面向可持續(xù)發(fā)展的綠色制造 (2).ppt

現(xiàn)代制造技術,2010年9月,電子課件,第六章面向可持續(xù)發(fā)展的綠色制造,6.1綠色制造6.2綠色設計6.3清潔生產(chǎn)6.4再資源化技術,6.1綠色制造,6.1.1綠色制造的概念、內(nèi)涵和發(fā)展1.綠色制造的概念綠色制造又稱為環(huán)境意識制造和面向環(huán)境的制造，是一個綜合考慮環(huán)境影響和資源消耗的現(xiàn)代制造模式。其目標是使產(chǎn)品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個生命周期，對環(huán)境負面影響最小、資源利用率最高，并使企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益協(xié)調(diào)優(yōu)化。,6.1.1綠色制造的概念、內(nèi)涵和發(fā)展,綠色制造涉及的問題領域有三部分：（1）制造問題，包括產(chǎn)品生命周期全過程。（2）環(huán)境保護問題。（3）資源優(yōu)化利用問題。綠色制造就是這三部分內(nèi)容交叉，如圖6-1所示。,6.1.1綠色制造的概念、內(nèi)涵和發(fā)展,2.綠色制造的內(nèi)涵1）綠色制造是“大制造”綠色制造中的“制造”涉及到產(chǎn)品整個生命周期，因而同計算機集成制造、敏捷制造等概念中的“制造”一樣，是一個“大制造”概念。2）綠色制造范圍廣綠色制造涉及的范圍非常廣泛。包括機械、電子、食品、化工、軍工等，幾乎覆蓋整個工業(yè)領域。3）綠色制造重視資源和環(huán)境問題資源問題、環(huán)境問題、人口問題是當今人類社會面臨的三大主要問題。綠色制造從制造系統(tǒng)工程的觀點出發(fā)，是一種充分考慮前兩大問題的一種現(xiàn)代制造模式，是充分考慮制造業(yè)資源和環(huán)境問題的復雜的系統(tǒng)工程問題。,6.1.1綠色制造的概念、內(nèi)涵和發(fā)展,3.綠色制造的研究現(xiàn)狀1）國外綠色制造研究現(xiàn)狀在美國，從一些國家重點實驗室到國家研究中心，從東海岸的麻省理工學院到西海岸的Berkeley加州大學，大量的研究工作正在進行。在歐洲，國際生產(chǎn)工程學會（CIRP）近幾年均有大量論文對綠色制造和多生命周期工程等本質問題進行研究。英國CFSD（thecenterforsustainabledesign）對生態(tài)設計、可持續(xù)性產(chǎn)品設計等進行了集中研究，并開展了有關的教育工作，發(fā)行了TheJournalofSustainableProductDesign雜志。,6.1.1綠色制造的概念、內(nèi)涵和發(fā)展,國際電子電器工程師協(xié)會（IEEE）和日本生態(tài)設計（EcoDesign）協(xié)會聯(lián)合發(fā)起，在松下、索尼、IBM、豐田等多家跨國公司贊助下，InternationalSymposiumonEnvironmentallyConsciousDesignandInverseManufacturing國際研討會迄今已成功舉辦了3屆，對環(huán)境意識制造和逆向制造技術展開了討論。歐洲、日本、美國等發(fā)達國家的許多跨國公司都制定了綠色制造實施目標和措施，開展節(jié)能、降耗、產(chǎn)品生命周期評估（LCA）、環(huán)境審核、綠色產(chǎn)品開發(fā)等具體工作。,6.1.1綠色制造的概念、內(nèi)涵和發(fā)展,2）國內(nèi)綠色制造研究現(xiàn)狀重慶大學和武漢科技大學合作，承擔了國家863項目（“綠色制造的資源流模型和實施關鍵技術研究”、“綠色制造的集成運行模式和使用評估技術”、“面向綠色制造的工藝規(guī)劃關鍵使能技術及應用支持系統(tǒng)研究”等）和國家自然科學基金項目（“綠色制造的理論體系和決策支持技術研究”、“制造系統(tǒng)資源消耗模型和資源消耗特性的研究”等），初步建立了綠色制造的理論體系和技術體系，對制造系統(tǒng)物料和能源、資源優(yōu)化利用以及面向綠色制造的工藝規(guī)劃方面進行較為深入的研究，開發(fā)了一套“面向綠色制造的工藝規(guī)劃應用支持系統(tǒng)（著作權登記號：2003SR9386）”，并在中國現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)網(wǎng)絡中開辟了綠色制造專題。,6.1.1綠色制造的概念、內(nèi)涵和發(fā)展,清華大學、機械科學研究院、上海交通大學、裝甲兵工程學院以及其他高校和研究機構，如合肥工業(yè)大學、華中科技大學等對綠色制造的理論體系、專題技術等也進行了不少的研究。,6.1.1綠色制造的概念、內(nèi)涵和發(fā)展,4.綠色制造發(fā)展趨勢1）綠色制造正朝著標準化、政策化、法律化的方向發(fā)展2）“綠色貿(mào)易壁壘”促使著綠色制造技術的全球化發(fā)展3）綠色制造技術的集成特性愈來愈突出主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）效益目標集成；（2）組織模式集成；（3）技術集成；（4）綠色產(chǎn)品制造業(yè)正帶動著傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的更新?lián)Q代；（5）綠色制造帶來的新興產(chǎn)業(yè)正在興起。,6.1.2綠色制造的內(nèi)容體系,綠色制造作為一種先進制造模式，它強調(diào)在產(chǎn)品生命周期全過程中采取綠色措施，從而盡可能地減少產(chǎn)品在整個生命周期中對環(huán)境和人體健康的負面影響，提高資源和能源的利用率，所謂產(chǎn)品生命周期全過程，是指從地球環(huán)境（土地、空氣和海洋）中提取材料，加工制造成產(chǎn)品，并流通給消費者使用。產(chǎn)品報廢后經(jīng)拆卸、回收和再循環(huán)將資源重新利用的整個過程，如圖6-2所示。,6.1.2綠色制造的內(nèi)容體系,6.1.2綠色制造的內(nèi)容體系,由圖可以看出，綠色產(chǎn)品的生命周期可大致分為五個階段：原材料綠色制備階段、產(chǎn)品綠色設計與清潔生產(chǎn)階段、產(chǎn)品的綠色流通階段及產(chǎn)品綠色使用階段及產(chǎn)品再資源化階段。綠色制造謀求經(jīng)濟性的實現(xiàn)如下的產(chǎn)品生命周期環(huán)境協(xié)調(diào)特性。（1）節(jié)省資源與能源；（2）良好的環(huán)境保護特性；（3）良好的勞動保護特性。,6.1.2綠色制造的內(nèi)容體系,綠色制造的內(nèi)容及其相互關系可以由圖6-3表示。它包括綠色設計、清潔生產(chǎn)、綠色包裝、綠色運輸、再資源化技術及企業(yè)環(huán)境管理等內(nèi)容。其中，綠色設計是綠色制造的核心，它在企業(yè)硬件、軟件、組織機構、管理模式的支持下，不斷地同產(chǎn)品生命周期的其他階段以及外部環(huán)境因素交換信息，通過信息的反饋與控制實現(xiàn)產(chǎn)品的清潔生產(chǎn)、綠色消費、綠色回收處理及再利用。,6.1.2綠色制造的內(nèi)容體系,6.1.2綠色制造的內(nèi)容體系,綠色制造各部分的主要內(nèi)容如下：1）企業(yè)環(huán)境管理企業(yè)可持續(xù)發(fā)展策略；ISO14000環(huán)境管理標準認證；環(huán)境信息統(tǒng)計分析及綜合管理；企業(yè)環(huán)境管理內(nèi)審；產(chǎn)品生命周期的廢物管理；可回收件標志和管理等。2）綠色設計綠色產(chǎn)品的技術、經(jīng)濟、環(huán)境模型；綠色設計中的材料選擇技術；產(chǎn)品均衡壽命設計；產(chǎn)品長壽命設計；節(jié)能設計；面向環(huán)境的設計；人機工程設計；可拆卸性設計；面向環(huán)境的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)技術；生命周期評價；并行工程及人工智能的應用；綠色設計工具與平臺等。,6.1.2綠色制造的內(nèi)容體系,3）清潔生產(chǎn)生產(chǎn)過程能源優(yōu)化利用；生產(chǎn)過程資源優(yōu)化利用；生產(chǎn)過程環(huán)境狀況檢測；生產(chǎn)過程的勞動保護等。4）綠色包裝包裝材料的選擇；包裝結構；包裝的清潔生產(chǎn)；包裝物的再資源化技術等。5）綠色運輸最佳運輸路線及運輸方案設計；物料、倉儲的優(yōu)化設計；安裝調(diào)試過程的節(jié)能；安裝調(diào)試中的節(jié)省資源等。,6.1.2綠色制造的內(nèi)容體系,6）綠色材料可降解材料的開發(fā)；材料的輕量化設計；材料的長壽命設計；綠色材料的生命周期評價；綠色材料數(shù)據(jù)庫開發(fā)等。7）綠色能源可再生能源的應用；新能源的開發(fā)；傳統(tǒng)能源的清潔使用；能源的生命周期評價；綠色能源數(shù)據(jù)庫開發(fā)等。8）再資源化技術廢物管理系統(tǒng)；廢物無公害處理；廢物循環(huán)利用；報廢產(chǎn)品的拆卸及分類；報廢產(chǎn)品及零件的再制造及重用等。,6.2綠色設計,6.2.1綠色設計的實施過程綠色設計的過程和方法如圖6-4所示。主要包括以下步驟：,6.2.1綠色設計的實施過程,1）初步設計根據(jù)有關理論和歷史資料，用生命周期評價（LifeCycleAssessment，LCA）方法，分析待設計產(chǎn)品生命周期各個階段可能出現(xiàn)的環(huán)境影響因素。在此基礎上，運用并行設計的原理，在設計中全面考慮產(chǎn)品生命周期各階段中產(chǎn)品的綠色特性，并借助各種設計方法與理論，完成產(chǎn)品的初步設計。2）詳細設計運用LCA模擬追蹤所設計產(chǎn)品生命周期過程，評估設計方案的綠色特性，在此基礎上，完成詳細設計。3）改進設計根據(jù)評估結果，找出產(chǎn)品綠色特性問題所在，進行改進設計，并從產(chǎn)品生命周期的角度出發(fā)對產(chǎn)品綠色設計進行整體優(yōu)化。,6.2.2綠色設計與傳統(tǒng)設計的區(qū)別,綠色設計是指借助產(chǎn)品生命周期中與產(chǎn)品相關的各類信息（技術信息、環(huán)境協(xié)調(diào)性信息、經(jīng)濟信息），利用并行設計等各種先進的理論，使設計出的產(chǎn)品具有先進的技術性、良好的環(huán)境協(xié)調(diào)性以及合理的經(jīng)濟性的一種系統(tǒng)設計方法。綠色設計的內(nèi)涵較傳統(tǒng)設計豐富得多，主要表現(xiàn)在如下兩方面：（1）綠色設計將產(chǎn)品的生命周期拓展為從原材料制備到產(chǎn)品報廢后的回收處理及再利用，從而有助于真正實現(xiàn)產(chǎn)品“從搖籃到墳墓（CradletoGrave）”的綠色化。（2）綠色設計在系統(tǒng)論的基礎上，利用并行工程的思想，將環(huán)境、安全性、能源、資源等因素集成到產(chǎn)品的設計活動當中，有助于實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期中“預防為主，治理為輔”的綠色設計戰(zhàn)略，從根本上達到保護環(huán)境、保護人體健康和優(yōu)化利用資源與能源的目的。,6.2.3綠色設計的環(huán)境協(xié)調(diào)原則,1）資源利用最佳原則（1）在資源選用時，應充分考慮資源的再生能力，避免因資源的不合理使用而加劇資源的稀缺和造成資源枯竭危機，從而制約生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。因此，設計中應盡可能選擇可再生資源。（2）在設計上，應盡可能保證資源在產(chǎn)品的整個生命周期中得到最大限度的利用，力爭使資源的回收利用和投入比率趨于1。（3）對于確因技術水平限制而不能回收、再生、重用的廢棄物，應能夠自然降解，或便于安全的最終處理，以免增加環(huán)境的負擔。,6.2.3綠色設計的環(huán)境協(xié)調(diào)原則,2）能量利用最佳原則（1）在選用能源類型時，應盡可能選用太陽能、風能等清潔型可再生能源。優(yōu)化能源結構，盡量減少汽油、煤油等不可再生能源的使用，以有效減緩能源危機。（2）通過設計，力求使產(chǎn)品全生命周期中能量消耗最少，使有效能量與總能耗之比趨于1，以減少能源的浪費。同時，減少由于這些浪費的能量造成的振動、噪聲、熱輻射以及電磁波等對環(huán)境產(chǎn)生污染。,6.2.3綠色設計的環(huán)境協(xié)調(diào)原則,3）污染極小化原則綠色設計應徹底拋棄傳統(tǒng)的“先污染、后治理”的末端治理方式。在設計時，就充分考慮如何使產(chǎn)品在其全生命周期中對環(huán)境的污染最小，考慮如何消除污染源，從根本上消除污染。確保產(chǎn)品在其全生命周期中產(chǎn)生的環(huán)境污染接近于零，是綠色設計的理想目標。4）安全宜人化原則綠色設計不僅要求從產(chǎn)品的制造和使用環(huán)境以及產(chǎn)品的質量和可靠性等方面，考慮如何確保生產(chǎn)者和使用者的安全，而且還要求產(chǎn)品符合人機工效學、美學等有關原理，以使產(chǎn)品安全可靠、操作性好、舒適宜人。也就是說，綠色設計不僅要求所設計的產(chǎn)品在其全生命周期過程中對人們的身心健康造成傷害最小，還要求給產(chǎn)品的生產(chǎn)者和使用者提供舒適宜人的作業(yè)環(huán)境。,6.2.4生命周期評價,生命周期評價（LifeCycleAssessment），也稱生命周期分析（LifeCycleAnalysis，LCA），是綠色設計的分析基礎。所謂LCA，就是針對產(chǎn)品的環(huán)境協(xié)調(diào)性（如能源、資源的消耗，產(chǎn)品對生態(tài)環(huán)境和人體健康的影響），運用系統(tǒng)的觀點，對產(chǎn)品生命周期的各個階段（材料制備、設計開發(fā)、制造、包裝、發(fā)運、安裝、使用、最終處理及回收再生）進行詳細的分析或評估，從而獲得產(chǎn)品相關信息的總體情況，為改進產(chǎn)品性能提供完整、準確的信息。LCA的普通標準己于1997年完成，并編制在ISO14040中。LCA原理如圖6-5所示。,6.2.4生命周期評價,6.2.4生命周期評價,1.確定目標與范圍生命周期評價的目標，取決于進行生命周期評價的動機。通常，進行生命周期分析的動機有下面四種。1）建立某類產(chǎn)品的參考標準2）識別某類產(chǎn)品的改善潛力3）用于概念設計時的方案比較4）用于詳細設計時的方案比較利用生命周期評價方法，尋找詳細設計方案的優(yōu)缺點，并做出綜合評判，從中尋求最優(yōu)方案，并對方案進行改進。,6.2.4生命周期評價,2.清單分析清單分析（InventoryAnalysis）是LCA的核心和關鍵。它包括數(shù)據(jù)的收集和處理，當產(chǎn)品生命周期評價的目標和范圍確定以后，就可以模擬（對產(chǎn)品設計分析）或追蹤（對產(chǎn)品性能評估）產(chǎn)品的整個生命周期，詳細列出各個階段的各種輸入和輸出清單，并進行分析，從而為下一階段進行各種因素對目標性能的影響評價作準備。通常，生命周期評價清單分析的過程如圖6-6所示。,6.2.4生命周期評價,6.2.4生命周期評價,3.影響評價影響評價（ImpactAssessment）就是根據(jù)清單中的信息，定性或定量分析其對生態(tài)系統(tǒng)、人體健康、自然資源及能源消耗等產(chǎn)生的影響。然而，綠色產(chǎn)品涉及到的評價指標眾多，其中既有定量指標又有定性指標，這些指標都從不同側面描述了產(chǎn)品的環(huán)境協(xié)調(diào)性，必須對其進行綜合評價。目前有關影響評價的指標體系和方法很多，歸納起來主要包括定性分析法和定量分析法兩大類。,6.2.5面向產(chǎn)品生命周期的設計,面向產(chǎn)品生命周期各（某）環(huán)節(jié)的設計（DesignforX）的縮寫是DFX。主要有：面向采購的設計（DesignforProcurement，DFP）；面向制造的設計（DesignforManufacture，DFM）；面向裝配的設計（DesignforAssembly，DFA）；面向維修的設計（DesignforService/Maintain/Repair，DFS）；面向拆卸的設計（DesignforDisassembly，DFD）；面向回收的設計（DesignforRecovering&Recycling，DFR）等,6.2.5面向產(chǎn)品生命周期的設計,1.綠色設計中的材料選擇1）綠色設計中的材料選擇過程綠色設計中的材料選擇過程如圖6-7所示。,6.2.5面向產(chǎn)品生命周期的設計,2）綠色設計中的材料選擇準則（1）材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性原則。其主要內(nèi)容包括：材料的最佳利用原則。第一，盡量選擇綠色材料、可再生材料和回收的零部件或材料，使材料的回收利用與投入比率趨于1。第二，盡量選擇具有相容性的材料。第三，減少使用材料的種類。第四，材料選擇時應盡可能考慮材料的利用率。第五，對不同材料進行標識。,6.2.5面向產(chǎn)品生命周期的設計,能源的最佳利用原則。第一，材料生命周期中應盡可能采用清潔型可再生能源（也稱綠色能源），如太陽能、風能、水能、地熱能等。第二，材料生命周期能量利用率最高原則，即輸入與輸出能量的比值最大。污染最小原則。材料生命周期全過程中產(chǎn)出的環(huán)境污染最小。材料選擇時必須考慮其對環(huán)境的影響，盡量避免選擇對環(huán)境有害的材料。例如在低壓電器生產(chǎn)中，應避免采用含鎘的銀氧化鎘（AgCdO）觸頭材料。,6.2.5面向產(chǎn)品生命周期的設計,損害最小原則。材料生命周期全過程中對人體健康的損害最小。材料選擇必須考慮其對人體健康的損害、通常應注意材料的輻射強度、腐蝕性、毒性等。（2）材料的經(jīng)濟性原則。這不僅指優(yōu)先考慮選用價格比較便宜的材料，而且綜合考慮材料對整個制造、運行使用、產(chǎn)品維修乃至報廢后的回收處理成本等的影響，以達到最佳技術經(jīng)濟效益。材料的經(jīng)濟性原則主要表現(xiàn)為兩方面。,6.2.5面向產(chǎn)品生命周期的設計,材料的成本效益分析。在綠色設計中，產(chǎn)品的成本應該由材料生命周期成本來表示。顯然，降低材料生命周期成本對制造者、使用者和回收者都是有利的。影響材料成本的主要因素包括六個方面：第一，材料本身的相對價格；第二，材料的加工費用；第三，材料的利用率；第四，采用組合結構；第五，節(jié)約稀有材料；第六，回收成本。材料的供應狀況。選材時還應考慮當時當?shù)夭牧系墓闆r，為了簡化供應和儲存的材料品種，應盡可能地減少同一部機器上使用的材料品種。,6.2.5面向產(chǎn)品生命周期的設計,2.綠色包裝設計1）綠色包裝材料選擇應該遵循上述綠色設計中的材料選擇準則。2）進行合理的結構設計（1）通過合理的包裝結構設計，提高包裝的剛度和強度，減少包裝材料的使用。（2）通過合理的包裝形態(tài)設計，減少包裝材料的使用。（3）了解包裝印刷工藝和內(nèi)結構，實現(xiàn)包裝的省料設計。（4）避免過度包裝。,6.2.5面向產(chǎn)品生命周期的設計,（5）通過合理的結構設計，提高運輸?shù)男?。?）通過合理的包裝結構設計，避免包裝物的隨意丟棄，從而減小包裝物收集和回收的難度。（7）在包裝設計中，在產(chǎn)品外包裝上使用各種回收標志。使用不同顏色或其他輔助辨識系統(tǒng)，顯著地標明其廢棄方法、廢棄地點、分類標識等，以增強包裝物的有效回收。（8）外包裝的結構設計應避免造成對人體的傷害。,6.2.5面向產(chǎn)品生命周期的設計,3.面向拆卸回收的設計產(chǎn)品結構不宜于連續(xù)拆卸和回收，主要表現(xiàn)在以下幾方面。1）連接結構難于拆卸2）材料多樣性3）未考慮拆卸回收過程4）產(chǎn)品使用后，拆卸難度加大5）缺乏所拆卸產(chǎn)品的完整信息,6.2.5面向產(chǎn)品生命周期的設計,解決上述問題的基本思想就是：以方便維修、方便更換、方便回收為目標進行可拆卸設計。1）面向拆卸的設計面向拆卸設計的基本準則主要包括：（1）明確拆卸對象。（2）減少拆卸工作量。（3）增加易拆卸性能。（4）增加易處理性，即在設計時要考慮工人安全操作或實現(xiàn)自動操作。（5）增加易分離性。（6）減少零部件的多樣性。,6.2.5面向產(chǎn)品生命周期的設計,2）拆卸工藝設計主要要考慮下列問題：（1）拆卸類型的確定（2）拆卸信息產(chǎn)品拆卸工藝設計所需的信息如圖6-8所示。,6.2.5面向產(chǎn)品生命周期的設計,（3）拆卸深度。拆卸時，通常遵從先拆去最有價值的零部件的原則。剛開始拆卸時，所獲得的資源回收價值較大，拆卸也較容易，相應的拆卸費用也較低，即單位資源拆卸效益高。隨著拆卸程度的加深，單位資源的回收價值減少，拆卸難度增加，單位資源的拆卸效益下降。當單位資源回收價值等于單位資源拆卸費用，即單位資源拆卸效益為零時，達到拆卸技術與經(jīng)濟的協(xié)調(diào)，所得拆卸的總利潤最大。如果繼續(xù)拆卸，則拆卸效益為負，拆卸的總利潤減少。因此，從經(jīng)濟角度出發(fā)，拆卸工藝設計時，應盡量尋找最優(yōu)拆卸深度。,6.3清潔生產(chǎn),6.3.1節(jié)省材料技術1.提高構件承載能力1）提高構件的靜態(tài)強度（1）合理設計構件的截面形狀（2）對于軸類零件，應采用空心環(huán)形截面（3）采用等強度梁（4）改善構件的受力狀況（5）對構件進行彈、塑性強化，依此抵消部分工作應力。,6.3.1節(jié)省材料技術,2）提高構件的疲勞強度主要方法有：（1）降低應力集中（2）提高表面質量（3）進行表面處理3）提高構件的抗沖擊能力主要途徑是：（1）減小構件剛度，增大靜變形j。（2）設計緩沖結構。（3）合理選擇材料。,6.3.1節(jié)省材料技術,4）提高構件的剛度主要途徑是合理配置系統(tǒng)的幾何參數(shù)：（1）合理設計零部件的形狀結構。（2）施加預變形。（3）提高接觸剛度。5）提高構件的穩(wěn)定性（1）合理的截面形狀。（2）改善桿端支承狀況，減小支座系數(shù)。（3）等穩(wěn)定性結構。（4）增加中間支承。（5）改善結構，降低壓桿受力。,6.3.1節(jié)省材料技術,2.改善機械運動設計方案1）按節(jié)材原則設計傳動系統(tǒng)推廣應用標準化、系列化和通用化的零部件，是節(jié)省材料的重要措施之一。采用新型傳動形式，如同步帶、窄V帶、擺線針輪行星傳動、諧波齒輪傳動、活齒傳動等。合理地改善結構布置，可以有效地減小外廓尺寸和重量。2）按照節(jié)材原則設計執(zhí)行機構在機電產(chǎn)品的設計過程中，原動機和傳動裝置大多是根據(jù)工作條件選配，而執(zhí)行機構則需要設計者自行設計。,6.3.1節(jié)省材料技術,3.機械裝置的輕量化設計在滿足產(chǎn)品功能、性能的前提下，機械裝置的輕量化不僅可以節(jié)省材料，還可以帶來如下優(yōu)點：（1）能減輕其他部件或構件所承受的載荷。（2）由于機器重量的減輕，能使有效載荷增加（如飛機、車輛、挖掘機等）。（3）節(jié)省能源、減少運行費用。（4）易于操作和搬運（如建筑機械、家用電器、體育設備等）。,6.3.1節(jié)省材料技術,機械裝置輕量化設計的主要方法有以下幾種：1）改善機械裝置中零件的受力狀況合理地布置零件位置；合理設計零件的卸載及均載結構；減小零件的附加載荷。2）限制機械系統(tǒng)的受力設置安全聯(lián)軸器或緩沖器等。3）提高傳統(tǒng)裝置承載能力傳動系統(tǒng)的結構尺寸對機械裝置的機架、箱體，甚至對機器的總體尺寸均有重大影響。選擇和開發(fā)新型傳動裝置；采用強化工藝提高傳動零件的承載能力。4）合理設計機械裝置的結構提高零部件疲勞強度的結構設計；減輕機架重量的結構設計。,6.3.2節(jié)省資源技術,機械設備常常是企業(yè)的耗能大戶；節(jié)能主要可從如下幾個方面著手。1.運動部件輕量化在保證設備運行正常的情況下、設備運動部件輕量化可以減小能耗。以汽車為例，車體重量減小10%，可以降低油耗10%。運動部件輕型化可以通過選擇高強度鋼、輕質材料或改進結構設計來實現(xiàn)。,6.3.2節(jié)省資源技術,2.減少運動副之間的摩擦在機械設備中，摩擦不僅會磨損設備，還會因克服摩擦力而浪費不少能量。常用的減磨措施有：（1）靡擦副采用互溶性小的材料，以減小摩擦系數(shù)。（2）選擇合適的摩擦副表面粗糙度，減小摩擦系數(shù)。（3）改變摩擦副性質，盡量采用滾動摩擦副或流體摩擦副。（4）加強摩擦副之間的潤滑。3.改進傳動系統(tǒng)，提高傳動效率一般機床的傳動系統(tǒng)中，主傳動系統(tǒng)功率損失高達20%。傳動系統(tǒng)傳動效率的提高，可通過縮短傳動鏈、采用新型高效傳動機構以及加強傳動系統(tǒng)的潤滑等措施來實現(xiàn)。,6.3.2節(jié)省資源技術,4.采用節(jié)能措施很多產(chǎn)品使用過程中，并非時刻都處于做有用功的狀態(tài)，有很多時間處于“空載”狀態(tài)。因此，設計時應盡可能采用節(jié)能控制，如采用變頻技術、模糊控制等。5.適度自動化設備的功能不要一味追求自動化，應以實用為原則。在保證不增加操作者勞動強度和保證操作者安全的情況下，可適當采用手動機構；而不顧實際情況的過度自動化，往往會造成能耗的大量增加。,6.3.2節(jié)省資源技術,6.提高能量的轉換效率在機械設備中往往還存在一次或多次的能源轉換，如電能轉換為機械能、化學能轉換為機械能等。在轉換過程中，往往存在較大的能量損失。因此，應盡可能地提高產(chǎn)品使用過程中的能量轉換效率。7.減少能量儲備不必要的能量儲備實際上是一種浪費。例如當設備的電動機容量選擇不合理時，會出現(xiàn)產(chǎn)品功率不匹配的現(xiàn)象（如“大馬拉小車”），造成能量損失。,6.3.3環(huán)境友好技術,1.干切削技術切削液帶來的負面效應，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）切削液的添加劑含硫、氯等，潤滑劑中含亞硝胺、多環(huán)芳香烴和細菌分解產(chǎn)物，切削加工中產(chǎn)生的高溫，使切削液形成霧狀揮發(fā)物，污染環(huán)境，并損害操作者的健康。（2）某些切削液及粘有該切削液的切屑必須作為有毒、有害材料處理，處理費用非常高。（3）切削液的滲漏、溢出對安全生產(chǎn)有很大影響。（4）切削液的處理、循環(huán)、泵吸和過濾使加工系統(tǒng)復雜化，處理成本高。,6.3.3環(huán)境友好技術,1）干切削及其特點干切削技術是在加工過程中不施加任何切削液的工藝方法，從源頭上消除了切削液帶來的環(huán)境負面效應。它具有以下特點：（1）形成的切屑無污染，易于回收和處理。（2）節(jié)約了與切削液有關的傳輸、回收，過濾等裝置及費用。（3）不會發(fā)生與切削液有關的環(huán)境污染、安全和質量事故。,6.3.3環(huán)境友好技術,2）實現(xiàn)干切削加工的措施（1）刀具要求。干切削要求刀具材料應具有優(yōu)良的耐熱性能和耐磨性能。常用的刀具材料有金剛石、立方氮化硼、陶瓷、涂層和超細晶粒硬質合金等。采用涂層技術，因為性能優(yōu)良的涂層可降低刀具與工件表面之間的摩擦，減少切削力。目前所使用的刀具中，40%采用了涂層技術。選擇適合干切削加工的刀具幾何形狀，以減少加工中刀具、切屑和工件間的摩擦。（2）切削用量的選擇，見表6-1。,6.3.3環(huán)境友好技術,6.3.3環(huán)境友好技術,（3）機床結構設計。研究表明，切削液的主要作用是散熱和排屑，潤滑作用只占10%。因此，機床的結構設計應保證快速排屑和散熱，并盡量消除切屑對環(huán)境的不利影響。2.無鉛化技術由于鉛對環(huán)境和人體健康具有很大的危害，無鉛化已經(jīng)成為機電行業(yè)的發(fā)展趨勢。3.無鉻工藝六價鉻及其化合物對人體的皮膚、粘膜和呼吸系統(tǒng)有很大的刺激性和腐蝕性，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)有毒害作用，并且有強致癌性，毒性是三價鉻的100倍。歐盟的RoHS/WEEE和我國電子信息產(chǎn)品生產(chǎn)污染防治管理法明確規(guī)定，禁止使用包括六價鉻等有害物質。,6.4再資源化技術,6.4.1拆卸工藝及工具1.拆卸工藝制定步驟1）產(chǎn)品分析在先拆卸最有價值零部件的總體原則下，結合設計信息，對產(chǎn)品可回收再利用的零件與材料進行分析，以獲得再生、再利用程度與可能性以及最佳可拆卸程度等信息，為制定正確的拆卸路線，選擇適當?shù)牟鹦斗绞阶骱脺蕚洹?6.4.1拆卸工藝及工具,2）產(chǎn)品裝配分析產(chǎn)品的裝配關系對拆卸有極大的影響，因為拆卸在多數(shù)情況下是裝配的逆過程。因此必須準確掌握產(chǎn)品裝配的有關信息，對產(chǎn)品中各零部件的緊固連接元件、連接方式以及產(chǎn)品生產(chǎn)時裝配順序等進行詳盡地分析，為產(chǎn)品的拆卸提供技術參考。3）產(chǎn)品使用方式和影響分析主要是對產(chǎn)品的使用過程與環(huán)境進行分析，以考慮產(chǎn)品在使用過程中，因使用環(huán)境或維護等原因對拆卸造成的不確定因素。,6.4.1拆卸工藝及工具,4）決定拆卸策略根據(jù)所獲得的信息，決定產(chǎn)品零部件的拆卸方式，是進行破壞性拆卸、非破壞性拆卸還是部分破壞性拆卸。5）拆卸過程計劃和策略在上述步驟基礎上，確定拆卸深度、優(yōu)化拆卸路線、細化拆卸工藝（比如決定拆卸方式、選擇拆卸工具、確定拆卸運動等）及制定拆卸工藝書等。,6.4.1拆卸工藝及工具,2.拆卸技術產(chǎn)品報廢后，必須采取一定的拆卸手段才能實現(xiàn)零部件的拆卸。選擇合理的拆卸技術，直接關系到產(chǎn)品能否拆卸成功和拆卸的經(jīng)濟性。拆卸技術按其自動化程度，可分為手動拆卸和自動拆卸兩類。手動拆卸主要依靠手動工具和工人的拆卸技藝來完成拆卸工作，具有對產(chǎn)品類型變化適應能力強等優(yōu)點；但是拆卸效率低、拆卸質量也受工人技術水平、精神狀態(tài)等人為因素的影響，多見于各種小型或個人的拆卸廠。自動化拆卸方式更受大企業(yè)、大公司的青睞。拆卸系統(tǒng)的規(guī)模以及自動化程度，應根據(jù)被拆卸產(chǎn)品要求、技術條件和企業(yè)自身的實際情況決定。,6.4.2再制造工程,1.再制造定義再制造是指以產(chǎn)品全壽命周期理論為指導，以廢舊產(chǎn)品性能實現(xiàn)跨越式提升為目標，以優(yōu)質、高效、節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保為準則，以先進技術和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)為手段，對廢舊產(chǎn)品進行修復和改造的一系列技術措施或工程活動的總稱。簡言之，再制造就是廢舊產(chǎn)品高技術維修的產(chǎn)業(yè)化。,6.4.2再制造工程,2.再制造過程包括產(chǎn)品清洗、目標對象拆卸、清洗、檢測、再制造零部件分類、再制造技術選擇、再制造、檢驗等八個步驟（圖6-9）。,6.4.2再制造工程,1）產(chǎn)品清洗產(chǎn)品清洗對于產(chǎn)品性能檢測、再制造目標的確定等非常重要。其目的是清除產(chǎn)品塵土、油污、泥沙等臟物。2）目標對象拆卸通過分析產(chǎn)品零部件之間的約束關系，確定目標對象的拆卸路徑，完成目標對象拆卸。3）目標對象清洗目標對象的清洗就是根據(jù)目標對象的材質、精密程度、污染物性質不同，以及零件清潔度的要求，選擇合適的設備、工具、工藝和清洗介質進行清洗。目標對象清洗，有助于發(fā)現(xiàn)目標對象的問題和缺陷。,6.4.2再制造工程,4）目標對象檢測目標對象檢側目的是為了確定目標對象的技術、性能狀態(tài)。常用的檢測內(nèi)容和方法有：幾何形狀精度檢測；表面位置精度檢測；表面質量檢測；內(nèi)部缺陷檢測；力學物理性能檢測；零件稱重與平衡。5）再制造零部件分類再制造零部件應根據(jù)其幾何形狀、損壞性質和工藝特性的共同性來分類。再制造零件的分類，為再制造企業(yè)采用大批量或批量方法實現(xiàn)再制造提供了條件。,6.4.2再制造工程,6）再制造技術選擇根據(jù)再制造企業(yè)的技術水平、目標對象的損壞情況以及各種再制造技術的技術、經(jīng)濟和環(huán)境特性選擇適宜的再制造技術。7）再制造根據(jù)所選的再制造技術，進行目標對象的再制造。8）檢驗對再制造后的目標零件進行檢驗，看是否達到技術要求。,6.4.2再制造工程,3.再制造技術廢舊零部件再制造技術很多，主要包括噴涂法、粘修法、焊修法、電鍍法、熔敷法、塑性變形法及機械加工修理法等（圖6-10）。,6.4.2再制造工程,1）熱噴涂技術熱噴涂技術是一種用專用設備把某種固體材料熔化并加速噴射到機件表面上，形成一特制薄層，以提高機件耐蝕、耐磨和耐高溫等性能的新興材料表面科學技術。2）堆焊修復技術堆焊修復技術是