綠色制造的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

1、 目 錄摘要 3Abstract40文獻綜述 5 0.1 發(fā)展綠色制造的背景 5 0.2 綠色制造的內涵5 0.3 綠色制造的特點6 0.4 綠色制造發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢7 0.5 結語91 引言92 綠色制造的概念 103 綠色設計113.1 綠色設計的概念 113.2 綠色設計的內容 123.3 綠色設計的方法 123.3.1 產品生命周期設計法123.3.2 并行工程法133.3.3 模塊化設計法163.4 綠色設計的研究現(xiàn)狀 173.5 綠色設計理念在機械實踐中的體現(xiàn) 204 綠色材料224.1 綠色材料的概念 224.2 綠色材料的分類 234.3 綠色材料的發(fā)展現(xiàn)狀 234.4 綠色材料

2、的發(fā)展趨勢 245 綠色制造工藝技術255.1 綠色制造工藝技術的概念255.2 綠色制造工藝技術的具體內容及應用26 5.2.1 干式加工26 5.2.2 準干式加工295.2.3 風冷卻切削技術295.3 綠色制造工藝技術的發(fā)展趨勢306 產品的綠色包裝技術306.1 概念闡述 306.2 綠色包裝材料的種類316.3 綠色包裝的發(fā)展現(xiàn)狀326.4 發(fā)展綠色包裝技術的意義 337 產品的可拆卸、可回收技術337.1 產品回收利用概念337.2 影響產品拆卸回收利用的因素 347.3 我國產品回收利用現(xiàn)狀 348 綠色制造的研究方向359 實施綠色制造的措施369.1 加緊綠色制造關鍵技術的

3、研究369.2 提高公眾和企業(yè)的環(huán)境意識389.3 政府立法并加大執(zhí)法力度3810 結論 38參考文獻39致謝40綠色制造的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢摘要：本文在綜合大量文獻的基礎上，首先對綠色制造的概念和內容作了簡要的論述。綠色制造過程包括五大部分：綠色設計、綠色材料的使用、面向環(huán)境、能源、材料的綠色制造工藝技術、產品的綠色包裝技術和產品可拆卸、可回收技術。著重介紹了各個環(huán)節(jié)的具體定義和發(fā)展現(xiàn)狀、這些部分在發(fā)展過程中所遇到的各種問題以及克服這些問題應該采取的措施。面對制造行業(yè)對環(huán)境帶來的巨大影響，綠色制造是我國制造產業(yè)發(fā)展的新趨勢。綠色制造是制造業(yè)發(fā)展的必由之路，它將使傳統(tǒng)的制造業(yè)發(fā)生巨大的變化，為可持

4、續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略提供重要的保證。綠色制造的研究具有非常高的科學價值和廣闊的應用前景。關鍵詞：綠色設計；綠色材料；綠色制造工藝技術；綠色包裝；回收利用 The development of green manufacturing and trendsAbstract: The concept and content of green manufacturing are discussed briefly basing on a great deal of integrated literature in this thesis. Green manufacturing process includes

5、 five major parts: green design, using of green materials, art and technology of green manufacturing which are facing environment, energy and materials, green packaging technology of products and sectional products, recyclable technology. Introduction is most focused on specific definition and devel

6、opment of all aspects, various problems and settlement measure should be taken in the development process of these parts. Green manufacturing is new trend of Chinese manufacturing industry development in facing of tremendous environmental impact brought by manufacturing industry. Green Manufacturing

7、 is the only way for development of the manufacturing industry. It will change the traditional manufacturing industry a lot and provide sustainable development strategy an important guarantee to. Research on green manufacturing has high scientific value and broad application prospects.Keywords：green

8、 design；green materials；art and technology of green manufacturing；green packaging；recycling0 文獻綜述迄今為止，人們對制造的理解和看法尚有許多不同的觀點，因而對綠色制造更各有所云。不管怎樣去理解、去認識，但其實質是相同的，即綠色制造具有節(jié)能、降耗、少環(huán)境污染或無環(huán)境污染的特征，是在傳統(tǒng)制造的基礎上發(fā)展而來的。綠色制造，又稱環(huán)境意識制造、面向環(huán)境的制造等。它是一個綜合考慮環(huán)境影響和資源效益的現(xiàn)代化制造模式，其目標是使產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個產品生命周期中，對環(huán)境的影響（負作用）最

9、小，資源利用率最高，并使企業(yè)經濟效益和社會效益協(xié)調優(yōu)化。綠色制造這種現(xiàn)代化制造模式，是人類可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在現(xiàn)代制造業(yè)中的體現(xiàn)。0.1 發(fā)展綠色制造的背景人與自然和諧發(fā)展問題已成為眾多領域、部門所關注的焦點。全球經濟自20世紀60年代以來以前所未有的速度持續(xù)發(fā)展，但由于忽略了環(huán)境保護，結果帶來了嚴重的后果。當今人類面臨著三大全球性的災難：大氣層中臭氧的破壞和局部消失、過量的二氧化碳逸入大氣層導致溫室效應以及酸雨的迅速蔓延。此外，工業(yè)廢棄物的大量增加和能源的巨大消耗，也已經成為威脅人類生存的全球性問題。傳統(tǒng)的環(huán)境治理方法是末端治理，但不能從根本上實現(xiàn)對環(huán)境的保護，要徹底解決環(huán)境污染問題，必須從源頭

10、上進行治理。對于制造業(yè)而言，就是要求考慮產品整個生命周期對環(huán)境的影響，最大限度地利用原材料、能源，減少有害廢物和固體、液體、氣體的排放物，改進操作安全，減輕對環(huán)境的污染。綠色制造就是在這樣的背景下提出來的。它被看作是解決問題的根本方法和途徑，也是現(xiàn)代企業(yè)獲得競爭優(yōu)勢的主要來源。0.2 綠色制造的內涵綠色制造技術是指在保證產品的功能、質量、成本的前提下，綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式。它使產品從設計、制造、使用到報廢整個產品生命周期中不產生環(huán)境污染或環(huán)境污染最小化，符合環(huán)境保護要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，節(jié)約資源和能源，使資源利用率最高，能源消耗最低1。目前綠色制造的研究思路主要集

11、中在：（）從產品壽命周期的角度出發(fā)考慮制造全過程的技術和管理；（）從制造模式的角度來看待綠色制造；（）從環(huán)境和資源的角度來看待制造。由此看出，綠色制造具有廣義的內涵。它首先有1個實現(xiàn)目標，即保護環(huán)境和最有效地利用有限的資源。還包括2個層次的全過程控制，一是集體的制造過程，即物料轉化過程中，充分利用資源，減少環(huán)境污染，實現(xiàn)具體綠色制造的過程；另一是指在構思、設計、制造、裝配、運輸、銷售、售后服務及產品報廢后回收的整個產品周期中每個環(huán)節(jié)均充分考慮資源和環(huán)境問題，以實現(xiàn)最大限度地優(yōu)化利用資源和減少環(huán)境污染的廣義綠色制造過程。綠色制造的產物是綠色產品，綠色產品是在其生命周期全程中，符合特定的環(huán)境保護要

12、求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率最高，能源消耗最低的產品。即綠色產品應有利于保護生態(tài)環(huán)境，不產生環(huán)境污染或使污染最小化，同時有利于節(jié)約資源和能源，且這一特點應貫穿于產品。傳統(tǒng)的制造模式是一個開環(huán)系統(tǒng)，即原料工業(yè)生產產品使用報廢二次原料資源，從設計、制造、使用一直到產品報廢回收整個壽命周期對環(huán)境影響最小，資源效率最高，也就是說要在產品整個生命周期內，以系統(tǒng)集成的觀點考慮產品環(huán)境屬性，改變了原來末端處理的環(huán)境保護辦法，對環(huán)境保護從源頭抓起，并考慮產品的基本屬性，使產品在滿足環(huán)境目標要求的同時，保證產品應有的基本性能、使用壽命、質量等2。0.3 綠色制造的特點綠色制造與傳統(tǒng)制造相比，具有以下

13、特點1：（1）系統(tǒng)性。 綠色制造系統(tǒng)與傳統(tǒng)的制造系統(tǒng)相比，其本質特征在于綠色制造系統(tǒng)除保證一般的制造系統(tǒng)功能外，還要保證環(huán)境污染為最小。綠色制造系統(tǒng)資源利用率最大 廢棄資源最少環(huán)境污染最?。?）突出預防性。 綠色制造對產品和生產過程中進行綜合預防污染的戰(zhàn)略，強調以預防為主，通過污染源消減和保證環(huán)境安全的回收利用，杜絕廢棄物產生或使廢棄物最小化。（3）保持適合性。 綠色制造必須結合產品的特點和工藝要求，使綠色制造目標符合企業(yè)生產經營發(fā)展的需要，又不損害生態(tài)環(huán)境，且能保持資源的合理使用。（4）符合經濟性。 通過綠色制造技術的應用，可節(jié)省原材料，減少能源的消耗，降低廢棄物處理處置費用，降低生產成本，

14、提高產品的經濟性。在國際上綠色產品已經獲得越來越廣泛的市場，生產綠色產品或環(huán)境標志產品必然使企業(yè)在國際市場上具有更大的競爭力。（5）注意有效性和動態(tài)性。 綠色制造從產品末端治理轉向對產品及生產過程的連續(xù)控制，使污染物產生最少化或消失于生產過程中，綜合利用再生資源和能源、物料的循環(huán)利用技術，有效地防止二次污染。隨著相關科學技術的發(fā)展，綠色制造的目標、內容會產生相應的變化和提高，也會不斷地走向完善。綠色制造必須與市場需求、經濟發(fā)展的動態(tài)相適應。0.4 綠色制造發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢0.4.1 國內研究現(xiàn)狀國內一些高等院校和研究院所在國家科委、國家自然科學基金會和有關部門的支持下對綠色制造技術進行了廣泛的研

15、究探索。機械科學研究院已完成了國家科委“九五”攻關項目清潔生產技術選擇與數(shù)據庫的建立、機械工業(yè)基金項目綠色設計技術發(fā)展趨勢及對策研究。圍繞機械工業(yè)中九個行業(yè)對綠色技術需求和綠色設計技術自身發(fā)展趨勢進行了調研，在國內首次提出適合機械工業(yè)的綠色設計技術發(fā)展體系，同時還進行了車輛的拆卸和回收技術的研究。目前正在開展國家自然科學基金項目“環(huán)境綠色技術評價體系的研究”。以環(huán)境保護綠色技術評價體系為研究載體，將ETV評價技術導入機械制造業(yè)的綠色設計、綠色制造，建立制造業(yè)的綠色概念、描述方法和ETV評價體系。清華大學為創(chuàng)建綠色大學，已將綠色工程技術列為優(yōu)先發(fā)展和支持項目，在美國China Bridge基金和

16、國家自然科學基金會的支持下，已與美國Texas Tech University先進制造實驗室建立了關于綠色設計技術研究的國際合作關系，對全生命周期建模等綠色設計理論和方法進行系統(tǒng)研究，取得一定進展。上海交通大學針對汽車開展可回收性綠色設計技術的研究，與Ford公司合作，研究中國轎車的回收工程問題；與內貿部中國物資再生利用華東分公司合作，撰寫了“探討中國汽車銷售、維修、二手車交易及回收利用一條龍管理模式的可行性報告”；與法國柏林工業(yè)大學IWF研究所建立了合作關系，在廢棄工業(yè)品回收方面展開了研究工作。重慶大學承擔了國家自然科學基金和國家863CIMS主題資助的關于綠色制造技術的研究項目，主要研究可

17、持續(xù)發(fā)展CIMS（SCIMS）的體系結構研究、清潔化生產系統(tǒng)和體系結構及實施策略、清潔化生產管理信息系統(tǒng)等。國內已形成了一支從事綠色制造技術研究的專業(yè)隊伍，為我國發(fā)展綠色制造技術奠定了基礎。0.4.2 國外研究現(xiàn)狀國外不少國家的政府部門已推出了以保護環(huán)境為主題的綠色計劃。1991年日本推出了綠色行業(yè)計劃，加拿大政府已開始實施環(huán)境保護綠色計劃。美國、英國、德國也推出類似計劃。目前，在一些發(fā)達國家，除政府采取一系列環(huán)境保護措施外，廣大消費者已熱衷于購買環(huán)境無害產品的綠色消費的新動向，促進了綠色制造的發(fā)展。產品的綠色標志制度相繼建立，凡產品標有“綠色標志”圖形的，表明該產品從生產到使用以及回收的整個

18、過程都符合環(huán)境保護的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，并利于資源的再生和回收，這為企業(yè)打開銷路、參與國際市場競爭提供了條件。如德國水溶油漆自1981年開始被授于環(huán)境標志（綠色標志）以來，其貿易額已增加20。德國目前已有60種類型3500個產品授予環(huán)境標志，法國、瑞士、芬蘭和澳大利亞等國于1991年對產品實施環(huán)境標志，日本于1992年對產品實施環(huán)境標志，新加坡和馬來西亞也在1992年開始實施環(huán)境標志。目前已有20多個國家對產品實施環(huán)境標志，從而促進了這些國家綠色產品的發(fā)展，在國際市場競爭中取得更多的地位和份額。國際經濟專家分析認為，目前綠色產品比例大約為510，再過10年，所有產品都將進入綠色設計

19、家族，可回收、易拆卸，部件或整機可翻新和循環(huán)利用。也就是說，在未來10年內綠色產品有可能成為世界商品市場的主導產品。0.4.3 綠色制造的發(fā)展趨勢當前，世界上掀起一股綠色浪潮，環(huán)境問題已經成為世界各國關注的熱點，并列入世界議事日程。制造業(yè)將改變傳統(tǒng)制造模式，推行綠色制造技術，發(fā)展相關的綠色材料、綠色能源和綠色設計數(shù)據庫、知識庫等基礎技術，生產出保護環(huán)境、提高資源效率的綠色產品，如綠色汽車、綠色冰箱等，并用法律、法規(guī)規(guī)范企業(yè)行為，隨著人們環(huán)保意識的增強，那些不推行綠色制造技術和不生產綠色產品的企業(yè)，將會在市場競爭中被淘汰，使發(fā)展綠色制造技術勢在必行。綠色制造的未來發(fā)展方向，主要是以新能源在制造加

20、工中的利用，作為制造行業(yè)的動力發(fā)展方向，如使用風能來進行機械制造中的切削加工的冷卻等。同時對制造加工過程中的材料以及附加資源進行再次處理進行循環(huán)利用，如工業(yè)廢水的多次循環(huán)利用，使水資源缺乏的情況得到一定的緩解。同時使在產品制造過程中所用機器的精準度不斷提高，減少因為機器本身而產生的對生產材料的浪費以及工人勞動力的浪費。加快全球制造行業(yè)同類企業(yè)間的技術交流，有利于防止因機械加工過程引起的不必要的浪費。綠色制造的實施與應用首先必須得到企業(yè)自身的重視，從企業(yè)內部的管理入手，不斷進行工藝及管理創(chuàng)新，加強人員管理與培訓，按照要求，對企業(yè)的運行進行全過程控制，最終取得企業(yè)經濟效益、社會效益與環(huán)境效益的同步

21、發(fā)展。0.5 結語 綠色制造過程包括綠色設計和綠色制造設備以及綠色制造的工藝、物料和環(huán)境。綠色制造是人類的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在制造業(yè)的重要體現(xiàn)，而且是決定能否實現(xiàn)人類可持續(xù)發(fā)展的關鍵產業(yè)。綠色制造是制造業(yè)發(fā)展的必由之路，它將使傳統(tǒng)的制造業(yè)發(fā)生巨大的變化，為可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略提供重要的保證。綠色制造的研究具有非常高的科學價值和廣闊的應用前景。1 引言制造業(yè)是將可用資源(包括能源)通過制造過程，轉化為可供人們使用和利用的工業(yè)產品和生活消費品的過程。制造業(yè)一方面是制造人類財富的支柱產業(yè)；另一方面也產生大量廢棄物(物料廢棄物、能源廢棄物、產品使用終結后的廢棄物等)，對環(huán)境造成污染，是當前環(huán)境污染的主要源頭。如

22、何使制造業(yè)盡可能少地產生環(huán)境污染是當今的環(huán)境問題研究的個重要方面。資源、環(huán)境、人口是當今人類社會面臨的三大主要問題，特別是環(huán)境問題，正對人類社會生存與發(fā)展造成嚴重的威脅。隨著全球環(huán)境問題的日益惡化，人們愈來愈重視對于環(huán)境問題的研究。近年來的研究和實踐使人們認識到：環(huán)境問題決非是孤立存在的，它和資源、人口兩大問題有著根本性的內在聯(lián)系，特別是資源問題，它不僅涉及人類世界有限資源的合理利用，而且它又是環(huán)境問題的主要根源。傳統(tǒng)的環(huán)境治理方法主要采用過程末端治理, 但存在諸多弊端, 如部門分割、增量發(fā)展、成本高昂、經濟效益惡化、科技惰性等, 難以從根本上實現(xiàn)環(huán)境保護與治理。為了從源頭上治理環(huán)境污染, 在

23、宏觀上必須遵循熱力學第二定律, 在中觀上必須采用工業(yè)生態(tài)學原理, 在微觀上必須實施清潔生產和綠色制造。為了尋求從根本上解決制造業(yè)環(huán)境污染的有效方法，到了90年代，隨著全球性產業(yè)結構的調整和人類對客觀認識的日益深化，在全球掀起了一股綠色消費浪潮。在這股綠色浪潮中設計師們更多地以冷靜、理性的思維來反省一個世紀以來工業(yè)設計的歷史進程。展望新世紀的發(fā)展方向，而不只是追求形式上的創(chuàng)新。而實際上，進入90年代，工業(yè)設計需要理論上的突破。于是不少設計師轉向從深層次上探索工業(yè)設計與人類可持續(xù)發(fā)展的關系，力圖通過設計活動，在人社會環(huán)境之間建立起一種協(xié)調發(fā)展的機制，這標志著工業(yè)設計發(fā)展的一次重大轉變。綠色制造的概

24、念應運而生，成了當今制造工業(yè)發(fā)展的主要趨勢之一。2 綠色制造的概念綠色制造是一種現(xiàn)代制造模式, 它綜合考慮了制造業(yè)對環(huán)境的影響和對資源效率的利用, 它的目標是使產品在設計、制造、裝配、運輸、銷售、使用的整個過程中, 對資源的利用率最高, 對環(huán)境造成的有害影響最小。其主要內容為：（1）綠色設計。在簡化產品結構、建立綠色產品設計指標評價體系的基礎上，提出綠色設計工具，并與其它設計工具如CAD(Computer Aided Design)計算機輔助設計，CAPP（Computer Aided Process Planning）計算機輔助工藝過程設計等集成，形成集成環(huán)境。特別積極推行產品的生態(tài)設計，即

25、一切環(huán)境問題都要解決在設計之中。選用無污染、低污染、可再生、可再用的材料進行產品設計，選用科技含量高，資源消耗低，環(huán)境污染少的生產技術和工藝，選用便于高效拆洗、綜合利用的產品技術方案。（2）綠色材料。減少所用材料的品種和數(shù)量，選用易加工、低能耗、少污染、容易再回收的材料。（3）面向環(huán)境、能源、材料的綠色制造工藝技術。（4）產品的綠色包裝技術。（5）產品可拆卸、可回收技術1。實施綠色制造是一個極其復雜的系統(tǒng)工程。制造系統(tǒng)中資源消耗種類繁多，消耗情況復雜，從而造成制造過程對環(huán)境的污染狀況多樣，程度不一。在這種情況下，不僅需要研究制定一套綠色制造的評價指標體系和標準，而且要隨著產品的變換、技術的更新

26、，及時進行修訂?？傊G色制造是綜合考慮制造、環(huán)境與資源三大領域的創(chuàng)新。從技術層面上來看，綠色制造是綠色產品設計技術、綠色制造技術、產品的回收與循環(huán)再制造技術的集成與綜合。從生產性質層面上來看，綠色制造又是精益生產、柔性生產、快捷制造的延伸與發(fā)展。從技術創(chuàng)新層面上來看，綠色制造已經在影響和引導當今制造技術的發(fā)展理念和方向2。3 綠色設計綠色設計是獲得綠色產品的基礎，并且已成為當前設計領域的研究熱點之一。研究表明：設計階段決定了產品制造成本的70一80，而設計本身的成本僅占產品總成本的10，如果考慮環(huán)境因素，這個比例還會增大。因為產品設計所造成的生態(tài)破壞程度遠遠大于設計過程本身所造成的對生態(tài)影響

27、的程度。出此，只有從設計階段將產品“綠色程度”作為設計目標，才能取得理想的設計結果。目前，工業(yè)發(fā)達國家在產品設計時努力追求小型化（少用料)、多功能(一物多用，少占地)、可回收利用(減少廢棄物數(shù)量和污染)；生產技術追求節(jié)能、省料、無廢少廢，閉路循環(huán)等，都是努力實現(xiàn)綠色設計的有效手段。綠色設計是綠色制造的關鍵和第一步。不僅要在產品及其生命周期全過程的設計中，充分考慮對資源和環(huán)境的影響，而且要在充分考慮產品的功能、質量、開發(fā)周期和成本的同時，優(yōu)化各有關設計因素，使得產品及其制造過程對環(huán)境的總體影響減到最小。因此，綠色設計在很大程度上決定了材料、工藝、包裝和產品壽命終結后處理的綠色性。3.1 綠色設計

28、的概念綠色設計不同于傳統(tǒng)設計，綠色設計包含產品從概念形成到生產制造、使用乃至廢棄后的回收、重用及處理處置的各個階段，即涉及產品整個壽命周期，是從搖籃到再現(xiàn)的過程。也就是說，要從根本上防止污染，節(jié)約資源和能源，不能等產品產生了不良的環(huán)境后果之后再采取防治措施(現(xiàn)行的末端處理即是如此)，要預先設法防止產品及其工藝對環(huán)境產生的負作用。概括起來，可以給綠色設計這樣一個定義：綠色設計是這樣一種設計，即在產品整個生命周期內，著重考慮產品環(huán)境屬性(自然資源的利用、環(huán)境影響及可拆卸性、可回收性、可重復利用性等)，并將其作為設計目標，在滿足環(huán)境目標要求的同時，并行地考慮并保證產品應有的基本功能、使用壽命、經濟性

29、和質量等。其基本思想是：在設計階段就將環(huán)境因素和預防污染的措施納入產品設計之中，將環(huán)境性能作為產品的設計目標和出發(fā)點，力求使產品對環(huán)境的影響為最小。對工業(yè)設計而言，綠色設計的核心是“3R”（Reduce.Recycle.Reuse）,不僅要減少物質和能源的消耗，減少有害物質的排放，而且要使產品及零部件能夠方便地分類回收并再生循環(huán)或重新利用3。 3.2 綠色設計的內容 綠色設計的主要內容包括：綠色產品設計的材料選擇與管理；產品的可拆卸性設計；產品的可回收性設計16。 1）綠色產品設計的材料選擇與管理。 一方面，不能把含有有害成分與無害成分的材料混放在一起；另一方面，對于達到壽命周期的產品，有用部

30、分要充分回收利用，不可用部分要用一定的工藝方法進行處理，使其對環(huán)境的影響降到最低。 2）產品的可回收性設計。 綜合考慮材料的回收可能性，回收價值的大小，回收的處理方法等。 3）產品的可拆卸性設計。 設計師要使所設計的結構易于拆卸，維護方便，并在產品報廢后能夠重新回收利用。 除此之外，還有綠色產品的成本分析，綠色產品設計數(shù)據庫等。 3.3 綠色設計的方法 3.3.1 產品生命周期設計法傳統(tǒng)設計的依據是產品的技術、經濟性能和相應的設計規(guī)范。企業(yè)通常只管設計與制造產品，并將生產的產品投向市場，而使用是用戶的事，廢棄淘汰后的處理或回收則是社會的事，生產廠家、用戶和社會三者之間沒有太多的聯(lián)系。產品使用期

31、間對人體健康造成的傷害及在生命周期過程中造成的環(huán)境污染由社會承擔，不會追溯到生產廠家。這種狀況已經不能適應未來社會發(fā)展的要求。只有生產廠家、用戶和社會三者共同關心并參與產品的設計開發(fā)，也就是進行產品的全生命周期設計，才能克服傳統(tǒng)設計存在的不足。產品生命周期設計的各個環(huán)節(jié)可用圖1來描述。從此圖可以看出，個產品的生命周期包括以下各個環(huán)節(jié)：市場需求分析、設計開發(fā)、生產制造、銷售、使用及廢棄后的回收處理。在設計過程中，設計方案的選擇是根據某種評價函數(shù)來進行，這種評價函數(shù)必須包含圖1中外圍所示的各項因素，即產品的基本屬性、環(huán)境屬性、勞動保護、資源有效利用、可制造性、企業(yè)策略和生命周期成本4。 圖1 產品

32、生命周期設計輪圖 Fig1. Design Cycle of Product Lifecycle 產品的基本屬性是指產品應具有的功能、質量、成本、服務及壽命。環(huán)境屬性是指在產品生命周期內的任何一個階段都不會造成環(huán)境污染。勞動保護或職業(yè)保健是指在生命周期設計中，分析評價產品生命周期內各階段的工作條件對勞動安全和人體健康的影響，并采取適當措施減少或消除這種影響。資源有效利用在這里通常是指材料資源和能源，由于材料和能源生產過程中會產生嚴重的環(huán)境污染，如煤炭發(fā)電會排放出大量的二氧化碳和二氧化硫，原材料的提取冶煉會排放大量的煙塵和產生輻射等，因而必須節(jié)約能源和原材料，實現(xiàn)其最佳有效的利用?？芍圃煨允侵府a

33、品可制造性能的好壞，如制造工藝性、裝配工藝性、拆卸工藝性等。企業(yè)策略是指企業(yè)為迎合市場及用戶需求而制定的本企業(yè)的若干特殊政策，如綠色產品戰(zhàn)略、綠色設計準則、企業(yè)綠色形象等。生命周期成本不同于傳統(tǒng)產品的成本概念，它不僅包括設計成本、生產成本及某些附加成本，也包括使用成本及廢棄淘汰產品的拆卸回收、處理處置成本等。3.3.2 并行工程方法為了在設計過程中考慮產品的整個生命周期，在設計觀念、方法和組織方面必然產生根本性的變革。從這個意義上講，設計就是將產品整個生命周期內適應挑戰(zhàn)性要求而提出的所有商業(yè)屬性和技術屬性匯集起來的過程。對設計的這種理解使設計跨出了只是滿足某種技術要求的概念范圍，它同時強調了產

34、品設計的商業(yè)效果。并行工程正是實現(xiàn)這一目標的有效途徑。并行工程是現(xiàn)代產品開發(fā)的一種模式和系統(tǒng)方法，它以集成、并行的方式設計產品及其相關，力求使產品開發(fā)人員在設計一開始就考慮產品生命周期全過程的所有因素，包括質量、成本、進度計劃和用戶的要求等，最終使產品達到最優(yōu)化4。綠色設計與一般設計相比而言，對并行工程有著更加迫切的需求。綠色設計的產品既要具有基本的性能與功能，又要滿足環(huán)境要求。綠色設計比一般產品設計涉及的問題更多，問題的復雜程度也更高(如涉及資源消耗、產品綠色性能的評價等)。GTW環(huán)保技術人員職業(yè)健康及安全監(jiān)督人員回收處理人員維修服務人員市場銷售人員工藝設計人員產品設計人員圖2 綠色產品并行

35、設計小組的組成Fig.2 Composition of Concurrent Design Group for Green Products要實現(xiàn)并行綠色設計，首先要實現(xiàn)人員的集成。即采用綠色協(xié)同工作組(Green Team WorkGTW)的模式，這是一種先進的設計人員組織模式。由于設計目標和涉及問題的復雜性，并行綠色設計應組織多專業(yè)(如材料、設計、工藝和環(huán)境等)開發(fā)小組負責整個產品的設計，并要求設計小組內所有人員協(xié)調工作，并行交叉地進行。圖2即為綠色產品并行設計小組的組成。其次，要進行有關信息與技術集成。實現(xiàn)并行綠色設計的關鍵是產品的信息集成和技術方法的集成。產品生命周期全過程中的各類信息

36、的獲取、表達、表現(xiàn)和操作工具都集成在一起并組成統(tǒng)一的管理系統(tǒng)，特別是產品信息模型和產品數(shù)據管理。產品開發(fā)過程中涉及的多學科知識以及各種技術和方法也必須集成，并形成集成的知識庫和方法庫，以利于并行過程的實施。這兩種集成能提供所需的分析工具和信息，并能在設計過程中盡可能早地分析設計特征的影響，規(guī)劃生產過程，從而提供一個集成的工程支撐環(huán)境。并行綠色設計的支撐環(huán)境并行工程支撐環(huán)境綠色設計支撐環(huán)境統(tǒng)一的產品模型分布式計算機網絡支撐環(huán)境開放式界面控制系統(tǒng)綠色設計知識庫綠色數(shù)據庫綠色設計評價系統(tǒng)圖3 并行綠色設計的支撐環(huán)境Fig3. Support Environment for Concurrent Gr

37、een Design此外，并行綠色設計需要有一定的支撐環(huán)境。由于并行綠色設計是基于并行工程的綠色設計，因此其支撐環(huán)境應包括并行工程支撐環(huán)境和綠色設計支撐環(huán)境兩部分，如圖3所示。并行綠色設計可根據圖4所示的設計網絡來實現(xiàn)。每個設計人員在各自的工作站上既可以像在傳統(tǒng)的CAD工作站上一樣進行自己的設計工作，又可以同時與其他工作站進行通信。根據設計目標的要求，既可以隨時應其他設計人員的要求修改自己的設計，也可以要求其他設計人員修改其設計以適應自己的要求。這樣，多種工作就可以并行協(xié)調地進行。 設計人員設計工作站設計人員設計工作站綠色設計公用數(shù)據庫和知識庫設計工作站設計人員設計人員設計工作站 圖4 并行綠

38、色設計的設計網絡 Fig4. Design Network of Concurrent Green Design并行綠色設計與傳統(tǒng)設計相比，實現(xiàn)了各環(huán)節(jié)之間的信息交流與反饋，在每一次決策中都能從優(yōu)化產品生命周期的角度考慮問題，從而消除了產品設計過程中的反復修改。而且在設計過程中將產品壽命終結后的拆卸、分離、回收、處理處置等環(huán)節(jié)都考慮進去，使所設計的產品從概念形成到壽命終結再回到回收處理形成了一個閉環(huán)過程，滿足了產品生命周期全程的綠色要求。3.3.3 模塊化設計法 模塊化設計就是在對一定范圍內的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的產品進行功能分析的基礎上，劃分并設計出一系列功能模塊，通過模塊的

39、選擇和組合可以構成不同的產品，以滿足市場的不同需求。模塊化設計既可以很好地解決產品品種規(guī)格、設計制造周期和生產成本之間的矛盾，又可為產品快速更新?lián)Q代，提高產品質量，方便維修，有利于產品廢棄后的拆卸回收，增強產品的競爭力提供必要條件4。產品模塊化對綠色設計具有重要意義。這主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 1)模塊化設計能夠滿足綠色產品的快速開發(fā)要求。按模塊化設計開發(fā)的產品結構是由便于裝配、易于拆卸和維護、有利于回收及重用等模塊單元織成的，簡化了產品結構，并能快速組合成用戶和市場需求的產品。 2)模塊化設計可將產品中對環(huán)境或對人體有害的部分、使用壽命相近的部分等集成在同一模塊中，便于拆卸回收和維護更換等，

40、同時，由于產品由相對獨立的模塊組成，團此，便于維修，必要時可更換模塊，而不致影響生產。3)模塊化設計可以簡化產品結構。按傳統(tǒng)的觀點，產品由部件組成，部件由組件構成，組件由零件構成，因而要生產一種產品，就得制造大量的專用零件。而按模塊化的觀點，產品由模塊構成，模塊即為構成產品的單元，從而減少了零部件數(shù)量，簡化了產品結構。模塊化設計可根據綠色設計的不同目標要求來進行。如在模塊化設計時，若以可重用性為主，則需要考慮兩個主要因素：期望的零(部)件壽命及其重用性能?？紤]零(部)件壽命時，可將長壽命的零(部)件集成在相同模塊中，以便產品維護和回收后的重用；當考慮可重用性時，應將具有相同重用性零(部)件(回

41、收價值與回收成本之比)集成在同一模塊中。模塊化設計能較為經濟地用于多品種小批量生產，更適合與綠色產品的結構設計，如可拆卸結構設計等。除上述設計方法之外，在綠色設計中，還必須考慮所設計的每個零部件應具有均衡的使用壽命，即進行均衡壽命設計。對于產品設計而言，要達到使產品的每個零部件具有相同或相似的使用壽命，有時是不可能的。此時，應考慮使一些重要組成部件具有較長的壽命，而那些易損件、易于更換的零部件，則可設計成在產品整個生命周期中根據具體情況可多次更換的短壽命零部件，即所謂的長壽命設計。3.4 綠色設計的研究現(xiàn)狀 目前的綠色設計研究主要集中在能源、原材料等資源的合理利用；廢舊產品的回收利用和拆卸；安

42、全健康問題等方面。1）合理利用能源、材料等資源為了解決各種重大的環(huán)境影響問題，美國國家制造科學中心制定了一項綠色制造計劃，它采用兩種方法來減輕制造過程對環(huán)境的影響：一是在制造過程中不用或少用有害物質；二是分析各種置換方案中廢棄物的產生機理。前者的研究目標大部分集中在材料置換與選擇上，后者則努力改進制造過程的安全性。選擇理想的材料和制造過程，既可以提高技術效果和生產效率，還能減輕對環(huán)境的影響。然而，選擇最合適的材料和工藝過程是非常復雜的。一種叫做計算機輔助材料與工藝選擇的交互式專家系統(tǒng)提供了選擇材料和工藝過程的方法。它由4個主要模塊織成：篩選模塊；知識采集與咨詢模塊；設計分析模塊；成本估計模塊。

43、為了合理地選擇材料，還需要建立包括各種材料特性信息的材料數(shù)據庫。成對比較法提供了綠包產品的決策體系，并可用來進行樣品比較。這些決策包括：零部件材料選擇；緊固件的數(shù)量和類型；接觸件用的潤滑劑；裝配件上零部件的幾何關系。然后用比較結果來分派設計任務，這樣能極大地提高設計方案的環(huán)境適應性。 節(jié)能就是采取“少入少出”的原則，在一種產品上少用額外能源，或者減少這個產品在不用期間的能量總消耗。最近在大多數(shù)電池供電的“掌中寶”和膝上式計算機開始安裝能量管理軟件，以減少能量浪費。2）廢舊產品的拆卸回收 綠色設計突出了綠色產品拆卸和回收利用的重要性。所謂回收利用就是從用過產品上回收材料或零部件，然后再把它們用到

44、新產品上?；厥绽玫牧硪粋€含義就是采用有利于產品材料回收和重新使用的產品設計方法。實質上，回收利用就是反復地利用用過的材料和零部件。 (1)回收利用 據報道造紙業(yè)的產品回收利用率已達到50，而塑料工業(yè)的回收利用率卻很低。在美國售出的2620萬噸塑料樹脂中，回收利用率還不到1?；厥绽脧U舊產品的好處在于：一是創(chuàng)造企業(yè)的綠色形象；二是重新使用全部零部件或分裝件，這樣能降低生產成本。回收利用要求所用的材料和緊固方法與現(xiàn)行技術相適應。材料回收利用可適用的總原則包括：簡化機械拆卸；避免材料間發(fā)生自污染結合；材料使用標準化等。在回收利用設計上存在著兩個問題，就是拆卸技術和回收利用成本問題。由于回收利用和重

45、構技術是不斷發(fā)展變化的，這就增加了廢舊產品利用的困難性。處理這一問題遵循兩條準則：一是先拆卸最有價值的部分；二是盡量發(fā)揮每一拆卸作業(yè)的生產效率。寶馬汽車公司在回收利用和拆卸設計方面做了大量工作該公司生產的Z1型和BMW3251汽車計多零部件是由可回收利用的塑料制成的。在拆卸時，公司首先將注意力放在適合重新使用的、最有價值的零部件的拆卸上5。一種產品要做到百分之百完全回收利用是不現(xiàn)實，也是不經濟的，所以部分拆卸可能是最經濟的方式。因而，回收利出的目的是最大可能地利用這種回收資源，盡量減少產品的剩余量和污染。為了有助于回收利用，還必須重視材料的識別與分類技術。(2)拆卸 產品拆卸主要是從經濟和環(huán)境

46、兩方面考慮。廢舊產品的拆卸就是尋求在現(xiàn)行技術條件下如何經濟地回收利用其材料和零部件。拆卸的定義就是從產品或部件上有規(guī)律地拆下可用的構成件的過程，同時保證不因拆卸過程而造成該零部件的損傷。在拆卸方面所遇到的最大的技術挑戰(zhàn)是怎樣設計出易于拆卸的產品。設計一種易于拆卸又易于裝配的產品是一個復雜的過程。以往在設計產品和機器時，考慮裝配多，而很少考慮拆卸。在易于裝配易于拆卸的產品設計中，需要解決易分離性、緊固件、模塊化設計、材料選擇等諸多問題。拆卸設計是綠色設計的一個重要組成部分，這樣設計出的產品，其大部分零部件都能重新使用或回收利用。拆卸成本則與所用的時間和拆卸的零部件數(shù)量成正比13。產品拆卸方法通常

47、有兩種：逆裝配法和強力法。逆裝配法就是以裝配順序的反方向進行拆卸。強力法就是采用各種方法切開零部件14。目前的產品拆卸起來不是很方便，其主要原因在于缺少拆卸所需的全部信息；產品的某些部分在使用過程中可能改動過；因磨損而使連接在一起的元件難于分開；許多消費品采用不易拆卸的設計方式等。拆卸設計就是設法克服這些不足，提高產品的可回收利用能力和可拆卸能力。在拆卸沒計中遇到的另一個問題就是拆卸順序。為了順利拆卸，需要考慮產品局部和全局兩方面的幾何形狀信息。零部件的成功拆卸，不僅取決于所要拆卸的零部件之間的關系，而且也取決于與裝配件上其他所有零部件的關系?；趫D形的推理方法可通過特征數(shù)據庫自動生成拆卸順序

48、。3）安全健康問題 綠色設計的另一個研究內容就是安全和健康問題。如在汽車和電子工業(yè)行業(yè)中，現(xiàn)在最常用的是鉛錫釬料。由于鉛毒性極大，近十年來，已經限制或禁止在油漆、汽油等其他許多產品中使用鉛。因此，大量的研究集中在用無鉛釬料或導電性膠粘劑代替鉛錫釬料。導電性膠粘劑由于具有良好的經濟性和可回收利用能力，可能是鉛錫釬料的最合適替代品。同樣，鈹是另一種工業(yè)有毒材料，與其接觸后可能危及健康，必須對工業(yè)用鈹進行實時監(jiān)控。 瑞典的沃爾沃(volvo)汽車公司設計了一種產品設計環(huán)境優(yōu)先戰(zhàn)略系統(tǒng)，它使用環(huán)境負荷基數(shù)指標來衡量汽車所用材料對環(huán)境產生的影響。4）其他相關問題 除上述主要研究內容外，綠色設計也與其他學

49、科領域有密切的關系，如環(huán)境保護、污染防治等。因此，研究這些相關內容對有效地開展綠色設計也是必不可少的，如面向環(huán)境的設計DFE(Design For Environment) 、生命周期工程LCE（Life Cycle Engineering)與生命周期估計LCA（Life Cycle Assessment）等。 綠色設計由于涉及的學科領域多(如機械學科、材料學科、環(huán)境保護、社會科學和管理學科等)，涉及的范圍廣，屬于多學科交叉研究領域，目前還處于不斷發(fā)展完善之中。因此，綠色設計的實施需要從系統(tǒng)的角度，進行綜合分析和協(xié)調，從技術和管理兩方面著手，并需要社會各方面的共同努力。3.5 綠色設計理念在機

50、械實踐中的體現(xiàn)8數(shù)控車床是制造業(yè)進行生產加工的主要工作母機之一，隨著制造業(yè)自動化的發(fā)展和數(shù)字化加工要求的提高，其市場需求量大幅度增加。因此，開發(fā)綠色環(huán)保的數(shù)控車床尤為重要。普通車床的主傳動系統(tǒng)主要是變速機構的設計，傳動鏈多、傳動關系復雜、制造周期長。在綠色設計規(guī)范下，為簡化傳動鏈，數(shù)控車床主軸驅動可有三種形式：a.采用變頻電機,實現(xiàn)多檔內自動無級調速；b.采用主軸伺服電機,實現(xiàn)無級調速；c.由電動機直接驅動主軸旋轉。床身是數(shù)控車床的主要支承件，傳統(tǒng)的鑄造過程環(huán)境污染嚴重、能耗高。目前，采用鋼板焊接床身結構代替，不但可提高機床的強度和剛性，而且因為減少了鑄造工藝而大大減少了機床在制造過程中的環(huán)境

51、污染和能源消耗。同時，為了消減車床工作中的振動，可在床身內填充泥芯和混凝土等阻尼材料，當振動時，利用相對摩擦來耗散振動能量。數(shù)控車床的潤滑油路主要包括主軸箱油路和導軌潤滑油路。一般主軸箱油路是封閉的，機油在循環(huán)使用，不會飛濺污染環(huán)境。而導軌潤滑油路則是敞開式的，主要通過安裝在床身尾側的集中潤滑器集中供油，沒有進行回收，是造成加工中工作環(huán)境污染的主要因素。根據綠色制造理念的可回收性設計思想，為達到機油完全回收，可以對導軌潤滑油路進行改造或在導軌外加輔助回油槽。此外，從導軌回流的機油，可能含有雜質，需過濾干凈方可重新使用。為達到此目的，需外加一個多層回油過濾器，使從導軌回流的機油經多層過濾后再回流

52、到油箱，從而達到機油的反復利用。包括減少拆卸的工作量。如使產品模塊化，減少連接件的數(shù)量，減少使用材料的種類，采用可兼容的材料，盡量合并需要拆卸的零件，使需要拆卸的零件易于獲得、易于拆卸。如保證產品拆卸過程中具有穩(wěn)定性，廢液易于排放，使用易拆卸或破壞的緊固件，減少緊固件數(shù)量。多數(shù)零件采用相同的緊固方式，易于到達拆卸或切割位置，避免零件復雜的拆卸路徑。由于軸承屬于精密的機械零部件，又是用硬質耐磨材料構成，其制造一般都需要經過車削、磨削等工序來完成，這就必然要使用切削液、磨削液等對環(huán)境具有污染的物質。隨著切削刀具和切削技術的發(fā)展，目前國內外對軸承采用干切削和硬切削已有很多的研究。但由于軸承是經受交變

53、應力的部件，如何有效地控制其加工表面的殘余應力狀態(tài)，成為制約這一技術推廣應用的關鍵。目前國外已有先通過硬車削再對軸承滾道表面進行滾壓的軸承加工工藝，這一方法除了使成本減少到原來的55%，壽命也提高了五倍。國內對軸承的硬車削技術還停留在實驗的階段，如何改進軸承的加工工藝，通過改變切削條件和方法，主動控制軸承加工表面的應力狀態(tài)是當前我國軸承行業(yè)實現(xiàn)綠色制造的關鍵技術。故障診斷技術 較常用的技術手段有振動監(jiān)測、噪聲監(jiān)測、溫度監(jiān)測、油液分析、無損探傷等。故障診斷技術可以在設備運行過程或基本不拆卸的情況下,監(jiān)測設備的運行技術狀況, 預測設備的可靠性, 判斷故障的部位和原因?？煞乐雇话l(fā)故障和事故的發(fā)生,減

54、少事故性停機，較科學地確定設備修理間隔期和內容,降低維修成本,保證安全生產,節(jié)約能源。據統(tǒng)計, 采用該項技術后, 可減少75%以上的機械設備事故, 維修費用降低25%75%, 已成為提高機械設備安全、穩(wěn)定、可靠、長周期、滿負荷地優(yōu)質運行服務以及實現(xiàn)綠色維修的關鍵技術。表面工程技術表面工程指表面預處理后，通過進行鍍層、涂覆、注入和氧化等表面處理,改變固體材料表面的形態(tài)、化學成分、組織結構和應力狀態(tài)等，制備出優(yōu)于本體材料的特殊功能薄層，使機件達到更高的耐磨損、防腐蝕、抗疲勞和耐高溫等性能。表面處理技術的主要加工方法有：原子分子沉積，如鍍、氣相沉積等；顆粒沉積, 如熱噴涂等； 涂敷覆蓋,如噴塑、刷鍍等；表面改性處理,如離子濺射注入、激光表面處理等；表