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1、南京航空航天大学机电学院南京航空航天大学机电学院052052系系第九章 绿色加工技术l第一节 概述l第二节 绿色加工的基本理论l第三节 绿色加工的评价体系l第四节 绿色加工的应用技术 南京航空航天大学机电学院南京航空航天大学机电学院052052系系第一节 概述环境、资源、人口是当今社会面临的三大问题。 依靠科技进步，实现节资增效，减少废物排放，建立 生产、消费与环境、资源相互协调的发展模式已成为 人类社会可持续发展的必由之路。进入21世纪，在制 造业实施绿色制造已势在必行。切削加工作为制造业 重要而应用广泛的加工方法正面临新的挑战，在此背 景下，绿色切削加工技术应运而生。南京航空航天大学机电学
2、院南京航空航天大学机电学院052052系系l什么是绿色加工绿色加工是指在不牺牲产品的质量、成本、可靠性 、功能和能量利用率的前提下，充分利用资源，尽量减 轻加工过程对环境产生有害影响的加工过程，其内涵是 指在加工过程中实现优质、低耗、高效及清洁化。绿色制造 GMGreen Manufacturing环境意识制造 ECMEnvironmentally Conscious Manufacturing面向环境的制造 MFEManufacturing For Environment 南京航空航天大学机电学院南京航空航天大学机电学院052052系系l为何需要绿色加工环境污染、人身健康、能源危机可持续发展
3、的观点南京航空航天大学机电学院南京航空航天大学机电学院052052系系概述l绿色加工的内涵及目标制造业在创造了高度发达的物质文明的同时， 也造成了严重的环境问题。绿色制造涉及的问题领域 包括三部分：一是制造问题，包括产品生命周期全过 程；二是环境保护问题；三是资源优化利用问题。绿 色制造就是这三部分的交叉和集成。目标：优质、低耗、高效、清洁化 绿色制造的问题领域南京航空航天大学机电学院南京航空航天大学机电学院052052系系概述l绿色加工的分类根据绿色加工的追求目标：节约资源的加工技术节约能源的加工技术环保型加工技术根据采用的加工介质不同：自然绿色加工辅助绿色加工 南京航空航天大学机电学院南京
4、航空航天大学机电学院052052系系l绿色加工的研究内容节省资源的加工方法的研究（物质流方面）节省能源的加工方法的研究（能量流方面）少、无污染加工方法的研究（环保的角度） 在实际加工中通过改进加工工艺、工具、环境来 实现南京航空航天大学机电学院南京航空航天大学机电学院052052系系概述l绿色加工的发展 绿色加工与绿色制造1991 日本 “绿色行业计划” 1996 SME Green Manufacturing1998 SME 绿色制造的发展趋势 绿色切削技术：干切削、少切削液的切削等绿色长成技术：激光快速成形等南京航空航天大学机电学院南京航空航天大学机电学院052052系系绿色制造自提出以来
5、受到了国内外各单位的高度重视， 并展开了大量的研究。在国际上，特别是美国在这方 面的研究已经比较深入。主要研究范围包括环境意识 机床系统及其关键技术、废物流的评价、工艺规划方 法以及低温加工、干切削等先进的绿色制造工艺技术 等。部分研究结论已经被开发成软件原型系统。2003 德国 20采用干切技术 总制造成本 1.6 德国 干式加工方面的研究和应用处于国际领先地位 南京航空航天大学机电学院南京航空航天大学机电学院052052系系概述国内高校对绿色加工技术绿色制造的研究探索： 清华大学 绿色工程技术列为优先发展上海交通大学 汽车可回收性绿色设计技术合肥工业大学 机械产品可回收设计理论和关键技术及
6、指标评价体系重庆大学 国家自然科学基金和863CIMS的关于绿色制造的项目南京航空航天大学机电学院南京航空航天大学机电学院052052系系华中理工大学、浙江大学、北京航空航天大学等高校 也开展了绿色制造技术研究。国内已形成了一支从事 绿色制造技术研究的专业队伍，为我国发展绿色制造 技术奠定了基础。国内对铸造、压力加工、焊接、切削加工、特种加工 、热处理、覆盖层、装配与包装等九个工艺大类中的 若干典型工艺的资源环境特性进行了研究，并初步建 立了绿色制造工艺数据库的原型系统；还对面向绿色 制造的工艺规划中部分关键技术，如工艺种类选择、 工艺参数优化、单工件多机床的节能调度等进行了初 步的研究。南京
7、航空航天大学机电学院南京航空航天大学机电学院052052系系我国“十五” 期间进行的主要研究内容 绿色产品设计评价系统模型的建立绿色产品清洁生产技术产品可拆卸、可回收技术机电产品噪声控制技术 面向环境、面向能源、面向材料的绿色制造技术南京航空航天大学机电学院南京航空航天大学机电学院052052系系概述绿色加工技术的发展方向：最优化绿色机械加工是最小的资源消耗和无环境污染 。它是从整个企业和社会的综合成本考虑，对于不同 的材料、零部件、设备经过综合分析，对冷却方式、 冷却介质用量、加工参数进行优化处理，选择一个最 合理的加工方案，使加工时间少，效益高，对环境无 污染，综合成本最低(这是对整个企业
8、乃至于整个社 会来讲，不是仅单纯的指具体加工成本最低)。也就 是从系统的观点出发，综合考虑各方面的因素，追求 企业甚至社会整体最优。 南京航空航天大学机电学院南京航空航天大学机电学院052052系系集成化加工过程不应是一个孤立的单独的加工过程， 而应是考虑到各种因素的集成系统。通过网络和数据 库把其它系统如MIS、绿色设计系统、质量保证系统 、物能资源系统等和设备互联起来，实现加工过程中 的数据交换和信息共享，从而融入到整个企业集成制 造系统里，便于决策。 南京航空航天大学机电学院南京航空航天大学机电学院052052系系并行化通过Internet可以将CAD/CAM/CAPP、MIS、 ERP
9、、MRP等相连，使得生产产品的每一个步骤当中 都考虑到了产品整个生命周期的所有因素，如质量、 成本、进度计划、用户需求、环境影响、资源消耗状 况等，这是一个并行的加工过程。 柔性化企业必须对市场多样化需求和外界环境变化做 出动态响应，生产出多样化的产品，因而在底层加工 系统的柔性应比较好，可以根据不同的材料，不同的 工件，不同的设备更换不同的方法，同时综合成本也 是最低的。 南京航空航天大学机电学院南京航空航天大学机电学院052052系系概述l绿色加工的意义人们在回顾已走过的历程的同时，都在认真思考 应该把一个什么样的地球留给子孙后代。绿色制造/绿 色加工是实现生态工业和社会可持续发展战略的决
10、定 性因素与必由之路，它对经济、社会和环境的协调发 展具有重要作用，采用绿色制造，使得在产品的整个 生命周期过程中，能最大限度地减少对环境的负面影 响，真正做到解决环境污染、节约原材料和能源、缩 短生产周期、降低生产成本，提高企业的经济效益， 实现经济、社会和环境三者之间的协调、优化的持续 发展。绿色加工技术将带来21世纪制造业的变革！南京航空航天大学机电学院南京航空航天大学机电学院052052系系第二节 绿色加工的基本理论l绿色加工的基本特征技术先进性 （实施前提）加工绿色性 （最显著特征）加工经济性 （必不可少的条件）最终特征：实现加工整体最优化l绿色加工的基本程序 5个基本程序: 预审加
11、工过程评审绿色加工方案 优选方案实施持续绿色加工 南京航空航天大学机电学院南京航空航天大学机电学院052052系系实施绿色加工的基本程序南京航空航天大学机电学院南京航空航天大学机电学院052052系系绿色加工的基本理论核心部分： 加工过程评审、绿色加工方案优选 绿色加工过程评审绿色加工过程评审是对加工过程的现状及物流、 能流等进行调查了解、诊断认识的过程。评审时，根 据加工系统特点及其投入、产出关系，确定企业加工 过程及加工系统中存在的“非绿色部位”。通过对加工 过程及加工系统进行深入、客观的现状审核、分析研 究以及对物料平衡和能流的分析，阐明加工过程及各 加工单元的功能状态和特性，特别是有关
12、加工过程中 资源利用转化、能源物料消耗、废物产生排放的现状 及差距。南京航空航天大学机电学院南京航空航天大学机电学院052052系系在加工过程评审的基础上，针对系统中存在的差距， 围绕加工过程中原材料投入、加工工艺及设备、生产 运行管理、产品和废物内部循环等环节，对可能的节 能、降耗、减污部位进行分析，寻找并确定可削减废 物、提高能效、提高效率、降低成本等潜在因素。这 些潜在因素包括：1）原材料替代和复用(或综合利用) ；2）实施技术革新，对工艺流程设备进行改造;3） 加强运行与维护管理；4）调整产品结构；5）产品报 废回用及再生。上述各因素仅表示对加工过程进行优 化的一种可能性，是制定绿色加
13、工方案时需要考虑的 一个方面，因此并不等同于实施绿色加工的具体措施 。 南京航空航天大学机电学院南京航空航天大学机电学院052052系系绿色加工方案优选绿色加工方案的优选是按照绿色加工评价方法，对 方案的基本特征进行评估 南京航空航天大学机电学院南京航空航天大学机电学院052052系系绿色加工的基本理论根据对方案技术性、经济性、环境性的评估结果 ，即可推荐可具体实施的加工方案，要求所推选的方 案与国内外同类方案相比具有先进性，并在本企业生 产中具有适用性和可实施性，可获得显著的环境和经 济效益。对于推荐方案应编制可行性分析报告，供主 管单位组织专家论证。如在评估过程中未找到可行方 案，就必须返
14、回重新进行预审、评审程序。当确定的 方案实施完毕后，应及时总结经验，找出缺陷与不足 ，然后再开始新一轮绿色加工的改进，即实现持续绿 色加工。南京航空航天大学机电学院南京航空航天大学机电学院052052系系绿色加工的基本理论l实现绿色加工的主要途径按照实施绿色加工的基本程序，确定了机械加工过程和加 工系统中的“非绿色部位”，就可以按照选定方案实施绿色机械加 工。实施绿色机械加工的主要途径为网络化、信息化、柔性化 。网络化制造的网络化，特别是基于Internet/Intranet的制造已成为 重要的发展趋势。作为机械制造重要基础的绿色加工也需要大 力推进网络化，通过企业局域网将各个分散的加工中心、
15、数控 设备等联接起来，可便于机械加工控制中心对整个加工进程进 行总体监控，同时还可与企业中的工程设计系统、管理信息系 统等各子系统实现集成，便于优化决策。南京航空航天大学机电学院南京航空航天大学机电学院052052系系信息化绿色加工的追求目标是实现整体最优化加工，即从系统的 观点出发，全面考虑企业和整个社会的综合成本，综合分析不 同的材料、零部件、设备等加工因素，优化选择冷却方式、冷 却介质及用量、加工参数等，确定最合理的加工方案，以实现 加工时间少、生产效益高、环境污染小、综合成本低的目标。 信息化是实施绿色加工的关键要素及有效手段。为实现整体最 优化加工，需要建立加工设备、切削刀具、切削液
16、、切削用量 、工件材料、环境、能源等相关资料的机械加工数据库，采用 有限元法、神经网络、人工智能等先进技术对各种绿色加工方 法(如高速切削、干切削、硬切削、MQL等)进行建模、仿真、虚 拟加工和决策，并通过Intranet与企业的其它数据库系统互联共 享,实现并行设计与生产。南京航空航天大学机电学院南京航空航天大学机电学院052052系系绿色加工的基本理论柔性化现代生产方式已由大批量!单一品种生产逐渐转 变为小批量!多品种生产,要求生产企业能够根据市场 变化作出敏捷反应,快速适应市场需求“绿色机械加工 的柔性包括机器柔性!工艺柔性!运行柔性和扩展柔性“ 加工系统应能实现快速重构,对新产品开发及产品更新 换代具有快速响应能力,以最小成
