基于低碳經(jīng)濟(jì)視角的機(jī)械制造業(yè)技術(shù)創(chuàng)新

李建心

（濰坊學(xué)院，山東 濰坊 261061）

經(jīng)濟(jì)發(fā)展過分依賴化石能源資源的消耗，導(dǎo)致碳排放總量不斷增加、環(huán)境污染日益加重等問題，已經(jīng)嚴(yán)重影響到經(jīng)濟(jì)增長的質(zhì)量效益和發(fā)展的可持續(xù)性。低碳經(jīng)濟(jì)作為一種以低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)模式，在全球共同應(yīng)對氣候變化的背景下應(yīng)運(yùn)而生，并被專家認(rèn)為是一場涉及生產(chǎn)方式、生活方式和價(jià)值觀念的全球性革命。具體來講，低碳經(jīng)濟(jì)是指可持續(xù)發(fā)展理念指導(dǎo)下，通過理念創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新、制度創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、經(jīng)營創(chuàng)新、新能源開發(fā)利用等多種手段，提高能源生產(chǎn)和使用的效率以及增加低碳或非碳燃料的生產(chǎn)和利用的比例，盡可能地減少對于煤炭石油等高碳能源的消耗，控制溫室氣體排放，最終達(dá)到經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)雙贏局面的一種經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式。

一、我國發(fā)展低碳制造業(yè)的必然性

我國是一個(gè)發(fā)展中大國，能源需求正在急劇增長，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的起點(diǎn)和任務(wù)與發(fā)達(dá)國家截然不同，我國不僅要節(jié)能減排，還要加快發(fā)展，必須在加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、城市化和現(xiàn)代化的進(jìn)程中走出一條發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的新路。發(fā)展低碳綠色產(chǎn)業(yè)是中國經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級、轉(zhuǎn)型的必然走向，低碳、綠色正在成為“中國制造”的主流方向。

制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，是推動經(jīng)濟(jì)增長的主要?jiǎng)恿ΑＶ圃鞓I(yè)發(fā)展水平是衡量國家現(xiàn)代化程度和綜合國力的重要標(biāo)志。對于制造業(yè)而言，“低碳”是指產(chǎn)品在設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程中對每個(gè)環(huán)節(jié)的控制和把握，使之達(dá)到材料利用率的最大化、同等時(shí)間的各項(xiàng)資源消耗下的產(chǎn)出效率最大化，同時(shí)還要達(dá)到垃圾污染及有害排放的最小化。提高工業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)手段，運(yùn)用先進(jìn)科學(xué)的生產(chǎn)方法，才是解決“低碳”之道。

為了推進(jìn)機(jī)械制造業(yè)的低碳制造，首先要營造有利于企業(yè)研發(fā)產(chǎn)品的環(huán)境，鼓勵(lì)發(fā)展節(jié)能減排機(jī)械產(chǎn)品的企業(yè)，以經(jīng)濟(jì)手段推進(jìn)高新技術(shù)產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。其次，要推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步，促進(jìn)機(jī)械產(chǎn)品升級，建立節(jié)能減排機(jī)械產(chǎn)品的自主研發(fā)條件，增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力。這包括：抓緊有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定；改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品壽命，從而降低機(jī)械產(chǎn)品材料消耗，提高工作效率和產(chǎn)品可靠性，達(dá)到節(jié)能減排的目的；推廣近凈成形等新工藝，節(jié)約原材料損失和加工中的能源消耗；積極開展廢舊機(jī)械產(chǎn)品的再制造和利用；應(yīng)用電子信息等新技術(shù)改進(jìn)提高傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品的性能（如電子燃油噴射技術(shù)等）。最后，調(diào)整相關(guān)政策，加強(qiáng)組織協(xié)調(diào)，相關(guān)部門協(xié)同推進(jìn)，加快發(fā)展節(jié)能機(jī)電產(chǎn)品所急需的原材料（如優(yōu)質(zhì)冷軋取向矽鋼片），擴(kuò)大其生產(chǎn)和供應(yīng)能力。

二、實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造業(yè)的綠色化

（一）綠色設(shè)計(jì) 綠色設(shè)計(jì)(Green Design)是20世紀(jì)80年代末出現(xiàn)的一股國際設(shè)計(jì)潮流。綠色設(shè)計(jì)是指在產(chǎn)品及其壽命周期全過程的設(shè)計(jì)中，要充分考慮對資源和環(huán)境的影響，在充分考慮產(chǎn)品的功能、質(zhì)量、開發(fā)周期和成本的同時(shí)，更要優(yōu)化各種相關(guān)因素，使產(chǎn)品及其制造過程中對環(huán)境的總體負(fù)影響減到最小，使產(chǎn)品的各項(xiàng)指標(biāo)符合綠色環(huán)保的要求。對工業(yè)設(shè)計(jì)而言，綠色設(shè)計(jì)的核心是“3R”，即Reduce、Recycle、Reuse，不僅要減少物質(zhì)和能源的消耗，減少有害物質(zhì)的排放，而且要使產(chǎn)品及零部件能夠方便的分類回收并再生循環(huán)或重新利用。綠色設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)的材料選擇與管理；產(chǎn)品的可拆卸性設(shè)計(jì)；產(chǎn)品的可回收性設(shè)計(jì)。

（二）綠色能源 綠色能源也稱清潔能源，是指可再生能源，如水能、生物能、太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮芎秃Ｑ竽艿?。由于它來自自然，在使用過程中又很少對環(huán)境造成二次污染，因此被稱之為綠色能源，也稱之為可再生能源。在綠色能源中，太陽能資源取之不盡、清潔安全，是最理想的可再生能源。據(jù)測算，中國擁有可開發(fā)太陽能達(dá)1700億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。風(fēng)能是地球“與生俱來”的豐富資源，加快開發(fā)利用風(fēng)能已成為全球能源界的共識。我國風(fēng)力資源十分豐富，國家氣象局提供資料顯示，我國陸地上10米高度可供利用的風(fēng)能資源為2.53億千瓦，陸上50米高度可利用的風(fēng)力資源為5億多千瓦，我國海上風(fēng)力資源也超過5億千瓦。風(fēng)能的利用主要是發(fā)電，風(fēng)電設(shè)備制造技術(shù)已形成了批量生產(chǎn)能力。我國生物質(zhì)能發(fā)電裝機(jī)容量200多萬千瓦，主要以蔗渣、稻殼等農(nóng)業(yè)、林業(yè)廢物和沼氣、垃圾等發(fā)電。

（三）綠色材料 1992年國際學(xué)術(shù)界將綠色材料定義為：綠色材料是指在原料采取、產(chǎn)品制造、使用或者再循環(huán)以及廢料處理等環(huán)節(jié)中，對地球環(huán)境負(fù)荷為最小和有利于人類健康的材料。綠色材料包括循環(huán)材料、凈化材料以及綠色高分子材料、綠色生物材料、綠色納米材料等。綠色制造所選擇的材料既要有良好地適用性能，又要滿足制造工藝特性以及與環(huán)境有較好地協(xié)調(diào)性：優(yōu)先選用可再生材料，盡量選用回收材料，提高資源利用率；選用原料豐富，低成本，少污染的材料代替價(jià)格昂貴，污染大的材料；盡量選擇環(huán)境兼容性好的材料，避免選用有毒、有害和有輻射性的材料。這樣有利于提高產(chǎn)品的回收率，節(jié)約資源，減少產(chǎn)品廢棄物，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

（四）綠色制造 先進(jìn)制造技術(shù)的應(yīng)用改變了傳統(tǒng)的機(jī)械制造理念，機(jī)械加工工藝技術(shù)正在向著“高效、高速、智能復(fù)合、綠色環(huán)?！钡姆较虬l(fā)展，合理利用資源及原材料、降低零件制造成本，最大限度地減少對環(huán)境的污染程度。

1.綠色切削技術(shù) 綠色切削包括干式切削、低溫切削、綠色濕式切削等幾個(gè)方面。干式切削就是在切削加工過程不使用任何切削液的工藝方法，對傳統(tǒng)切削方式的一種技術(shù)創(chuàng)新。采用陶瓷和CBN刀具，在高速和大進(jìn)給量加工時(shí)，使熱量很快聚集到刀具前端，使其呈紅熱狀態(tài)，當(dāng)工件被加熱到一定溫度時(shí)，其屈服強(qiáng)度減小，可獲得較高的金屬切除率。

2.先進(jìn)刀具加工技術(shù) 先進(jìn)刀具有三大技術(shù)基礎(chǔ)：材料、涂層和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。涂層技術(shù)已經(jīng)成為快速提高刀具性能的有效途徑，應(yīng)用涂層刀具對提高企業(yè)的切削加工效率可產(chǎn)生立竿見影的效果，新開發(fā)的涂層有適應(yīng)高速切削、干切削、硬切削的耐磨、耐熱涂層，有適應(yīng)斷續(xù)切削的韌性涂層，還有適用于干切削及需要降低摩擦因數(shù)的潤滑涂層。

3.近凈成形技術(shù) 近凈成形技術(shù)是指零件成形后，僅需少量加工或不再加工，就可用作機(jī)械構(gòu)件的成形技術(shù)。近凈成形制造技術(shù)包括鑄造、焊接、塑性加工等，目前它正從接近零件形狀向直接制成工件，這些工件有些可以直接或者稍加處理即可用于組成產(chǎn)品，這樣就可以大大減少原材料和能源的消耗。

4.綠色集成制造技術(shù) 綠色制造是涉及產(chǎn)品全生命周期的復(fù)雜系統(tǒng)工程，從系統(tǒng)工程觀點(diǎn)來看，綠色制造具有很強(qiáng)的綠色集成制造系統(tǒng)的特征。綠色制造系統(tǒng)的集成過程就是企業(yè)內(nèi)的生產(chǎn)要素集成以及企業(yè)之間的綠色供應(yīng)鏈集成的統(tǒng)一，是信息集成、過程集成(物質(zhì)集成、能量集成)、企業(yè)集成等三個(gè)階段的集成優(yōu)化和演進(jìn)，最終形成綠色集成制造系統(tǒng)。綠色集成制造技術(shù)和綠色集成制造系統(tǒng)將可能成為今后綠色制造研究的熱點(diǎn)。

結(jié)束語

面對全球性的挑戰(zhàn)，綠色低碳發(fā)展已成為國際的社會共識。制造業(yè)將改變傳統(tǒng)制造模式，推行綠色制造技術(shù)，發(fā)展相關(guān)的綠色材料、綠色能源和綠色設(shè)計(jì)等基礎(chǔ)技術(shù)，生產(chǎn)出保護(hù)環(huán)境、提高資源效率的綠色產(chǎn)品，如綠色汽車、綠色動力、綠色家電等。我國已經(jīng)成為名副其實(shí)的全球制造大國，要大力推進(jìn)科技創(chuàng)新，提高核心競爭力，走低碳節(jié)能的發(fā)展路線，努力實(shí)現(xiàn)從制造大國走向創(chuàng)造強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變。

[1]路甬祥.從制造大國走向創(chuàng)造強(qiáng)國—未來20年中國機(jī)械工程自主創(chuàng)新之路[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2009，（1）:1-3.

[2]鄭季良,陳衛(wèi)萍,傅紅.綠色集成制造系統(tǒng)：概念與結(jié)構(gòu)模型—基于生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈的視角[J].科技管理研究，2008，28(10):31-33.