成；
②用户需求与产品使用的集成；
③绿色制造的问题集成；
④绿色制造系统中的信息集成；
⑤绿色制造的过程集成化；
（2）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，为此绿色集成制造系统包括管理信息系统、绿色设计系统、制作过程系统、质量保证系统、物能资源系统、环境影响评估系统以及计算机通讯网络系统和数据库知识库等以及与外部的联系；
（3）绿色制造集成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。
2.1.4绿色制造研究和制造的并行化趋势
（1）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；
（2）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；
（3）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。
2.1.5绿色制造研究和制造的智能化趋势
（1）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[17]，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,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；
（2）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;运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。
2.1.6绿色制造研究和制造的产业化趋势
绿色制造的实施将导致一批新兴产业的形成，除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较多和对环境负面影响较大的产品,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、绿色制造决策系统、产品生命周期评估系统、ISO14000国际认证支撑系统等,将会推动新兴软件产业的形成。
2.1.7绿色制造研究和制造的网络化趋势
网络技术发展的成熟已成了多个行业不可缺少的部分，网络技术的发展给制造业带来了新的变革,敏捷制造、动态联盟等思想在网络的支持下得以实现；绿色制造将制造的范畴和空间都进行了扩展,是一种全球化的制造模式,这迫切需要网络的支持绿色制造系统的动态性和适时性,确保绿色制造系统目标的实现。
2.1.8绿色制造研究未来将面向绿色制造战略环境评价的研究 （1）绿色制造概念产生以来,许多发达国家对绿色制造技术的研究,主要侧重在绿色制造的概念和理论的阐述及具体应用方面,而对绿色制造环境评价的研究就很少了,在我国对于绿色制造战略环境评价的研究尚属空白；
（2）环境、资源、人口是当今人类社会面临的三大主要问题；特别是环境问题,其恶化程度与日剧增,正在对人类社会的生存与发展造成严重威胁；随着对环境问题的深入研究,人们己经认识到必须从环境问题产生的根源入手,才能从根本上解决环境问题；
（3）环境影响评价(EIA)是在调查研究的基础上,识别、预测和评价该行动可能带来的影响,并在行动之前制定监测、减轻、消除负面影响的措施的一种方法手段；我国的环境影响评价制度的建立和实施,对于推进产业合理部局和企业的优化选址,预防开发建设活动可能产生的环境污染和破坏,发挥了不可替代的积极作用；
（4）从战略的层次对绿色制造进行环境影响评价,从而通过绿色制造消除或降
低因战略缺陷造成的环境影响,从源头上及全过程控制环境问题的产生。从而实现社会经济与环境的协调、健康、稳定地发展。
2.2绿色制造的研究重点
2.2.1绿色制造研究和制造将更注重绿色设计技术原则
设计阶段是产品生命周期的源泉。传统设计的出发点是“为制造而设计”、“为产品的功能而设计”，很少考虑产品的消耗、资源的回收再利用以及对环境的影响。绿色设计就是将绿色产品的要求作为设计约束的一部分，从可持续发展的高度审视产品的整个周期强调在产品开发阶段按照全生命周期的观点进行系统性的分析和评估，优化各种有关设计因素，使得产品及其制造过程对环境的总体影响和资源消耗降到最小，提倡无废物、可回收设计技术，是绿色制造技术的核心。 德国、英国、曼彻斯特大学及通用塑料公司都从绿色设计角度出发制定了设计准则，涉及产品结构、标签、连接方式等几个不同方面，做到先开发一个概念，再具体和细化设计阶段，保证所开发产品与绿色设计准则协调一致。（绿色设计准
图2.2-1绿色设计准则图
2.2.2绿色制造研究和制造将更注重绿色材料选择原则
绿色材料选择是一个系统性和综合性很强的复杂问题。选择材料不仅满足产品的功能、质量、成本等方面的要求，而且还要使其在整个生命周期内，有利于降低能耗，环境负荷最小。所以，在绿色制造时材料的选择应着重从以下几个方面考虑:
（1）减少所选用材料的种类。尽量选用较少的材料种类，不仅可以简化产品结构，有利于机械的生产、运输、管理，而且可以在相同的产品数量下，可以得到更多的某种回收材料；
（2）选用新型生态环境材料。使用新型生态环境材料，具有良好的使用性能和较高的资源利用率，在保证产品使用要求情况下，可以减少原材料在提炼加工过程中对环境的污染，是材料产业发展的主要方向；
（3）选用可自然降解或可回收的材料。使用可回收的材料不仅可以降低资源的消耗，减小成本，同时可以使可降解材料在降解过程中起净化环境的作用；
（4）选用无毒材料。有些材料中含有重金属元素，在使用过程中给人体和环境都会严重危害和污染。
2.2.3绿色制造研究和制造将更注重绿色工艺方法和清洁生产技术
工艺设计方法应尽量避免一些会产生危害作用和危害物质的方法，尽量避免采用产品在废弃后难以处理的工艺技术。减小产品工艺过程中环境影响的第一步，是尽量采用最合适的技术和设备，满足产品生产工艺的需求。工程和设计人员，应采用化学的、生物的、物理的方法，降低生产过程中得环境影响。
在机械加工中，铸造、焊接、热处理、冲压锻造、表面处理等过程存在废气、废渣及其他污染物排放的问题。实施清洁生产技术，谋求生产过程废料最少化，降低机械加工能源消耗，从而降低生产成本，是机械加工制造今后的一个主要发展方向。
2.2.4绿色制造研究和制造将更注重绿色包装和运输技术
从环境保护的角度出发，优化产品的包装和运输，避免过度包装，使包装可以多次重复使用或便于回收，在满足产品的保护、方便、销售等功能的前提下，废弃物的产量最小，从而提高企业的经济效益。
产品生命周期的长短有时取决于产品的运输技术。采用绿色运输技术，在保证产品生命周期的同时也确保了产品的使用性能，因此产品在运输过程中应考虑一下几个方面：
（1）选择能耗低、能源利用率高的运输设备；
（2）减少运输中大气污染物的排放；
（3）采取措施确保运输中产品不被化学材料污染；
（4）运输中选择合适的路线，仔细运输，避免碰撞，溅洒或产品裸露，造成产品污染。
目前，国内机电产品使用的主要包装材料是瓦楞纸板、木材和塑料，但由于纸板强度低、木材的不可再生性及塑料的不可降解性，国家经贸委已将蜂窝纸板作为我国出口货物的理想包装材料而进行推广。
2.2.5绿色制造研究和制造将更注重绿色处理技术
在传统观念中，产品使用寿命结束后，就再也没有使用价值了。实际上，产品在报废后若不回收处理，既是对废弃的产品中有用部分的一种浪费，也是对环境的污染。产品寿命终结后，可根据再使用、再利用、废弃等各种不同的方案进行分析评估，确定出最佳的回收处理方案，进而以最少的成本代价，获得最高的回收价值。通过做到效益最大化、重新利用零部件尽可能多、废弃部件尽可能少使产品废弃真正达到“绿色废弃”。
2.2.6绿色制造研究和制造中的绿色机床技术的发展
从整个机床生命周期去审视，如何减少对环境冲击，节能减排，就成为机床绿色化的发展趋势和所追求的目标。
绿色机床应具有的特点是：
（1）机床主要零部件由再生材料制造；
（2）机床的重量和体积减少50%以上；
（3）通过减轻移动部件质量、降低空运转功率等措施使功率消耗减少 30%~40%；
（4）使用过程的各种废弃物减少50%~60%，保证基本没有污染的工作环境；
（5）报废机床的材料接近100%可回收。
2.2.7虚拟制造技术于绿色制造研究和制造的发展
虚拟制造技术可以看作是CAD CAM技术集成化发展的最高层次。CAD/ CAM为虚拟制造技术的实现提供了较为成熟的技术,虚拟制造技术又超越了CAM技术。但目前我国对虚拟制造技术的研究基本是在原有CAD CAM及仿真技术的基础上进行的,系统全面的研究尚未真正展开。随着发达国家机床制造企业技术更新速度的不断加快,要解决这些问题,应结合国情消化和吸收国外的先进设计理论和制造手段。虚拟制造作为一种软件技术,从根本上讲就是利用计算机生产出“虚拟产品”,改变以往系统对制造资源的依赖性,允许更改和快速重定义虚拟模型,并提供一个包括环境、信息、合作机制、通信及知识等三维可视化及交互式沉浸环境。虚拟制造技术的应用使得设计人员可以通过计算机来模拟和评估产品的功能及可加工性等方面存在的问题。企业可以利用虚拟制造技术灵活地进行资源配置和生产安排。
它在企业中的应用可以为企业带来很多效益。虚拟产品设计可以提高设计质量、优化产品性能,缩短设计周期。虚拟产品制造可以提高制造质量,优化工艺过程,缩短制造周期。目前,我国虚拟制造技术的研究刚刚起步,还处于国外的理论消化与国内环境的结合上,重点研究方向是进行产品的三维虚拟设计、加工过程仿真和产品装配仿真,以及研究如何生成可信度高的产品虚拟样机,使在产品设计阶段能够以较高的置信度预测所设计产品的最终性能和可制造性。随着研究的不断深入和相关技术的发展,虚拟制造必将在绿色制造中得到日益广泛的应用。
第3章 应用实例
3.1.汽车产业绿色制造应用实例——以重庆力帆汽车为例 随着汽车产业的不断发展，汽车为人类社会的进步带来极大的贡献。但是另一方面,汽车制造产业及其相关产业消耗了大量的不可再生资源以及可再生资源。汽车产业在为人类带来巨大的物质财富和极大的便利的同时也对我们赖以生存的生态环境带来了极大的破坏。随着国家对环境的重视，绿色制造的思想在汽车产业中的应用也越来越多。在汽车产业中逐渐发展起来的绿色制造技术有绿色设计技术、清洁生产技术、基于云制造的制造资源优化技术、汽车生命终期处理技术以及绿色评价技术。下面以吉林大学郭天一的研究成果在力帆汽车股份有限公司的实践情况做简要的介绍。
3.1.1. 重庆力帆汽车绿色制造项目简介
针对郭天一在汽车产业绿色制造方面的研究内容,重庆力帆汽车进行了相关的初步应用,搭建了围绕汽车制造的全生命周期主线,其中的关键技术已经得到了应用,并搭建了相应的支持系统。力帆在绿色制造的应用主要体现在清洁生产技术、汽车生命终期处理技术等方面,并建立了相关的处理方案。冲压、焊装、涂装以及总装是汽车制造过程中主要的四个关键工序,这几个工序所产生的三废是制造过程中很重要的一步。其中,在涂装工序中,力帆集团对废液的处理充分利用了清洁生产技术,对其进行绿色处理,其处理流程如图3-1所示。
图3-1 力帆汽车制造涂装工序废液绿色处理流程
汽车产品完成其使命后,对其处理方式的恰当与否是十分关键的,其生命终期处理方式的科学与否,会直接造成资源的浪费及环境的影响,在这方面,力帆汽车的处理方案是采用三个步骤进行处理,分别是分解、循环以及终极处理。在本绿色制造框架模型中,也有相应的步骤包含在其中,如报废、回收以及再制造等步骤,如图3-2所示。
图3-2 力帆汽车生命终期处理流程
在汽车制造过程中,包含有复杂的制造工艺流程,在这个过程中会产生大量的三废和噪声等污染物，以及资源的浪费,所以需要我们在清洁生产方面提出一个切实可靠的方案来有效地解决或者缓解这个问题。力帆汽车针对这个问题也采取了相应的对策来进行改善生产过程的绿色性,提出了一系列针对改善其制造过程中绿色性的相关问题的措施,其相关的具体改善措施如下表3-1所示。
表3-1 力帆汽车清洁生产处理方案
3.1.2．重庆力帆汽车绿色制造有益效果
在运用绿色制造技术之后，力帆汽车在各方面均取得了不错的效果，主要表现在以下几个方面。
（1）制造时间方面,采用了绿色制造技术后的力帆汽车股份有限公司的车辆整车制造时间得到了大大的缩短。
（2）产品质量方面,采用了本文提出的绿色制造技术后的力帆汽车股份有限
公司的产品质量得到了提高。
（3）制造成本方面,采用了本文提出的绿色制造技术后的力帆汽车股份有限公司的制造成本较以前降低了 7%。
（4）产品结构得到升级,其产品的研发、生产、销售周期得到了大大的缩短,
（5）企业的生产效率得到极大的提高,企业的生产能力得到了更好的优化配置。
（6）产品的质量得到了提高，并多方面的降低了生产成本。
（7）绿色设计技术、清洁生产技术以及其他绿色制造技术的实施有力的提高了企业对制造资源的利用率。
3.2.机床制造业绿色制造应用实例——以重庆机床集团废旧机床再制造为例
机床再制造是一种新型的制造模式，它是在废旧机床资源循环利用的基础上充分运用绿色制造技术、信息技术、数控及自动化技术和其它先进制造技术等高新技术的一种新型的制造模式。机床再制造指的是通过对废旧机床进行可再制造性评估，对达到要求的废旧机床进行拆卸及创新性再设计进而进行再制造、再装配的过程。机床再制造的目标是充分利用现有的废旧机床资源，再制造出功能更强、性能指标更优并且节能节材、绿色环保的新机床，并对其进行规模化生产，从而实现现有机床性能的跨越式提升以及对资源的循环利用。其工艺过程如图3-3所示。
图3-3 机床再制造工艺过程图
3.2.1. 重庆机床集团绿色制造项目简介
下面我们以重庆机床集团废旧机床再制造为例进行说明。
1、废旧机床环境友好性改进
在再制造机床上安装油雾分离装置、切屑回收装置、机床防护罩装置、机床降噪改进装置等，从而提高机床再制造后的环境友好性能。
（1）油雾分离器及切屑回收系统的使用
在高速切削条件下，加工会产生大量的油雾，对车间造成严重的环境污染。因此，需要在再制造机床上安装油雾分离器，对机床加工过程产生的油雾进行分离，不仅可以减少环境排放，有效改善车间环境，保持车间操作人员身体健康，同时还可将机油分离出来，达到循环再利用。如图3-4所示为油雾分离器安装在滚齿机上。
图3-4 油雾分离器安装在滚齿机上
另外，大量的油污被粘附在工件和铁屑中带走，由于铁屑体积小，数量大，总的表面积很大，而且通常铁屑形状不规则，有利于油污的吸附，因此铁屑带走的油污量很大。但在一般情况下，这个问题并没有得到重视，大量油污混在铁屑中带走，最终造成环境污染，因此需要对铁屑和油雾进行分离。具体的实施过程可以考虑在再制造机床上增加先进的切屑回收系统，用于分离铁屑与油污，一方面有利于铁屑的回收，另一方面又可以减少铁屑中废液的环境污染问题。
（2）机床的防护罩装置
机床再制造实施过程中，对废旧机床加装半/全防护罩可有效减少润滑油、切削液、金属废屑的飞溅，保持车间生产环境的干净整洁，减少环境排放。
同时，
也可将噪声的强度减小。
（3）机床降噪
机床在加工运行过程中，往往产生较大噪音。这些噪音的来源主要有：切削和空转噪音。特别是，废旧机床经过长年的加工，其关键零部件磨损比较厉害，由此产生的噪声比新机床运行时的噪声更大。对废旧机床实施降噪改善，主要从两个方面入手：首先，对与机床空转直接相关的机床结构进行优化，如采用交流伺服驱动或全变频无级调速的传动系统，都能达到减少空转噪音的效果；然后，对于切削过程产生的噪音，可通过对机床加装防护罩，来达到减少噪音的效果。
2、废旧机床再制造节能性提升
对废旧机床进行节能技术的提升，需对其能量消耗特性进行详细的分析。一般来说，机床空载时的能耗较大，是影响机床能量损失的最主要因素。因此，在满足机床有效转速和输出功率的指标要求下，最大限度地缩短机床的传动链结构，由此来减少机床的能量损失，提升其节能特性。
3、废旧机床的信息化提升
现代制造业车间层信息化正向深度和广度方向进一步发展，而废旧机床通过数控技术提升后，信息化提升方面仅限于数控程序的上传与下达，远远不能满足 机床对信息化功能的需求。针对这些问题，开发成功废旧机床再制造多功能信息 化提升装置，使其向上能与车间设备层信息化系统连接，向下可实现机床状态信 息的实时采集，从而实现废旧机床的信息化提升。综上所述，对 C616 废旧机床进行再制造，对其损伤零部件进行表面修复与再加工，同时在环境友好性、节能性及信息化等几个方面对其进行再制造综合提升，改善再制造机床性能水平。再制造前后的 C616 车床对比，如图3-5所示。
图3-5 机床再制造与提升前后的车床
3.2.2．重庆机床集团废旧机床再制造有益效果
同样，在废旧机床进行再制造后，其在许多方面取得了良好的综合效益。
1、再利用原废旧车床的床身、底座、主轴箱等铸件部件，资源循环利用率按重量计达 85%以上，比制造新机床节能 80%以上，并减少大量环境排放，而且由于机床机械部分具有耐久性，性能稳定，特别是床身、立柱等铸件，时效越长，性能越好，再制造后的机床性能更加稳定，可靠性更好；
2、再制造机床比新购机床节约成本 50%以上，且机床性能超过原有旧机床，有利于低成本地实现我国量大面广的落后机床装备能力的跨越式提升，我国现有八十年代及以前的设备约 250 万台，蕴含着上千亿的市场空间，产业前景非常广阔；
3、通过数控化功能提升，提高了机床的生产效率，扩大了工艺范围，提高了加工质量；通过将专用于机床的车间设备层信息化系统等装置安装于再制造机床上进行信息化功能提升，实现车间无纸化生产作业、制造过程状态信息采集、信息交互、设备监控及控制以及与设计、制造、管理等信息系统的综合集成等功能；
4、采用机床功率监控技术、机床传动链优化技术、变频调速优化控制技术以及其他先进技术实现机床的节能化提升，节能 20%以上；通过加装油雾分离器，油雾排放减少 90%以上；通过安装防护罩等措施实现了操作者保护，车间工作环境得到改善，减少粉尘排放 85%左右，噪声、油雾、润滑油污染等大为减少。
第4章 个人感想
4.1.个人感想
经过几天的查找论文，筛选内容，整理材料，最终统稿，终于把“绿色制造理论与技术”的论文完成了。虽然是第一次接触绿色制造理论与技术，但是从“绿色”二字还是可以看出其方向的。为了更好的完成这篇论文，在查找资料之前，我还是让其他成员先通过网络熟悉“绿色制造”这个概念，如果对概念都不熟悉，查论文就不知道从何入手。
曾经就听过一个说法，若是看某一方面的论文100篇，就能成为这方面的专家，虽然有点夸张，但是在阅读几篇论文后，确实自己对绿色制造有了不少新的认识。绿色制造从字面看就是更加绿色环保的去制造东西，深层次的意思是：绿色制造要求产品从研发、生产、包装、运输、使用直到报废处理的整个产品生命周期中,对环境的负面影响最小,资源利用效率最高,并使企业经济效益和社会效益形成一致。绿色制造这个概念产生也就六七十年的样子，与其他许多新技术一样，它最先由外国人提出，经过许多年之后才引入中国。并且国外已经将其应用到实际生产制造中去了，而中国却未有什么好的效果。中国企业往往追求的都是经济效益，而忽略了制造过程中对环境产生的巨大危害，导致现在许许多多的环境问题。我们从一些图片或者视频上可以很明显的看到中国企业与外国企业环境的巨大差异，在我的印象中，中国的厂房总是显得特别阴暗，特别脏，而外国工厂往往明亮整洁，像科幻电影中的场景一样。这并不是崇洋媚外，这是事实。我们的确实有很多地方不如人家。
在这几天，“中国制造2025”是一个很热的话题，说明了国家对制造业投入力度的加大。这也就意味着在之后很长一段时间内制造将会蓬勃发展，而与之相关的一些概念必然会相应的得到发展，“绿色制造”肯定会是其中之一。再加上国家之前提出过的可持续发展战略，节能减排思想，许许多多的企业将会进行技术提升，将绿色制造的概念真真切切应用到时间生产中。在当今社会，一个企业要想有立足之地，必须要跟上时代，顺应潮流,“绿色环保”正是现在制造业的一个主基调。因此国家也会投入更多的力量在绿色制造已有技术与新技术的研究中，国外许多技术已经相当成熟，我们不能总是循着他们的脚步前进，我们应该有自己的技术创新，我们可以预见绿色制造在今后的巨大前景。
4.2.个人感想
经过查阅大量关于绿色制造理论与技术的相关资料，了解其历史发展，研究现状和可能的发展趋势，深刻的理解了绿色制造的内涵以及其对于全球制造业的重要意义，明白了只要绿色制造的提倡，才能实现资源的可持续发展，将我国可持续发展战略落到实处，且对于我国，科学技术的发展必将由制造业领军，唯有提升我国制造行业的新兴景象，是我国科技处于世界之林，我国的国际地位才能提高，中华民族才能实现伟大复兴，而对于以前盲目发展的时代已经过去，面对严峻的未来，我们应该有计划地去发展，健康绿色的去发展制造业，才是我们国家应该走的长远之路，绿色制造也需要我们每个人去支持，坚持把环境、能源问题作为己任，从小事做起。对于我们机械设计专业的学生，对产品进行绿色设计才是我们要实现的目标，无论如何，机械制造业的绿色化已成为趋势。这次作业不仅仅是教会我们如何去查阅论文，如何去写论文，更多的是让我们明白如何去关注国家的技术行业的发展趋势，了解国家需求，从而可以让我们建立为国家奉献自己的远大抱负，做一个有理想，有志气，爱国的当代青少年，懂得如何运用我们的智慧去发展我国的制造业，中国的未来靠我们这一代，中国的制造业正在向绿色化挺进，我们则应该是坚强的后盾。
4.3.个人感想
通过大量查阅绿色制造理论与技术方面的文献，在了解了绿色制造的发展历程、研究现状以及未来的发展方向与研究重点后，不难发现在大力建设环境友好型社会、可持续发展型社会的今天，绿色制造是人类社会可持续发展的必然需求,具有重大社会效益。绿色制造是人类可持续发展战略在制造业的体现,它考虑环境和资源既要满足经济发展的需要,又使其作为人类生存的要素之一而直接满足人类长远生存的需要,从而形成了一种综合性的发展战略。显然绿色制造的研究具有重大的社会效益。绿色制造也将是21世纪企业取得显著经济效益的机遇。实施绿色制造,最大限度的提高资源利用率,减少资源消耗,可直接降低消耗,从而直接降低成本;同时,实施绿色制造减少或消除环境污染,可减少或避免因环境问题引起的罚款及其它问题;并且,绿色制造将全面改善或美化企业员工的工作环境,有助于提高员工的主观能动性和工作效率;特别是未来的市场是绿色产品的市场;因此绿色制造对企业是一种机遇。
作为一名机械专业的学生，学习掌握绿色制造相关的知识将有助于我们在今后的工作中取得一定的发展空间与优势，绿色制造是时代发展变化过程中的一种必然趋势，在能源紧张、资源短缺的当今社会，如何使资源利益最大化，绿色制造给了我们很大的启示。我们知道制造业是创造社会财富的支柱产业,是人类生存发展必不可少的产业之一，同时也是人类社会最大的污染源之一。如何去控制制造所产生的污染、实现废物的再利用并进一步实现可持续性发展，这正好符合绿色制造的条件。因此，研究开拓绿色制造相关的理论技术并发展壮大，将绿色
制造切实普及到人们的日常生活中这是时代赋予我们新一代制造专业人士的责任与义务，作为一名制造专业的学生我觉得我们非常有必要在学习课堂正常制造理论方面知识的同时去博览群书、走进工厂切身体会制造业的发展现状，通过理论知识的学习与掌握去探讨绿色制造的发展空间以及如何去更好的发展绿色制造、创新绿色制造的理论，怎样才能使绿色制造更好的服务于全世界。
第5章 参考文献
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