實施綠色制造技術　保障人類生活質量

林占光

現代機器制造業在兩百多年的發展中為人們的衣、食、住、行提供了許多性能不同的機械產品，有力地推動了社會的發展。然而，機械制造業，特別是 微電子技術、大規模集成電子技術和機械工業相結合，在產品制造過程中產生的廢棄物，以及使用淘汰和報廢產品產生的廢棄物，也給地球環境造成了很大的污染。

為了改變這種狀況，從90年代起，一些西方國家首先掀起了“綠色浪潮”。在這種浪潮推動下，“綠色產品”不斷涌現，人們越來越崇高綠色產品，相應的綠色制造技術就成為現代技術研究的熱點問題。 綠色制造技術，是指在從產品設計、制造、運輸、使用、報廢以處理的整個產品生命周期的過程中綜合考慮環境影響的現代制造模式，目的是將產品在生命周期中對環境的破壞或危害降到最小。綠色制造技術強調在產品生命周期中的所有過程中都要考慮對環境的影響，它涉及現代設計技術、先進制造工藝和設備、環境技術、能源技術、材料科學、網絡技術、并行工程和系統工程，以及環境標準和立法。

20世紀90年代以來，我國制造業技術水平不斷提高。但是，在綠色制造技術方面研究甚少，不但資源和原材料消耗較大，而且生產噪聲，廢氣，切削液、冷卻液等廢液的排放對環境的污染相當嚴重，因而影響了制造業的綜合效益。鑒于此，制造行業必須采用綠色制造技術，降低環境風險。綠色設計也稱為環境設計(Design for Environment)，綠色設計就是以綠色技術為原則所進行的產品設計。其主要內容包括：綠色產品設計的材料選擇與管理；產品的可拆卸性設計；產品的可回收性設計。由于設計階段是產品生命周期的源頭，而從源頭控制環境要素無疑是最有效的方法。搞好了綠色設計，意味著從源頭控制了廢棄物的最小化或污染預防，特別是幾乎決定了產品設計之后的其他過程走向，因此綠色設計是綠色制造技術的核心。

一、在籌備階段材料的環境協調性的綠色設計

主要表現在材料的選擇，材料選用是綠色產品設計中的重要環節，材料的環境協調特性評估是綠色產品設計過程中材料選擇的重要依據之一。其內容應包括：

1、 能源的最佳利用的材料：材料生命周期中應盡可能采用清潔型可再生能源(也稱綠色能源)，如太陽能、風能、水能、地熱能等或所耗能源最少。

2、 污染最小的材料：材料生命周期全過程中產出的環境污染最小。嚴重的環境污染會給人類乃至整個生物圈造成巨大的損害。

3、 損害最小的材料：材料生命周期全過程中對人體健康的損害最小。材料選擇必須考慮其對人體健康的損害，通常應注意材料的輻射強度、腐蝕性、毒性等。

二、在制造階段面向環境的綠色設計

環境問題主要是由于產品制造過程中產生的廢氣、廢液、廢渣等造成的，因此在制造過程面向環境的綠色設計內容主要包括：

1、按設計確定的綠色工藝和設備進行加工，重點控制生產加工過程中的廢水、廢氣、廢渣、塵埃和固體廢棄物（不良品率）的產生，治理噪聲和防止輻射

2、當有害物質無法避免時，可以采取在生產過程中實施有毒介質隨時隨地生產使用的新方法。比如，美國電信業巨頭AT＆T在生產砷化氫(該物質在電子元器件生產中廣泛使用)時，就采用了現場按要求合成砷化氫的方法。

3、 在產品設計時，進行合理的結構設計，減小噪聲。例如在電機設計中，可以通過合理地設計風扇葉片的形狀及尺寸、通風口的形狀和大小、風道的形狀，提高關鍵零部件的精度。

4、 盡量采用少廢無廢工藝，減少污染源，如機械加工行業中干式加工工藝（干切削加工、干磨削加工等等）開始得到應用，可以消除了冷卻液帶來的一系列污染問題。

5、盡量避免使用有毒有害的介質，避免有害廢液和廢氣的產生。如電路板的焊接采用無鉛焊接工藝；再如機加工時冷卻液的選擇和使用。有的工廠在滾齒、插齒、銑削等加工時，使用極壓切削油。這種切削油冷卻能力不足、揮發性大，使車間里充滿揮發的油霧，造成車間的空氣污染。

6、選用高品質的輔助材料，如機加工時冷卻液的選擇和使用。

7、采用高效設備，減少污染排放；例如，機械在噴涂過程中往往會排放出許多有害物質、釋放出刺激性氣味，對操作者身心造成極大的損害。當采用全封閉的自動化涂裝生產線后，就可以將噴涂過程中形成的漆霧在高溫下裂解為無害的氣體，大大減小污染物對環境的影響。

三、在包裝運輸階段面向環境的綠色設計

包裝材料選擇應該盡量選擇對環境影響小的，壽命長的，在其生命周期內消耗能量少，且便于回收再生利用的包裝材料。

１、盡量選用可以或易于回收的材料：可回收再利用材料（紙制品、玻璃、金屬。線性高分子、可降解材料）；可自然分化回歸材料（紙制品、可降解材料、可食性材料）；可焚燒回收能量材料（部份不可回收的線性高分子材料、網狀高分子材料、部份復合型材料）。

２、盡量使用回收得到的材料用于產品包裝。

３、盡量選用無毒性材料，減少危險材料的使用。

四、在使用報廢回收階段面向環境的綠色設計

產品在使用過程中，常常會產生大量的固體廢物，廢水，廢氣，電磁輻射以及噪聲和振動等，從而對環境造成污染。隨著技術的發展和社會進步，產品新換代和廢棄速度加快，如何加以回收利用也是一個大問題，因此在產品設計過程中應充分考慮到使用報廢中產生的環境污染，以便能在設計時采取必要措施加以降少或消除污染。下面針對機械產品進行分析。

１、廢氣

許多產品在使用中，都不可避免會產生廢氣，特別是那些以常規燃料為動力的產品，更是如此。因此為減少產品使用造成的大氣污染，應該對產品的設計作出調整或改進。一般采用改進產品結構的方法減少廢氣的產生和增加必要的廢氣處理裝置，減小廢氣污染的危害。例如對汽油車來說，CO、HC和 NOx是主要的有害成分，減少汽車尾氣排放的設計方法可用廢氣再循環（EGR）、改進點火系統、燃料供給系統、防止汽油蒸汽措施等方法。

２、廢水

產品使用過程中，排放的廢水和廢液主要有潔凈廢水和污染廢水兩種。潔凈廢水，如冷卻水應該循環利用；污染的廢水和廢液則應進行綜合防治。在設計階段，對在使用過程中產生廢水的產品應增加必要的結構或裝置，盡量減少廢水中的有害物質。例如可采用如下的一些結構或方法：（1）過濾，可采用格柵或篩網。格柵用以阻截水中粗大的懸浮物和飄浮物；篩網過濾可作為廢水的預處理或重復利用的深度處理。（2）除油裝置，如油水分離器等。（3）蒸發，通過加熱或減壓，使水分子氣化，從而對其中的溶質進行處理。（4）離心，利用雜質和水的質量不同的特點，在高速旋轉時所受離心力不同進行水質分離。（5）物理吸附，采用活性炭、粉煤灰等吸附劑除去廢水中的有機物和色素等。（6）中和，根據廢水的酸堿性，投加相應的堿性或酸性物質和凝聚劑，經中和反應后生成鹽類物質和水，鹽經凝聚沉淀后再分離脫水形成污泥，凈化后的水回收再用。（7）氧化，去處廢水中難以生物降解的有機物。（8）水解，生成水解產物，去處有害物。（9）電解，除去重金屬離子。

３、固體廢棄物

固體廢棄物往往是許多污染成分的終極狀態。又是大氣、水體和土壤環境的污染“源頭”。因此控制“源頭”、處理好“終態物”是固體廢物污染控制的關鍵。對產品設計來講，要消除或減少固體廢棄物的產生，主要有兩個途徑：（1）采用物質循環利用技術，將其中的有用物質盡可能的重復使用，使廢棄物減至最少，可利用價值最低。（2）對于最后因限于技術經濟因素難以直接重用的廢棄物應根據廢棄物的成分選用物理（粉碎；分選；壓縮；脫水）化學（焚燒；熱分解；溶劑浸出；高溫燒結；固化法）和生物化學（高溫堆肥；沼氣法）等不同設備和處理方法進行最終處理。目前日本和歐洲對家電產品的回收處理大多應用了磁吸附等選揀技術。

４、噪聲

噪聲對人體的影響和危害是多方面的。降低噪聲最有效的辦法是在設計階段減少和消除噪聲源，常用的方法有：（1）選擇合理的原材料，減小噪聲：一般金屬材料，消耗振動能量較少，其構件表面會輻射較強的噪聲，而采用消耗能量大的高分子材料或高阻尼合金就不同了。如某棉織廠將1511型織機的36牙傳動齒輪改用尼龍代替鑄鐵使噪聲降低4～5dB。（2）改進產品結構，減小噪聲：通過改進設備的結構減小噪聲，其潛力是很大的。以電機為例，合理地設計風扇葉片的形狀及尺寸、通風口的形狀和大小、風道的形狀。改進后的電機，噪聲降至88.5dB(A)。（3）提高關鍵零部件的質量：電機轉速很高，適當提高關鍵零件的加工精度和關鍵部件的裝配精度，將明顯改善降噪效果，如選擇高精度等級的軸承。（4）安裝消聲器：消聲器要體積小、重量輕，便于安裝與拆卸，維修要方便。如以電機，在其靠近出入風口處安裝消聲器，是控制電機噪聲的最有效的方法。（5）合理安裝，減小噪聲：設備安裝不合理，也會產生噪聲。例如電動機的防護罩及蓋板等如果安裝不當，會與電機產生共振，發生刺耳的噪聲。

５、振動

振動也是產品使用中經常產生的現象。按所采用的抑制振動手段區分，振動控制方法有五種：（1）消振或減弱振源：如對高煙囪、熱交換器等結構，由于卡門渦引起的流激振動，可通過加擾流器的方法。另外，還可采取抵消振動的方法。（2）隔振：在振源與受控對象之間串聯隔振器，可以減小受控對象對振源激勵的響應。如動力機械通過隔振器與基礎相連，從而減小機械運轉時產生的交變擾力和力矩向基礎的傳遞。（3）吸振：在受控對象上附加一個動力吸振器，用它產生吸振力以減小受控對象對振源激勵的響應。（4）阻振：在受控對象上附加阻尼器或阻尼元件，通過消耗能量而使響應減小，如粘貼阻尼材料的汽車壁板能有效地降低車輛在不平路面上行駛引起的隨機激勵響應。（5）結構修改：通過修改受控對象的動力學特性參數使振動滿足預定的要求，這是一種不需附加任何子系統的振動控制方案，目前是非常引人注目的。

在當前越來越重視綠色產品的國際形勢下，我國的制造業應該實施綠色制造技術，這既是提高企業競爭力的最佳途徑，也是保護生態環境，保障人類生活的質量，實現社會可持續發展的要求。