低碳制造技術(shù)在機械制造中的應(yīng)用

王向宣

（哈爾濱高科技創(chuàng)業(yè)中心，黑龍江 哈爾濱 150090）

1 前言

隨著我國逐步構(gòu)建資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會，對機械制造行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展要求也更高，因此要采用低碳制造技術(shù)。盡管我國目前已初步形成低碳制造技術(shù)體系并應(yīng)用比較廣泛，但還有待于進一步完善。

2 低碳制造

2.1 低碳制造技術(shù)內(nèi)涵

低碳制造在本質(zhì)上是基于各種資源利用最大化與能耗最小化的現(xiàn)代制造模式，主要是確保機械生產(chǎn)與生態(tài)環(huán)境保護以實現(xiàn)低碳生產(chǎn)，在生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)，尤其是資源利用、生產(chǎn)制造、物流運輸及機械生產(chǎn)階段，都要采取有效方法使資源利用率不斷提高，進而實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。低碳制造是由傳統(tǒng)機械制造技術(shù)逐漸發(fā)展起來的，它有機結(jié)合了環(huán)保及節(jié)能降耗理念。低碳機械制造技術(shù)對于機械制造行業(yè)具有十分重要的意義，對機械制造具有改進和優(yōu)化作用。

2.1.1 清潔能源技術(shù)

主要應(yīng)用太陽能、水能、風(fēng)能、沼氣能及潮汐發(fā)電技術(shù)等，不只是使傳統(tǒng)能耗減少，也使排污量明顯降低，對于生態(tài)環(huán)境起到保護作用。

2.1.2 低碳制造設(shè)計技術(shù)

低碳制造設(shè)計技術(shù)主要是以設(shè)計生產(chǎn)流程、模型及方法為切入點，目前，主要涵蓋低碳制造設(shè)計原則與方法、設(shè)計數(shù)據(jù)庫、評價基礎(chǔ)與流程、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及優(yōu)化模型等眾多領(lǐng)域。

2.1.3 低碳制造技術(shù)

針對低碳生產(chǎn)戰(zhàn)略的發(fā)展，關(guān)鍵在于低碳制造技術(shù)。其原因是該技術(shù)以實際機械生產(chǎn)過程為重點，主要涉及制造工藝低碳化、低碳制造及車間低碳技術(shù)優(yōu)化等。具體表現(xiàn)在處理和循環(huán)利用廢棄物，主要由處理廢氣、污水及報廢產(chǎn)品等技術(shù)構(gòu)成。

2.1.4 碳匯技術(shù)

碳匯技術(shù)主要由煤炭捕獲技術(shù)和掩埋技術(shù)組成，主要是利用碳捕捉技術(shù)分離出大氣層中的二氧化碳，將其利用碳儲存手段封存并隔絕大氣的技術(shù)。碳捕捉技術(shù)目前在國內(nèi)比較成熟，但碳儲存技術(shù)還有待于開展深入研究。

2.2 低碳制造體系

低碳機械加工制造通常可視為低濃度二氧化碳從系統(tǒng)資源和生產(chǎn)過程中的釋放過程，低碳制造在資源利用、生產(chǎn)制造等領(lǐng)域都有應(yīng)用。在實際生產(chǎn)中，采用有效方法使資源利用率不斷提高，并在各環(huán)節(jié)中加強節(jié)能減排以實現(xiàn)低碳的目標(biāo)。資源利用率、能耗及碳排量是評估低碳制造的綜合指標(biāo)，低碳制造技術(shù)具有比較豐富的內(nèi)容，由低碳設(shè)計技術(shù)、設(shè)計方法、評價方案及相關(guān)數(shù)據(jù)庫構(gòu)成評價模型。低碳制造體系結(jié)構(gòu)包括產(chǎn)品低碳設(shè)計、生產(chǎn)過程及能源與原材料開發(fā)低碳化三方面內(nèi)容，其中，低碳產(chǎn)品設(shè)計包括輕量化、模塊化及生態(tài)化三方面設(shè)計內(nèi)容，低碳生產(chǎn)過程包括加工設(shè)備、工藝及生產(chǎn)管理三方面內(nèi)容，原材料和能源兩方面內(nèi)容構(gòu)成低碳資源與原材料開發(fā)。

3 低碳制造技術(shù)的應(yīng)用

機械產(chǎn)品設(shè)計在通常情況下，以創(chuàng)造最大經(jīng)濟效益并確保產(chǎn)品質(zhì)量及功能作為最終設(shè)計目標(biāo)。但隨著不斷提高的環(huán)保意識和資源節(jié)約意識，對機械產(chǎn)品也具有更高的要求。所以，對設(shè)計機械產(chǎn)品的過程中，還應(yīng)盡量與“低碳”標(biāo)準(zhǔn)要求相符。此外，降耗對于機械產(chǎn)品設(shè)計也具有關(guān)鍵性作用。分析研究產(chǎn)品低碳設(shè)計，對于降耗、能源利用率提高及生態(tài)保護等方面都具有十分重要的意義。而要使低碳機械制造技術(shù)應(yīng)用充分發(fā)揮作用，就應(yīng)與實踐相結(jié)合才能不斷發(fā)展，從而實現(xiàn)資源利用率提高和節(jié)能減排的明顯效果，降低能耗與環(huán)境污染，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

3.1 輕量化設(shè)計

輕量化設(shè)計是綜合考慮產(chǎn)品各要素的一種優(yōu)化設(shè)計方法，在汽車、船舶、機械等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用，特別是應(yīng)用在機械產(chǎn)品設(shè)計中最廣泛。究其原因主要是其優(yōu)勢十分明顯：一是有效在原材料和產(chǎn)品加工、安裝及使用過程中能降低能耗，進而使資源利用率有效提高；二是能源資源與原材料在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的碳排量，在運行使用時產(chǎn)品產(chǎn)生污染物的排放量可明顯降低，實現(xiàn)保護生態(tài)環(huán)境的作用；三是有效降噪降低噪聲污染。在輕量化設(shè)計產(chǎn)品時，確保機械產(chǎn)品具有一定可靠性。

3.2 模塊化設(shè)計

在機械產(chǎn)品設(shè)計中，模塊化設(shè)計是比較先進的一種設(shè)計方法。按照不同功能，可將模塊化設(shè)計系統(tǒng)分為多個不同模塊。再結(jié)合實際情況和設(shè)計所需，優(yōu)化組合不同模塊而獲得相應(yīng)的機械產(chǎn)品，模塊化設(shè)計在“低碳時代”已被機械、航天等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。將機械產(chǎn)品各功能性單元劃分為若干模塊，并對模塊評估以達到降耗目的，進而確保設(shè)備功能及可靠性。

3.3 生態(tài)化設(shè)計

生態(tài)化設(shè)計基于對機械產(chǎn)品功能及可靠性的保證，降低能耗及保護生態(tài)環(huán)境的優(yōu)化設(shè)計方式。涉及機械、能源、電子等比較廣泛的領(lǐng)域，在設(shè)計過程中，一是對能源節(jié)約及綠色環(huán)保材料優(yōu)先選擇，使能源、資源利用率有效提高；二是盡量避免選用高能耗及有害材料，以實現(xiàn)對生態(tài)環(huán)境的保護。在生產(chǎn)的過程中，機械制造通常會產(chǎn)生大量污染物，不只是破壞生態(tài)環(huán)境，也對操作者身體健康產(chǎn)生嚴(yán)重影響。所以，機械制造企業(yè)應(yīng)在產(chǎn)品設(shè)計中盡量采用生態(tài)化設(shè)計方法，選用較小污染、較高能源利用率及經(jīng)濟效益的高科技工藝，以實現(xiàn)機械制造的可持續(xù)發(fā)展。

結(jié)語

總之，能源供需隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展而呈現(xiàn)出比較突出的矛盾，生態(tài)環(huán)境受到的破壞也日趨嚴(yán)重。因此，在機械制造中倡導(dǎo)低碳制造技術(shù)具有十分重要的現(xiàn)實意義。為實現(xiàn)低碳制造目標(biāo)，采取有效策略實施低碳技術(shù)改進，而且還要在機械制造中不斷深入開展低碳制造理論及其技術(shù)的應(yīng)用，傳統(tǒng)機械制造應(yīng)采用低碳制造理論進行取代才能有利促進機械制造業(yè)的健康發(fā)展。

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