基于低碳制造的機械加工工藝評價模型及應(yīng)用

徐新榮

摘 要：近年來，隨著我國社會發(fā)展步伐的加快，機械制造業(yè)迅速崛起，并且發(fā)展速度相對較快，其產(chǎn)業(yè)增加值達(dá)到了GDP的1/3，年平均增長率為25%。伴隨機械制造的快速發(fā)展逐漸顯現(xiàn)出弊端，這其中高排放高消耗最為嚴(yán)重，對環(huán)境與能源造成極大的威脅。文章主要闡述了以低碳制造為基礎(chǔ)的機械加工發(fā)展現(xiàn)狀，構(gòu)建與之相關(guān)的評價模型，探討了其在實際工藝中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：低碳制造；機械加工工藝；評價模型；應(yīng)用分析

機械制造行業(yè)對我國經(jīng)濟發(fā)展的影響相對較大，這一點主要體現(xiàn)在GDP的增值上，隨著低碳理念在機械制造中的應(yīng)用，不僅縮短了加工時間，而且降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)質(zhì)量，最關(guān)鍵是保障能源的合理使用，避免污染與能源消耗。本文主要探討了低碳制造加工工藝方案的評價準(zhǔn)則，以獲取最優(yōu)的工藝方案，并以實際案例對工藝方案進(jìn)行全面評估，由此證明評價模型的可操作性，為之后的低碳制造提供理論參考依據(jù)。但是，我國的機械制造業(yè)飛速發(fā)展的同時也產(chǎn)生了許多的問題，比如污染和高能耗的問題，雖然政府出臺了許多的制度來保護(hù)環(huán)境，減少能量消耗，但總的來說，實現(xiàn)低碳還得從企業(yè)自己出發(fā)。

1 規(guī)劃體系研討

1.1 技術(shù)結(jié)構(gòu)體系

低碳是我國現(xiàn)階段實施的基本國策，這一理念在機械制造中也得到了極為廣泛的應(yīng)用。所謂低碳制造，是指在生產(chǎn)過程中，消耗最少的能源獲取最大的經(jīng)濟效益值，同時實現(xiàn)降低碳的排放量，將環(huán)境污染降至最低，是一種全新的生產(chǎn)模式，無論是在產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)，還是交易及運用過程中，達(dá)到節(jié)能減排目的，實現(xiàn)社會、經(jīng)濟以及能源的可持續(xù)發(fā)展。對于低碳制造來說，其技術(shù)結(jié)構(gòu)體系包含以下內(nèi)容：兩個目標(biāo)、兩個層面、三個具體內(nèi)容，兩個目標(biāo)分別指資源利用率最大、環(huán)境污染最??；兩個層面，實質(zhì)上是指過程控制，涵蓋狹義與廣義兩方面，狹義是指工藝的全過程，廣義是指產(chǎn)品制造涉及的所有環(huán)節(jié)，從設(shè)計、生產(chǎn)、包裝、銷售、運輸，再到客服以及回收，本文所說的低碳制造涉及到的是廣義層面。

三項具體內(nèi)容，主要是指低碳產(chǎn)品設(shè)計、低碳資源開發(fā)，還有低碳制造。在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計時，需要考慮到低碳要求，進(jìn)行產(chǎn)品的開發(fā)與研究時，需要考慮到對環(huán)境是否造成影響，是否影響能源消耗。根據(jù)產(chǎn)品開發(fā)的具體要求，將技術(shù)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行分解，形成不同功能的模塊，并且進(jìn)行最優(yōu)化組合，模塊化的運用具有一定的優(yōu)勢，一臺機器可以取代多臺機器，在某種程度上實現(xiàn)了以最少投資獲得最大的收益。對于機械制造行業(yè)來說，要想實現(xiàn)節(jié)能減排，就必須在生產(chǎn)設(shè)備上著手，最大程度上減少碳排放量。

1.2 研究體系分析

從某種層面分析，機械加工運用低碳理念具有一定的實際意義，屬于極為典型的制造體系，研究低碳可以從多個層面著手，主要可以分為三類，繼而形成研究體系。機械加工低碳研究可以從以下三類著手：環(huán)境污染最低、資源消耗最小、資金消耗最少，這其中資環(huán)境污染最低可以具體到生產(chǎn)的每個環(huán)節(jié)，制造過程中涉及到的邊角料，或是鐵屑，盡量最小化，將噪聲污染控制在最低等；資源消耗最少可以從能源、原材料以及輔料方面著手解決；而所謂的資金消耗最小，主要是指運用環(huán)節(jié)污染的投資，還有資源消耗方面的投資，主要涵蓋機床、模具、刀具決策等，工藝方案以及種類，還有其他決策等等內(nèi)容。

1.3 工藝方案設(shè)計體系分析

機械加工企業(yè)在接到生產(chǎn)訂單時，如何確定工藝方案，會對機械加工是否產(chǎn)生低碳效應(yīng)生產(chǎn)非常大的影響。一般的來說，接到訂單時，生產(chǎn)企業(yè)首先會根據(jù)客戶的要求以及工藝的復(fù)雜程度制作出不同方案以供選擇，那么如何選擇出最低碳而又是最經(jīng)濟的方案呢？企業(yè)首先要根據(jù)工藝完成的時間、消耗的材料、模型的設(shè)計、能源的供應(yīng)鏈條是否完整等因素綜合考慮。此時，企業(yè)就可以運用TOPSISI法來確定方案將對低碳影響最大的幾個因素給予較高的分值，這樣篩選出來的方案即能滿足客戶的需求，也能滿足低碳效應(yīng)的要求。

2 工藝方案評價

相較于傳統(tǒng)工藝方案，低碳產(chǎn)品制造具有自身的優(yōu)勢，這種優(yōu)勢體現(xiàn)在新技術(shù)的應(yīng)用，還有代替工藝的廣泛應(yīng)用，從根本上改善傳統(tǒng)工藝弊端。所謂產(chǎn)品工藝評價，主要是針對低碳產(chǎn)品制造，評價工藝指標(biāo)，然后借助TOPSIS方法，對于所有備選的工藝設(shè)計，實施綜合評估，經(jīng)過多項對比研究，確定最優(yōu)的低碳制造設(shè)計。但其中有一個重要的環(huán)節(jié)就是對各影響因素給予評分，不同的因素分值應(yīng)該是不相同的。

2.1 評級體系研究

對于機械制造產(chǎn)品來說，實現(xiàn)低碳制造需要通過指標(biāo)評定，從綜合角度敲定評價體系，從目前情況分析，現(xiàn)在的機械加工已經(jīng)改變了原有的生產(chǎn)模式以及目的，以往的機械加工單純的追求經(jīng)濟效益，現(xiàn)在逐漸轉(zhuǎn)化為三種效益相結(jié)合，分別是經(jīng)濟、社會以及生態(tài)，進(jìn)一步實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。從評價指標(biāo)體系著手，基于低碳設(shè)計原則，這樣的產(chǎn)品設(shè)計方案更具實用性，縮短加工時間，降低生產(chǎn)成本，提升資源利用率，降低環(huán)境污染。如表1所示，機械加工評價指標(biāo)。

由上述表格我們可以推斷出，方案層Pi，它對應(yīng)的是準(zhǔn)則層Bi，相應(yīng)的指標(biāo)數(shù)值是mij（i=1，2，L n；j=1，2，3，4，5），最終指標(biāo)數(shù)值矩陣M=（mij）n×5。

2.2 評價模型探討

低碳制造對于機械加工來說是一項長期的發(fā)展戰(zhàn)略，借助相關(guān)的工藝評價體系，同時借助TOPSIS方法，運用綜合評價，構(gòu)建優(yōu)化的加工工藝，實現(xiàn)低碳制造。所謂TOPSIS方法，是一種比較典型的決策方法，通過多目標(biāo)決策來實現(xiàn)，在實際生活中運用頻率相對較多，涉及到社會以及經(jīng)濟的方方面面。

3 工藝方案在實際企業(yè)中的應(yīng)用分析

低碳制造工藝方案的逐步完善促使其應(yīng)用范圍正在逐步拓寬，并且取得了經(jīng)濟、社會以及生態(tài)利益的可持續(xù)發(fā)展。例如：以某企業(yè)為例，在進(jìn)行機械加工過程中，存在三種備選方案，實施產(chǎn)品加工，我們可以將其列為工藝1、工藝2、工藝3，并對這種方案進(jìn)行了詳細(xì)的描述，具體數(shù)值參見表2。運用上述案例，分析低碳制造加工方案的決策，需要從以下幾個方面著手：第一，從客戶的層面考慮問題，制造零件是否是客戶的需求，并從以下多個角度進(jìn)行思考：時間、成本、資源以及環(huán)境等等，進(jìn)一步確定方案是否具有可操作性，借助TOPSIS方法，擇優(yōu)選取制造方案。如表2所示，低碳加工涉及到的相關(guān)數(shù)據(jù)。