覃羨烘

摘要：綠色環(huán)保當前已經成為人們的共識，工業(yè)生產帶來巨大經濟利益的同時，也對環(huán)境造成了巨大傷害。機械設計制造是工業(yè)生產的重要一環(huán)，將綠色理念引入機械設計制造可以有效降低機械設備在生產、使用、報廢環(huán)節(jié)所產生的環(huán)境污染問題。本文分析了綠色制造工藝的內涵及綠色理念在機械設計制造中的應用，并對機械設計制造行業(yè)未來的發(fā)展方向進行了展望。

關鍵詞：綠色理念;機械設計制造;應用

0 ?引言

全球變暖、霧霾傷害等都在提醒著人們，環(huán)境污染與每個人息息相關，工業(yè)生產帶來巨大經濟利益的同時，也給環(huán)境帶來巨大負擔，改變傳統(tǒng)的工業(yè)生產行業(yè)，引入綠色理念、探索新的經濟模式勢在必行。機械設計制造水平是衡量一個國家綜合國力的重要標準，傳統(tǒng)的機械設計制造行業(yè)缺乏環(huán)保意識，在機械設計加工過程中存在資源浪費等現象，綠色理念的提出有利于機械設計制造行業(yè)健康、可持續(xù)的發(fā)展。

1 ?機械設計制造中的綠色理念

機械設計制造是機械設備完整性的加工制造階段，由設計、加工、生產等環(huán)節(jié)組成。機械設計制造中的綠色理念是指，將綠色理念貫徹到機械產品的概念形成、設計制造、機械運行、產品回收和報廢處理等各個環(huán)節(jié)，在考慮產品質量、能耗、成本等因素的同時，兼顧環(huán)境影響和資源效率，在整個機械產品的生命周期中節(jié)約資源和能源，盡量不產生環(huán)境污染，或將環(huán)境污染最小化。綠色理念的最終目的是降低能源消耗對環(huán)境的影響，推動資源的可持續(xù)發(fā)展。綠色機械設計也叫生態(tài)設計，其主要特點是：第一，節(jié)能;降低原材料的消耗，提升材料的可回收利用率。第二，減排;通過污染物凈化設備加強過濾效果，減少工業(yè)三廢的排放。綠色理念的提出使機械設計制造將重點放在資源的循環(huán)利用方面，在機械設計環(huán)節(jié)，除了滿足企業(yè)生產需要，還要注重產品的循環(huán)使用，例如傳統(tǒng)機械設計中存在的拆卸困難、不可拆卸問題，為了解決這一問題，在機械設備設計之初就需要設計人員進行深入研究、反復驗證。

2 ?綠色理念在機械設計制造中的應用

2.1 機械設計制造中的綠色設計

傳統(tǒng)的機械制造業(yè)注重產品的質量、成本和經濟效益，對機械設備在使用過程中造成的環(huán)境污染和產品報廢等問題不夠重視。綠色技術可以提高資源利用率、降低生產成本，同時減輕工業(yè)生產給環(huán)境造成的負擔。機械制造業(yè)的綠色設計以綠色技術為原則，是制造業(yè)未來的發(fā)展趨勢。綠色設計的目標是降低產品的整個生命周期中對環(huán)境產生的負面影響。綠色設計是平衡環(huán)境影響和企業(yè)經濟利益的現金現代設計模式，是企業(yè)未來的發(fā)展方向。在機械產品的結構設計方面，應重點注意兩方面：一是產品的拆卸設計方法;二是產品的可回收性設計。

機械產品的拆卸設計主要有兩種，一種是過盈配合、螺栓連接和鍵連接等成熟結構的連接方法;另一種是基于計算機的一系列可拆卸設計方法、準則、評價方法、評價軟件等。拆卸回收是機械產品報廢回收的前提和保證，不能拆卸的機械產品會造成大量可重復使用的機械零件浪費，嚴重的還會造成環(huán)境污染。

機械產品的可回收性設計是指：在產品設計之初，就充分考慮到產品報廢回收過程中的一系列問題，實現資源利用率的最大化，將產品對環(huán)境的影響降到最低。機械產品的可回收性設計的主要內容包括：可回收材料的標志、工藝、方法、經濟評價、結構設計等。

除此之外，在機械產品的設計制造階段，還應考慮產品的環(huán)境性能設計、產品的資源性能設計等。

2.2 綠色環(huán)保材料的選擇

傳統(tǒng)機械設計制造中，對材料的要求基本是三個方面：安全性、經濟性和適配性。對材料的重金屬含量、對使用人員的傷害和設備回收等方面并無特別要求。選用綠色環(huán)保材料，除了對材料進行審核，確保材料能夠達到設計要求外，還要盡量降低對人體的傷害。綠色材料的特點主要體現在兩方面：第一，在材料獲取、生產、加工、使用、廢棄、再生這一生命周期的全程中，具有很低的環(huán)境負荷值。再生利用率高、對環(huán)境污染小的材料環(huán)境負荷值相對較低，是對綠色材料評價的綜合指標。第二，循環(huán)再生率高。循環(huán)再生率高的材料本身就可以節(jié)約資源和能源，是環(huán)境負荷值低的表現之一。美國卡耐基梅隆大學Rosy教授提出將環(huán)境因素融入材料選擇，在滿足功能、幾何形狀、材料等特性和環(huán)境等需求的前提下降低成本（見圖1）。機械產品選擇綠色材料的原則主要包括以下幾個方面：第一，材料本身性能的先進性。第二，材料與環(huán)境的相容性，即低毒害、污染小等。第三，易回收、可再生、可降解。第四，盡量選擇回收率高的材料。第五，盡量減少材料種類和數量。

3 ?綠色制造工藝的內涵及應用

3.1 綠色制造工藝的內涵

機械制造工藝是加工業(yè)的基礎，綠色制造工藝是指在機械生產加工過程中運用綠色設計、綠色工藝，將傳統(tǒng)的高污染行業(yè)轉變?yōu)榫G色行業(yè)。其宗旨是提高資源利用率，減少機械制造業(yè)對環(huán)境造成的負面影響。

3.2 綠色制造工藝技術在機械加工制造中的應用

綠色制造工藝在機械加工制造中應用的主要有干式加工技術、優(yōu)質清潔表面工藝技術、新材料成型技術、模擬制造技術、微量潤滑技術等。

干式加工技術是指，在生產過程中不使用冷卻潤滑劑進行加工的綠色制造工藝技術。干車削、干鉆削、干式齒輪加工等，都屬于干式加工技術。干式切削技術運用廣泛，但在我國運用此技術還處于興起階段，其應用僅局限于鑄鐵工藝上。

優(yōu)質清潔表面工藝技術是指，在機械零件鍍膜之前需對工件表面進行清潔，優(yōu)質清潔表面工藝技術可以減少有機溶劑的使用，降低污染。

新材料成型技術是指，使用高分子材料、功能型金屬粉末等綠色材料為載體，對機械產品進行定型處理。使用新材料成型技術既能降低生產成本，又能簡化加工環(huán)節(jié)，是機械制造工藝水平提高的表現。

模擬制造技術是指，企業(yè)利用云計算、大數據等互聯網技術模擬機械制造產品，即可節(jié)省人力，又能有效提高生產效率，避免出現誤差。

微量潤滑技術是指，機械加工過程中以微米級霧粒進給潤滑劑，由于微霧粒大小與蒸汽霧粒大小相當，且速度極高，不但潤滑效果更好，而且工件不會產生淬火效應，刀具產生的切削熱集中在工件和切屑上，更易于切削，且有利于延長刀具的使用壽命。

故障診斷技術是指，在機械設備運行過程中或者不拆卸的情況下，對設備的故障部位和原因進行檢查、判斷，對故障原因進行分析，可以減少故障性停機，降低機械設備的維修成本，節(jié)約資源。據統(tǒng)計，采用故障診斷技術之后，可減少七成以上的機械設備故障。

4 ?綠色制造工藝對資源消耗的影響分析

當前我國資源利用率與發(fā)達國家、甚至部分發(fā)展中國家相比，都是偏低的，單位產品的能耗高出國際平均水平的二到三成。制造業(yè)的能耗占我國一次性能耗的六成以上，在資源相對匱乏的情況下，制造業(yè)如何實現低消耗，高增長，是當前亟待解決的問題之一，綠色制造工藝技術的引入無疑是一條可行之路。

4.1 綠色制造技術的節(jié)能降耗

機械設計制造產業(yè)在生產過程中需要消耗大量鋼鐵、煤炭、有色金屬、電力等資源，綠色制造技術可以有效的實現節(jié)能降耗。例如，采用技術節(jié)能手段，對機械制造裝備進行技術改造，淘汰能耗高的老式設備，采用新型的、低能耗的節(jié)能設備，提高能源利用率。另外，利用太陽能、風能等無污染、可再生的新能源，也是節(jié)能降耗的有效方式，例如對太陽能進行聚焦得到的高能量光束，可用于輻射加工。

4.2 減少廢棄物

機械制造過程中廢棄物的產生無法避免，不但浪費資源，還污染環(huán)境。為避免資源的浪費，可利用切削液的回收再利用技術、磨屑二次資源利用技術、快速原型制造技術等綠色制造技術對廢棄物進行回收利用。

切削液中含有硫、磷等化學添加劑，直接排放容易造成環(huán)境污染，合理的回收利用可以大大降低潛在的環(huán)境污染來源。機械加工產生的磨屑可以通過提高磨屑純度，作為二次資源回收再利用?？焖僭椭圃旒夹g利用的是材料堆積成型的原理，能夠迅速制造形狀復雜的零件，既能節(jié)約原材料，又能減少廢棄物的產出。

5 ?結論

綜上所述，綠色理念并不意味著經濟效益的降低，相反，綠色理念在機械設計制造行業(yè)中的應用，可有效降低材料成本，不但提高資源利用率，同時提升了產品質量，最重要的是降低了工業(yè)生產對環(huán)境帶來的負面影響，實現了經濟效益與可持續(xù)發(fā)展的統(tǒng)一。

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