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1、先进制造系统,21世纪工业工程专业规划教材,先进制造系统 Advanced Manufacturing System 华北电力大学 戴庆辉 主编 机械工业出版社,先进制造系统,21世纪工业工程专业规划教材,先 进 制 造 系 统 主 编 戴庆辉 副主编 张新敏 王卫平 参 编 张文建 杜必强 周宏明 胡开顺 叶 锋 慈铁军 付培红 主 审 张根保,先进制造系统,第 1 章 先进制造系统总论 第 2 章 先进制造系统基本原理 第 3 章 先进制造模式 第 4 章 先进设计技术 第 5 章 先进制造装备及技术 第 6 章 先进制造工艺技术 第 7 章 绿色设计与制造 第 8 章 典型产品的制造系统
2、 第 9 章 制造系统展望,7.1 绿色技术的产生与内涵 7.2 绿色产品 7.3 生态化设计（ED） 7.4 清洁化生产 7.5 再制造工程,第7章 绿色设计与制造,7.4.1 清洁化生产的概念及特点 7.4.2 清洁化生产系统的模型 7.4.3 清洁化生产工艺技术 7.4.4 清洁化生产的两个案例,7.4 清洁化生产,7.4.1 清洁化生产的概念及特点,关于产品生命周期的划分： 本书之分为6个阶段：产品计划、产品设计、产品生产、产品销售、产品使用和产品报废。 L.Aiting将之分为6个阶段：需求识别、设计开发、制造、运输、使用、回收或处理。 R.Zust将之分为4个阶段：产品开发、产品制
3、造(加工与装配) 、产品使用、最后的产品处置。,7.4.1 清洁化生产的概念及特点,从产品生命周期概念角度，清洁化生产（又叫绿色制造）可定义为： 在不牺牲产品功能、质量和成本前提下，系统地考虑产品开发制造及其活动对环境的影响，使产品在整个生命周期中对环境的负面影响最小，资源利用率最高。 清洁化生产本质上是制造问题、环境保护问题和资源优化问题的交叉融合。,7.4.1 清洁化生产的概念及特点,清洁化生产的主要特点包括： 系统性。清洁化生产除了保证一般制造系统的功能外，还要保证环境污染最小。 预防性。强调以预防为主，通过消减污染物源及保证环境安全的回收利用，使废弃物最小化。 适合性。使生产目标符合企
4、业生产经营发展需要，又不损害生态环境和保持自然资源的潜力。,7.4.1 清洁化生产的概念及特点,经济性。通过清洁化生产，可节省原材料和能源消耗，降低废弃物处理带来的费用，降低生产成本。 有效性和动态性。清洁化生产从末端治理转向对产品生产过程的连续控制，使污染物消失在生产过程中，综合利用再生资源和能源的循环利用技术，有效防止污染再产生。,7.4.1 清洁化生产的概念及特点,实施清洁化生产的驱动力主要来源于8个方面： 可持续性发展要求 法令规定 国际标准要求 用户需求 产品服务要求 竞争压力要求 风险管理要求 生态工业要求,7.4.2 清洁化生产系统的模型,清洁化生产系统的模型如表7-6所示。 清
5、洁化生产的主要内容包括三个部分： 清洁化材料； 清洁化能源； 经过清洁化的生产过程生产出清洁化产品。,7.4.2 清洁化生产系统的模型,表7-6 清洁化生产系统的模型,7.4.2 清洁化生产系统的模型,清洁化生产的研究可归纳为两大领域： 清洁化生产的概念、定义和方法。具体包括有关框架和理论、通用工具、能量模型、材料流动模型、资源优化模型和各种算法。 技术应用。具体包括清洁化材料、清洁化工艺、清洁化包装、产品使用、用后处置等。,7.4.2 清洁化生产系统的模型,清洁化材料的选择原则主要有： 优先选用可再生材料，尽量选用回收材料，以提高资源利用率，实现可持续发展； 尽量选用低能耗、少污染材料； 尽
6、量选用环境兼容性好的材料和零部件，避免选用有毒、有害和有辐射特性的材料； 尽量选用易于回收、再用、再制造或易于降解的材料。,7.4.3 清洁化生产工艺技术,清洁化生产工艺技术包括三种类型： 节约资源的工艺技术。 节省能源的工艺技术。 环保型工艺技术。,7.4.3 清洁化生产工艺技术,机械加工中的清洁化生产加工技术如表7-7所示。 其中： 干式切削加工技术可分为完全干式切削加工（即加工过程中不用任何冷却润滑液）和准干式切削加工（即加工过程中很少量地使用冷却润滑液）。 干式磨削加工中较有效的方法是强冷风磨削加工。,7.4.3 清洁化生产工艺技术,表7-7 机械加工中的清洁化生产加工技术,7.4.4
7、 清洁化生产的两个案例,案例1 日本内田洋行公司的生态涂漆工厂 图7-10 日本内田洋行的生态涂漆工厂外观。 这种清洁化生产工厂在清洁性（即在生产、使用阶段不向环境释放有害物质而造成环境污染）上具有明显优势，它使用不含有机溶剂的涂料，拥有一条将剩余涂料进行回收再生的闭路循环再生涂漆系统，实现了用水的零排放。,7.4.4 清洁化生产的两个案例,*,图7-10 日本内田洋行的生态涂漆工厂外观,7.4.4 清洁化生产的两个案例,*,续图7-10 日本内田洋行的生态涂漆工厂一角,7.4.4 清洁化生产的两个案例,案例2 可再生利用的生态电线电缆生产 图7-11展示了日本藤仓电线公司通过材料开发实现可再
8、生利用的生态电线电缆产品外观。 这种产品采用新型生态环境材料（如阻燃性聚乙烯等）作包装层，通过热回收处理可提高可再生利用性能。而且因其不含铅等重金属，即便掩埋处理也不需担心其渗出。,7.4.4 清洁化生产的两个案例,图7-11 日本藤仓电线公司可再生利用的 生态电线电缆产品外观,7.4 END,7.5 再制造工程,7.5.1 再制造工程的发展 7.5.2 再制造工程的基本原理 7.5.3 案例：复印机的再制造,7.5.1 再制造工程的发展,1. 国外再制造业的情况 再制造工程 RE（Remanufacturing Engineering） 是一个发展迅速的高科技维修的新兴产业。 它是实现绿色制
9、造的重要技术途径。 国外对再制造工程的研究日趋广泛， 对再制造产业的管理制度日趋完善。,7.5.1 再制造工程的发展,1996年，美国波士顿大学制造工程学教授Robert T. Lund在Argonne国家实验室的资助下，领导了一个研究小组对美国的再制造业进行了深入调查，调查范围涉及汽车、压缩机、电器、机械制造、办公设备、轮胎、墨盒、阀门8个工业领域，他们撰写了研究报告再制造业：潜在的巨人，建立了一个有9903个再制造公司的数据库。 研究结论表明，再制造业在美国经济中已占有重要地位。,7.5.1 再制造工程的发展,1996年美国专业再制造公司超过73000家，生产46种主要再制造产品，每年的销
10、售额超过530亿美元。 汽车再制造业是美国最大的再制造行业，2001年汽车再制造零部件的年销售额为365亿美元。,7.5.1 再制造工程的发展,美国还制定了再制造中长期规划： 2005年再制造产品的年销售额达1000亿美元； 2010年保证所有再制造产品性能达到或超过原产品； 2020年再制造业基本实现零浪费，并确保产品的质量和服务。,7.5.1 再制造工程的发展,2000年日本提出了“循环型社会”的构想，内容包括三个方面： 资源的再利用 废旧产品或零部件的再使用 减少垃圾的产生。,7.5.1 再制造工程的发展,欧盟委员会于2000年2月通过了一项有利环境保护的新规定，未来所有欧盟的汽车用户，
11、将享受免费旧车回收。从2002年起，废旧汽车的可再生利用率将达到85%，到2015年将达到95%。,7.5.1 再制造工程的发展,2. 国内再制造业的情况 20世纪80代提出了废弃物处理的“资源化、减量化、无害化”政策， 90年代提出了可持续发展战略。 1999年后，国家自然科学基金委员会先后将“再制造”列为面上项目和重点项目。,7.5.1 再制造工程的发展,2000年底，中国工程院12位院士及多名专家完成了绿色再制造工程及其在我国应用的前景咨询报告，2003年又完成了废旧机电产品资源化咨询报告，2个报告均由中国工程院呈报国务院。 2003年6月我国装备再制造技术国防科技重点实验室通过验收。再
12、制造工程已成为我国重要学科发展方向和重大产业化推广方向。,7.5.1 再制造工程的发展,再制造工程是21世纪AMS发展的一个重要组成部分和发展方向，并已成为一种极具潜力的新型产业。 事实上，再制造是一种系统创新（模式加技术），涉及全球行业及时间范围，要求多学科（机械、电子、冶金、材料、物理化学等）的系统研究，它体现了AMS“大制造、全过程、高技术”的特点。,7.5.2 再制造工程的基本原理,1. 再制造工程的概念 （1）再制造工程的定义 定义一 再制造工程是以产品全生命周期设计和管理为指导，以优质、高效、节能、节材、环保为目标，以先进技术和产业化生产为手段，来修复或改造废旧产品的一系列技术措施
13、或工程活动的总称。,7.5.2 再制造工程的基本原理,定义2 再制造工程是在工厂里通过一系列的工业过程，将已经服役的产品进行拆卸，不能使用的零部件通过再制造技术进行修复，使得修复以后的零部件的性能与寿命期望值具有或者高于原来的零部件。（1983年，美国Lund等人）,7.5.2 再制造工程的基本原理,定义一强调统筹考虑产品全生命周期内的再制造策略，以资源和环境为核心概念，优先考虑产品的环境属性的同时，保证产品的基本目标（优质、高效、节能、节材和环保），从而实现企业经济效益和社会效益协调优化。 定义二严格地将再制造的维修技术与传统的修复操作与回收利用划分开来，充分考虑了能源、材料、环境等诸多因素
14、。,7.5.2 再制造工程的基本原理,再制造与再循环有很大的区别。 再制造能够充分利用并提取产品的附加值， 再循环只是提取了材料本身的价值。,将产品的形成价值划分为 材料值 附加值 材料本身的价值远小于 产品的附加值（包括加工费用、劳动力等）,7.5.2 再制造工程的基本原理,（2）再制造的过程 可以划分为三个阶段： 拆卸阶段，将装置的单元机构拆散为单一的零部件； 将已拆卸的零部件进行检查，将不能继续使用的零部件进行再制造维修，并进行相关的测试、升级，使得其性能能够满足使用要求； 将维修好的零部件进行重新组装，一旦发现装配过程中出现不匹配等现象，还需进行二次优化的过程。,7.5.2 再制造工程
15、的基本原理,这三个阶段的每一个阶段与其它两个阶段紧密相连与互相制约。 这些都表明了再制造过程与传统的制造过程有着明显的区别，表现出很大的灵活性，传统的制造方法不适用于再制造系统。,7.5.2 再制造工程的基本原理,（3）再制造工程的活动 产品修复（Repair） 产品改装（Refitting） 产品改进或改型 （Modification or Improvement） 回收利用（Recycling）,7.5.2 再制造工程的基本原理,（4）再制造产品的标准 耐用产品； 功能失效的产品； 标准化的产品与可互换性的零件； 剩余附加值较高产品； 获得失效产品的费用低于产品的残余增值； 生产技术稳定产品； 再制造产品生成后，满足消费者要求。,7.5.2 再制造工程的基本原理,（5）再制造工程的作用 再制造工程能够大量恢复设备及其零部件的性能，延长使用寿命，降低全生命周期成本，节能节材，减少环境污染，形成新的产业，创造更大价值，符合国策（人口、资源、环境）的要求。,7.5.2 再制造工程的基本原理,再制造的生态效益非常显著，以节省材料为例
