汪曉光，夏 青

（機械科學研究總院集團有限公司 中機生產力促進中心，北京 100044）

0 引言

機床作為裝備制造業(yè)的“工作母機”，是制造業(yè)價值生成的基礎和產業(yè)躍升的支點，是基礎制造能力構成的核心。機床綠色發(fā)展已成為全球產業(yè)發(fā)展變革的主基調，歐盟“下一代生產系統(tǒng)”明確將綠色機床作為重點研究領域，歐洲用能產品生態(tài)設計指令（ErP）將機床列為10項優(yōu)先實施的產品之一，國際標準化組織（ISO）制定了ISO／DISl4955機床環(huán)境評價標準。機床產品綠色設計是從源頭上解決機床資源、能源的過度消耗和環(huán)境污染問題的有效途徑。

金屬切削機床是我國使用最廣泛、數(shù)量最多的機床，探索建設金屬切削機床綠色設計信息服務平臺，將推動實現(xiàn)綠色機床產品發(fā)展，提升機床產品綠色競爭力。

1 國際上機床綠色設計發(fā)展趨勢

隨著全球資源、能源短缺和環(huán)境污染問題的不斷加劇，以資源效率和環(huán)境友好為特征的綠色機床成為下一代制造技術的發(fā)展方向。工業(yè)產品80%的資源消耗和環(huán)境影響取決于產品設計階段，實現(xiàn)綠色產品應從產品全生命周期的前端及設計階段開始。目前，國際上公認的綠色設計的原則是“3R”的原則，即 Reduce，Reuse，Recycle，減少環(huán)境污染、減小能源消耗，提高產品和零部件的回收再生循環(huán)或者重新利用。

歐盟“下一代生產系統(tǒng)”研究計劃，明確給出了綠色機床的定義即機床主要零部件由可再生材料制造，機床的重量和體積減少50%以上，通過減輕移動部件質量、降低空運轉功率等措施使功率消耗減少30%～40%，使用過程的各種廢棄物減少50%～60%，保證基本沒有污染的工作環(huán)境，報廢機床的材料接100%可回收。

2 我國金屬切削機床實施綠色設計的問題

綠色設計又稱環(huán)境意識設計或生態(tài)設計。綠色設計是指在產品及其生命周期全過程的設計中，充分考慮對資源和環(huán)境的影響，在充分考慮產品的功能、質量、開發(fā)周期和成本的同時，優(yōu)化各有關設計因素，使得產品及其制造過程對環(huán)境的總體影響和資源消耗減到最小。

綠色設計的目標就是將環(huán)境需求與產品性能、品質等其他需求有機地結合在一起，要實現(xiàn)這一目標需要將企業(yè)現(xiàn)有設計軟件與環(huán)境信息、全生命周期評價融合集成應用，設計人員在設計過程中可以同時獲得技術信息、成本信息、環(huán)境數(shù)據，在設計開發(fā)產品增加環(huán)境需求設計，以提升產品綠色化。

然而，目前我國金屬切削機床綠色設計遇到的問題是以下幾個方面：一是缺乏系統(tǒng)性、可操作性的綠色設計體系和指導方法；二是現(xiàn)有全生命周期評價（LCA）數(shù)據及軟件與現(xiàn)有設計軟件的數(shù)據及軟件無法有效集成應用；三是缺少系統(tǒng)化的綠色設計信息平臺支持產品綠色設計制造一體化應用。

3 金屬切削機床的全生命周期綠色設計

金屬切削機床全生命周期綠色設計主要包括綠色設計和基于產品生命終期的循環(huán)再利用的再設計，如圖1所示。

圖1 金屬切削機床全生命周期過程Fig.1 Life cycle process of metal cutting machine tool

產品綠色設計，包括原材料、機床設計、機床制造、使用、運輸維護階段，主要考慮實現(xiàn)綠色材料、機床設計、制造、使用、維護的過程中資源消耗少，環(huán)境污染小，即Reduce。

基于產品生命終期的循環(huán)再利用的再設計，包括機床的回收、拆卸、測試與評價、零部件的重用、再制造及材料再生等步驟，對產品進行再設計主要考慮實現(xiàn)對可用零部件的重新使用（Reuse）、零部件的再制造以及材料再生產（Recycle）。

4金屬切削機床綠色設計信息服務平臺

金屬切削機床綠色設計，需要獲取設計決策所造成的環(huán)境影響的數(shù)據，并可將設計結果與給定的需求比較對設計方案進行評價。由此可見，為了滿足綠色設計需求，亟需綜合運用先進制造技術、信息技術、自動化、管理技術和環(huán)境評價技術，建設金屬切削機床綠色設計信息服務平臺，將現(xiàn)有企業(yè)設計數(shù)據和軟件工具與全生命周期評價數(shù)據和軟件進行有效集成應用，實現(xiàn)產品的綠色材料選擇、制造工藝優(yōu)化、減量化、模塊化、可拆卸、易回收等綠色設計，從而推動綠色金屬切削機床產品研制，提升行業(yè)整體綠色產品設計水平。

4.1 面向產品生命周期的綠色設計信息數(shù)據庫

通過對金屬切削機床產品生命周期的綠色設計綠色特征屬性數(shù)據、以及金屬切削機床全生命周期評價清單數(shù)據資源分析，提出了構建面向金屬切削機床材料、設計、制造、回收過程的綠色材料數(shù)據庫、綠色設計數(shù)據庫、綠色工藝數(shù)據庫、綠色回收及再制造數(shù)據庫、綠色評價數(shù)據庫6大類19個綠色設計信息數(shù)據庫，數(shù)據庫框架圖詳見圖2。

圖2 綠色設計信息數(shù)據庫框架圖Fig.2 Framework map of green design information database

4.2 金屬切削機床綠色設計信息服務平臺框架

以金屬切削機床綠色設計資源共建共享需求為導向，集成現(xiàn)有綠色設計信息數(shù)據庫、生命周期評價軟件工具及綠色設計工具，建立涵蓋綠色設計外包、綠色設計知識服務（知識搜索、知識推送、知識挖掘、數(shù)據采集及融合展示）、綠色設計asp服務（綠色設計軟件及工具基于互聯(lián)網的在線應用服務）、綠色設計評價服務、機床LCA評價數(shù)據及工具共性等服務能力的基于互聯(lián)網的金屬切削機床綠色設計信息服務平臺。金屬切削機床綠色設計信息服務平臺技術路線圖如圖3所示。

圖3 金屬切削機床綠色設計信息服務平臺框架圖Fig.3 Framework of information service platform for green design of metal cutting machine tools

5 結論

金屬切削機床綠色設計是可持續(xù)發(fā)展的必然，建立可操作、實用、開放共享的金屬切削機床綠色設計信息服務平臺，從設計理念、綠色設計評價、工具集成應用、優(yōu)化方案判定等多個方面為產品綠色設計提供集成應用，將有助于綠色設計制造一體化提升，有效促進綠色產品的實現(xiàn)，提升行業(yè)綠色競爭優(yōu)勢。

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