金屬切削機(jī)床綠色設(shè)計信息服務(wù)平臺建設(shè)思路初探

汪曉光，夏 青

（機(jī)械科學(xué)研究總院集團(tuán)有限公司 中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心，北京 100044）

0 引言

機(jī)床作為裝備制造業(yè)的“工作母機(jī)”，是制造業(yè)價值生成的基礎(chǔ)和產(chǎn)業(yè)躍升的支點(diǎn)，是基礎(chǔ)制造能力構(gòu)成的核心。機(jī)床綠色發(fā)展已成為全球產(chǎn)業(yè)發(fā)展變革的主基調(diào)，歐盟“下一代生產(chǎn)系統(tǒng)”明確將綠色機(jī)床作為重點(diǎn)研究領(lǐng)域，歐洲用能產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計指令（ErP）將機(jī)床列為10項優(yōu)先實(shí)施的產(chǎn)品之一，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）制定了ISO／DISl4955機(jī)床環(huán)境評價標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)床產(chǎn)品綠色設(shè)計是從源頭上解決機(jī)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(jī)床是我國使用最廣泛、數(shù)量最多的機(jī)床，探索建設(shè)金屬切削機(jī)床綠色設(shè)計信息服務(wù)平臺，將推動實(shí)現(xiàn)綠色機(jī)床產(chǎn)品發(fā)展，提升機(jī)床產(chǎn)品綠色競爭力。

1 國際上機(jī)床綠色設(shè)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(jī)床成為下一代制造技術(shù)的發(fā)展方向。工業(yè)產(chǎn)品80%的資源消耗和環(huán)境影響取決于產(chǎn)品設(shè)計階段，實(shí)現(xiàn)綠色產(chǎn)品應(yīng)從產(chǎn)品全生命周期的前端及設(shè)計階段開始。目前，國際上公認(rèn)的綠色設(shè)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(chǎn)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(chǎn)系統(tǒng)”研究計劃，明確給出了綠色機(jī)床的定義即機(jī)床主要零部件由可再生材料制造，機(jī)床的重量和體積減少50%以上，通過減輕移動部件質(zhì)量、降低空運(yùn)轉(zhuǎn)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(jī)床的材料接100%可回收。

2 我國金屬切削機(jī)床實(shí)施綠色設(shè)計的問題

綠色設(shè)計又稱環(huán)境意識設(shè)計或生態(tài)設(shè)計。綠色設(shè)計是指在產(chǎn)品及其生命周期全過程的設(shè)計中，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，優(yōu)化各有關(guān)設(shè)計因素，使得產(chǎn)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(shè)計的目標(biāo)就是將環(huán)境需求與產(chǎn)品性能、品質(zhì)等其他需求有機(jī)地結(jié)合在一起，要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)需要將企業(yè)現(xiàn)有設(shè)計軟件與環(huán)境信息、全生命周期評價融合集成應(yīng)用，設(shè)計人員在設(shè)計過程中可以同時獲得技術(shù)信息、成本信息、環(huán)境數(shù)據(jù)，在設(shè)計開發(fā)產(chǎn)品增加環(huán)境需求設(shè)計，以提升產(chǎn)品綠色化。

然而，目前我國金屬切削機(jī)床綠色設(shè)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(shè)計體系和指導(dǎo)方法；二是現(xiàn)有全生命周期評價（LCA）數(shù)據(jù)及軟件與現(xiàn)有設(shè)計軟件的數(shù)據(jù)及軟件無法有效集成應(yīng)用；三是缺少系統(tǒng)化的綠色設(shè)計信息平臺支持產(chǎn)品綠色設(shè)計制造一體化應(yīng)用。

3 金屬切削機(jī)床的全生命周期綠色設(shè)計

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

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

產(chǎn)品綠色設(shè)計，包括原材料、機(jī)床設(shè)計、機(jī)床制造、使用、運(yùn)輸維護(hù)階段，主要考慮實(shí)現(xiàn)綠色材料、機(jī)床設(shè)計、制造、使用、維護(hù)的過程中資源消耗少，環(huán)境污染小，即Reduce。

基于產(chǎn)品生命終期的循環(huán)再利用的再設(shè)計，包括機(jī)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(chǎn)品進(jìn)行再設(shè)計主要考慮實(shí)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(chǎn)（Recycle）。

4金屬切削機(jī)床綠色設(shè)計信息服務(wù)平臺

金屬切削機(jī)床綠色設(shè)計，需要獲取設(shè)計決策所造成的環(huán)境影響的數(shù)據(jù)，并可將設(shè)計結(jié)果與給定的需求比較對設(shè)計方案進(jìn)行評價。由此可見，為了滿足綠色設(shè)計需求，亟需綜合運(yùn)用先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)、自動化、管理技術(shù)和環(huán)境評價技術(shù)，建設(shè)金屬切削機(jī)床綠色設(shè)計信息服務(wù)平臺，將現(xiàn)有企業(yè)設(shè)計數(shù)據(jù)和軟件工具與全生命周期評價數(shù)據(jù)和軟件進(jìn)行有效集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)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(shè)計，從而推動綠色金屬切削機(jī)床產(chǎn)品研制，提升行業(yè)整體綠色產(chǎn)品設(shè)計水平。

4.1 面向產(chǎn)品生命周期的綠色設(shè)計信息數(shù)據(jù)庫

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

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

4.2 金屬切削機(jī)床綠色設(shè)計信息服務(wù)平臺框架

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

圖3 金屬切削機(jī)床綠色設(shè)計信息服務(wù)平臺框架圖Fig.3 Framework of information service platform for green design of metal cutting machine tools

5 結(jié)論

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

[1]邱城.綠色制造標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀及發(fā)展重點(diǎn)[Z].2017年綠色制造國際會議報告，2017.

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