另类熟妇-另类图片av-另类图片激情-另类图片综合网-另类小说 人妻-另类小说第1页

什么是綠色制造？

  美國制造工程師學(xué)會(SME)于1996年發(fā)布了綠色制造藍(lán)皮書《Green Manufacturing》，最早明確給出綠色制造的內(nèi)涵，即“綠色制造，又稱清潔制造，其目標(biāo)是使產(chǎn)品從設(shè)計、生產(chǎn)、運輸?shù)綀髲U處理的全過程對環(huán)境的負(fù)面影響達(dá)到最小”。隨后，1998年SME在國際互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)表了題為“綠色制造發(fā)展趨勢”的報告，對綠色制造重要性和有關(guān)問題作了進一步的闡述。國內(nèi)，劉飛等于2000年就系統(tǒng)指出：“綠色制造是一種綜合考慮環(huán)境影響和資源消耗的現(xiàn)代制造模式，其目標(biāo)是使得產(chǎn)品從設(shè)計、制造、包裝、使用到報廢處理的整個生命周期中，對環(huán)境負(fù)面影響小、資源利用率高、綜合效益大，使得企業(yè)經(jīng)濟效益與社會效益得到協(xié)調(diào)優(yōu)化”。

  近年來，隨著科技發(fā)展和人們對綠色制造研究的深入，綠色制造的內(nèi)涵不斷豐富，主要有：

①綠色制造是多領(lǐng)域、多學(xué)科的集成，涉及制造、環(huán)境、資源三大領(lǐng)域。

②綠色制造中的“制造”是一個廣義的制造概念，涉及產(chǎn)品全生命周期，是一個“大制造”概念，同計算機集成制造、敏捷制造等概念中的“制造”一樣，綠色制造體現(xiàn)了現(xiàn)代制造科學(xué)的“大制造、大過程、學(xué)科交叉”的特點，其生命周期示意圖見圖1。
   ③圍繞制造過程中的環(huán)境問題形成了許多與之相關(guān)的制造概念，如綠色設(shè)計、綠色工藝、綠色包裝、綠色使用、清潔生產(chǎn)和綠色回收等。④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(lǐng)域。⑤從制造系統(tǒng)工程的觀點，綠色制造是一個充分考慮制造業(yè)資源和環(huán)境問題的復(fù)雜的系統(tǒng)工程問題。當(dāng)前人類社會正在實施全球化的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，綠色制造實質(zhì)上是人類社會可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在現(xiàn)代制造業(yè)中的體現(xiàn)。

  綠色制造主要內(nèi)容

  綠色制造創(chuàng)新模式

  近年來，工業(yè)發(fā)達(dá)國家相繼提出基于產(chǎn)業(yè)共生和資源循環(huán)的工業(yè)生態(tài)模式,通過融合新能源和能量回收技術(shù)實現(xiàn)能源自主獨立的生態(tài)工廠、生產(chǎn)者延伸責(zé)任制(extended producer responsibility,EPR)，注重新技術(shù)和產(chǎn)業(yè)模式變革創(chuàng)新。

  (1)工業(yè)共生模式。工業(yè)共生是以節(jié)約資源、保護環(huán)境和提高物質(zhì)綜合利用率為特征的現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展模式，是由社會、經(jīng)濟、環(huán)境三個子系統(tǒng)復(fù)合而成的有機整體。生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈設(shè)計是實現(xiàn)工業(yè)共生的重要手段，它強調(diào)環(huán)節(jié)之間的鏈接與交互，注重產(chǎn)業(yè)內(nèi)部各種資源的流動，相互利用對方副產(chǎn)品(能量、水和物質(zhì)等)。在生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈中，物質(zhì)生產(chǎn)企業(yè)承擔(dān)著不可再生資源和可再生資源的開發(fā)與利用，為生產(chǎn)提供初級原料和能源；技術(shù)生產(chǎn)者通過對各企業(yè)提供無形的技術(shù)支持，使各個企業(yè)以及整個生態(tài)鏈都朝著更加豐富和完善的方向發(fā)展；加工生產(chǎn)企業(yè)將物質(zhì)生產(chǎn)企業(yè)提供的初級原料或可作為原料的其他企業(yè)的副產(chǎn)物、廢棄物，加工成滿足人類生產(chǎn)生活所需的最終產(chǎn)品或中間產(chǎn)品；還原生產(chǎn)企業(yè)將生產(chǎn)過程中的各種副產(chǎn)品和廢棄物進行資源化，或從中進行無害化處理，或提供給其他企業(yè)作為原料，圖2為生態(tài)工業(yè)園生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈模型，目前丹麥已建立全球第一個工業(yè)共生體，即卡倫堡工業(yè)共生體。

  圖2生態(tài)工業(yè)園生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈模型

  (2)生態(tài)工廠。生態(tài)工廠通過融合新能源和能量回收技術(shù)實現(xiàn)能源自主獨立的生態(tài)型工廠，它從全局系統(tǒng)觀點來規(guī)劃和處理每一個環(huán)節(jié)，比“節(jié)能型”、“清潔型”工廠高一個層次。通過精心策劃、合理安排，可以在經(jīng)濟文化和技術(shù)不斷進步的情況下，使環(huán)境負(fù)荷保持在所希望的水平上，為此工廠的工業(yè)系統(tǒng)需同它周圍環(huán)境協(xié)調(diào)起來。生態(tài)工廠利用生態(tài)學(xué)物種共生和物質(zhì)循環(huán)、轉(zhuǎn)化、再生原理，采用系統(tǒng)工程優(yōu)化方法，運用現(xiàn)代科技成果，設(shè)計物質(zhì)和能量多層次、多級別利用的產(chǎn)業(yè)技術(shù)系統(tǒng)。這種模式可簡述為“資源—產(chǎn)品—再生資源”或“原料—產(chǎn)品—剩余物—產(chǎn)品”，具體表現(xiàn)為：過程減量化、再利用、再循環(huán)。生態(tài)工廠要求人們盡可能優(yōu)化物質(zhì)的整個循環(huán)體系，從原料制成的材料、零部件、產(chǎn)品直到最后的廢棄物，各個部分都應(yīng)從資源、能源、資金、環(huán)境等方面進行改善。

  (3)生產(chǎn)者延伸責(zé)任制。1988年，瑞典學(xué)者托馬斯在給瑞典環(huán)境署提交的報告中首次提出了EPR的概念。托馬斯認(rèn)為：EPR制度是一種環(huán)境保護戰(zhàn)略，旨在降低產(chǎn)品的環(huán)境影響。EPR通過使產(chǎn)品制造者對產(chǎn)品的整個生命周期，特別是對產(chǎn)品的回收、循環(huán)和最終處置承擔(dān)責(zé)任來實現(xiàn)。EPR制度有利于設(shè)計和制造循環(huán)再利用的產(chǎn)品，降低產(chǎn)品生命終期的回收處理成本和提高資源循環(huán)再利用效率，是推動循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展的根本性的產(chǎn)業(yè)模式。目前我國已經(jīng)進入電子產(chǎn)品淘汰的高峰期，這些日益增多的廢棄物，若不能得到有效處理，將會對環(huán)境造成極大危害。面對如此之大的潛在威脅，只靠政府來應(yīng)對環(huán)保問題是不夠的，企業(yè)應(yīng)該逐步施行EPR制度，義不容辭地承擔(dān)起環(huán)境責(zé)任、生態(tài)責(zé)任和社會責(zé)任。

  產(chǎn)品綠色評價技術(shù)

  綠色制造的一個重要挑戰(zhàn)是如何快速、可靠地量化檢測和評價產(chǎn)品全生命周期的資源消耗和環(huán)境影響，目前廣泛采用的產(chǎn)品綠色評價方法為生命周期評價(LCA)技術(shù)，LCA源于美國中西部研究所于1969年對可口可樂公司的飲料包裝瓶進行的評價研究，該研究從原材料采掘到制造，再到廢棄物最終處置，進行了全過程的跟蹤與定量研究，揭開了生命周期評價的序幕，當(dāng)時這一分析方法被稱為資源與環(huán)境狀況分析(resource and environmental profile analysis，REPA)方法。20世紀(jì)70年代中期由于能源危機，REPA方法中有關(guān)能源分析的工作備受關(guān)注，進入20世紀(jì)80年代后，公眾的環(huán)境意識進一步提高，產(chǎn)品的環(huán)境性能成為市場競爭的重要因素。LCA作為擴展和強化環(huán)境管理、評價產(chǎn)品性能、開發(fā)綠色產(chǎn)品的有效工具，得到了學(xué)術(shù)界、企業(yè)界和政府的一致認(rèn)同，其應(yīng)用領(lǐng)域也從包裝材料和日用品擴展到電冰箱、洗衣機等家用電器以及建材、鋁材、塑料等原材料，目前已研究開發(fā)了SimaPro、Gabi、Ecoinvent、SolidWorks Sustainability等多種產(chǎn)品LCA與生態(tài)設(shè)計軟件及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，并制定了ISO標(biāo)準(zhǔn)LCA研究框架，為政府、企業(yè)和消費者開展綠色制造相關(guān)的分析和決策提供了參考。

  綠色設(shè)計

  綠色設(shè)計對產(chǎn)品全生命周期的資源消耗和環(huán)境影響具有決定性的作用，影響度可達(dá)70%～80%，直接影響產(chǎn)品供應(yīng)鏈、使用和回收再利用的綠色性。綠色設(shè)計應(yīng)遵循“3R(reduce，reuse，recycle)”的原則，設(shè)計產(chǎn)品時不僅要考慮減少產(chǎn)品制造物質(zhì)和能源消耗，減少有害物質(zhì)的排放，而且要綜合考慮產(chǎn)品及零部件報廢后能夠重新利用或方便分類回收并再生循環(huán)。

  (1)綠色材料替代設(shè)計。綠色材料替代設(shè)計的主要目的是在保持材料性能不變或提升的情況下，改善其環(huán)境性能。目前各國開展的綠色材料替代設(shè)計研究主要涉及仿生材料、復(fù)合材料、可回收材料、合金材料等。WANG等通過熱等靜壓技術(shù)制備了SCS-6纖維增強Ti/Ti-25Al-10Nb仿生疊層復(fù)合材料，與傳統(tǒng)的Ti基復(fù)合材料相比，該材料在韌性和抗損傷性方面有了顯著的提高；HOLMES等將一種新型竹基復(fù)合材料作為風(fēng)力電機葉片的材料，以改善其環(huán)境性能；KAM等將回收材料作為綠色生產(chǎn)的一部分，推廣使用可回收材料來減小對環(huán)境的影響。

  另外，含Y2O3的MCrAIY涂層是發(fā)動機渦輪葉片、導(dǎo)向葉片等發(fā)動機熱端部件用的第三代涂層，已在國外高性能、長壽命發(fā)動機上得到應(yīng)用。為便于在設(shè)計階段選擇結(jié)構(gòu)性能較優(yōu)、環(huán)境性能較好的材料以有助于綠色材料替代設(shè)計，目前工業(yè)發(fā)達(dá)國家開發(fā)了相應(yīng)的軟件工具以支持綠色材料替代設(shè)計。其中，歐特克設(shè)計軟件(Autodesk Inventor)的Eco-Materials Adviser和Granta的CES Selector軟件工具，能夠形成基于材料屬性的材料圖表，并根據(jù)材料追溯、材料配置、環(huán)境影響分析過程對材料進行比較，最終找到替代方案。

  (2)節(jié)能性設(shè)計。節(jié)能性設(shè)計綜合考慮產(chǎn)品制造、使用等過程的能耗情況，通過應(yīng)用環(huán)保節(jié)能型材料，優(yōu)化機械結(jié)構(gòu)，合理地制定并應(yīng)用創(chuàng)新制造工藝、清潔燃料替代等措施來實現(xiàn)產(chǎn)品制造的節(jié)能減排。當(dāng)前節(jié)能設(shè)計主要集中在高效動力、清潔燃料替代設(shè)計方面，如替代燃料主要有太陽能、甲醇、液化石油氣、壓縮天然氣、乙醇等。

  福特Edge HySeries采用了結(jié)合車載氫燃料電池發(fā)電機和鋰電池的氫燃料電池動力系列的混合傳動系統(tǒng)，該新型動力系統(tǒng)將傳統(tǒng)燃料電池系統(tǒng)的尺寸、質(zhì)量、成本和復(fù)雜性減小(降低)了50%以上。通用汽車雪佛蘭Volt采用了一套獨特的電力驅(qū)動裝置來提高車輛的行駛效率，降低電動機的總轉(zhuǎn)速，提高車輛整體行駛效率。該公司還通過應(yīng)用節(jié)能控制技術(shù)，優(yōu)化機電混合汽車內(nèi)燃機的最佳工作狀況，大幅度降低能耗。另外，通用汽車推出的全新一代別克君越eAssist混合動力車，匯集了多項混合動力前沿核心技術(shù)，如起步/加速助力、發(fā)動機啟停系統(tǒng)、減速斷油、制動能量回收等，借助eAssist智能混合動力技術(shù)，該車型比同級傳統(tǒng)動力車型節(jié)油20%。

  (3)輕量化設(shè)計。國際輕量化設(shè)計研究主要包括輕量化材料的運用、結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計與優(yōu)化(圖3a)、復(fù)合材料替代技術(shù)(圖3b)、先進的凈成形工藝等，涉及產(chǎn)品包括工業(yè)裝備、家電產(chǎn)品、電器電子產(chǎn)品、汽車和飛機等。EMMELMANN等通過激光直接進行飛機結(jié)構(gòu)的仿形制造，同時分析加工區(qū)域的溫度分布并給出合適的加工工藝參數(shù)，為飛機制造業(yè)確定了合適的激光立體成形工藝。

  (4)面向回收/拆卸/再制造的設(shè)計。在設(shè)計的各個階段，不僅要考慮零部件的成本、可加工性、質(zhì)量，還要考慮零部件的環(huán)境屬性。面向回收、拆卸、再制造的設(shè)計需考慮多壽命周期服役、材料相容性、可拆解性等因素，提高產(chǎn)品生命終期的回收、拆解效率和零部件再制造的服役安全壽命。再制造的設(shè)計是面向拆解、清洗、分類、檢查、修復(fù)和裝配的再制造所有階段的設(shè)計。面向拆卸設(shè)計需考慮減少拆卸步驟的數(shù)量和復(fù)雜性，其設(shè)計原則為：組件方便拆卸；使用易分離的連接形式；連接的壽命應(yīng)與產(chǎn)品壽命一致。

  綠色制造工藝與裝備

  綠色制造工藝與裝備的創(chuàng)新是實現(xiàn)制造業(yè)綠色發(fā)展的基礎(chǔ)保障，主要創(chuàng)新領(lǐng)域包括：新工藝原理發(fā)現(xiàn)、綠色工藝裝備研制、替代性工藝技術(shù)、工藝鏈集成優(yōu)化和輔助物料(切削油液、溶劑等)的環(huán)保化，以4種基礎(chǔ)工藝創(chuàng)新為例進行說明。

  (1)鑄造。鑄造是將液體金屬澆鑄到與零件形狀相適應(yīng)的鑄造空腔中，待其冷卻凝固后，以獲得零件或毛坯的方法。鑄造是零部件制造中應(yīng)用最廣泛的工藝之一，可分為砂型鑄造和特種鑄造兩大類。鑄造工藝污染較為嚴(yán)重，砂模鑄造對環(huán)境影響較大，其主要的污染源有：有害氣體污染、廢水排放、固體廢棄物等。鑄造工藝的質(zhì)量及排放可通過先進技術(shù)得到改善，如在線工藝質(zhì)量控制技術(shù)可提高成品率；無模鑄造及砂型涂層技術(shù)可有助于提高環(huán)境質(zhì)量；基于工藝模型的環(huán)境評估能為鑄造的環(huán)境影響提供量化工具；熱管理及廢熱回收技術(shù)能減少能源及溫室氣體的排放；近凈成形精密鑄造新工藝技術(shù)能減少或消除產(chǎn)品下游生產(chǎn)的加工或精加工步驟等。

  (2)材料成形加工。單點漸近成形技術(shù)(SPIF)是改善成形加工環(huán)境性能的先進技術(shù)之一，適用于大批量成形加工，可減少成形模具的物料和能源消耗。模具激光熔覆再制造技術(shù)可延長模具的服役壽命，減少模具制造碳排放。此外，輕量化構(gòu)件液力成形、模具涂層技術(shù)、近凈成形技術(shù)等都可減小材料成形加工的環(huán)境影響。

  (3)切削與磨削。切削與磨削都是減材工藝，其能源消耗也不容小覷。減少切削與磨削的能源消耗需從以下幾個方面考慮：加工能耗、切削液和切屑回收。其中，減少加工能耗主要通過應(yīng)用綠色機床實現(xiàn)。2007年，漢諾威機床展覽會對綠色機床進行了定義，列舉了以下特點：機床零部件由再生材料制造；機床的質(zhì)量和體積減少50%以上；提高能效30%～40%；減少污染排放50%～60%；報廢后機床的材料100%可回收。目前，國際上普遍從干切技術(shù)、微量潤滑技術(shù)和環(huán)保切削液的研發(fā)應(yīng)用三個方面緩解切削液帶來的環(huán)境問題。在切削與磨削能源消耗中，切屑是另一大影響因素。雖然大部分切屑能被回收，但從經(jīng)濟與環(huán)境的角度，應(yīng)通過零部件設(shè)計與工藝規(guī)劃盡可能使切削余量最小，并且通過切屑回收減少物料消耗。

  (4)清洗與改性處理。改性處理技術(shù)是采用化學(xué)/物理的方法改變材料或工件表面的化學(xué)成分或組織結(jié)構(gòu)以提高機器零件或材料性能的一類熱處理技術(shù)，是制造過程中污染最嚴(yán)重的工藝。基于生命周期的工藝設(shè)計可以使得金屬熱處理、電鍍等改性處理的污染源最小。另外，還可通過如下方式減小改性處理的環(huán)境影響：減少上游工藝的冷卻潤滑殘留；開發(fā)低熱量的熱處理工藝替代整體熱處理，如超聲、激光、微波處理等；采用選擇性局部熱處理工藝，如熱噴涂替代整體表面電鍍工藝；減少有毒有害溶劑的使用和提高回收再利用等。

  資源化與再制造

  資源效率提高可通過資源回收利用方式實現(xiàn)。以鋼鐵為例，采用最佳實用技術(shù)，在發(fā)達(dá)國家的節(jié)能潛力為9%，在發(fā)展中國家可以達(dá)到30%；而通過廢棄鋼材的回收再利用后最大的節(jié)能潛力可達(dá)64%。雖然資源回收利用節(jié)能潛力巨大，但當(dāng)前資源回收利用率并不高，尤其是稀貴金屬的回收。RECK等指出，金屬回收率普遍較低，鋼鐵、鋁、銅等金屬回收利用率超過50%，而絕大部分其他金屬材料回收利用率均低于50%，特別是稀貴金屬回收利用率低于1%。影響金屬回收利用率的主要因素有收集效率低、破碎分選技術(shù)落后等。

  應(yīng)對未來回收挑戰(zhàn)需從普及先進技術(shù)、實施面向材料回收的設(shè)計、提高廢棄產(chǎn)品的收集率等方面實現(xiàn)。在處理生命周期末端的產(chǎn)品時，再制造的節(jié)能潛力優(yōu)于資源回收，可使回收的資源被最大化利用，如六缸柴油機使用再制造的組件可以避免額外的16 250 MJ能源消耗。再制造可以顯著地降低材料能源強度，但是對于再制造產(chǎn)品的節(jié)能潛力還需從產(chǎn)品的全生命周期角度評價。

  GUTOWSKI等指出對于使用階段能源消耗占主導(dǎo)的產(chǎn)品，再制造產(chǎn)品能效下降所導(dǎo)致的能耗增長將抵消甚至超過再制造產(chǎn)品材料能源強度下降所減少的能耗。圖4為25種新產(chǎn)品與再制造產(chǎn)品全生命周期能源消耗對比圖，平衡線以上表示再制造產(chǎn)品全生命周期能耗小于新產(chǎn)品，再制造產(chǎn)品較新產(chǎn)品有節(jié)能優(yōu)勢；同理，平衡線以下表示再制造產(chǎn)品全生命周期能耗大于新產(chǎn)品，再制造產(chǎn)品較新產(chǎn)品沒有節(jié)能優(yōu)勢。