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1、制造业的 绿色设计与绿色制造机械工程学院主要内容绿色设计 与制造二 绿色设计三 绿色制造五 结论和展望四 绿色制造技术在机械加工中的应用一 产生背景在此之前呢,先让我们看一下最近的新闻 Key Words:在京举办的APEC会议,除了“经济”,竟 然是“雾霾、限行、排污治理、APEC蓝”了 “环保”“绿色”毫无疑问已经成为我们身边的热词了。 提起济南,除了趵突泉和大明湖,最让人记住的该是蓝 翔了 提起北京,除了长城故宫天坛,该是雾霾了环境问题,已经刻不容缓了。除了生活中我们需要注意的环保问题,在机 械制造方面,做好污染的防护与治理也显得尤 为重要。绿色设计,绿色制造越来越凸显出其重要性 。一、
2、产生背景下图是雾霾下的北京,天安门广场雾霾下的北京 近几年来,人们深刻的体会到环境 的恶劣变化给人们生活带来的负面 影响。这主要是人们无度的开发自 然资源和无偿利用环境的经济增长 方式,造成了全球性的自然破坏。资 源过度消耗,环境的严重污染以及生 态链的破坏,使人与自然的关系也达 到了空前的紧张程度。对于环境污 染的问题制造业难辞其咎。制造的过程带来了污染制造过程: 铸造:粉尘、烟尘、废沙等 锻造:烟尘、噪音等 冲压:中厚板酸洗液排放、噪音、清洗废液等 焊接:光污染、烟尘、噪音等 涂装:各种废液排放等 机加:废液、切屑、表面处理废液等产品使用: 废旧电池 电冰箱 废旧的数码产品 我们知道在漫长
3、的人类设计史中,工业设计为人类创造了现代生活方式和生活环境。但同时,也加速了资源,能源的消耗,并对地球的生态平衡造成了极大的破坏。特别是工业设计的过度商业化,使设计成了鼓励人们无节制的消费的重要介质,“有计划的商品废止制”就是这种现象的极端表现。无怪乎人们称“广告设计”和“工业设计”是鼓吹人们消费的罪魁祸首,招致了许多的批评和责难。正是在这种背景下,设计师们不得不重新思考工业设计师的职责和作用,绿色设计也就应运而生。 因此绿色设计与绿色制造理念应运而生,这也是制造业的发展趋势,是现代企业提高竞争力的必由之路。二、绿色设计书本上的定义是这样的:绿色设计是“可持续生产”的设 计,也称生态设计、环境
4、设计、生命 周期设计,它着重考虑产品在整个生 命周期中的环境属性(可拆卸回收、可 维护及重复利用、低秏能、低污染、 无公害等),并将其作为设计目标在满 足环境目标要求的同时,保证产品应 有的基本功能、使用寿命、质量等。 简单的说,绿色设计出来的产品应 该具有以下三点要求: 1、在制造过程中节约资源 2、在使用过程中节省能源,无污染 3、在产品报废后便于回收和再利用绿色设计的特点 (1)绿色设计可以保护地球有限的矿 物资源,使其进行合理持续的利用。 (2)可以把废物的产生在源头处加以 控制减少,缓解垃圾处理的矛盾。 (3)维护生态系统的平衡,保护环境实 现可持续的发展。 (4)采用并行设计法,即
5、开发人员在一 开始就考虑产品整个生命周期中从 概念形成到产品报废的所有因素,是 从摇篮到在线的过程。我觉得最核心的应该是第四部分,也就是说 “开发人员在 一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废 的所有因素,是从摇篮到在线的过程。”这个可以和传统的设计做一个对比:长久以来,我们创造经济增长的方式很多是以牺牲环境 浪费资源能源为代价达到的,设计只满足基本功能和质量 ,经济利益放在高的优先级。不考虑对环境造成影响,不 考虑可持续发展。其实我们忘了,环境破坏了的代价,才是巨大的 ,才是高成本的!绿色设计的内容 1. 绿色产品设计的描述与建模。 2. 绿色设计的材料选择与管理。 3. 绿色产
6、品的可拆卸性设计。 4. 绿色产品的可回收性设计。其实我们完全可以说的再简单一些: 即将绿色设计的理念,融入进某一产品 的整个生产周期的每个环节中去。产品绿色设计的原则 1、资源最佳利用原则 2、能耗、污染最少原则 3、损害最少原则 4、生态经济效益最佳原则同样的,我们也可以尝试做一个简 短的概括:最优的去配置生产资源,减少损耗 ,达到生态经济效益最佳的效果。这款可口可乐罐设计从绿色设计出发,取消 了可乐罐表面的有害涂漆,而是把其标志设计 成冲压凸起,视觉效果同样震撼,而且更为环 保。 世博西班牙馆在总面积达8000平方米的大 厅内,考虑到节能,展馆内 部主要使用了竹子和半透明 纸作为材料,顶
7、部则使用太 阳能板。设计方案也考虑到 了上海台风、梅雨和高温等 气候因素,“建筑非常牢固, 而且场馆设计也考虑到了如 何调节室内温度”。展馆的外表层受到传统民间剪纸艺 术启发的独特设计,选用浸渍激光 切割胶合板,安装在一块一块的胶 合板建筑模块上。然后再在模块的 表面装上玻璃、聚碳酸酯,以及防 水或防紫外线辐射的材料,构成墙 体。在展馆内部,还要安装半透明 的PCV或高密度聚乙烯合成纸的材 料薄膜,再安装展馆的外部材料。 展馆外部、入口处的地面和展馆内 部都覆盖着一层浸渍木地板(俗称强 化地板,经热压、成型的地板)。世博波兰馆华硕U6V竹韵笔记本是选择天然竹材制作 笔记本外衣,它是非常优异的绿
8、色材料;可 降解的有机特质,更是对于减少环境污染有 着天然的优势。喜欢数码产品的一些同学可能会比较了解,Moto,一加,魅族众所周知,手机诞生以来,大部分采用了工程塑料材质 。工程塑料废旧后难以回收再利用,许多塑料中还含有重金 属等生态环境污染源,随着社会环保意识的加强,越来越多 的手机厂商均提倡手机环保化,不仅要尽可能地合理回收再 利用手机,而且在用料上改进,使手机产品更加环保。真正使绿色理念走向市场,是多种因素共同作用的结果。从当前社会积极实行可持续发展战略的氛围来看,绿色制造实质上是人类社会可持续发展战略在现代制造业中的体现,那么让我们来了解一下什么是绿色制造。三、绿色制造技术绿色制造是
9、人类社会可持续发展 战略在现代制造业中的体现。下面我 将介绍绿色制造的概念及内涵,大家 可以有一个大致的了解。也列举一些 绿色制造的关键技术,并以一些简单 的实例说明绿色制造实施的可行性。制造业一方面是创造人类财富的支柱 产业,另一方面又是环境污染的主要 源头。 实施绿色制造的原动力又有哪些呢?实施绿色制造的原动力从“大制造”的概念来讲,制造的全过程一般包括:产品设计、工艺规划、材料选择 、生产制造、包装运输、使用和报废 处理等阶段。如果在每个阶段都考虑到有关绿 色的因素,就会产生相应的绿色制造 技术。 1 产品设计 绿色设计主要可以通过生命周期设计、并行设计、 模块化设计等几种方法来实现。
10、2 绿色材料选择 绿色产品首先要求构成产品的材料具有绿色特性, 即在产品的整个生命周期内,这类材料应有利于降 低能耗,环境负荷最小。 3 清洁生产 相对于真正的清洁生产技术而言,这里所提到的 清洁生产仅仅指生产加工过程。在这一环节,要想 为绿色制造做出贡献,需从绿色制造工艺技术、绿 色制造工艺设备与装备等人手。 4 绿色包装 现代商品的营销有五大要素,即产 品、价格、渠道、促销和包装。而 在重视环境保护的世界氛围里,绿 色包装在销售中的作用也越来越重 要。消费者更是对商品包装提出了 4R1D的原则,即Reduce(减少包装材 料消耗),Reuse(包装容器的再充填 使用),Recycle(包装
11、材料的循环利 用),Recover(能源的再生),及De- gradable(包装材料的可降解性)。 5 绿色处理技术 在传统的观念中,产品寿命结束后 ,就再也没有使用价值了。事实上 ,如果将废弃的产品中有用的部分 再合理地利用起来,既能节约资源 ,又可有效的保护环境,这也正是 有些文献中所提到的绿色产品的可 回收性及可拆卸性设计问题。如此 一来,整个制造过程也会形成一个 闭环的系统最能有效减轻对环境 的危害,这也正是与传统制造过程 开环特性最不同的一点,见图3。 循环利用物尽其用 绿色制造是一个复杂的过程,绿色 意识也是一个长期的目标。要实现 这一目标,在对各项行为进行监控 时就需要更多更好
12、地考虑到环境属 性成本的问题。在未来的日子里, 还有以下几方面的技术需要进一步 研究。 (1)电子产品生命周期短,又难于 回收。因此,有关电子产品的回收 利用问题,依然需要进一步研究。 (2)必须加强有关危险性材料和工艺 工程的监控。监控时要能自动获得 有关过程、质量及辐射程度的信息 。 (3)必须进一步开发以提高回收利用 性、减少剩余量为目的的材料回收 工艺及更有效的废弃物管理系统。 (4)还必须增强有关风险、技术和环 境的公众意识水平;政府部门应该 制定相关政策保护环境(例如:针对 有关工艺和产品的辐射问题)。 绿色设计与制造理念的提出, 是人 类在探索实现可持续发展途径过程 中的一个重要
13、成果, 提出了在实现 保护环境、节约资源, 实现人与自 然和谐相处的历史进程中, 设计者 和制造者应该自觉承担的社会责任 。四、 绿色制造技术在机械加工中的应用切削液方面的绿色 1 干式切削技术干式切削是为保护环境、降低成本而有意 识地不使用切削液,在无冷液条件下进行切削 加工的切削加工的方法。2 准干式切削技术准干式切削技术是将干、湿加工的优 点结合,即在切削加工中,向加工部位喷 射混有少量润滑油的气体。3 风冷却切削技术风冷却切削技术是将从空气供给源来 的空气经过除湿器将水分除去后,送入空 气冷却器冷却至零下,再经绝热管由风嘴 将冷风送至切削部位,同时向加工点喷少 量的无害植物油,以防锈并
14、且有一定润滑 作用。在风嘴的对面设有集尘装置以收集 废屑和风尘,通过集尘器内的过滤器将切 屑滤去。 3 风冷却切削技术4 刀具技术干式加工对刀具材料要求很高,它要 求材料要具有很高的红硬性和热韧性,良 好的耐磨性、耐热冲击和抗粘结性。在对 刀具的几何参数和结构设计时,要满足干 切削对断屑和排屑的要求。 5 机床技术干式加工在切削区域会产生大量的切 削热,不及时散热,会使机床受热不均而 产生热变形,因此机床应配置循环冷却系 统。干切削时产生的切屑是干燥的,这样 可以尽可能的将干切削机床设计成立轴和 倾斜式床身。对于精密切削机床,可在机 床上装上监控系统。6 水喷射加工技术水喷射(俗称“水刀”)加
15、工技术是 利用超高压水射流及混合于其中的磨料对 各种材料进行切割、穿孔和表面去锈等加 工。7 减磨技术在机械工业中,适当的使用减磨剂能 有效地减少摩擦,降低磨损,减少故障, 延长零件的寿命。除了使用减磨剂外,还 可以采用将金属抗磨剂加入到润滑油的方 法来达到降耗的目的。 8 优质清洁表面技术对于一些耐磨性要求高的重要零件, 采用离子束辅助镀膜技术,可大幅度提高 航空航天轴承、精密仪器和刀具、模具的 寿命,以及采用新型节能表面涂装技术 自泳涂装,它为水分散体系,完全不含 有机溶剂,无毒、无火灾危险,与传统的 电泳涂装工艺相比,节能、节材,涂膜均 匀,耐蚀性优良,属无污染清洁生产工艺 。 绿色制造
16、是一种综合考虑环境影响和资源 效率的先进的现代制造模式,是实施制造业污 染源头控制的关键途径,是可持续发展理念在 制造业的体现,是制造业的发展趋势,是现代 企业的必由之路。总之, 绿色设计与制造已成为世 界工业发展的潮流, 它必将随着人类 可持续发展战略的提出和经济全球化 的趋势, 显示出它的优势。因为追求 生存环境的质量已是人类共同的价值 趋向, 绿色设计与制造作为符合人类 这一价值趋向的新兴学科前景广阔, 做好绿色设计与制造已成为当务之急 。五、结论和展望 绿色设计与制造理念的提出, 是人类在探索实现可持续发展途径过程中的一个重要成果, 提出了在实现保护环境、节约资源, 实现人与自然和谐相处的历史进程中, 设计者和制造者应该自觉承担的社会责任。个可持续发展的社会。制造业是制造人类财富的支柱产 业,同时又是环境污染的主要源头 之一。绿色设计