走向綠色和智能制造——路甬祥在裝備制造業振興專家論壇上的主旨報告（節選）

路甬祥

當前,環境對制造業提出了更高的要求，能源緊缺對制造業的制約日益加劇，中國制造業必須要增強自主創新能力,以人為本,實現人與自然協調發展，提升附加值和國際品牌競爭力,實現由制造大國向制造強國的歷史跨越。而發展綠色和智能制造則是實現該歷史跨越的關鍵所在。

1 綠色制造

綠色制造(Green Manufacturing-GM)，指在保證產品的功能、質量和成本的前提下，綜合考慮環境影響和資源效率的現代制造模式。它使產品從設計、制造、使用到報廢的整個產品生命周期中不產生環境污染或使環境污染最小化，符合環保要求；節約資源和能源，使資源利用率最高，能源消耗最低，并使企業經濟效益和社會生態效益協調最優化。

綠色制造已成為21世紀機械制造業的發展趨勢，是實現資源能源高效清潔循環利用與環境影響的最小化，有效保障我國現代化進程與裝備制造的有效供給與有效利用，建立資源節約型、環境友好型社會的重要途徑，且具有相當的緊迫性。

(1)改進制造工藝，實現少廢或無廢生產

改革制造工藝，開發新的工藝技術，采用能夠使資源和能源利用率高、原材料轉化率高、污染物產生量少的新工藝，減少制造過程中資源浪費和污染物的產生，使中間廢棄物能夠回收再利用、最終廢棄物可以分解處理，盡最大限度實現少廢或無廢生產。在機械加工中，鑄造、鍛造沖壓、焊接、熱處理、表面保護等過程中都可以實行綠色制造工藝。具體可以從以下幾方面入手：改進工藝，提高產品合格率，采用合理工藝，簡化產品加工流程，減少加工工序，謀求生產過程的廢料最少化，避免不安全因素，減少產品生產過程中污染物排放，如減少切削液的使用或使用綠色切削液等。目前干式切削技術得到較大發展。

示例：南汽集團公司通過改革工藝技術實現節能降耗

南汽集團公司以前老工藝的生產過程為：先鍛造成型，然后進行常規熱處理，即把鍛件從常溫加熱到淬火溫度860℃。為滿足履帶鏈節的淬火需要，鍛造公司專門準備了2臺熱處理爐：1臺為長桿件爐，此爐的功率為280 kW，另1臺為鏈板淬火專用爐，此爐功率為380 kW。現工藝改為余熱淬火，其工藝過程為：通過一系列的工藝參數控制，把鍛后的熱鍛件直接放入淬火油槽，完成淬火工序。為此,公司投資了專用余熱淬火油槽、用于鍛件加熱高溫、合適、低溫控制的三路分選裝備、1臺大功率的中頻感應加熱裝置、為整個系統配套了排油煙通風裝置，總投資約250萬元。按原工藝，每噸鍛件淬火需耗能583 kWh，現僅需1臺油循環泵，每噸鍛件耗電能15 kWh，以年180萬件計,每件4.5 kg，年節約電能460萬kWh，節約電費322萬元，不到1年即可收回工藝改造設備投資。

(2)研發節能設備或改造老設備，減少資源消耗

要在生產加工過程中實施清潔生產,也需要從綠色制造設計與裝備等入手。采用節能設備，研發新設備或改造老設備，實現節能降耗。

示例：采用新設備實現節能

在機械設備中，電氣傳動系統所耗費的電能占到了60%～70%，采用節能的傳動系統可以為機械設備降低更多的能源消耗。通過采用變頻器產品調速改變電機、風機及水泵的控制方式，能夠產生十分可觀的節能效果，也成為當前廣泛使用的節能方式。例如在一條紡織機械生產線上,變頻器除調節生產線的電機運行速度外，還可以對生產環境進行恒溫及恒濕控制，這種對工藝流程的改變不僅提高生產質量，還減少了故障率，減少了能耗。

示例：改造設備實現節能降耗

新飛改造了成型冷卻水系統，可實現每年節水18萬t；北京松下彩管公司改造了涂屏工序的清洗系統，每年可節水12.7萬t。大連三洋家電公司更新了舊的空壓機，每年可節電1萬度，而且解決了噪音問題。大連三洋公司改造了蒸汽輸送系統，每年可節約蒸汽300 t，鍋爐冷凝水2000 t，柴油2萬升。

在改造設備方面效果最為突出的是寶山鋼鐵公司，寶鋼是我國的超大型企業,是耗能耗材大戶。為降低資源和能源消耗，寶鋼制定了19項節能降耗的環境目標和7項節約材料的目標，使本來管理和技術水平已經屬世界先進水平的寶鋼又上了一個臺階。寶鋼實施上述管理和技術體系的11個月與上年同期相比，降低原材料消耗的效益達3700萬元；節能的效益為1.25億元,使噸鋼綜合煤耗水平在原來已達世界先進水平的基礎上再降29 kg。

(3)采用綠色設計與全生命周期評價方法，減輕環境負荷

綠色設計是從可持續發展的高度審視產品的整個生命周期，強調在產品開發階段按照全生命周期的觀點進行系統性的分析與評價，消除潛在的、對環境的負面影響，為求形成“從搖籃到再生”的過程。

產品全生命周期評價(LCA: Life Cycle Assessment)技術正在成為綠色設計和綠色制造實施的重要工具，是綠色制造前沿技術領域之一，同時也是實施綠色設計和制造的關鍵和共性基礎技術。根據ISO的定義，產品全生命周期評價是對某一產品系統全生命周期的輸入、輸出及其潛在環境影響進行評價的過程。

示例：Nokia 3G手機生命周期評價

Nokia對其一款3G手機進行了生命周期分析。在此次生命周期分析中，針對一次能源消耗(PEC)、全球變暖指數(GWP)、臭氧破壞潛力指數(ODP)、酸雨指數(AP)、人體健康損害指數(HTP)、光化氧化污染潛力(POCP)等環境影響方面對一款3G手機進行了生命周期評價。其分析結果如下：

在產品制造階段，對于適度使用的手機來說，一次能源消耗占產品全生命周期能耗的60%；對于過度使用的手機來說，則占54%。

在使用階段，適度使用的手機一次能源消耗占全生命周期能耗的29%，過度使用的手機一次能源消耗占全生命周期能耗的35%。在使用階段的能源消耗中，充電器待機能耗占重要比例。

在運輸階段，零部件運輸到裝配廠的一次能源消耗占總能源消耗的6%，成品運輸到消費者手中的一次能源消耗占總能源消耗的5%。

印刷電路板(PWB)的制造是手機中一次能源消耗最多的部件,PWB原材料的消耗和制造消耗一次能耗占總能耗的40%。IC材料消耗和制造能源消耗也占有很大的比重。

生命周期評價提供了產品整個生命周期的能源、資源消耗和環境排放物的廣泛信息，并可提出環境負荷改善的措施和建議,是一種具有巨大潛力的環境影響評價理論工具。

(4)利用回收再生和復用技術，實現可再生循環

可再生循環的制造過程主要應用拆卸技術和循環再利用技術。拆卸技術指依據最小附加成本及產品被拆卸后所能獲取最大綜合利用價值的原則，開發最佳的拆卸程序和方法。通過二次制造將已用過產品的性能特征恢復到接近于新產品的狀態,不僅延長產品壽命而且促進部件和材料的循環再利用。循環再利用技術是對拆卸下來的零部件或者分解、還原的材料進行二次利用的技術，在產品的設計制造中考慮兩個因素：回收和分解。回收設計致力于開發材料回收技術，如廢棄金屬粉碎重熔。分解設計是指通過將產品分解為最基本的組分，而盡可能地使產品中幾乎所有的材料能夠循環利用，金屬和非金屬材料可通過分解而回收，避免廢物產生污染環境。

示例：日本富士施樂的成功經驗

富士施樂在日本的循環利用率高達99.99%，在亞太地區為99.3%。2007財年，富士施樂在日本及亞太地區運營的整合資源循環系統成功削減使用新資源3860 t，降低二氧化碳排放達2.5萬t。同年，富士施樂減少了全新零部件的使用，利用循環使用的零部件生產的設備由2005財年的1.1萬臺增加到2007財年的1.7萬臺。

通過整合資源循環系統，富士施樂將從用戶處回收使用過的復印機和數碼多功能設備拆解成零部件，經過嚴格的質量檢驗后，符合標準的零部件被送到生產線，而那些不能再利用的零部件則被拆分成44種(日本)或74種(亞太)部件，通過循環處理將其轉化為原材料，作為新資源進行再利用，其中包括通常認為最難循環利用的金屬、橡膠、玻璃等。

示例：重慶機床(集團)“機床綠色再制造成套技術研究與應用工程”

2009年2月，由重慶機床(集團)有限責任公司與重慶大學共同完成的“機床綠色再制造成套技術研究與應用工程”項目通過了重慶市科委組織的科技成果鑒定。從2006年至今，該項目已完成350多臺廢舊裝備的提升改造，實現了銷售收入1200余萬元，為相應企業盤活存量資產價值達3000多萬元，節省購置同類數控設備的費用達1800萬元以上。該項目已獲得2項國家授權發明專利,1項軟件著作權,起草并報批國家標準1項，并應邀參加了4次國際、國內“節能減排”主題展。

(5)構建一體化循環經濟產業鏈，促進資源節約和再利用

我國高度重視循環經濟的發展，目前已被批準建立的國家生態工業示范園有24個。以長沙黃興生態工業園為例，該生態工業園是我國第一個全新規劃的綜合類生態工業園，主要發展電子信息產業、新材料產業、生物醫藥產業和環保產業。目前園內共有企業34家，分為物質生產者、技術生產者、消費者、分解者及虛擬企業。構建的多條產業鏈使園區內四大行業通過物質流、能量流和信息流相互聯接在一起，形成了多種物質能量鏈接的生態鏈網絡。在這個生態鏈網上，四大核心企業、附屬企業和虛擬企業之間通過物質流，形成了一個虛實結合的生態工業園區，每個核心行業的產業鏈以企業群落為主體，通過中間產品的交換，加強了工業小區中各個企業間的相互聯系，有效延長產品鏈。同時四大行業間的物質流構成了橫向連接，形成了產業鏈網，通過信息流加強同工業區外虛擬企業產業鏈條的對接，使物質集成的空間尺度擴大。

示例：億利資源集團一體化的循環經濟產業鏈

2002年，億利資源集團大膽地構筑了煤炭、電力、PVC化工、水泥一體化的循環經濟產業鏈戰略，并按照節能減排、資源綜合利用和循環發展的要求，規劃了1000萬t/年煤炭開采、100萬kW煤矸石發電、100萬t/年環保電石、100萬t/年精制鹽、100萬t/年PVC、100萬t/年離子膜燒堿、100萬t/年煤基多聯產項目、100萬t/年工業廢渣制水泥等“八個一”的循環經濟產業鏈。按照這個循環產業鏈模式和細分戰略目標，億利資源集團分別和神華集團、上海華誼集團、河北冀東水泥集團共投資150億元，在億利能源達拉特循環經濟園區內建設了1500萬t/年煤礦開采項目、4×20萬kW煤矸石發電項目、120萬t/年工業廢渣制水泥項目、40萬噸PVC和配套的36萬t離子膜燒堿項目等四大項目，形成了“煤—煤矸石發電—離子膜燒堿—PVC—工業廢渣制水泥”的一體化循環產業鏈，成功打造了內蒙古地區首屈一指的能源化工循環經濟產業園區，該園區被內蒙古自治區人民政府確定為第一批工業循環經濟示范園區，胡錦濤總書記2007年考察了園區，對企業采用的一體化循環產業鏈的做法給予了高度評價。

(6)加快對節能減排核心技術的突破,實現節能降耗

采用綠色制造技術，在提高產品質量和附加值的同時努力降低資源的能耗，是未來制造業的發展方向。為此，我們需要加緊研制具有先進技術性能的能源技術裝備，包括：煤的清潔高效開發利用、液化及多聯產；復雜地質油氣資源勘探開發利用；第三代20萬kW級高溫氣冷堆核電廠；提高可再生能源技術研發能力和產業化水平，包括風電機組、太陽能發電、生物質發電、地熱利用等關鍵技術；節能工業設備和終端用能設備。

示例：由清華大學、太原鍋爐集團聯合開發制造的節能型環保循環流化床鍋爐

由清華大學、太源鍋爐集團聯合開發制造的節能型環保循環流化床鍋爐,吃粗糧、用電少、效率高，可燃燒煤矸石、洗中煤、垃圾等劣質燃料,節省煤耗6%以上,節電30%以上的特點,達到了國際先進水平。數據證實，每臺鍋爐每年可節約熱值3000大卡的原煤7500 t，價值110多萬元；可節電700萬度，價值350萬元；節省設備檢修費用10%以上。節約價值相當于1臺鍋爐1年可以發13個月的電力，一舉克服了第一代循環流化床鍋爐用電高和磨損嚴重兩大難題。如果在全國推廣這項技術,按照當前循環流化床鍋爐發電能力，每年至少可節電25億kWh，節約標準煤約700萬t，減少二氧化碳排放約3000萬t，對我國節能降耗具有重要意義。

示例：三一重機推出首臺國產混合動力挖掘機

2009年，三一重機推出首臺國產混合動力挖掘機，這一產品集中了混合動力、發動機功率優化控制、電子控制正流量系統、工作裝置輕量化等各種節能技術,可有效減少能量消耗，實現能量回收。該產品整機動作協調性好、安全性高,比傳統挖掘機節能30%以上、作業效率提高25%以上。三一重機在國內首次將混合動力概念引入到工程機械的節能研究中。

2 智能制造

智能制造(Intel l igent Manufactur ing，IM)是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統,它在制造過程中能進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構思和決策等。通過人與智能機器的合作共事，去擴大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動。它把制造自動化的概念更新,擴展到柔性化、智能化和高度集成化。智能制造系統最終要從以人為主要決策核心的人機和諧系統向以機器為主體的自主運行轉變。

(1)智能化能夠提升傳統制造水平

智能化將進一步提高制造系統的柔性化和自動化水平，使生產系統具有更完善的判斷與適應能力，也將會顯著減少制造過程物耗、能耗,提升傳統制造業的水平。

示例：智能化鉆井技術

目前，智能化自動化鉆井的雛形已經形成，正在逐步成熟完善，并取得了初步的效果：薄油層鉆井已經可以達到0.8 m以下。以隨鉆地質參數測量，包括已經研制成功的近鉆頭井斜、方位伽馬、方位電阻率和正在攻關的隨鉆中子、密度、孔隙度等參數為“眼睛”，使鉆頭學會自己找油層；以隨鉆地震等參數為“探照燈”，讓鉆頭“看”得更遠、看到的信息更豐富；以地質導向鉆井技術、旋轉導向鉆井技術和自動垂直鉆井系統為“方向盤”，讓鉆頭自動朝著油層打；以信息技術為“望遠鏡”，對井場綜合信息的實時采集、分析、處理，實現鉆井遠程專家實時診斷與指揮。

示例：智能化來實現分散采礦、集中選冶的規模化大生產格局

2009年，由北京礦冶研究總院作為自動化工程項目總承包的焦家金礦選礦廠正式投入生產。焦家金礦選礦廠是我國最大的黃金選礦廠之一。焦家金礦選礦廠自動化工程采用先進的在線檢測儀表、電氣控制設備和現場總線控制系統(FCS)，集選礦系統智能控制技術、通訊技術、信息技術、網絡技術、計算機技術于一體，實現了黃金選礦生產過程的自動化、控制智能化，選礦廠的自控技術水平達到了國際先進水平。北京礦冶研究總院開發成功的黃金選礦自動控制技術及系統成功的應用，有利于提高我國黃金資源的綜合回收和選礦廠的技術水平，也有利于實現分散采礦、集中選冶的規模化大生產格局。

(2)智能化能夠滿足高技術發展要求

伴隨著機械制造業用戶行業的技術不斷發展，對產品的質量要求也越來越高，對機械制造業提出了更高的要求。計算機技術、網絡通訊技術在裝備上的迅速應用，使用戶行業的工藝技術不斷集成在裝備中，與裝備制造業的產品技術相結合，形成了新的裝備，滿足了用戶不斷增長的需求。裝備制造業的產品技術正向信息集成、接口集成、系統集成的方向發展，同時生產過程自動化、智能化水平不斷提高。

示例：智能化應用于軋制過程

目前，傳統的軋制力計算公式已經不能適應高精度的要求，數學模型方法則是一種比較理想的方法，應用于軋制過程操作和軋機設備的設計。我國近年來開展了“熱軋工藝的模擬和優化”、“人工智能在軋鋼中的應用”等研發工作，提出連軋數模參數智能優化的思想，開發了連軋過程數學模型解析工具，使數學模型的維護與參數優化由個人行為變為計算機的智能行為，形成具有我國特色的軋制過程數模調優理論體系和實用方法。目前，國內正在開發熱連軋精軋機組負荷分配智能優化技術，既可以對壓下量的分配進行優化，以實現板形控制和負荷均衡的目標；也可以通過智能算法從實際生產積累的大量數據中提煉出最優的工藝參數，從而穩定和優化產品質量。

(3)智能化有助于緩解環境和能源對機械制造業的制約

智能化在提高專業化分工與協作配套，促進生產要素的有效集聚和優化配置，降低成本以及節約社會資源、能源等方面具有重要作用。例如，日本的ICT創新戰略，實際上是信息化、智能化促進節能，推進綠色高附加值制造。

示例：智能電網

2009年5月，國家電網公司發布了以特高壓電網為骨干網架、各級電網協調發展的堅強電網為基礎，以信息化、自動化、互動化為特征的堅強智能電網概念，并明確了公司建設堅強智能電網的戰略目標和發展路線。智能電網現已成為世界電網發展的共同趨勢。世界各國特別是歐美等發達國家，根據各自的國情及電力工業特點提出了不同的智能電網定義，其核心理念都是利用現代信息通信、控制等先進技術，提升電網的智能化水平，適應可再生能源接入、雙向互動等多元化電網服務要求，提供安全可靠、經濟高效的可持續電力供應。堅強智能電網通過提升發電利用率、輸電效率和電能在終端用戶的使用效率，以及推動水電、核電、風能及太陽能等清潔能源開發利用，每年可以帶來巨大的節能減排和化石能源替代效益。

(4)信息化、智能化技術將推動機械制造業生產方式發生全新的改變

未來的機械制造將是由信息主導的，并采用先進生產模式、先進制造系統、先進制造技術和先進組織管理方式的全新的機械制造業。我國的離散型制造主要集中在機械加工、電子元器件制造、汽車等行業，信息化為具有離散特點的機械制造業進行協同制造創造了條件。信息技術將促進設計技術的現代化，加工制造的精密化、快速化，自動化技術的柔性化、智能化，整個制造過程的網絡化、智能化、全球化。各種先進生產模式也無不以智能信息技術的發展為支撐。智能信息技術將改變機械制造業的設計方式、生產方式、管理方式和服務方式。

(5)信息化、智能化技術為現代制造服務業提供了技術保障

現代制造服務業是面向制造業的生產性社會化的服務業，已成為制造業增加值的主要來源。開展增值服務是機械制造業轉型升級的重要途徑。在德國機械設備制造企業中，服務在營業額中的比重從1999年的13%升至2005年的20%，如蒂森克虜伯集團2007年的服務收入為167億歐元，占集團銷售收的比例達32.3%，而我國的制造服務業尚處于起步階段。借助信息化技術手段，制造業服務的模式得以不斷改進和優化，服務得以向業務鏈的前后端延伸，能夠不斷優化服務內容，持續改進服務質量。

示例：信息化、智能化在數控機床服務中的應用

未來數控機床的一種趨勢是網絡化，通過開放式的CNC同網絡的聯接，車間能夠從跟蹤到收集企業的機床生產情況等更多的信息。機床數據也能夠在用戶與設備供應商之間共享。當數控系統產生故障時，數控系統生產廠家可以通過Internet對用戶的數控系統進行快速診斷與維護，可以大大減少維護的盲目性，提高設備完好率。滿足用戶對數控機床的遠程故障監控、故障診斷、故障修復的要求。

進入21世紀以來，發達國家紛紛調整其產業政策與技術政策，將高新技術的重點和科技發展的熱點轉向產業技術主要是智能化制造技術領域，使智能化制造技術由傳統意義上的單純機械加工技術轉變為集機械、電子、材料、信息和管理等諸多技術于一體的先進制造技術，并加速用現代智能化制造技術改造和提升傳統制造業，實現制造業的高技術化。

當前，國際智能化制造業采用或準備采用的先進制造技術主要體現在：(1)新型(非常規)加工方法的發展，包括激光加工技術、電磁加工技術、超塑加工技術及兩種以上加工方法復合應用等;(2)專業、科學間交叉融合，冷熱加工、加工過程、檢測過程、物流過程、設計、材料應用、制造等方面，界限逐漸淡化;(3)工藝研究由“經驗”走向“定量分析”;(4)高新技術與傳統工藝緊密結合，使傳統工藝產生顯著的、本質的變化，極大地提高生產效率和產品質量;(5)常規制造工藝的優化，以形成優質高效、低耗、少污染的制造技術為主要目標;(6)以計算機與網絡技術為核心。

(6)智能化與智理化

智能制造系統最終要從以人為主要決策核心的人機和諧系統向以機器為主體的自主運行轉變，這就要求智能系統最終必須能夠像人一樣具備做出符合人文倫理和生態環境倫理的行為。因此，當前，在我國智能化發展初期就應當明確智理化(既智能又符合倫理標準)發展的大方向。

3 綠色和智能制造也要面向大多數人

收入結構決定了我國在發展綠色和智能制造的過程中，既要注重高端、高附加值產品的開發，同時也要大力發展面向大多數中低收入人群的高質量、低成本的產品開發。2007年，我國的基尼系數為0.48，已經超過了國際上0.4的警戒線。同時，研究發現，目前我國的收入結構是呈倒丁字形，上部是高收入和中高收入的人群，底部是大量的低收入和中低收入者。按照世界銀行的劃分標準，2008年，我國人均國民總收入為2770美元，我國仍處于世界中等偏下收入國家行列。因此，制造業發展要有市場需求并且能為消費能力所接受，就不能只注重高端產品的開發，而忽視了大多數人的需求。

4 完善綠色和智能制造方面的相關政策措施

從各國的做法來看，綠色和智能制造成為機械制造業產業結構升級和優化的必由之路。要推動綠色和智能制造的發展，為其營造良好的政策環境是關鍵：首先是采取措施大力發展綠色和智能工程教育。創新是工程教育的本質屬性，當前中國的工程教育多重知識的傳授，而忽視工程訓練、解決問題和創新能力的培養，導致工程教育與市場需求脫節。可以在重點大學及其他工程技術教育單位建立培養創新能力的工程實驗室和創新設計機構，作為學生工程創新基地。要鼓勵企業建立工程教育基地，為學生提供優良的工程實踐場所。其次，通過金融、稅收和信貸政策方面的支持來鼓勵綠色和智能方面的技術研發和創新。同時，應在綠色和智能制造方面，逐步建立和完善產學研相結合、以企業為主的自主創新體系，并建立產學研合作的工程創新中心，加快行業的技術與產品的升級換代。

5 綠色制造、智能制造是未來戰略性新興產業的“關鍵詞”

綠色制造和戰略性新興產業密不可分。首先，戰略性新興產業離不開綠色制造技術，戰略性新興產業必須綠色化。在當前環境和能源約束趨緊的大趨勢下，只有具備了資源和能源消耗低的特征，才能可能成為新興產業，才具有生命力。反過來，綠色制造技術從一定程度上催生和拉動了戰略性新興產業的發展。智能制造是發展戰略性新興產業的重要支撐。戰略性新興產業要發展，具備國際競爭力，智能制造技術是支撐發展和提升競爭力的核心。

目前，一些工業發達國家都把爭奪經濟制高點作為本國的戰略重點，把科技創新投資作為重要的戰略投資，把發展以高科技為主要特征的戰略性新興產業作為帶動經濟社會發展的戰略突破口。高技術及其新興產業將成為推動世界經濟發展的主導力量。

發展戰略性新興產業是我國轉變發展方式、調整產業結構，搶占新一輪發展制高點的根本途徑，也是立足當前、渡過難關，著眼長遠、上水平的重大戰略選擇。發展戰略性新興產業，必須選擇正確的方向，要選擇具有市場前景、資源消耗低、帶動系數大、就業機會多、綜合效益好的產業。發展戰略性新興產業必須掌握核心關鍵技術，而綠色、智能制造與戰略性新興產業密不可分，智能制造又是發展戰略性新興產業的重要支撐！為此，走向綠色和智能制造，是中國制造業發展的必由之路！