航天綠色制造體系的立體化構(gòu)建與實踐

余昭輝 張文杰 王赟

1 中國運載火箭技術(shù)研究院 2中國航天科技集團有限公司

全面推行綠色制造是《中國制造2025》的重大戰(zhàn)略任務之一。因此全面推進綠色制造體系建設，已成為推進制造業(yè)領域綠色發(fā)展的重要措施。結(jié)合綠色制造體系的建設目標任務，以及航天聚焦“雙一流”戰(zhàn)略發(fā)展目標和“高質(zhì)量、高效率、高效益”的總體發(fā)展要求，探索構(gòu)建具有航天特色的綠色制造體系，將綠色發(fā)展融入航天發(fā)展中，為建設美麗中國和碳達峰碳中和戰(zhàn)略目標實現(xiàn)積極貢獻航天力量。

1 航天綠色制造體系建設思路

按照國家關(guān)于綠色制造體系的建設方式，是以綠色產(chǎn)品、綠色工廠、綠色工業(yè)園區(qū)、綠色供應鏈為重點，但航天事業(yè)是系統(tǒng)工程，實施過程除了生產(chǎn)制造外，還涵蓋規(guī)劃、研究、設計、試驗和應用等多系統(tǒng)工程，具有多品種、多狀態(tài)、小批量的產(chǎn)品特性，下屬單位功能性質(zhì)復雜，想要實現(xiàn)建成綠色制造體系，最終要達成以最終產(chǎn)品為導向，溯源生產(chǎn)上下游，涵蓋產(chǎn)品全生命周期，將綠色發(fā)展理念融入全流程的綠色制造體系建設和發(fā)展路線。

結(jié)合傳統(tǒng)綠色制造體系的發(fā)展方向，基于現(xiàn)有制度成熟性、現(xiàn)有工作基礎等方面實際，航天綠色制造體系建設以綠色工廠建設為最先突破點，以點帶面開展多種維度的綠色條件實現(xiàn)，并形成網(wǎng)格式的建設框架。

2 航天綠色制造體系建設的重點內(nèi)容

參考國家關(guān)于綠色產(chǎn)品、綠色工廠、綠色工業(yè)園區(qū)、綠色供應鏈的重點建設目標，雖然國家綠色產(chǎn)品多以民用消費品為主要認證方向，綠色工業(yè)園區(qū)以國家級經(jīng)濟開發(fā)區(qū)為主要認證方向，與航天生產(chǎn)實際存在一些差異，但參照綠色建設目標的相關(guān)要求，擬定航天綠色制造體系以生產(chǎn)制造綠色化、產(chǎn)品綠色化、集成綠色化和上下游綠色化為建設目標，實施開展相應的建設工作。

2.1 生產(chǎn)制造綠色化

以綠色工廠為建設目標，按照國家關(guān)于綠色工廠的建設要求，對標建設標準，建設符合國家認可的綠色工廠。同時，按照以點帶線，以線帶面的綠色工廠建設方式，對工廠的基礎生產(chǎn)單位，車間、生產(chǎn)線的綠色化建設提出相應的建設要求和建設目標，推動有條件的車間升級改造為具備工藝先進、調(diào)度智能、布局合理、環(huán)境無害、消耗最少等特點的綠色車間，以及具備智能化水平高、高耗能工藝少、高產(chǎn)污工藝少、末端治理水平高、投入產(chǎn)出比高等特點的綠色生產(chǎn)線。

2.2 產(chǎn)品綠色化

航天綠色產(chǎn)品是以綠色制造實現(xiàn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的最終體現(xiàn)，側(cè)重于產(chǎn)品全生命周期的綠色化。與設計單位聯(lián)合探索典型成批次產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，提升工藝綠色化、產(chǎn)品環(huán)境影響最小化屬性，推進綠色火箭發(fā)射比率。同時，推動節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實現(xiàn)將綠色產(chǎn)品技術(shù)輸出與落地，提升航天綠色影響力。

2.3 集成綠色化

為確保航天系統(tǒng)建設的高效有序，建設有由多家企業(yè)集成的復合型產(chǎn)業(yè)園區(qū)，園區(qū)一般有統(tǒng)一的管理機構(gòu)負責公共區(qū)域的管理，和不同單位的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)工作，一般園區(qū)具有統(tǒng)一的能源輸送管道，資源使用均依托園區(qū)公用設施，按照“緊前籌劃、既有提升”的建設思路，規(guī)劃建設綠色新園區(qū)、推動改造綠色老園區(qū)。

2.4 上下游綠色化

航天是系統(tǒng)工程，以長征系列運載火箭為例，從火箭總體設計到彈箭體結(jié)構(gòu)、測量通信、增壓輸送、測發(fā)控等分系統(tǒng)，幾十個研究設計專業(yè)的設計、研發(fā)、安裝、制造等多個環(huán)節(jié)，通過任務書對各環(huán)節(jié)參數(shù)、性能、質(zhì)量提出具體要求，對供應上下游具有絕對的影響作用，在系統(tǒng)設計之初，將綠色屬性加入到各環(huán)節(jié)中，實施綠色伙伴式供應商管理，充分考慮各項工作可能造成的環(huán)境影響，提出約束性要求，帶動上下游企業(yè)共同實現(xiàn)行業(yè)的綠色低碳發(fā)展。

3 航天綠色制造體系建設的重點任務

3.1 綠色標準體系建設

目前國家對于綠色產(chǎn)品、綠色工廠、綠色工業(yè)園區(qū)、綠色供應鏈均已制定有完備的標準體系，為航天綠色標準體系建設提供了的精確指導和明確方向，結(jié)合既有的標準體系與航天系統(tǒng)工程復合集成的特點，在車間、生產(chǎn)線的綠色化提升、航天產(chǎn)業(yè)園區(qū)、航天特色綠色產(chǎn)品、航天供應鏈管理方面，擬定詳細的建設指南和評價標準，從標準層面對建設目標和建設要求進行界定，指定形成符合實際的標準群。

3.2 全生命周期綠色化提升

從產(chǎn)品全生命周期著手，從綠色設計、綠色加工、綠色裝配、綠色試驗、綠色檢測、綠色采購和綠色回收七個環(huán)節(jié)，著力推進綠色制造體系建設提升。將綠色要求融入各個環(huán)節(jié)，在保障產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，實現(xiàn)源頭削減、過程管控、末端回收治理，致力實現(xiàn)資源消耗最小化，環(huán)境影響最小化，投資回報最大化。

3.3 智能制造的協(xié)同共生

綠色制造、智能制造是《中國制造2025》“1+X”規(guī)劃體系的重要組成部分。航天企業(yè)作為國家高精尖技術(shù)企業(yè)，應實現(xiàn)生產(chǎn)過程的綠色化、自動化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化，充分發(fā)揮產(chǎn)學研各自的優(yōu)勢，強化企業(yè)在綠色制造、智能制造中的作用。

3.4 “三高”發(fā)展綠色賦能

綠色制造體系的有效建設，對于提升航天工業(yè)高質(zhì)量、高效率、高效益發(fā)展具有很強的推動作用。“工業(yè)工程+綠色制造”集成化，按照綠色產(chǎn)線、車間要求建設的流程優(yōu)化，可以有效提升資源利用率，降低污染產(chǎn)出率，實際提升生產(chǎn)效率，有效降低生產(chǎn)運行成本，提高生產(chǎn)利潤率。

4 航天綠色制造體系的建設實踐

4.1 綠色工廠建設突破

按照建設思路編制下發(fā)航天綠色制造體系建設實施方案后，全面開啟了綠色生產(chǎn)方面的建設實施，以申報省部級及以上綠色工廠為建設標的，同步制訂了符合航天生產(chǎn)實際的系列綠色標準，如航天綠色車間、綠色生產(chǎn)線、綠色工廠、綠色園區(qū)、綠色產(chǎn)品和綠色供應鏈建設指南及評價要求標準群。依據(jù)標準整合已有綠色建設成果，目前已有10余家單位完成或開展綠色工廠的建設實施與申報認證工作。

4.2 綠色工藝提升改造

綠色工藝迭代更新是綠色制造體系建設的內(nèi)核，必須圍繞此關(guān)鍵環(huán)節(jié)，開展生產(chǎn)線數(shù)字化提升、工藝替代驗證等工作。如，自主研發(fā)的伺服控制驅(qū)動器總裝測試數(shù)字化生產(chǎn)線，實現(xiàn)倉儲、裝配、測試設備互聯(lián)互通，全流程100%信息化管控、生產(chǎn)用文件100%無紙化、測試數(shù)據(jù)100%自動判讀，真正實現(xiàn)黑燈車間，大幅度降低資源消耗，提升產(chǎn)品合格率，實現(xiàn)智能制造和綠色制造雙提升；開展水性硅橡膠熱防護涂層制備與性能研究，以水性稀料替代現(xiàn)有有機稀料,并驗證滿足熱防護需求；開展大面積硅橡膠放熱圖層自動刮涂工藝替代原有噴涂工藝，可減少40%揮發(fā)性有機物排放量。

4.3 綠色產(chǎn)品推廣實施

主流產(chǎn)品方面研制出我國第一型“全綠色”中型運載火箭長征七號，以無毒、無污染的液氧、煤油、液氫替代傳統(tǒng)推進劑，比沖比常規(guī)推進劑提高20%，推力提高60%。選用了一種對環(huán)境無害的新材料作為推進劑絕熱層材料。選用氦氣作為增壓氣體。殼體制造以機械銑制替代化學銑切，減少危險廢物產(chǎn)生量。民用領域方面研制出三相融合射流設備，以流體為介質(zhì)，通過高溫發(fā)生設備，使用沖擊原理達到清洗效果，清洗過程無粉塵、無化學污染，高效、節(jié)水、節(jié)能。此外，將液體火箭發(fā)動機的燃燒、噴霧等優(yōu)勢航天技術(shù)應用于危廢處置領域，煙氣排放設計指標遠超國標要求，達到近零排放標準；項目可實現(xiàn)余熱回收梯級利用，達到危廢減量化、無害化及廢水零排放的節(jié)能環(huán)保處置效果。

4.4 環(huán)保提升改造

全面推進污染物治理設施更新改造工程。如，針對涂裝工序，開展“沸石轉(zhuǎn)輪吸附+RTO催化燃燒設施”更新替代，可持續(xù)達標技術(shù)凈化效率達到80%以上；針對特殊工藝廢水，積極引入先進水處理工藝，排水水質(zhì)可達到一級A排放標準。開發(fā)環(huán)保智慧監(jiān)控平臺，實現(xiàn)對在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的監(jiān)控和監(jiān)測數(shù)據(jù)的收集、整理和大數(shù)據(jù)分析，確保污染物達標排放和科學管控。開展電鍍工藝廢水處理站提標改造，進一步降低環(huán)境污染風險，提升環(huán)境可靠性。

4.5 節(jié)能更新改造

推動下屬單位陸續(xù)開展了“煤改氣”清潔能源替代、分布式能源系統(tǒng)、熱處理爐集控系統(tǒng)、能源監(jiān)控、建設屋頂光伏發(fā)電、改造熱處理節(jié)水、空壓變頻改造、利用回收裝置回收利用等節(jié)能項目，取得了較好的節(jié)能減排降耗的效果。例如某下屬公司開展煤改氣工程后降低能源消耗400t，二氧化硫降低50%以上，分布式能源系統(tǒng)項目較傳統(tǒng)燃煤系統(tǒng)節(jié)能180tce/a，熱處理爐集控系統(tǒng)項目節(jié)約用電10%，能源監(jiān)控系統(tǒng)節(jié)電30萬kWh/a，節(jié)水1.2萬m3。

4.6 集成綠色化改造

全面提升航天工業(yè)園區(qū)含綠量，優(yōu)化園區(qū)結(jié)構(gòu)布局，如引入光伏等清潔能源入園，有效降低成本，提高園區(qū)畝產(chǎn)值。某航天工業(yè)集成園區(qū)，綠化率達到39%，綠化覆蓋率達到45%，人均占有綠地約20.5m2，園區(qū)內(nèi)引入電動綠色巴士，鼓勵員工園區(qū)外乘坐公共交通，園區(qū)內(nèi)乘坐綠色大巴的綠色出行方式，加快形成綠色低碳生產(chǎn)生活方式。

5 結(jié)語

綠色制造體系對航天系統(tǒng)的綠色提升仍大有挖掘空間，其核心仍然聚焦在設計和生產(chǎn)兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，設計之初融入綠色理念和綠色要求，應用產(chǎn)品輕量化、模塊化、集成化、智能化等綠色設計共性技術(shù)，才能從根本上實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期的綠色提升。航天制造部分工序已實現(xiàn)綠色替代，后續(xù)仍需持續(xù)挖掘綠色提升改造潛力，從源頭降低環(huán)境影響，真正建成航天綠色制造體系。