前言：尋找寫(xiě)作靈感？中文期刊網(wǎng)用心挑選的實(shí)行機(jī)械產(chǎn)品制造過(guò)程低碳化轉(zhuǎn)型的分析與研究，希望能為您的閱讀和創(chuàng)作帶來(lái)靈感，歡迎大家閱讀并分享。

摘  要：結(jié)合我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r，提出了大力發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)與低碳制造的新思路。針對(duì)實(shí)行機(jī)械產(chǎn)品制造過(guò)程低碳化轉(zhuǎn)型的社會(huì)需求，全面系統(tǒng)地從低碳設(shè)計(jì)、低碳選材、低碳工藝技術(shù)、低碳管理、低碳后處理及再制造等五個(gè)方面說(shuō)明了實(shí)行低碳化轉(zhuǎn)型過(guò)程與方法，本文對(duì)制造業(yè)低碳化的進(jìn)程具有一定的推動(dòng)作用。

關(guān)鍵詞：機(jī)械產(chǎn)品  低碳制造  低碳化轉(zhuǎn)型

    引言

    進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)制造業(yè)以25%的年平均增長(zhǎng)速度迅猛發(fā)展，使制造業(yè)增加值占GDP三分之一左右[1-2]。在取得卓越成就的同時(shí)，我國(guó)制造業(yè)仍存在諸多問(wèn)題，其中產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)處于高能耗期、能耗強(qiáng)度和能源效率不高、節(jié)能技術(shù)不夠成熟尤為突出，這與我國(guó)當(dāng)前的傳統(tǒng)能源依存程度高、節(jié)能減排技術(shù)偏低、能源利用率低、生產(chǎn)過(guò)程管理漏洞較多等現(xiàn)象密不可分。據(jù)中科院調(diào)查顯示，我國(guó)能源利用率僅為美國(guó)的26.9%、日本的11.5%。“十二五”規(guī)劃提到，堅(jiān)持把經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略性調(diào)整作為加快轉(zhuǎn)型經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的主攻方向。2009年11月26日，我國(guó)政府正式向外宣布控制溫室氣體的排放目標(biāo)，決定到2020年單位生產(chǎn)總值二氧化碳排放相對(duì)2005年下降40%—50%[3]。這樣，在國(guó)內(nèi)外高度重視能耗問(wèn)題的大環(huán)境下，伴隨我國(guó)制造業(yè)節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展等觀念逐步加強(qiáng)。作為中國(guó)能源消耗大戶的機(jī)械制造業(yè)，迫切需求一種降低機(jī)械產(chǎn)品制造過(guò)程中排放的新制造模式來(lái)貫穿整個(gè)生產(chǎn)制造過(guò)程——機(jī)械產(chǎn)品制造過(guò)程低碳化模式。它是機(jī)械制造業(yè)緊跟國(guó)際低碳制造浪潮，滿足可持續(xù)發(fā)展要求必經(jīng)之路。

    一、實(shí)行低碳化轉(zhuǎn)型的體系結(jié)構(gòu)

    機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程從狹義理解是指從原材料投入到成品出產(chǎn)的全過(guò)程，通常包括工藝過(guò)程、檢驗(yàn)過(guò)程、運(yùn)輸過(guò)程、等待停歇過(guò)程和自然過(guò)程。從廣義理解是企業(yè)范圍內(nèi)全部生產(chǎn)活動(dòng)協(xié)調(diào)配合的運(yùn)行過(guò)程，除上述過(guò)程外還包括原材料投入之前的設(shè)計(jì)、購(gòu)買(mǎi)、產(chǎn)品出廠后的售后服務(wù)等。要實(shí)行機(jī)械產(chǎn)品制造過(guò)程低碳化必須從其各個(gè)環(huán)節(jié)入手。

    二、低碳設(shè)計(jì)

    低碳設(shè)計(jì)以高效率利用資源為出發(fā)點(diǎn)，使產(chǎn)品制造過(guò)程的不良影響降到最小，其面向?qū)ο笥蓚鹘y(tǒng)的人、僅注重功能屬性、忽略對(duì)環(huán)境的影響上升到集產(chǎn)品性能、功能、質(zhì)量、壽命、成本、環(huán)境于一體的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和理念，使低碳設(shè)計(jì)貫穿于產(chǎn)品的構(gòu)思、選材、制造、使用、報(bào)廢和回收利用等過(guò)程。實(shí)現(xiàn)從“搖籃到再現(xiàn)”的循環(huán)[4]。其特點(diǎn)主要有:⑴體現(xiàn)低碳設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)者利用創(chuàng)造原理，充分發(fā)揮創(chuàng)新思維，建立在低碳設(shè)計(jì)理論之上；(2)面對(duì)產(chǎn)品生命周期設(shè)計(jì)，分析在設(shè)計(jì)，生產(chǎn)使用，再利用等過(guò)程對(duì)環(huán)境影響；(3)強(qiáng)調(diào)創(chuàng)造原理和程序化思考；(4)超前性，先進(jìn)性和綜合性，從不同角度突出低碳設(shè)計(jì)的優(yōu)越性，有助于縮短新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，形成新的設(shè)計(jì)方法和思路[7]。

    2.1低碳設(shè)計(jì)方法

    ⑴逆向設(shè)計(jì)法 相對(duì)正向設(shè)計(jì)而言，其設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是采用逆向思維利用事物對(duì)立面，從產(chǎn)品的原理、大小和屬性進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)的創(chuàng)新方法。①簡(jiǎn)化產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和拆卸過(guò)程。如減少零部件和緊固件數(shù)量，采用易于拆卸的連接方式。②極小化產(chǎn)品體積、質(zhì)量和極大化采用新原理、新技術(shù)和新材料。如使產(chǎn)品輕、薄、短小化，材料少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，壽命長(zhǎng)等。③提高廢舊產(chǎn)品回收利用率，如對(duì)全塑汽車(chē)的回收利用。

    ⑵生命周期設(shè)計(jì)法 是指從原料生產(chǎn)、產(chǎn)品生產(chǎn)，經(jīng)過(guò)包裝、運(yùn)輸、銷(xiāo)售、使用至回收利用及處理所涉及各個(gè)階段的總和。以預(yù)防污染、節(jié)約資源為核心，把環(huán)境與資源效益分析方法應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品功能性、成本性和環(huán)境性相協(xié)調(diào)，確保環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益最佳。

    ⑶并行工程設(shè)計(jì)法 集計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、管理和質(zhì)量保證等為一體，實(shí)現(xiàn)信息集成、信息共享和過(guò)程集成，是實(shí)行機(jī)械產(chǎn)品低碳設(shè)計(jì)的新模式和新方法，綜合考慮設(shè)計(jì)中的各方面因素，隨時(shí)在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行信息交流和反饋，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)式設(shè)計(jì)過(guò)程多因素、多目標(biāo)的全局最優(yōu)化[5]。

    ⑷虛擬設(shè)計(jì)法 采用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成具有視、聽(tīng)、觸等多種感知的人工媒體空間，也稱(chēng)人工虛擬環(huán)境。利用虛擬觀察技術(shù)可分析現(xiàn)階段工作，并預(yù)測(cè)對(duì)下一階段的影響，以便設(shè)計(jì)人員及時(shí)了解機(jī)械產(chǎn)品的三維建模及加工裝配過(guò)程。使產(chǎn)品設(shè)計(jì)從三維到二維轉(zhuǎn)化，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)精度，減少制造過(guò)程中不必要的材料浪費(fèi)，對(duì)提高產(chǎn)品加工速度和保證其質(zhì)量具有重要意義。

    2.2低碳設(shè)計(jì)原則

    ⑴資源利用最佳原則 在選用資源時(shí)，從可持續(xù)發(fā)展觀念出發(fā)，充分考慮資源的再生能力及跨時(shí)段配置問(wèn)題，不能因資源不合理選用而加劇枯竭危機(jī)；設(shè)計(jì)時(shí)，最大化的利用產(chǎn)品在整個(gè)生命周期內(nèi)所使用的資源。

    ⑵能耗、污染最小原則 選用能源類(lèi)型時(shí)，盡可能選用能代替汽油等不可再生的二次能源，優(yōu)先考慮太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生的清潔能源；設(shè)計(jì)時(shí)，力求降低產(chǎn)品在整個(gè)生命周期中的能源消耗和因轉(zhuǎn)化為震動(dòng)、噪音、熱輻射等的能源浪費(fèi)，遵循“預(yù)防為主，治理為輔”的低碳設(shè)計(jì)理念及環(huán)保策略。

    ⑶生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益最佳原則 在考慮產(chǎn)品所創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益同時(shí)，還需從可持續(xù)發(fā)展觀點(diǎn)出發(fā)，考慮其行為對(duì)生態(tài)和社會(huì)所造成的損失，從而取得最佳的生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益。

    三、低碳選材

    低碳材料是指在繼承傳統(tǒng)意義上的具有良好使用性能和經(jīng)濟(jì)性基礎(chǔ)上，對(duì)資源和能源消耗少，生態(tài)環(huán)境污染少，可再生或可降解率高，保證產(chǎn)品在制造的生命周期內(nèi)與環(huán)境協(xié)調(diào)共存的新型材料。其主要特征有：具有良好的使用性能，使用的舒適性和綠色特征。這樣，充分考慮材料的研究，應(yīng)用和環(huán)保，資源，能源與發(fā)展之間的平衡協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

    選材的低碳化應(yīng)考慮以下內(nèi)容：首先，優(yōu)先選用可再生、可循環(huán)利用、可降解和易回收的材料；其次，優(yōu)先選用以低碳環(huán)保、節(jié)約能源和環(huán)境兼容性好為基礎(chǔ)的材料，從而提高能源資源利用率，節(jié)約能源資源；再次，優(yōu)先選用低能耗，無(wú)或少污染、無(wú)毒無(wú)害和無(wú)輻射的材料，盡可能減少產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的破環(huán)。此外，還應(yīng)少用短缺或稀有原材料，盡量多用廢材、余料或回收材料以及新型材料[6]。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

    四、低碳工藝技術(shù)

    隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，不可再生能源資源被大量利用，給未來(lái)制造業(yè)帶來(lái)了危機(jī)，為實(shí)行能源資源的可持續(xù)發(fā)展，當(dāng)務(wù)之急是開(kāi)發(fā)出資源節(jié)約型的工藝技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)技術(shù)。低碳工藝技術(shù)是以傳統(tǒng)工藝技術(shù)為基礎(chǔ)，以節(jié)約成本、合理利用資源、降低環(huán)境污染為目標(biāo)，結(jié)合材料科學(xué)，控制技術(shù)，表面技術(shù)等新技術(shù)的先進(jìn)工藝技術(shù)[7]。因此，分析與研究低碳工藝技術(shù)具有重要意義，其內(nèi)容包括以下兩個(gè)：

    4.1低碳機(jī)床加工技術(shù)

    ⑴高速?gòu)?fù)合機(jī)床加工工藝 由于較高的切削速度和進(jìn)給速度以及較短的換刀等輔助時(shí)間，可同時(shí)滿足高效率、高精度和低碳化的要求。通過(guò)一次性加工就能獲得高質(zhì)量的加工表面，顯著提高了加工效率和質(zhì)量，滿足了機(jī)械制造行業(yè)品種多、批量大、投資少的要求。

    ⑵干加工機(jī)床 在機(jī)床的干切削加工過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的切削熱，對(duì)機(jī)床外形和加工精度都有影響，因此，采用適合該加工工藝的機(jī)床來(lái)避免機(jī)床的熱變形，保證工件加工精度。對(duì)該類(lèi)機(jī)床有以下要求：首先，設(shè)計(jì)機(jī)床結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)完全熱對(duì)稱(chēng)，并配置隔熱系統(tǒng)和循環(huán)冷卻系統(tǒng)；其次、為順利排屑，應(yīng)盡量使床身成立軸式、傾斜式或V字形，設(shè)計(jì)機(jī)床底座及防護(hù)時(shí)，應(yīng)保證鐵屑能快速且全部流出；再次，設(shè)計(jì)床身蓋板時(shí)，可采用雙層壁結(jié)構(gòu)以對(duì)其隔熱。

    4.2低碳切削加工工藝技術(shù)

    （1）高速干切削加工工藝技術(shù) 高速干切削能有效提高加工速度、縮短加工時(shí)間、帶走在切削過(guò)程中產(chǎn)生的大部分熱量，有效地減少切削液的使用。此外，還能提高產(chǎn)品加工精度和表面質(zhì)量，避免或減少磨削過(guò)程。具有生產(chǎn)效率高、加工質(zhì)量好、無(wú)環(huán)境污染等特點(diǎn)，具有很大的發(fā)展?jié)摿Γ俏磥?lái)切削加工發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，對(duì)發(fā)展低碳工藝具有推動(dòng)作用。

    （2）風(fēng)冷卻切削技術(shù) 將從供給源來(lái)的空氣經(jīng)除濕器除去水分后送到冷卻器直至冷卻到零下30℃，最后經(jīng)絕熱管從風(fēng)嘴將冷風(fēng)送至切削部位[8]。風(fēng)冷卻切削可顯著降低切削溫度提高刀具耐磨性和使用壽命，既提高工件表面加工質(zhì)量，又完全無(wú)排放。相信隨著加工工藝技術(shù)不斷發(fā)展，風(fēng)冷卻技術(shù)會(huì)有廣闊的應(yīng)用前景。

    （3）優(yōu)質(zhì)清潔表面技術(shù) 隨著機(jī)械產(chǎn)品使用的廣闊性，對(duì)其表面耐磨性要求也越來(lái)越高，優(yōu)質(zhì)清潔表面技術(shù)——自泳涂裝。與傳統(tǒng)的電泳涂裝相比，它為水分散體系，不含有機(jī)溶劑，具有節(jié)能、節(jié)材，涂膜均勻，耐蝕性優(yōu)良等特點(diǎn)，屬無(wú)污染生產(chǎn)工藝。目前，在機(jī)械制造業(yè)得到推廣和應(yīng)用，獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

    （4）先進(jìn)刀具技術(shù) 刀具技術(shù)是提高切削加工工藝技術(shù)的基礎(chǔ)，其發(fā)展涉及到刀具材料和刀具的結(jié)構(gòu)技術(shù)，可分別提高刀具性能和工件的加工精度，在設(shè)計(jì)刀具的集合參數(shù)和結(jié)構(gòu)時(shí)，還應(yīng)滿足切削時(shí)對(duì)斷屑和排屑的要求，目前對(duì)刀具三維曲面斷屑槽研究和設(shè)計(jì)制造技術(shù)趨于成熟，能有效地提高切屑折斷能力和控制對(duì)切屑的流動(dòng)方向。

    五、低碳管理

    低碳管理是集低碳價(jià)值觀、低碳技術(shù)、低碳設(shè)計(jì)、清潔生產(chǎn)、低碳認(rèn)證等為一體的全新的管理模式。主要包括：

    ⑴完整的低碳管理體系 系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化是機(jī)械制造企業(yè)低碳管理的發(fā)展趨勢(shì)，其內(nèi)涵及具體措施有：健全的監(jiān)督管理體系、完善的環(huán)保法制、制造過(guò)程對(duì)資源消耗和環(huán)境影響的評(píng)估體系、強(qiáng)大的資金和技術(shù)支持以及企業(yè)積極申請(qǐng)ISO14000等綠色認(rèn)證體系。

    ⑵高效的生產(chǎn)模式 從產(chǎn)品的使用性質(zhì)來(lái)看，可分為專(zhuān)用性的定制產(chǎn)品和通用性的市場(chǎng)產(chǎn)品。其中定制環(huán)節(jié)浪費(fèi)的資源占所耗資源的很大一部分，并影響所產(chǎn)生的環(huán)境排放和資源消耗。因此，企業(yè)可使用大規(guī)模定制生產(chǎn)模式。根據(jù)產(chǎn)品多樣性和統(tǒng)一性，來(lái)分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的相似性與通用性，分類(lèi)后產(chǎn)品可轉(zhuǎn)化或部分轉(zhuǎn)化為批量生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)零部件數(shù)量最小化，高效利用資源[6]。

    ⑶低碳設(shè)備管理 隨著機(jī)械行業(yè)生產(chǎn)設(shè)備不斷更新，企業(yè)環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)，低碳設(shè)備倍受親睞。低碳設(shè)備管理是相對(duì)于傳統(tǒng)設(shè)備而言的一種新的理念和技術(shù)。以探索最少的資源消耗和環(huán)境保護(hù)，使設(shè)備工作狀態(tài)最佳為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理的功能、環(huán)境保護(hù)和資源利用等集成化[9]。

    低碳制造的數(shù)據(jù)庫(kù)與知識(shí)庫(kù) 是指為實(shí)行制造過(guò)程低碳化而提供數(shù)據(jù)和理論支撐的資源系統(tǒng)。包括低碳設(shè)計(jì)、低碳選材、低碳加工工藝、低碳管理、低碳后處理及再制造等內(nèi)容。只有這樣，才能充分地將低碳制造理念和技術(shù)貫徹實(shí)施，滿足不同企業(yè)對(duì)不同產(chǎn)品的制造要求，而且，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)和知識(shí)庫(kù)進(jìn)行更新、管理和維護(hù)[10]。

    六、低碳后處理及再制造

    機(jī)械產(chǎn)品制造過(guò)程的后處理主要包括產(chǎn)品的包裝，維護(hù)和回收。其中低碳包裝是指能循環(huán)復(fù)用、再生利用或易降解腐化，在產(chǎn)品整個(gè)使用周期中對(duì)環(huán)境和人體不造成危害的適度包裝[11]；低碳的維護(hù)是指從設(shè)備開(kāi)始使用就進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)護(hù)、維護(hù)和檢修，以便設(shè)備更好更高效更經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行，有效避免了因設(shè)備故障導(dǎo)致材料等資源不必要的浪費(fèi)。低碳回收是低碳后期處理的關(guān)鍵要素。在傳統(tǒng)觀念上，產(chǎn)品壽命結(jié)束后，組成各部件的材料再也沒(méi)有使用價(jià)值，事實(shí)上，對(duì)廢棄產(chǎn)品中有用的部分重利用起來(lái)，既節(jié)約資源又保護(hù)環(huán)境，具體表現(xiàn)在：首先，在產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，注意對(duì)流失的物料和廢料進(jìn)行回收，經(jīng)過(guò)處理后作為原材料返回到流程中，實(shí)現(xiàn)廢物循環(huán)利用的閉合回路，有效地使生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境危害最小化；其次，在生命周期終結(jié)后，采用一定的處理技術(shù)對(duì)其回收處理，也可減少因資源浪費(fèi)造成的環(huán)境污染。

    再制造是機(jī)械行業(yè)實(shí)現(xiàn)“三贏”﹙即客戶、環(huán)保、企業(yè)﹚的有效途徑。它是以產(chǎn)品制造的全生命周期為理論指導(dǎo)，以提升廢舊產(chǎn)品性能為目標(biāo)，以高效、優(yōu)質(zhì)、環(huán)保、節(jié)能、節(jié)材為準(zhǔn)則，通過(guò)先進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)來(lái)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行修復(fù)和改造的總稱(chēng)。如下圖所示：經(jīng)過(guò)整個(gè)循環(huán)后，與傳統(tǒng)新產(chǎn)品制造相比，可節(jié)省成本50%，減排55%，節(jié)能60%，節(jié)材70%，減少溫室氣體排放85%。還可大大減少水和能源消耗。

    目前，我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的再制造過(guò)程對(duì)產(chǎn)品只是簡(jiǎn)單的更換，還未達(dá)到減少成本、減少排放和降低污染的目的。為此，低碳再制造應(yīng)從設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)輸、使用到報(bào)廢整個(gè)流程考慮，分階段地實(shí)現(xiàn)資源耗費(fèi)和環(huán)境污染最小化，達(dá)到企業(yè)、環(huán)境和社會(huì)三者效益的協(xié)調(diào)化[12]。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

    七、結(jié)語(yǔ)

    21世紀(jì)的機(jī)械制造業(yè)，必將向著以技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，以現(xiàn)代低能耗、低污染的低碳制造化代替?zhèn)鹘y(tǒng)高能耗、高污染的制造邁進(jìn)。實(shí)行機(jī)械產(chǎn)品制造過(guò)程低碳化轉(zhuǎn)型是發(fā)展機(jī)械行業(yè)低碳制造的新型理念基礎(chǔ)和技術(shù)來(lái)源，符合當(dāng)前低碳經(jīng)濟(jì)與低碳生活的時(shí)代潮流，有助于加快制造企業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整與弘揚(yáng)可持續(xù)發(fā)展觀念。

【參考文獻(xiàn)】

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