合肥工業(yè)大學綠色設計與制造工程研究所與聯(lián)盟共發(fā)展

劉志峰

(合肥工業(yè)大學，安徽 合肥 230009)

合肥工業(yè)大學綠色設計與制造工程研究所(以下簡稱研究所)于1994年在國內率先開展機電產品綠色設計與綠色制造研究，2008年機械工業(yè)聯(lián)合會批準建設“機械工業(yè)綠色設計與制造重點實驗室”，并先后與奇瑞、合力、合鍛、美菱等企業(yè)聯(lián)合成立了數(shù)家綠色技術研發(fā)中心，形成了80余人的穩(wěn)定研究團隊。自1997年起，該所連續(xù)20多年獲國家自然科學基金不間斷資助，先后承擔國家級項目32項，授權國家發(fā)明專利54項，獲國家科技進步二等獎1項、安徽省科技進步一等獎3項、中國機械工業(yè)科學技術一等獎1項，及其他省部級科技獎勵5項。

加入中國再生資源產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟(以下簡稱聯(lián)盟)10年來，研究所一直致力于以下幾個方面的理論方法及技術的應用研究。

1 機電產品綠色設計與低碳制造方法、技術

機電產品具有產需量大、資源能源消耗多、拆卸回收處理困難等特點，其造成的資源環(huán)境問題日益突顯。研究所針對典型機電產品，開展產品的綠色設計方法和關鍵技術的研究。

1)產品生命周期環(huán)境影響分析技術。針對我國家電、汽車、成型裝備等產品其生命周期環(huán)境影響關系復雜、生命周期基礎數(shù)據(jù)難以搜集、評價分析周期過長等多種問題，開展產品設計研發(fā)的產品全生命周期評估理論與方法體系、生命周期環(huán)境影響因素識別與分析研究。

2)綠色設計方法及其集成應用技術。針對典型家電(電視機、洗衣機、空調、冰箱)和電子產品(電腦、手機)等，從產品的需求分析、功能結構優(yōu)化、工藝規(guī)劃等多個設計層面出發(fā)，研究面向產品全生命周期的綠色設計方法并開發(fā)相應軟件工具。

3)綠色設計知識建模、管理和重用技術。在工業(yè)4.0和大數(shù)據(jù)背景下，研究綠色設計領域的數(shù)據(jù)、信息、知識的集成管理方法，構建產品綠色設計知識、重用技術體系和技術標準。

4)機電產品低碳設計理論方法。針對典型機電產品進行產品生命周期的能耗、物耗分析，研究產品的能量流及能量耗散機理、物耗流及物耗機理；基于面向低碳的產品零部件材料選擇和結構優(yōu)化原則，研究產品輕量化與節(jié)材設計方法和工藝路線的低碳優(yōu)化方法。

2 機電產品再制造理論方法與技術

研究所在對機電產品再制造理論與方法系統(tǒng)研究的基礎上，針對盾構設備、軌道車輛及冶金、化工、能源設備中的液壓泵閥、油缸、輪對等典型部件，研究其再制造相關的技術、工藝與裝備。

1)再制造毛坯檢測技術與工藝。研究以超聲波檢測、射線檢測、渦流檢測、滲透檢測、磁粉檢測、磁記憶檢測為代表的再制造毛坯檢測技術。針對發(fā)動機曲軸、汽輪機葉片、壓縮機葉輪等高價值零部件，檢測廢舊零件的損傷程度，確定零件再制造在技術和經濟上的可行性。

2)再制造零件壽命評估技術。通過幾何精度、表面質量、理化性能、潛在缺陷、材料性質、磨損程度、表層材料與基體的結合強度等與再制造零件壽命密切相關因素的計算建模、仿真分析和實驗驗證，建立再制造零件的壽命評估體系。

3)主動再制造與在役再制造技術。產品的被動再制造存在修復困難、修復價值低等缺點，從設計信息模型、參數(shù)映射和優(yōu)化、設計沖突消解以及設計反饋等方面，研究主動再制造設計的基本理論體系和應用模式。通過運用信息化、智能化技術對在線運行的裝備進行技術改造，研究面向裝備節(jié)能減排在役再制造技術體系。

3 產品回收與再資源化方法、技術

研究所針對廢舊電子電器、汽車、工程機械等產品及其關鍵零部件的拆卸方法與回收工藝及方法進行研究，對典型機電產品回收流程進行規(guī)劃及決策，分析其回收利用率和再生利用率，開發(fā)與其相關的回收工藝裝備和拆卸工具，實現(xiàn)回收過程的高效化和清潔化。

1)典型機電產品拆卸和回收工藝決策技術。研究產品典型拆卸回收工藝，建立拆卸和回收工藝的工藝數(shù)據(jù)庫。以制冷類家電產品空調、冰箱為對象，研究面向拆卸回收的智能CAPP技術，建立典型機電產品的拆卸規(guī)劃方法和以回收經濟性和環(huán)境性為目標的回收工藝優(yōu)化模型。

2)廢舊機電產品回收和再資源化工藝與裝備。以廢舊線路板、廢舊輪胎、碳纖維復合材料件、LCD液晶顯示屏為代表，研究報廢產品的材料分選和提純工藝并開發(fā)相應的工藝裝備，以及開發(fā)廢舊產品在拆解、破碎、材料分選及廢棄物處理過程中的二次污染控制與自動化處理技術及裝備。

3)產品逆向物流技術。以手機、平板電腦、廢舊電池為例，建立集計算機網(wǎng)絡、GIS技術于一體的服務于回收網(wǎng)絡體系的決策支持系統(tǒng)，融合物聯(lián)網(wǎng)、電子商務等信息化技術，以業(yè)務流程和優(yōu)化算法為基礎，建立消費者—收集中心—回收處理中心為一體的多維廢舊產品回收網(wǎng)絡。

4)報廢機電產品再資源化過程監(jiān)控技術。以報廢的工程機械為對象，在廢物產生、分類、運輸、處理和利用等過程進行廢物自動識別、實時對資源化過程進行檢測和風險控制。構建以物聯(lián)網(wǎng)技術為核心的再生資源產銷服務體系，實現(xiàn)廢物向資源的高效轉化。

4 各理論方法、技術及其應用

在上述研究的基礎上，研究所在以下領域取得了一定的成果與突破。

1)綠色設計理論與方法及其支持工具。研發(fā)了高端家電及汽車產品綠色設計系統(tǒng)，解決了綠色設計中的數(shù)據(jù)支持與制造企業(yè)固有設計流程沖突的難題，實現(xiàn)了綠色設計平臺與現(xiàn)有設計工具的有機融合，已成功應用于美菱高端主流系列冰箱以及奇瑞、江淮系列產品的研發(fā)，有效應對了國際/國內的相關綠色法規(guī)。

2)機械裝備低碳制造方法及關鍵技術?；跈C械裝備運行階段能量耗散特性，建立了負載平衡系統(tǒng)共享技術與全局能量匹配控制方法，研發(fā)了裝備/工藝/車間多層級能耗監(jiān)控系統(tǒng)，已在合鍛、合壓等裝備制造企業(yè)進行了初步應用，節(jié)能潛力顯著。

3)機電產品再制造理論方法及其關鍵技術。研發(fā)了拆解損傷分析與評估技術、毛坯損傷弱磁/超聲復合檢測技術、磁場輔助增材修復與質量評估技術等關鍵技術，并成功應用于徐工、合力、奇瑞等企業(yè)關鍵零部件再制造。

4)廢舊機電產品回收與再資源化方法及裝備。研發(fā)了壓縮機智能測量/切割一體化技術、子午線輪胎超高壓水射流回收、廢舊碳纖維復合材料超臨界流體回收、LCD面板超臨界/溶劑法回收等再資源化利用關鍵技術與裝備，已在天津、石家莊和蕪湖等地建立示范生產線，部分技術與裝備已成功應用于國內相關企業(yè)，并取得了良好的經濟與社會效益。

5 結語

隨著我國制造業(yè)水平的不斷提升，產品將更加豐富，消費升級和產品更新?lián)Q代步伐將越來越快，各類廢舊產品的數(shù)量也將不斷攀升，對其回收處理能力和技術水平的要求也將越來越高。建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會需要更多、更高效、更智能的技術方法和工藝裝備，聯(lián)盟聚集了產業(yè)鏈上的很多優(yōu)秀企業(yè)和研究機構，聯(lián)盟這個平臺必定不斷推動產學研用緊密結合、發(fā)揮行業(yè)引導和推進作用，為我國生態(tài)文明建設和“兩型社會”的實現(xiàn)發(fā)揮更大作用。研究所也會在聯(lián)盟“合作、共贏、創(chuàng)新、發(fā)展”原則指引下，加強與聯(lián)盟的溝通協(xié)作，以新技術、新工藝、新方法、新裝備支持聯(lián)盟工作，為聯(lián)盟企業(yè)發(fā)展提供相應支撐。