面向可持續(xù)發(fā)展的綠色制造 (2).ppt

現(xiàn)代制造技術(shù),2010年9月,電子課件,第六章面向可持續(xù)發(fā)展的綠色制造,6.1綠色制造6.2綠色設(shè)計(jì)6.3清潔生產(chǎn)6.4再資源化技術(shù),6.1綠色制造,6.1.1綠色制造的概念、內(nèi)涵和發(fā)展1.綠色制造的概念綠色制造又稱為環(huán)境意識(shí)制造和面向環(huán)境的制造，是一個(gè)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)是使產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用到報(bào)廢處理的整個(gè)生命周期，對(duì)環(huán)境負(fù)面影響最小、資源利用率最高，并使企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益協(xié)調(diào)優(yōu)化。,6.1.1綠色制造的概念、內(nèi)涵和發(fā)展,綠色制造涉及的問題領(lǐng)域有三部分：（1）制造問題，包括產(chǎn)品生命周期全過程。（2）環(huán)境保護(hù)問題。（3）資源優(yōu)化利用問題。綠色制造就是這三部分內(nèi)容交叉，如圖6-1所示。,6.1.1綠色制造的概念、內(nèi)涵和發(fā)展,2.綠色制造的內(nèi)涵1）綠色制造是“大制造”綠色制造中的“制造”涉及到產(chǎn)品整個(gè)生命周期，因而同計(jì)算機(jī)集成制造、敏捷制造等概念中的“制造”一樣，是一個(gè)“大制造”概念。2）綠色制造范圍廣綠色制造涉及的范圍非常廣泛。包括機(jī)械、電子、食品、化工、軍工等，幾乎覆蓋整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。3）綠色制造重視資源和環(huán)境問題資源問題、環(huán)境問題、人口問題是當(dāng)今人類社會(huì)面臨的三大主要問題。綠色制造從制造系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)出發(fā)，是一種充分考慮前兩大問題的一種現(xiàn)代制造模式，是充分考慮制造業(yè)資源和環(huán)境問題的復(fù)雜的系統(tǒng)工程問題。,6.1.1綠色制造的概念、內(nèi)涵和發(fā)展,3.綠色制造的研究現(xiàn)狀1）國外綠色制造研究現(xiàn)狀在美國，從一些國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室到國家研究中心，從東海岸的麻省理工學(xué)院到西海岸的Berkeley加州大學(xué)，大量的研究工作正在進(jìn)行。在歐洲，國際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)（CIRP）近幾年均有大量論文對(duì)綠色制造和多生命周期工程等本質(zhì)問題進(jìn)行研究。英國CFSD（thecenterforsustainabledesign）對(duì)生態(tài)設(shè)計(jì)、可持續(xù)性產(chǎn)品設(shè)計(jì)等進(jìn)行了集中研究，并開展了有關(guān)的教育工作，發(fā)行了TheJournalofSustainableProductDesign雜志。,6.1.1綠色制造的概念、內(nèi)涵和發(fā)展,國際電子電器工程師協(xié)會(huì)（IEEE）和日本生態(tài)設(shè)計(jì)（EcoDesign）協(xié)會(huì)聯(lián)合發(fā)起，在松下、索尼、IBM、豐田等多家跨國公司贊助下，InternationalSymposiumonEnvironmentallyConsciousDesignandInverseManufacturing國際研討會(huì)迄今已成功舉辦了3屆，對(duì)環(huán)境意識(shí)制造和逆向制造技術(shù)展開了討論。歐洲、日本、美國等發(fā)達(dá)國家的許多跨國公司都制定了綠色制造實(shí)施目標(biāo)和措施，開展節(jié)能、降耗、產(chǎn)品生命周期評(píng)估（LCA）、環(huán)境審核、綠色產(chǎn)品開發(fā)等具體工作。,6.1.1綠色制造的概念、內(nèi)涵和發(fā)展,2）國內(nèi)綠色制造研究現(xiàn)狀重慶大學(xué)和武漢科技大學(xué)合作，承擔(dān)了國家863項(xiàng)目（“綠色制造的資源流模型和實(shí)施關(guān)鍵技術(shù)研究”、“綠色制造的集成運(yùn)行模式和使用評(píng)估技術(shù)”、“面向綠色制造的工藝規(guī)劃關(guān)鍵使能技術(shù)及應(yīng)用支持系統(tǒng)研究”等）和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（“綠色制造的理論體系和決策支持技術(shù)研究”、“制造系統(tǒng)資源消耗模型和資源消耗特性的研究”等），初步建立了綠色制造的理論體系和技術(shù)體系，對(duì)制造系統(tǒng)物料和能源、資源優(yōu)化利用以及面向綠色制造的工藝規(guī)劃方面進(jìn)行較為深入的研究，開發(fā)了一套“面向綠色制造的工藝規(guī)劃應(yīng)用支持系統(tǒng)（著作權(quán)登記號(hào)：2003SR9386）”，并在中國現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中開辟了綠色制造專題。,6.1.1綠色制造的概念、內(nèi)涵和發(fā)展,清華大學(xué)、機(jī)械科學(xué)研究院、上海交通大學(xué)、裝甲兵工程學(xué)院以及其他高校和研究機(jī)構(gòu)，如合肥工業(yè)大學(xué)、華中科技大學(xué)等對(duì)綠色制造的理論體系、專題技術(shù)等也進(jìn)行了不少的研究。,6.1.1綠色制造的概念、內(nèi)涵和發(fā)展,4.綠色制造發(fā)展趨勢(shì)1）綠色制造正朝著標(biāo)準(zhǔn)化、政策化、法律化的方向發(fā)展2）“綠色貿(mào)易壁壘”促使著綠色制造技術(shù)的全球化發(fā)展3）綠色制造技術(shù)的集成特性愈來愈突出主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）效益目標(biāo)集成；（2）組織模式集成；（3）技術(shù)集成；（4）綠色產(chǎn)品制造業(yè)正帶動(dòng)著傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的更新?lián)Q代；（5）綠色制造帶來的新興產(chǎn)業(yè)正在興起。,6.1.2綠色制造的內(nèi)容體系,綠色制造作為一種先進(jìn)制造模式，它強(qiáng)調(diào)在產(chǎn)品生命周期全過程中采取綠色措施，從而盡可能地減少產(chǎn)品在整個(gè)生命周期中對(duì)環(huán)境和人體健康的負(fù)面影響，提高資源和能源的利用率，所謂產(chǎn)品生命周期全過程，是指從地球環(huán)境（土地、空氣和海洋）中提取材料，加工制造成產(chǎn)品，并流通給消費(fèi)者使用。產(chǎn)品報(bào)廢后經(jīng)拆卸、回收和再循環(huán)將資源重新利用的整個(gè)過程，如圖6-2所示。,6.1.2綠色制造的內(nèi)容體系,6.1.2綠色制造的內(nèi)容體系,由圖可以看出，綠色產(chǎn)品的生命周期可大致分為五個(gè)階段：原材料綠色制備階段、產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)與清潔生產(chǎn)階段、產(chǎn)品的綠色流通階段及產(chǎn)品綠色使用階段及產(chǎn)品再資源化階段。綠色制造謀求經(jīng)濟(jì)性的實(shí)現(xiàn)如下的產(chǎn)品生命周期環(huán)境協(xié)調(diào)特性。（1）節(jié)省資源與能源；（2）良好的環(huán)境保護(hù)特性；（3）良好的勞動(dòng)保護(hù)特性。,6.1.2綠色制造的內(nèi)容體系,綠色制造的內(nèi)容及其相互關(guān)系可以由圖6-3表示。它包括綠色設(shè)計(jì)、清潔生產(chǎn)、綠色包裝、綠色運(yùn)輸、再資源化技術(shù)及企業(yè)環(huán)境管理等內(nèi)容。其中，綠色設(shè)計(jì)是綠色制造的核心，它在企業(yè)硬件、軟件、組織機(jī)構(gòu)、管理模式的支持下，不斷地同產(chǎn)品生命周期的其他階段以及外部環(huán)境因素交換信息，通過信息的反饋與控制實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的清潔生產(chǎn)、綠色消費(fèi)、綠色回收處理及再利用。,6.1.2綠色制造的內(nèi)容體系,6.1.2綠色制造的內(nèi)容體系,綠色制造各部分的主要內(nèi)容如下：1）企業(yè)環(huán)境管理企業(yè)可持續(xù)發(fā)展策略；ISO14000環(huán)境管理標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證；環(huán)境信息統(tǒng)計(jì)分析及綜合管理；企業(yè)環(huán)境管理內(nèi)審；產(chǎn)品生命周期的廢物管理；可回收件標(biāo)志和管理等。2）綠色設(shè)計(jì)綠色產(chǎn)品的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境模型；綠色設(shè)計(jì)中的材料選擇技術(shù)；產(chǎn)品均衡壽命設(shè)計(jì)；產(chǎn)品長壽命設(shè)計(jì)；節(jié)能設(shè)計(jì)；面向環(huán)境的設(shè)計(jì)；人機(jī)工程設(shè)計(jì)；可拆卸性設(shè)計(jì)；面向環(huán)境的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)；生命周期評(píng)價(jià)；并行工程及人工智能的應(yīng)用；綠色設(shè)計(jì)工具與平臺(tái)等。,6.1.2綠色制造的內(nèi)容體系,3）清潔生產(chǎn)生產(chǎn)過程能源優(yōu)化利用；生產(chǎn)過程資源優(yōu)化利用；生產(chǎn)過程環(huán)境狀況檢測(cè)；生產(chǎn)過程的勞動(dòng)保護(hù)等。4）綠色包裝包裝材料的選擇；包裝結(jié)構(gòu)；包裝的清潔生產(chǎn)；包裝物的再資源化技術(shù)等。5）綠色運(yùn)輸最佳運(yùn)輸路線及運(yùn)輸方案設(shè)計(jì)；物料、倉儲(chǔ)的優(yōu)化設(shè)計(jì)；安裝調(diào)試過程的節(jié)能；安裝調(diào)試中的節(jié)省資源等。,6.1.2綠色制造的內(nèi)容體系,6）綠色材料可降解材料的開發(fā)；材料的輕量化設(shè)計(jì)；材料的長壽命設(shè)計(jì)；綠色材料的生命周期評(píng)價(jià)；綠色材料數(shù)據(jù)庫開發(fā)等。7）綠色能源可再生能源的應(yīng)用；新能源的開發(fā)；傳統(tǒng)能源的清潔使用；能源的生命周期評(píng)價(jià)；綠色能源數(shù)據(jù)庫開發(fā)等。8）再資源化技術(shù)廢物管理系統(tǒng)；廢物無公害處理；廢物循環(huán)利用；報(bào)廢產(chǎn)品的拆卸及分類；報(bào)廢產(chǎn)品及零件的再制造及重用等。,6.2綠色設(shè)計(jì),6.2.1綠色設(shè)計(jì)的實(shí)施過程綠色設(shè)計(jì)的過程和方法如圖6-4所示。主要包括以下步驟：,6.2.1綠色設(shè)計(jì)的實(shí)施過程,1）初步設(shè)計(jì)根據(jù)有關(guān)理論和歷史資料，用生命周期評(píng)價(jià)（LifeCycleAssessment，LCA）方法，分析待設(shè)計(jì)產(chǎn)品生命周期各個(gè)階段可能出現(xiàn)的環(huán)境影響因素。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用并行設(shè)計(jì)的原理，在設(shè)計(jì)中全面考慮產(chǎn)品生命周期各階段中產(chǎn)品的綠色特性，并借助各種設(shè)計(jì)方法與理論，完成產(chǎn)品的初步設(shè)計(jì)。2）詳細(xì)設(shè)計(jì)運(yùn)用LCA模擬追蹤所設(shè)計(jì)產(chǎn)品生命周期過程，評(píng)估設(shè)計(jì)方案的綠色特性，在此基礎(chǔ)上，完成詳細(xì)設(shè)計(jì)。3）改進(jìn)設(shè)計(jì)根據(jù)評(píng)估結(jié)果，找出產(chǎn)品綠色特性問題所在，進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，并從產(chǎn)品生命周期的角度出發(fā)對(duì)產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)進(jìn)行整體優(yōu)化。,6.2.2綠色設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的區(qū)別,綠色設(shè)計(jì)是指借助產(chǎn)品生命周期中與產(chǎn)品相關(guān)的各類信息（技術(shù)信息、環(huán)境協(xié)調(diào)性信息、經(jīng)濟(jì)信息），利用并行設(shè)計(jì)等各種先進(jìn)的理論，使設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品具有先進(jìn)的技術(shù)性、良好的環(huán)境協(xié)調(diào)性以及合理的經(jīng)濟(jì)性的一種系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。綠色設(shè)計(jì)的內(nèi)涵較傳統(tǒng)設(shè)計(jì)豐富得多，主要表現(xiàn)在如下兩方面：（1）綠色設(shè)計(jì)將產(chǎn)品的生命周期拓展為從原材料制備到產(chǎn)品報(bào)廢后的回收處理及再利用，從而有助于真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品“從搖籃到墳?zāi)梗–radletoGrave）”的綠色化。（2）綠色設(shè)計(jì)在系統(tǒng)論的基礎(chǔ)上，利用并行工程的思想，將環(huán)境、安全性、能源、資源等因素集成到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)活動(dòng)當(dāng)中，有助于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期中“預(yù)防為主，治理為輔”的綠色設(shè)計(jì)戰(zhàn)略，從根本上達(dá)到保護(hù)環(huán)境、保護(hù)人體健康和優(yōu)化利用資源與能源的目的。,6.2.3綠色設(shè)計(jì)的環(huán)境協(xié)調(diào)原則,1）資源利用最佳原則（1）在資源選用時(shí)，應(yīng)充分考慮資源的再生能力，避免因資源的不合理使用而加劇資源的稀缺和造成資源枯竭危機(jī)，從而制約生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。因此，設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能選擇可再生資源。（2）在設(shè)計(jì)上，應(yīng)盡可能保證資源在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期中得到最大限度的利用，力爭使資源的回收利用和投入比率趨于1。（3）對(duì)于確因技術(shù)水平限制而不能回收、再生、重用的廢棄物，應(yīng)能夠自然降解，或便于安全的最終處理，以免增加環(huán)境的負(fù)擔(dān)。,6.2.3綠色設(shè)計(jì)的環(huán)境協(xié)調(diào)原則,2）能量利用最佳原則（1）在選用能源類型時(shí)，應(yīng)盡可能選用太陽能、風(fēng)能等清潔型可再生能源。優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，盡量減少汽油、煤油等不可再生能源的使用，以有效減緩能源危機(jī)。（2）通過設(shè)計(jì)，力求使產(chǎn)品全生命周期中能量消耗最少，使有效能量與總能耗之比趨于1，以減少能源的浪費(fèi)。同時(shí)，減少由于這些浪費(fèi)的能量造成的振動(dòng)、噪聲、熱輻射以及電磁波等對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。,6.2.3綠色設(shè)計(jì)的環(huán)境協(xié)調(diào)原則,3）污染極小化原則綠色設(shè)計(jì)應(yīng)徹底拋棄傳統(tǒng)的“先污染、后治理”的末端治理方式。在設(shè)計(jì)時(shí)，就充分考慮如何使產(chǎn)品在其全生命周期中對(duì)環(huán)境的污染最小，考慮如何消除污染源，從根本上消除污染。確保產(chǎn)品在其全生命周期中產(chǎn)生的環(huán)境污染接近于零，是綠色設(shè)計(jì)的理想目標(biāo)。4）安全宜人化原則綠色設(shè)計(jì)不僅要求從產(chǎn)品的制造和使用環(huán)境以及產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性等方面，考慮如何確保生產(chǎn)者和使用者的安全，而且還要求產(chǎn)品符合人機(jī)工效學(xué)、美學(xué)等有關(guān)原理，以使產(chǎn)品安全可靠、操作性好、舒適宜人。也就是說，綠色設(shè)計(jì)不僅要求所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在其全生命周期過程中對(duì)人們的身心健康造成傷害最小，還要求給產(chǎn)品的生產(chǎn)者和使用者提供舒適宜人的作業(yè)環(huán)境。,6.2.4生命周期評(píng)價(jià),生命周期評(píng)價(jià)（LifeCycleAssessment），也稱生命周期分析（LifeCycleAnalysis，LCA），是綠色設(shè)計(jì)的分析基礎(chǔ)。所謂LCA，就是針對(duì)產(chǎn)品的環(huán)境協(xié)調(diào)性（如能源、資源的消耗，產(chǎn)品對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康的影響），運(yùn)用系統(tǒng)的觀點(diǎn)，對(duì)產(chǎn)品生命周期的各個(gè)階段（材料制備、設(shè)計(jì)開發(fā)、制造、包裝、發(fā)運(yùn)、安裝、使用、最終處理及回收再生）進(jìn)行詳細(xì)的分析或評(píng)估，從而獲得產(chǎn)品相關(guān)信息的總體情況，為改進(jìn)產(chǎn)品性能提供完整、準(zhǔn)確的信息。LCA的普通標(biāo)準(zhǔn)己于1997年完成，并編制在ISO14040中。LCA原理如圖6-5所示。,6.2.4生命周期評(píng)價(jià),6.2.4生命周期評(píng)價(jià),1.確定目標(biāo)與范圍生命周期評(píng)價(jià)的目標(biāo)，取決于進(jìn)行生命周期評(píng)價(jià)的動(dòng)機(jī)。通常，進(jìn)行生命周期分析的動(dòng)機(jī)有下面四種。1）建立某類產(chǎn)品的參考標(biāo)準(zhǔn)2）識(shí)別某類產(chǎn)品的改善潛力3）用于概念設(shè)計(jì)時(shí)的方案比較4）用于詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)的方案比較利用生命周期評(píng)價(jià)方法，尋找詳細(xì)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，并做出綜合評(píng)判，從中尋求最優(yōu)方案，并對(duì)方案進(jìn)行改進(jìn)。,6.2.4生命周期評(píng)價(jià),2.清單分析清單分析（InventoryAnalysis）是LCA的核心和關(guān)鍵。它包括數(shù)據(jù)的收集和處理，當(dāng)產(chǎn)品生命周期評(píng)價(jià)的目標(biāo)和范圍確定以后，就可以模擬（對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)分析）或追蹤（對(duì)產(chǎn)品性能評(píng)估）產(chǎn)品的整個(gè)生命周期，詳細(xì)列出各個(gè)階段的各種輸入和輸出清單，并進(jìn)行分析，從而為下一階段進(jìn)行各種因素對(duì)目標(biāo)性能的影響評(píng)價(jià)作準(zhǔn)備。通常，生命周期評(píng)價(jià)清單分析的過程如圖6-6所示。,6.2.4生命周期評(píng)價(jià),6.2.4生命周期評(píng)價(jià),3.影響評(píng)價(jià)影響評(píng)價(jià)（ImpactAssessment）就是根據(jù)清單中的信息，定性或定量分析其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)、人體健康、自然資源及能源消耗等產(chǎn)生的影響。然而，綠色產(chǎn)品涉及到的評(píng)價(jià)指標(biāo)眾多，其中既有定量指標(biāo)又有定性指標(biāo)，這些指標(biāo)都從不同側(cè)面描述了產(chǎn)品的環(huán)境協(xié)調(diào)性，必須對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。目前有關(guān)影響評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系和方法很多，歸納起來主要包括定性分析法和定量分析法兩大類。,6.2.5面向產(chǎn)品生命周期的設(shè)計(jì),面向產(chǎn)品生命周期各（某）環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)（DesignforX）的縮寫是DFX。主要有：面向采購的設(shè)計(jì)（DesignforProcurement，DFP）；面向制造的設(shè)計(jì)（DesignforManufacture，DFM）；面向裝配的設(shè)計(jì)（DesignforAssembly，DFA）；面向維修的設(shè)計(jì)（DesignforService/Maintain/Repair，DFS）；面向拆卸的設(shè)計(jì)（DesignforDisassembly，DFD）；面向回收的設(shè)計(jì)（DesignforRecovering&Recycling，DFR）等,6.2.5面向產(chǎn)品生命周期的設(shè)計(jì),1.綠色設(shè)計(jì)中的材料選擇1）綠色設(shè)計(jì)中的材料選擇過程綠色設(shè)計(jì)中的材料選擇過程如圖6-7所示。,6.2.5面向產(chǎn)品生命周期的設(shè)計(jì),2）綠色設(shè)計(jì)中的材料選擇準(zhǔn)則（1）材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性原則。其主要內(nèi)容包括：材料的最佳利用原則。第一，盡量選擇綠色材料、可再生材料和回收的零部件或材料，使材料的回收利用與投入比率趨于1。第二，盡量選擇具有相容性的材料。第三，減少使用材料的種類。第四，材料選擇時(shí)應(yīng)盡可能考慮材料的利用率。第五，對(duì)不同材料進(jìn)行標(biāo)識(shí)。,6.2.5面向產(chǎn)品生命周期的設(shè)計(jì),能源的最佳利用原則。第一，材料生命周期中應(yīng)盡可能采用清潔型可再生能源（也稱綠色能源），如太陽能、風(fēng)能、水能、地?zé)崮艿?。第二，材料生命周期能量利用率最高原則，即輸入與輸出能量的比值最大。污染最小原則。材料生命周期全過程中產(chǎn)出的環(huán)境污染最小。材料選擇時(shí)必須考慮其對(duì)環(huán)境的影響，盡量避免選擇對(duì)環(huán)境有害的材料。例如在低壓電器生產(chǎn)中，應(yīng)避免采用含鎘的銀氧化鎘（AgCdO）觸頭材料。,6.2.5面向產(chǎn)品生命周期的設(shè)計(jì),損害最小原則。材料生命周期全過程中對(duì)人體健康的損害最小。材料選擇必須考慮其對(duì)人體健康的損害、通常應(yīng)注意材料的輻射強(qiáng)度、腐蝕性、毒性等。（2）材料的經(jīng)濟(jì)性原則。這不僅指優(yōu)先考慮選用價(jià)格比較便宜的材料，而且綜合考慮材料對(duì)整個(gè)制造、運(yùn)行使用、產(chǎn)品維修乃至報(bào)廢后的回收處理成本等的影響，以達(dá)到最佳技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。材料的經(jīng)濟(jì)性原則主要表現(xiàn)為兩方面。,6.2.5面向產(chǎn)品生命周期的設(shè)計(jì),材料的成本效益分析。在綠色設(shè)計(jì)中，產(chǎn)品的成本應(yīng)該由材料生命周期成本來表示。顯然，降低材料生命周期成本對(duì)制造者、使用者和回收者都是有利的。影響材料成本的主要因素包括六個(gè)方面：第一，材料本身的相對(duì)價(jià)格；第二，材料的加工費(fèi)用；第三，材料的利用率；第四，采用組合結(jié)構(gòu)；第五，節(jié)約稀有材料；第六，回收成本。材料的供應(yīng)狀況。選材時(shí)還應(yīng)考慮當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)夭牧系墓?yīng)情況，為了簡化供應(yīng)和儲(chǔ)存的材料品種，應(yīng)盡可能地減少同一部機(jī)器上使用的材料品種。,6.2.5面向產(chǎn)品生命周期的設(shè)計(jì),2.綠色包裝設(shè)計(jì)1）綠色包裝材料選擇應(yīng)該遵循上述綠色設(shè)計(jì)中的材料選擇準(zhǔn)則。2）進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）通過合理的包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高包裝的剛度和強(qiáng)度，減少包裝材料的使用。（2）通過合理的包裝形態(tài)設(shè)計(jì)，減少包裝材料的使用。（3）了解包裝印刷工藝和內(nèi)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)包裝的省料設(shè)計(jì)。（4）避免過度包裝。,6.2.5面向產(chǎn)品生命周期的設(shè)計(jì),（5）通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高運(yùn)輸?shù)男?。?）通過合理的包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，避免包裝物的隨意丟棄，從而減小包裝物收集和回收的難度。（7）在包裝設(shè)計(jì)中，在產(chǎn)品外包裝上使用各種回收標(biāo)志。使用不同顏色或其他輔助辨識(shí)系統(tǒng)，顯著地標(biāo)明其廢棄方法、廢棄地點(diǎn)、分類標(biāo)識(shí)等，以增強(qiáng)包裝物的有效回收。（8）外包裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)避免造成對(duì)人體的傷害。,6.2.5面向產(chǎn)品生命周期的設(shè)計(jì),3.面向拆卸回收的設(shè)計(jì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不宜于連續(xù)拆卸和回收，主要表現(xiàn)在以下幾方面。1）連接結(jié)構(gòu)難于拆卸2）材料多樣性3）未考慮拆卸回收過程4）產(chǎn)品使用后，拆卸難度加大5）缺乏所拆卸產(chǎn)品的完整信息,6.2.5面向產(chǎn)品生命周期的設(shè)計(jì),解決上述問題的基本思想就是：以方便維修、方便更換、方便回收為目標(biāo)進(jìn)行可拆卸設(shè)計(jì)。1）面向拆卸的設(shè)計(jì)面向拆卸設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則主要包括：（1）明確拆卸對(duì)象。（2）減少拆卸工作量。（3）增加易拆卸性能。（4）增加易處理性，即在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮工人安全操作或?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)操作。（5）增加易分離性。（6）減少零部件的多樣性。,6.2.5面向產(chǎn)品生命周期的設(shè)計(jì),2）拆卸工藝設(shè)計(jì)主要要考慮下列問題：（1）拆卸類型的確定（2）拆卸信息產(chǎn)品拆卸工藝設(shè)計(jì)所需的信息如圖6-8所示。,6.2.5面向產(chǎn)品生命周期的設(shè)計(jì),（3）拆卸深度。拆卸時(shí)，通常遵從先拆去最有價(jià)值的零部件的原則。剛開始拆卸時(shí)，所獲得的資源回收價(jià)值較大，拆卸也較容易，相應(yīng)的拆卸費(fèi)用也較低，即單位資源拆卸效益高。隨著拆卸程度的加深，單位資源的回收價(jià)值減少，拆卸難度增加，單位資源的拆卸效益下降。當(dāng)單位資源回收價(jià)值等于單位資源拆卸費(fèi)用，即單位資源拆卸效益為零時(shí)，達(dá)到拆卸技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)，所得拆卸的總利潤最大。如果繼續(xù)拆卸，則拆卸效益為負(fù)，拆卸的總利潤減少。因此，從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，拆卸工藝設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量尋找最優(yōu)拆卸深度。,6.3清潔生產(chǎn),6.3.1節(jié)省材料技術(shù)1.提高構(gòu)件承載能力1）提高構(gòu)件的靜態(tài)強(qiáng)度（1）合理設(shè)計(jì)構(gòu)件的截面形狀（2）對(duì)于軸類零件，應(yīng)采用空心環(huán)形截面（3）采用等強(qiáng)度梁（4）改善構(gòu)件的受力狀況（5）對(duì)構(gòu)件進(jìn)行彈、塑性強(qiáng)化，依此抵消部分工作應(yīng)力。,6.3.1節(jié)省材料技術(shù),2）提高構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度主要方法有：（1）降低應(yīng)力集中（2）提高表面質(zhì)量（3）進(jìn)行表面處理3）提高構(gòu)件的抗沖擊能力主要途徑是：（1）減小構(gòu)件剛度，增大靜變形j。（2）設(shè)計(jì)緩沖結(jié)構(gòu)。（3）合理選擇材料。,6.3.1節(jié)省材料技術(shù),4）提高構(gòu)件的剛度主要途徑是合理配置系統(tǒng)的幾何參數(shù)：（1）合理設(shè)計(jì)零部件的形狀結(jié)構(gòu)。（2）施加預(yù)變形。（3）提高接觸剛度。5）提高構(gòu)件的穩(wěn)定性（1）合理的截面形狀。（2）改善桿端支承狀況，減小支座系數(shù)。（3）等穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)。（4）增加中間支承。（5）改善結(jié)構(gòu)，降低壓桿受力。,6.3.1節(jié)省材料技術(shù),2.改善機(jī)械運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)方案1）按節(jié)材原則設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)推廣應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化的零部件，是節(jié)省材料的重要措施之一。采用新型傳動(dòng)形式，如同步帶、窄V帶、擺線針輪行星傳動(dòng)、諧波齒輪傳動(dòng)、活齒傳動(dòng)等。合理地改善結(jié)構(gòu)布置，可以有效地減小外廓尺寸和重量。2）按照節(jié)材原則設(shè)計(jì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中，原動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置大多是根據(jù)工作條件選配，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)則需要設(shè)計(jì)者自行設(shè)計(jì)。,6.3.1節(jié)省材料技術(shù),3.機(jī)械裝置的輕量化設(shè)計(jì)在滿足產(chǎn)品功能、性能的前提下，機(jī)械裝置的輕量化不僅可以節(jié)省材料，還可以帶來如下優(yōu)點(diǎn)：（1）能減輕其他部件或構(gòu)件所承受的載荷。（2）由于機(jī)器重量的減輕，能使有效載荷增加（如飛機(jī)、車輛、挖掘機(jī)等）。（3）節(jié)省能源、減少運(yùn)行費(fèi)用。（4）易于操作和搬運(yùn)（如建筑機(jī)械、家用電器、體育設(shè)備等）。,6.3.1節(jié)省材料技術(shù),機(jī)械裝置輕量化設(shè)計(jì)的主要方法有以下幾種：1）改善機(jī)械裝置中零件的受力狀況合理地布置零件位置；合理設(shè)計(jì)零件的卸載及均載結(jié)構(gòu)；減小零件的附加載荷。2）限制機(jī)械系統(tǒng)的受力設(shè)置安全聯(lián)軸器或緩沖器等。3）提高傳統(tǒng)裝置承載能力傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)機(jī)械裝置的機(jī)架、箱體，甚至對(duì)機(jī)器的總體尺寸均有重大影響。選擇和開發(fā)新型傳動(dòng)裝置；采用強(qiáng)化工藝提高傳動(dòng)零件的承載能力。4）合理設(shè)計(jì)機(jī)械裝置的結(jié)構(gòu)提高零部件疲勞強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；減輕機(jī)架重量的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。,6.3.2節(jié)省資源技術(shù),機(jī)械設(shè)備常常是企業(yè)的耗能大戶；節(jié)能主要可從如下幾個(gè)方面著手。1.運(yùn)動(dòng)部件輕量化在保證設(shè)備運(yùn)行正常的情況下、設(shè)備運(yùn)動(dòng)部件輕量化可以減小能耗。以汽車為例，車體重量減小10%，可以降低油耗10%。運(yùn)動(dòng)部件輕型化可以通過選擇高強(qiáng)度鋼、輕質(zhì)材料或改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。,6.3.2節(jié)省資源技術(shù),2.減少運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦在機(jī)械設(shè)備中，摩擦不僅會(huì)磨損設(shè)備，還會(huì)因克服摩擦力而浪費(fèi)不少能量。常用的減磨措施有：（1）靡擦副采用互溶性小的材料，以減小摩擦系數(shù)。（2）選擇合適的摩擦副表面粗糙度，減小摩擦系數(shù)。（3）改變摩擦副性質(zhì)，盡量采用滾動(dòng)摩擦副或流體摩擦副。（4）加強(qiáng)摩擦副之間的潤滑。3.改進(jìn)傳動(dòng)系統(tǒng)，提高傳動(dòng)效率一般機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)中，主傳動(dòng)系統(tǒng)功率損失高達(dá)20%。傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)效率的提高，可通過縮短傳動(dòng)鏈、采用新型高效傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及加強(qiáng)傳動(dòng)系統(tǒng)的潤滑等措施來實(shí)現(xiàn)。,6.3.2節(jié)省資源技術(shù),4.采用節(jié)能措施很多產(chǎn)品使用過程中，并非時(shí)刻都處于做有用功的狀態(tài)，有很多時(shí)間處于“空載”狀態(tài)。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能采用節(jié)能控制，如采用變頻技術(shù)、模糊控制等。5.適度自動(dòng)化設(shè)備的功能不要一味追求自動(dòng)化，應(yīng)以實(shí)用為原則。在保證不增加操作者勞動(dòng)強(qiáng)度和保證操作者安全的情況下，可適當(dāng)采用手動(dòng)機(jī)構(gòu)；而不顧實(shí)際情況的過度自動(dòng)化，往往會(huì)造成能耗的大量增加。,6.3.2節(jié)省資源技術(shù),6.提高能量的轉(zhuǎn)換效率在機(jī)械設(shè)備中往往還存在一次或多次的能源轉(zhuǎn)換，如電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能、化學(xué)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能等。在轉(zhuǎn)換過程中，往往存在較大的能量損失。因此，應(yīng)盡可能地提高產(chǎn)品使用過程中的能量轉(zhuǎn)換效率。7.減少能量儲(chǔ)備不必要的能量儲(chǔ)備實(shí)際上是一種浪費(fèi)。例如當(dāng)設(shè)備的電動(dòng)機(jī)容量選擇不合理時(shí)，會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)品功率不匹配的現(xiàn)象（如“大馬拉小車”），造成能量損失。,6.3.3環(huán)境友好技術(shù),1.干切削技術(shù)切削液帶來的負(fù)面效應(yīng)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）切削液的添加劑含硫、氯等，潤滑劑中含亞硝胺、多環(huán)芳香烴和細(xì)菌分解產(chǎn)物，切削加工中產(chǎn)生的高溫，使切削液形成霧狀揮發(fā)物，污染環(huán)境，并損害操作者的健康。（2）某些切削液及粘有該切削液的切屑必須作為有毒、有害材料處理，處理費(fèi)用非常高。（3）切削液的滲漏、溢出對(duì)安全生產(chǎn)有很大影響。（4）切削液的處理、循環(huán)、泵吸和過濾使加工系統(tǒng)復(fù)雜化，處理成本高。,6.3.3環(huán)境友好技術(shù),1）干切削及其特點(diǎn)干切削技術(shù)是在加工過程中不施加任何切削液的工藝方法，從源頭上消除了切削液帶來的環(huán)境負(fù)面效應(yīng)。它具有以下特點(diǎn)：（1）形成的切屑無污染，易于回收和處理。（2）節(jié)約了與切削液有關(guān)的傳輸、回收，過濾等裝置及費(fèi)用。（3）不會(huì)發(fā)生與切削液有關(guān)的環(huán)境污染、安全和質(zhì)量事故。,6.3.3環(huán)境友好技術(shù),2）實(shí)現(xiàn)干切削加工的措施（1）刀具要求。干切削要求刀具材料應(yīng)具有優(yōu)良的耐熱性能和耐磨性能。常用的刀具材料有金剛石、立方氮化硼、陶瓷、涂層和超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金等。采用涂層技術(shù)，因?yàn)樾阅軆?yōu)良的涂層可降低刀具與工件表面之間的摩擦，減少切削力。目前所使用的刀具中，40%采用了涂層技術(shù)。選擇適合干切削加工的刀具幾何形狀，以減少加工中刀具、切屑和工件間的摩擦。（2）切削用量的選擇，見表6-1。,6.3.3環(huán)境友好技術(shù),6.3.3環(huán)境友好技術(shù),（3）機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。研究表明，切削液的主要作用是散熱和排屑，潤滑作用只占10%。因此，機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)保證快速排屑和散熱，并盡量消除切屑對(duì)環(huán)境的不利影響。2.無鉛化技術(shù)由于鉛對(duì)環(huán)境和人體健康具有很大的危害，無鉛化已經(jīng)成為機(jī)電行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。3.無鉻工藝六價(jià)鉻及其化合物對(duì)人體的皮膚、粘膜和呼吸系統(tǒng)有很大的刺激性和腐蝕性，對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)有毒害作用，并且有強(qiáng)致癌性，毒性是三價(jià)鉻的100倍。歐盟的RoHS/WEEE和我國電子信息產(chǎn)品生產(chǎn)污染防治管理法明確規(guī)定，禁止使用包括六價(jià)鉻等有害物質(zhì)。,6.4再資源化技術(shù),6.4.1拆卸工藝及工具1.拆卸工藝制定步驟1）產(chǎn)品分析在先拆卸最有價(jià)值零部件的總體原則下，結(jié)合設(shè)計(jì)信息，對(duì)產(chǎn)品可回收再利用的零件與材料進(jìn)行分析，以獲得再生、再利用程度與可能性以及最佳可拆卸程度等信息，為制定正確的拆卸路線，選擇適當(dāng)?shù)牟鹦斗绞阶骱脺?zhǔn)備。,6.4.1拆卸工藝及工具,2）產(chǎn)品裝配分析產(chǎn)品的裝配關(guān)系對(duì)拆卸有極大的影響，因?yàn)椴鹦对诙鄶?shù)情況下是裝配的逆過程。因此必須準(zhǔn)確掌握產(chǎn)品裝配的有關(guān)信息，對(duì)產(chǎn)品中各零部件的緊固連接元件、連接方式以及產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)裝配順序等進(jìn)行詳盡地分析，為產(chǎn)品的拆卸提供技術(shù)參考。3）產(chǎn)品使用方式和影響分析主要是對(duì)產(chǎn)品的使用過程與環(huán)境進(jìn)行分析，以考慮產(chǎn)品在使用過程中，因使用環(huán)境或維護(hù)等原因?qū)Σ鹦对斐傻牟淮_定因素。,6.4.1拆卸工藝及工具,4）決定拆卸策略根據(jù)所獲得的信息，決定產(chǎn)品零部件的拆卸方式，是進(jìn)行破壞性拆卸、非破壞性拆卸還是部分破壞性拆卸。5）拆卸過程計(jì)劃和策略在上述步驟基礎(chǔ)上，確定拆卸深度、優(yōu)化拆卸路線、細(xì)化拆卸工藝（比如決定拆卸方式、選擇拆卸工具、確定拆卸運(yùn)動(dòng)等）及制定拆卸工藝書等。,6.4.1拆卸工藝及工具,2.拆卸技術(shù)產(chǎn)品報(bào)廢后，必須采取一定的拆卸手段才能實(shí)現(xiàn)零部件的拆卸。選擇合理的拆卸技術(shù)，直接關(guān)系到產(chǎn)品能否拆卸成功和拆卸的經(jīng)濟(jì)性。拆卸技術(shù)按其自動(dòng)化程度，可分為手動(dòng)拆卸和自動(dòng)拆卸兩類。手動(dòng)拆卸主要依靠手動(dòng)工具和工人的拆卸技藝來完成拆卸工作，具有對(duì)產(chǎn)品類型變化適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；但是拆卸效率低、拆卸質(zhì)量也受工人技術(shù)水平、精神狀態(tài)等人為因素的影響，多見于各種小型或個(gè)人的拆卸廠。自動(dòng)化拆卸方式更受大企業(yè)、大公司的青睞。拆卸系統(tǒng)的規(guī)模以及自動(dòng)化程度，應(yīng)根據(jù)被拆卸產(chǎn)品要求、技術(shù)條件和企業(yè)自身的實(shí)際情況決定。,6.4.2再制造工程,1.再制造定義再制造是指以產(chǎn)品全壽命周期理論為指導(dǎo)，以廢舊產(chǎn)品性能實(shí)現(xiàn)跨越式提升為目標(biāo)，以優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保為準(zhǔn)則，以先進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)為手段，對(duì)廢舊產(chǎn)品進(jìn)行修復(fù)和改造的一系列技術(shù)措施或工程活動(dòng)的總稱。簡言之，再制造就是廢舊產(chǎn)品高技術(shù)維修的產(chǎn)業(yè)化。,6.4.2再制造工程,2.再制造過程包括產(chǎn)品清洗、目標(biāo)對(duì)象拆卸、清洗、檢測(cè)、再制造零部件分類、再制造技術(shù)選擇、再制造、檢驗(yàn)等八個(gè)步驟（圖6-9）。,6.4.2再制造工程,1）產(chǎn)品清洗產(chǎn)品清洗對(duì)于產(chǎn)品性能檢測(cè)、再制造目標(biāo)的確定等非常重要。其目的是清除產(chǎn)品塵土、油污、泥沙等臟物。2）目標(biāo)對(duì)象拆卸通過分析產(chǎn)品零部件之間的約束關(guān)系，確定目標(biāo)對(duì)象的拆卸路徑，完成目標(biāo)對(duì)象拆卸。3）目標(biāo)對(duì)象清洗目標(biāo)對(duì)象的清洗就是根據(jù)目標(biāo)對(duì)象的材質(zhì)、精密程度、污染物性質(zhì)不同，以及零件清潔度的要求，選擇合適的設(shè)備、工具、工藝和清洗介質(zhì)進(jìn)行清洗。目標(biāo)對(duì)象清洗，有助于發(fā)現(xiàn)目標(biāo)對(duì)象的問題和缺陷。,6.4.2再制造工程,4）目標(biāo)對(duì)象檢測(cè)目標(biāo)對(duì)象檢側(cè)目的是為了確定目標(biāo)對(duì)象的技術(shù)、性能狀態(tài)。常用的檢測(cè)內(nèi)容和方法有：幾何形狀精度檢測(cè)；表面位置精度檢測(cè)；表面質(zhì)量檢測(cè)；內(nèi)部缺陷檢測(cè)；力學(xué)物理性能檢測(cè)；零件稱重與平衡。5）再制造零部件分類再制造零部件應(yīng)根據(jù)其幾何形狀、損壞性質(zhì)和工藝特性的共同性來分類。再制造零件的分類，為再制造企業(yè)采用大批量或批量方法實(shí)現(xiàn)再制造提供了條件。,6.4.2再制造工程,6）再制造技術(shù)選擇根據(jù)再制造企業(yè)的技術(shù)水平、目標(biāo)對(duì)象的損壞情況以及各種再制造技術(shù)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境特性選擇適宜的再制造技術(shù)。7）再制造根據(jù)所選的再制造技術(shù)，進(jìn)行目標(biāo)對(duì)象的再制造。8）檢驗(yàn)對(duì)再制造后的目標(biāo)零件進(jìn)行檢驗(yàn)，看是否達(dá)到技術(shù)要求。,6.4.2再制造工程,3.再制造技術(shù)廢舊零部件再制造技術(shù)很多，主要包括噴涂法、粘修法、焊修法、電鍍法、熔敷法、塑性變形法及機(jī)械加工修理法等（圖6-10）。,6.4.2再制造工程,1）熱噴涂技術(shù)熱噴涂技術(shù)是一種用專用設(shè)備把某種固體材料熔化并加速噴射到機(jī)件表面上，形成一特制薄層，以提高機(jī)件耐蝕、耐磨和耐高溫等性能的新興材料表面科學(xué)技術(shù)。2）堆焊修復(fù)技術(shù)堆焊修復(fù)技術(shù)是