绿色制造技术的进展，本文主要内容关键词为：进展论文,技术论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号：TH12 文献标识码：A 文章编号：1008－2794（2002）02－0070－04
1 环境与发展
面对环境问题的全球化，1992年联合国在巴西里约热内卢召开了《环境与发展》大会，这是人类共同行动保护自身生存环境的一个重要里程碑。这次大会上发表了《关于环境与发展宣言》（即里约热内卢宣言）、《21世纪议程》等重要文献，特别是《21世纪议程》，它阐明了人类在环境保护与可持续发展之间应做出的抉择和行动方案，并强调了加强全球环境问题的国际合作和建立新的伙伴关系的重要性。大会确立了可持续发展战略作为人类社会协调环境与发展关系的基础。联合国环境规划署将可持续发展定义为：“在满足当代人需要的同时不影响后代人满足他们需要机会的一种生态意义上的发展。”可持续发展涉及到三个尺度上的内容：①时间尺度：人类对自然的方式将影响到其它动物、人类的下一代、下一代的下一代。②社会尺度：人们应用各种技术可以改变自然，但是也能不负责地改变自然，因此必须谨慎对待自然。③地理尺度：发展和环境的跨国界的性质将使得由于不可持续发展所带来的环境破坏而可能造成局部地区乃至全球灾难性的后果（如空气污染、大气层破坏和森林毁坏等）。
综观近百年工业发展史，制造业发展的三个不同时期的经济模式、生产特征，制造业特点以及与能源和环境的关系，见表1。21 世纪将是知识经济时代，形成以数字化、网络化、智能化等信息技术为基础的集约化并行生产的制造业。未来的制造业将是“绿色制造业”，就是充分考虑生态平衡、环境保护与有限资源的有效利用，做到人类与自然和谐统一健康协调地发展，建立可持续发展的新战略。
可持续发展作为发达国家或发展中国家正确处理协调经济、社会、人口、资源、环境相互关系的共同发展战略，它强调了环境与经济的协调发展，追求人类和自然的和谐发展，经济发展应当在生态平衡持续的基础上，保护环境而不对后代人的生存和发展构成威胁，造成危害。
对目前的制造业进行剖析，主要存在以下问题。①原材料和能源严重浪费。②报废产品的回收、利用率相当低。③废旧或闲置设备的回收和再利用尚未得到充分的重视。④企业对环境保护意识较为淡薄。⑤产品从设计、制造到报废、回收、再利用整个系统缺乏全局性、一致性。
针对上述现状，制造业提出了综合考虑环境保护因素和资源利用效率的现代制造模式——绿色制造技术，即通过“绿色制造”工程（绿色设计、绿色材料、绿色设备、绿色工艺、绿色包装、绿色管理、绿色产品等）最大限度地减少对环境的负面影响和污染，同时使原材料和能源的利用率达到最高，实现可持续发展。
2 绿色制造技术的特征
绿色制造技术（Green Manufacturing Technology，简称GMT），是指在产品的整个生命周期过程中持续地运用一体化、预防性的环境保护战略，以达到优化资源和能源的合理利用，并对环境产生的污染最小化，保护劳动者的安全和健康，并且向市场提供极具竞争能力的绿色产品，从而最终实现经济、环境和人类社会的可持续发展的目的。具体的说，绿色制造技术体现在产品的设计和制造过程中，节约资源，降低公害，尽可能提高再生资源的利用率，加强技术研究开发，加快绿色生产技术和制造技术的推广和应用，提高对绿色制造意义的认识。未来的企业应当是环保型企业，企业的工作环境优美，工作人员人身安全和健康具有可靠的保障，企业不仅能提供绿色（环保型）产品，如：绿色汽车、绿色电冰箱等，而且整个生产过程也是绿色（环保型）制造。绿色资源是绿色制造工程的起点，绿色制造技术是绿色制造工程的核心，绿色产品是绿色制造工程的归宿。绿色制造工程系统结构见图1。
绿色制造技术具有以下特征：
（1）企业各级领导及全体员工应具有良好的环境意识， 将保护环境视为保护企业，保护自己的生命。
（2）科技人员在产品的开发设计、生产制造中， 既要综合考虑产品的FTQCS（Function功能、Time及时、Quality质量、Cost成本、Service服务）属性，又应充分注重产品的E（Environment环境）属性，两者之和即为产品拥有的“绿色度”。这将作为衡量产品性能的一个重要指标。
（3）广泛应用标准化、系列化的零部件， 更为重要的是产品从设计阶段就应充分考虑报废后的回收和利用。产品报废后应拆卸简便、分解容易，并可加以回收和再生。
（4）减少不可再生资源和短缺资源的使用量， 尽量采用各种可回收、可再生的替代物质和有关技术。
（5）简化工艺，优化流程，运用先进的生产技术和制造工艺， 提高整个生产过程的效率，并且使原材料和能源消耗最少，将对环境的负面影响和污染减少到最低程度。
3 绿色制造技术
绿色制造技术由绿色设计与绿色制造两部分组成。
1）绿色设计
绿色设计是绿色制造技术的核心，它是决定绿色制造工程成败的关键。产品的绿色设计又称为产品的生态设计或者环境设计，这是绿色消费运动和绿色市场兴起在产品设计领域中所涌现出来的新潮流。
产品绿色设计的基本原则是：污染预防应从设计开始，把改善环境影响的努力始终凝结在产品的设计过程中。为此，在传统的产品设计准则中加进了环境准则，并将其列于优先考虑的重要位置。绿色产品设计的准则见图2。下面将有关绿色设计的主要内容作一简介。
（1）绿色设计的材料选择 所谓绿色材料，应来源丰富， 便于利用，便于回收再利用且对环境影响小。材料选择是绿色设计必不可少的组成部分，它也是产品开发设计过程中早期的最主要的决策之一，借助于绿色材料的合理选择，可实现产品对环境负面影响的最小化。例如：德国“伙伴”公司的包装工程师应用“减少材料种类”的原则，把包装材料种类由原来的20种减少到4种，使废物的处理费用下降了50 ％以上，不仅降低了材料成本，而且改善了包装性能。当前这方面的研究工作主要有：①绿色设计对材料要求的确定：②绿色材料的选择原则；③材料选择的影响因素分析；④绿色材料的开发与应用；⑤新功能（指环保型）材料的开发与应用；⑥回收物资再资源化的应用等。
（2）可拆卸性设计 可拆卸性设计的基本要求， 就是产品在设计时充分考虑到产品报废后较多的零部件拆卸方便，便于回收与再利用，从而达到节省成本，减少污染，保护环境的目的，这将作为产品性能和结构设计的一项重要评价指标。而产品的可拆卸性是以零部件的再利用作为前提，例如报废汽车、报废家用电器（如电视机，电冰箱等）的可拆卸性，关键是零部件的再利用率。近年来，可拆卸性设计的研究集中于：①建立可拆卸性的设计原则；②研究拆卸顺序优化以及经济效益最大化关系的分析；③研究可拆卸再利用的经济性与环境性的分析；④研讨装配设计分析的再设计与可拆卸性的兼容性；⑤开发可拆卸性的软件工具等。
（3）可回收性设计
可回收性设计就是在产品设计时要充分考虑到该产品报废后回收和再利用的问题，即它不仅应便于零部件的拆卸和分离，而且应使可重复利用的零件和材料在所设计的产品中得到充分的重视。例如日用品中的塑料制品、橡胶制品以及家用电器中有关零部件及材料的回收和再利用。目前，这方面的研究工作主要集中于：①建立可回收性的设计原则；②可回收材料的识别与标志的确定，即要求设计时必须了解产品报废后零件材料性能的变化，以确定其可利用程度；③回收工艺和方法的研究，采用并行工程方式来开发零部件及材料回收的工艺方法；④可回收性设计的经济性分析等。
（4）绿色设计和经济性分析 绿色制造技术的实施与发展在相当程度上受到经济性方面的制约，因此，必须高度重视技术
经济一体化模型的开发和研究，进行综合分析，以确保绿色产品在设计、制造、使用、回收的全过程中，更具有竞争能力。
2）绿色制造
绿色制造是借助于各种制造工艺技术和手段以及生产管理的理论和方法，在产品制造过程的各个环节中采取积极、有效的措施，以减少原材料物资和能源的消耗量，缩短产品开发周期，降低成本，最大限度的减少对环境的负面影响和污染最小化，而且，有些制造工艺的改进对环境保护起着积极的作用，因此，完全有理由相信绿色制造将在21世纪制造业中大显身手。当前，绿色制造的主要发展方向如下。
（1）成形制造技术正向净成形方向发展 成形制造技术包括铸造、连接、塑性加工（如锻造、冲压）等制造工艺方法。目前，成形制造技术正从接近零件形状（Near Net Shape Process）向直接制成零件，即精密形或净成形（Net Shape Process）方向发展。 采用这项技术可使有些零件（毛坯）直接或稍加处理即可用于组成产品，从而大大减少原材料和能源的消耗，缩短了生产周期，降低了成本。
（2）快速原型制造技术的应用日趋成熟
快速激光原型制造技术可将CAD三维模型快速直接转换成实物模型或零件， 整个成型过程不仅不需要刀具、模具和其它人工干涉，而且不受零件的几何形状限制，可以做到真正的自由制造。它有助于缩短产品开发周期，减少费用，提高新产品的一次成功率，以及减少对环境的负面影响和污染。
（3）虚拟制造技术将会广泛应用
为了快速响应某一市场的需求，可通过信息高速公路，将产品涉及到的不同公司临时组建成一个没有围墙、超越空间的约束，依靠计算机网络联系，统一指挥的合作经济实体——虚拟公司。制造业的全球化，网络化和虚拟化已成为未来制造业发展的重要特征。在虚拟制造环境下，生成软产品模型（Soft Prototype）以代替传统的硬样品（Hard Prototype），并进行实验和试验，对其性能和可制造性进行预测和评价，从而有利于节省能源和原材料，缩短产品开发周期，降低成本，减少污染。
（4）干式切削加工技术的大力推广
干式切削加工顾名思义就是在切削加工过程中不使用任何切削液的加工方法。例如干式车削、镗削加工，干式磨削加工等。干式切削加工简化了工艺，降低了成本，并消除了因冷却液的使用所带来的一系列的环境问题。目前，美国、日本、德国等国已采用了干式车削、干式镗削、干式磨削等工艺，并取得了一定的成果。
（5）工艺模拟技术得到迅速发展
工艺模拟技术目前主要应用于热加工过程。对于热加工工艺以往通常必须做大量的实验才能初步控制和保证加工工件的质量，采用工艺模拟技术进行多项数值模拟、物理模拟和专家系统相结合而确定其最佳工艺参数，优化工艺，最大限度的限制对环境的污染和负面影响，并可预测加工过程中可能产生的缺陷，以及采取相应措施，从而有效地控制和保证工件的加工质量。