機械制造業(yè)中的綠色制造技術(shù)應(yīng)用模式探討

0 引言

綠色制造技術(shù)簡單來說就是在綠色理念指導(dǎo)下進行產(chǎn)品設(shè)計、包裝、生產(chǎn)等一系列制造活動的有關(guān)技術(shù)手段，其不僅能夠在保證產(chǎn)品質(zhì)量與功能性的基礎(chǔ)上，有效降低產(chǎn)品生產(chǎn)制造所造成的環(huán)境污染問題，同時還能夠減少產(chǎn)品生產(chǎn)過程中不必要的資源消耗，對節(jié)能環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展目標的實現(xiàn)有著很大促進作用，而在當前節(jié)能環(huán)保理念逐漸貫徹到機械制造業(yè)的情況下，要想實現(xiàn)推動有關(guān)機械制造企業(yè)乃至整個機械制造業(yè)實現(xiàn)轉(zhuǎn)型發(fā)展，對于綠色制造技術(shù)應(yīng)用模式的探究自然也是十分必要的。

1 綠色制造概述

1.1 綠色制造的概念與內(nèi)涵

綠色制造通常又被成為環(huán)境意識制造或面向環(huán)境的制造，是一種在全面考慮產(chǎn)品生產(chǎn)制造對環(huán)境影響及資源利用效率的前提下，對產(chǎn)品設(shè)計、制造、包裝、運輸、使用等全過程展開優(yōu)化改進的現(xiàn)代制造模式，不僅能夠為有關(guān)制造企業(yè)的經(jīng)濟效益、社會效益協(xié)調(diào)提供重要支持，同時還能夠推動整個制造業(yè)實現(xiàn)持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展，尤其是在能源消耗、環(huán)境污染問題均十分突出的機械制造業(yè)領(lǐng)域，綠色制造所能夠發(fā)揮出的作用更是顯得極為關(guān)鍵。另外，從內(nèi)涵上來看，綠色制造通常會以減少污染物排放、保護環(huán)境、實現(xiàn)資源優(yōu)化為目標，并面向產(chǎn)品的生命周期過程、物流轉(zhuǎn)化過程來對有關(guān)技術(shù)工藝進行應(yīng)用，與可持續(xù)發(fā)展理念間存在著十分密切的聯(lián)系。

Q：金杯印刷是在怎樣的契機之下開始關(guān)注環(huán)保，并開發(fā)使用幾乎無污染的印刷工藝呢？作為踐行綠色印刷的先鋒企業(yè)之一，金杯印刷做了哪些嘗試？

2019年博覽會的最新亮點是4月2日舉辦的工業(yè)先鋒峰會，它將匯集各領(lǐng)域的思想領(lǐng)袖和創(chuàng)新者，共同探討未來工業(yè)、商業(yè)和社會的戰(zhàn)略和方案。

1.2 綠色制造的意義

綠色制造作為當前整個制造業(yè)的主要發(fā)展方向，其意義通常可體現(xiàn)在以下幾方面：第一，綠色制造作為實現(xiàn)社會、經(jīng)濟、自然、科技等領(lǐng)域協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的必然需求與主要路徑，當前制造業(yè)以實現(xiàn)綠色制造為目標進行改革發(fā)展，能夠使有關(guān)生產(chǎn)制造活動的社會效益與生態(tài)效益得到顯著提升，改變以往制造業(yè)僅追求經(jīng)濟效益的發(fā)展方向。第二，在節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的理念的影響下，綠色制造未來不僅會成為制造的重要發(fā)展方向，同時還將會受到制造科學(xué)領(lǐng)域的高度關(guān)注與重視，使有關(guān)綠色制造發(fā)展思路、技術(shù)工藝等方面的理論研究全面展開，進而對將制造科學(xué)的整體發(fā)展產(chǎn)生極大推動作用。第三，在國際環(huán)境管理標準提出后，由機械制造企業(yè)為主的有關(guān)企業(yè)，在生產(chǎn)過程污染排放控制、產(chǎn)品生產(chǎn)制造資源消耗等方面均面臨著更高的要求，而綠色制造的出現(xiàn)與發(fā)展，則能夠幫助企業(yè)更好的達成這些要求，在可持續(xù)發(fā)展理念指導(dǎo)下順利完成轉(zhuǎn)型改革。第四，綠色制造不僅能夠有效降低產(chǎn)品生產(chǎn)及使用過程中的污染排放，同時還能夠通過降低產(chǎn)品生產(chǎn)資源消耗的方式，為制造企業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)成本控制提供重要支持，使其能夠獲得更為顯著的經(jīng)濟效益，這對于制造企業(yè)乃至整個制造業(yè)發(fā)展都有著很大促進作用。第五，受復(fù)雜國際關(guān)系、國內(nèi)制造業(yè)發(fā)展滯后性等諸多因素的影響，當前我國制造業(yè)發(fā)展常常會受到國際綠色貿(mào)易壁壘的限制，而通過對綠色制造戰(zhàn)略的實施，則能夠幫助制造業(yè)有效突破這一限制，迅速拉進與國際市場間的聯(lián)系。

2 機械制造業(yè)中的常見綠色制造技術(shù)

2.1 干式切削技術(shù)

另外，由于機械產(chǎn)品生產(chǎn)很容易產(chǎn)生各種環(huán)境污染性較強的廢棄物、廢水及有害氣體，因此綠色生產(chǎn)模式下的綠色制造技術(shù)應(yīng)用，往往還能夠體現(xiàn)在對環(huán)保型生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用上。例如某數(shù)控機床尾架套筒零件為40Cr材質(zhì),淬火硬度在40-42HRC之間，某廠家加工時最初采用在箱式鹽浴中加熱、保溫(加熱溫度為8500℃)的工藝進行加工，之后淬入油中冷卻，待工件溫度降低至500℃以下后，再放入到普通油爐中回火120min。該零件加工工藝路線雖然保證套筒的硬度等質(zhì)量性能達標，但加工過程中卻會產(chǎn)生鹽浴廢渣、淬火油、鹽浴蒸汽、油蒸汽等固體污染物或污染氣體，無論采取怎樣的污染物處理措施，都會導(dǎo)致一定程度的環(huán)境污染。因此為解決這一問題，廠家決定調(diào)整工件加工工藝路線，將真空熱處理的綠色制造技術(shù)應(yīng)用于實際生產(chǎn)，加工時先借助雙室真空油淬爐進行工件預(yù)熱、保溫(預(yù)熱至6000℃左右)，之后再將零件從6000℃加熱到8500℃，保溫30min，最后淬入真空油室中冷卻，并立即向真空油室內(nèi)填充氮氣。從實際加工效果來看，由于整個加工過程基本都是在真空環(huán)境下進行，因此尾架套筒的新加工工藝路線不僅能夠保證零件硬度等質(zhì)量指標，降低工件加工過程中的變形量(具體數(shù)據(jù)如表1)，同時還可以實現(xiàn)無污染加工，環(huán)保效果十分突出。

2.2 數(shù)控加工技術(shù)

數(shù)控加工技術(shù)是指利用數(shù)控機床來進行機械制造，以更加精細化的方式完成機械產(chǎn)品零部件加工生產(chǎn)，作為機械制造業(yè)領(lǐng)域的常見綠色制造技術(shù)之一，其節(jié)能環(huán)保作用同樣比較突出。例如在數(shù)控機床加工質(zhì)量穩(wěn)定性、可靠性較強的情況下，可通過數(shù)控系統(tǒng)控制刀具走刀軌跡保持不變的方式，提升機械產(chǎn)品零件的一致性，避免因零件加工偏差過大而影響加工效率，導(dǎo)致原材料、電能乃至其他人力與物力資源的浪費。而在數(shù)控機床加工精度較高的情況下，則可以通過一次性加工來使零件達到有關(guān)設(shè)計要求，有效提高零件加工的材料利用率，避免因反復(fù)進行切削、打磨等加工操作而產(chǎn)生大量邊角料，導(dǎo)致不必要的材料浪費。

2.3 微機械制造技術(shù)

從機械產(chǎn)品生產(chǎn)制造的全過程來看，綠色設(shè)計模式作為面向產(chǎn)品設(shè)計環(huán)節(jié)的綠色制造技術(shù)應(yīng)用，其節(jié)能環(huán)保效果往往最為突出，具體應(yīng)用方式主要可體現(xiàn)在材料選擇、材料使用、功能設(shè)計、優(yōu)化產(chǎn)品使用壽命幾方面。其中材料選擇是指在以減少機械產(chǎn)品生產(chǎn)階段廢料生成、降低機械產(chǎn)品報廢后環(huán)境危害為目標，盡可能選擇低環(huán)境影響的材料，如可回收材料、可再生材料、低含能材料等

。材料使用方面的綠色設(shè)計與微機械制造技術(shù)密切相關(guān)，通常是指在不影響機械產(chǎn)品質(zhì)量性能的前提下，通過各種優(yōu)化設(shè)計方法來縮小機械產(chǎn)品或部分零部件的體積，以達到減少機械制造過程中材料使用量的目的

。功能設(shè)計是指從機械產(chǎn)品使用階段的能耗與污染排放問題出發(fā)，對產(chǎn)品整體設(shè)計展開全面優(yōu)化，以達到有效降低機械產(chǎn)品運行所需能耗及使用期間環(huán)境影響的目的，其具體設(shè)計策略包括使用清潔能源、降低運行要求、設(shè)計清潔消費品、設(shè)置產(chǎn)品理想工作狀態(tài)、避免能源及其他消耗品的浪費、避免產(chǎn)品誤用等。而優(yōu)化產(chǎn)品使用壽命則是指先將機械產(chǎn)品的使用壽命明確下來，并具體劃分為設(shè)計壽命及美學(xué)壽命，之后再采取產(chǎn)品維護保養(yǎng)規(guī)范更新、產(chǎn)品維修方法創(chuàng)新、產(chǎn)品升級等措施，以盡可能延長產(chǎn)品的使用壽命，并保證其技術(shù)壽命與美學(xué)壽命間的平衡，以免因產(chǎn)品質(zhì)量問題而使消費者頻繁更換機械產(chǎn)品，增加產(chǎn)品生產(chǎn)制造所產(chǎn)生的污染、資源消耗。

2.4 真空熱處理技術(shù)

綠色生產(chǎn)作為最直接的綠色制造技術(shù)應(yīng)用模式，主要是面向機械產(chǎn)品及其零部件的生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)，對各種形式的先進生產(chǎn)工藝技術(shù)進行靈活運用，以達到降低能源消耗、避免資源浪費、控制污染排放等目的，目前在機械制造業(yè)中的應(yīng)用十分廣泛，節(jié)能環(huán)保效果也比較突出。例如在零部件加工生產(chǎn)中，通過對各種干式加工技術(shù)的應(yīng)用，可以有效減少機械制造對切削液的消耗，同時通過提升零件加工質(zhì)量的方式，避免因零件加工不合格而出現(xiàn)不必要的材料浪費；而對于蒸汽透平汽輪機、液力透平水輪機、螺桿膨脹回收裝置等先進生產(chǎn)設(shè)備及相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，則可以通過蒸汽余熱回收、余壓液能回收、低品位余熱回收等方式來有效控制機械制造生產(chǎn)耗能，使機械產(chǎn)品零部件加工、組裝等各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)設(shè)備運行能耗大大降低

。

3 綠色制造技術(shù)在機械制造業(yè)中的有效應(yīng)用模式

3.1 綠色設(shè)計

微機械制造技術(shù)可理解為制造微型機械產(chǎn)品的一系列技術(shù)手段，由于微型機械與常規(guī)機械產(chǎn)品相比，具有著體積小、質(zhì)量輕、精度高等特點，因此在節(jié)能環(huán)保方面往往能夠發(fā)揮出非常關(guān)鍵的作用。從材料應(yīng)用的角度來看，由于微機械的體積明顯小于常規(guī)機械產(chǎn)品，且能夠在縮小機械產(chǎn)品體積的同時，保證產(chǎn)品質(zhì)量性能與功能性不受影響，因此利用微機械制造技術(shù)來生產(chǎn)微型機械產(chǎn)品，能夠有效減少各類零部件對原材料的消耗。而從機械產(chǎn)品應(yīng)用的角度來看，由于微型機械體積更小、質(zhì)量更輕，因此其運行時耗能也會更低，在長期使用的情況下，其節(jié)能效果自然也就會顯得十分突出

。

3.2 綠色生產(chǎn)

真空熱處理技術(shù)是指在完全或部分真空的狀態(tài)下運用各種熱處理工藝，有效完成對金屬材料的熱加工，與常規(guī)熱處理技術(shù)相比，不僅能夠使金屬材料熱加工的質(zhì)量得到顯著提升，同時還具有著無氧化、無脫碳、無滲碳、脫脂除氣等作用，在節(jié)能環(huán)保、機械產(chǎn)品綠色制造方面的作用同樣比較突出。例如在熱處理處于真空狀態(tài)的情況下，能夠有效避免金屬材料表面元素蒸發(fā)，使各類含金屬元素有害氣體的生成得到有效控制

。而在真空加熱時氣流均勻性會直接影響零件淬硬效果、質(zhì)量分散度的情況下，應(yīng)用真空熱處理技術(shù)來加工零件，則可以有效控制零件的畸變，避免因畸變問題而影響零件質(zhì)量、導(dǎo)致材料浪費。

干式切削技術(shù)是指在不適用切削液的情況下，采用專門的干切削道具、機床及其他輔助設(shè)施來對機械制造原材料進行切削，以達到提高產(chǎn)品質(zhì)量、材料加工生產(chǎn)效率、刀具耐用度、加工生產(chǎn)可靠性等目的，在節(jié)能環(huán)保方面同樣能夠發(fā)揮出非常關(guān)鍵的作用，是目前機械制造行業(yè)中最常用的綠色制造技術(shù)之一。而從具體的功能作用來看，干式切削技術(shù)的節(jié)能環(huán)保特性則主要可以體現(xiàn)在以下幾方面：首先，在不適用切削液進行材料切削加工的情況下，干式切削本身就可以有效降低機械產(chǎn)品制作的資源消耗；其次，干式切削能夠有效帶走材料切削加工時產(chǎn)生的熱量，并通過減小摩擦、降低切削力等方式，保證材料切削加工的順暢性，從而有效解決刀具磨損過快、工件表面氧化等問題，無論是從刀具更換的角度，還是從加工質(zhì)量控制(提高材料加工合格率)的角度來看，都能夠起到降低資源消耗的作用

。最后，在使用切削液進行傳統(tǒng)切削加工的情況下，材料切削過程中很容易出現(xiàn)各種有毒有害的切屑，或是因切削液霧狀揮發(fā)產(chǎn)生各種有害氣體，而采用干式切削技術(shù)進行材料切削加工，則可以有效避免有害氣體生成，并將加工材料表面的切屑迅速帶走，起到良好的污染控制效果。

從機械制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀來看，由于很多機械產(chǎn)品都逐漸呈現(xiàn)出微型化的發(fā)展趨勢，因此有關(guān)機械制造企業(yè)常常在機械產(chǎn)品組裝完畢后，對其進行專門的包裝，為后期的產(chǎn)品運輸與銷售提供支持，而對于綠色制造技術(shù)的有效應(yīng)用，也同樣可以通過綠色包裝應(yīng)用模式來實現(xiàn)。一般來說，綠色包裝模式下的綠色制造技術(shù)應(yīng)用，主要可體現(xiàn)在減量化、循環(huán)使用、循環(huán)再生幾方面，基本都是屬于對包裝材料的合理選用。其中減量化是指在保證機械產(chǎn)品運輸時不受各種磕碰影響的前提下，盡可能減少對包裝材料的使用量，避免不必要的包裝材料消耗；循環(huán)使用是指采用金屬、特殊塑料等不易損壞的材料作為包裝材料，并在機械產(chǎn)品完成銷售后對包裝進行回收再利用，解決因產(chǎn)品包裝一次性使用及重復(fù)生產(chǎn)所導(dǎo)致的材料、能源大量消耗問題；而循環(huán)再生則是指采用紙、木材等易降解的材料作為波安裝材料，在完成機械產(chǎn)品銷售后，將包裝材料回收并重新應(yīng)用于產(chǎn)品包裝生產(chǎn)，同樣可以起到的降低材料消耗的效果

。

3.3 綠色包裝

淡煙荒草六朝宮，萬感叢生一眺中。不識群公互虓虎，獨于此地必爭熊。秦河濺淚西風(fēng)泣，淮含羞晚照紅。醞得許多愁為底，只緣誤倚大江東。

3.4 綠色再制造

綠色再制造作為面向產(chǎn)品全壽命周期設(shè)計與管理的技術(shù)措施、工程活動集成，通?？衫斫鉃橐揽肯冗M技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)來對廢舊產(chǎn)品進行改造或修復(fù)，以達到節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保、降低成本等目的，通常需要以嚴格的質(zhì)量標準、完善的生產(chǎn)管理程序及現(xiàn)代化的生產(chǎn)方式作為基礎(chǔ)支撐，是近年來新興的一種綠色制造技術(shù)應(yīng)用模式，在內(nèi)容上主要可分為再制造加工與舊產(chǎn)品升級兩部分。其中再制造加工主要是面向已經(jīng)因意外損壞或達到物理壽命、經(jīng)濟壽命而報廢的機械產(chǎn)品，再制造生產(chǎn)過程中可以將報廢產(chǎn)品中可利用的失效零部件挑選出來，并借助先進加工技術(shù)來對失效零部件進行失效分析、壽命評估及針對性的加工處理，使其能夠重新恢復(fù)原有的技術(shù)性能，甚至是實現(xiàn)應(yīng)用價值的提升，最后再將這些有剩余壽命的零部件重新應(yīng)用于新機械產(chǎn)品生產(chǎn)，以達到減少材料消耗、降低生產(chǎn)成本的效果。而舊產(chǎn)品升級則主要是面向已達到技術(shù)壽命或是被行業(yè)淘汰的機械產(chǎn)品，再制造生產(chǎn)中同樣可以通過技術(shù)改造、更新來提升產(chǎn)品技術(shù)性能，同時延長產(chǎn)品使用壽命，使其能夠重新具備應(yīng)用價值并進入到市場中

。與常規(guī)機械產(chǎn)品生產(chǎn)制造相比，由于舊產(chǎn)品升級所需進行的生產(chǎn)活動明顯更少，產(chǎn)品技術(shù)性能也基本不會出現(xiàn)問題，因此其在降低機械制造環(huán)境污染、減少機械制造材料消耗、控制機械制造能源消耗等方面都能夠發(fā)揮出非常重要的作用。

復(fù)水是干燥食品最重要的質(zhì)量參數(shù)之一[4]。復(fù)水與預(yù)處理、樣品性質(zhì)（干燥引起的變化）、干燥和復(fù)水的條件直接相關(guān)[16]。由圖3（a） 可知，在60℃干燥的莖瘤芥與在50℃和70℃干燥的莖瘤芥相比具有最高的復(fù)水能力。在50℃干燥的莖瘤芥復(fù)水能力接近于70℃干燥樣品的復(fù)水能力。這一現(xiàn)象可能是因為干燥溫度過高和干燥時間過長，而這些都不利于提升干燥食品的品質(zhì)。就干后莖瘤芥復(fù)水特性而言，60℃是可接受的莖瘤芥熱風(fēng)干燥溫度。

3.5 綠色管理

對于機械制造企業(yè)來說，由于綠色制造技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域基本覆蓋了機械產(chǎn)品制造生產(chǎn)全部環(huán)節(jié)，因此要想實現(xiàn)對綠色制造技術(shù)的有效應(yīng)用，通常還需加強機械產(chǎn)品生產(chǎn)階段中技術(shù)管理工作，而以技術(shù)應(yīng)用管理為核心的綠色管理模式，則正是面向技術(shù)管理的綠色制造技術(shù)應(yīng)用模式。一般來說，由于不同機械制造企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)水平、生產(chǎn)流程安排等實際情況均存在明顯差異，因此在綠色管理模式下，各機械制造企業(yè)通常都需要根據(jù)實際情況來制定出針對性的生產(chǎn)管理制度與技術(shù)應(yīng)用標準，在引入合適綠色制造技術(shù)的同時，對數(shù)控機床管理、廢料處理、產(chǎn)品包裝回收等各部門、崗位的工作人員提出明確工作要求，確保其能夠有效履行在綠色制造技術(shù)應(yīng)用方面的責(zé)任，并將各種綠色制造技術(shù)的優(yōu)勢作用充分發(fā)揮出來

。

4 結(jié)論

綠色制造技術(shù)的廣泛應(yīng)用雖然已經(jīng)成為了機械制造業(yè)的必然發(fā)展趨勢，但對于有關(guān)機械制造企業(yè)來說，要想保證綠色制造技術(shù)應(yīng)用的有效性，仍然需要熟悉了解干式切削技術(shù)、微機械技術(shù)等常見綠色制造技術(shù)，并將綠色設(shè)計、綠色生產(chǎn)、綠色再制造、虛擬綠色制造等有效應(yīng)用模式貫徹到機械產(chǎn)品生產(chǎn)制造實踐中來。

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