綠色理念在機械設計制造中的應用

馬博聞

(SEW-傳動設備(蘇州)有限公司，江蘇 蘇州 215000)

0 引言

在世界環境中，資源、環境和人口是各個國家面臨的主要問題。目前，提出了新的產品質量管理體系與環境管理體系，世界面臨的主要問題是減少工業生產過程中對環境的破壞與資源浪費，這就要求將綠色理念融入生產制造中，形成一種新的制造過程，以適應可持續發展戰略的綠色制造。由于各項產品需求的增長和供應的限制，能源和資源的成本不斷上升，另一方面，產品價格趨勢很難預測，因此，目前相關企業公司的主要生產發展目標是在能源和資源的大價格區間內成功生產，這種適應價格波動的策略是將加價轉嫁給用戶，或者，穩定的價格可以通過提高生產效率來促進，這就要求通過減少資源消耗和改善制造系統的技術體系來實現生產的可持續發展[1]。

制造業是一個國家國民經濟的物質基礎和主體，可以反映一個國家的綜合國力。然而，機械制造業的增加正在加重世界能源資源的負擔。在生產過程中，廢水、廢氣和殘渣不斷產生，對生態環境的影響很大，不利于生態環境的可持續發展[2]。目前，經濟利益不再是制造業的唯一目標，加強生態環境保護和科學開發利用資源已成為新的生產目標，為了實現這一目標，將綠色理念融入機械設計與制造，鼓勵綠色制造的蓬勃發展，對于實現機械設計制造業的可持續發展具有重要意義。綠色技術是應用環境科學、綠色化學、環境監測和電子設備的一種或多種手段來監測、模擬和保護自然環境和資源，大力發展可持續能源發電技術，如光伏、風力渦輪機、生物反應器、生物過濾、生物修復、海水淡化等。

通過分析綠色理念在機械設計制造中的主要發展意義與研究方向，提出目前在機械設計制造中存在的主要環境問題與資源浪費，提出綠色理念在機械設計制造中的主要發展方向與發展重點，為綠色理念下的機械設計制造業的發展提供建議。

1 綠色機械制造的內涵與發展意義

綠色制造又稱環保意識制造，是一種現代化制造模式，綜合考慮了制造過程中物質資源的消耗和生產過程中對環境的影響。綠色制造對于促進人類社會的可持續發展和現代制造業循環經濟模式的發展具有重要作用[3]。機械設計制造產品的整個生命周期包括產品設計、產品加工制造、產品包裝、產品使用和廢料處理。在產品的整個生命周期中，綠色制造的主要目標是減少對環境的負面影響，提高資源利用率，提高綜合效益。目前，我國綠色理念主要應用范圍如圖1所示，主要應用在機械設計與制造、資源優化配制與環境保護等方面。

圖1 綠色理念主要應用模式

2 綠色理念的主要應用范圍

2.1 在機械產品設計過程中運用綠色方法

綠色方法是一種綜合考慮環境因素、產品質量、產品功能和產品可回收性的現代設計方法。綠色的機械設計制造方法要求設計師做出一個對機械產品的整個生命周期進行合理地綜合分析，既保證了產品質量和產品功能，又保證了環境污染小或無污染，便于回收利用，提高了資源的利用率。摒棄傳統機械制造手段中不合理的工藝和方法，合理控制綠色產品生產的時間，從而盡可能提高機械產品的質量，促進制造業的“綠色”發展，促進綠色生產體系的建立。我國已經相繼建立了多家綠色制造示范企業與園區，截至2021年，我國綠色企業園區點如圖2所示。廣東省是我國目前綠色產業生產制造企業建立最多的地區，其次依次為山東省、江蘇省及浙江省。這些都是我國機械制造業、農業機械制造、電子產品的主要生產地區，因此，加快生產制造綠色轉型，實現生產過程清潔化與資源合理化利用是保障各個地區生產制造產業可持續發展的重要保障。

圖2 截至2021年我國各地區綠色制造工廠數量

2.2 機械產品制造中使用的綠色材料

綠色材料是指在機械產品的原材料采用、制造和使用過程中，對環境污染少或無污染，對人體無害的材料。綠色材料雖成本較高但可以回收利用，既降低了生產成本和材料消耗，又減少了環境污染，從而促進了綠色制造業的發展。

2.3 綠色技術在機械產品生產中的應用

綠色技術要求在產品生產過程中減少環境污染，提高能源利用率。例如將廢舊物料、廢液等回收加工成產品，提高資源的利用率，實現資源的回收利用。綠色技術的重點應該是改變傳統技術不合理和不完善的方面，特別是在污染過程和資源浪費過程。

2.4 通過綠色治理減少環境污染

在傳統的機械制造過程中，必然會產生大量的廢物和污染物，處理不當會對環境造成巨大的污染。如果垃圾和污染物無法回收利用，應采取合理的綠色處理方法，最大限度地減少對環境的污染。總的來說，在產品的整個生命周期中，綠色制造的應用可以減少環境污染和資源浪費，提高材料的利用率，對促進可持續發展具有重要意義。如，燃料是世界上生產面臨的主要問題，在我們的日常生活中使用的燃料屬于不可再生資源，由于燃料的使用在社會發展與人類生存中必不可少，因此，世界各國正在逐步發展一些可再生資源進行替代，如太陽能、風能、潮汐能、生物柴油等，這些都屬于綠色能源[4]。水的凈化是人類生活面臨另一個問題，因為水是我們賴以生存的重要資源，因此，減少水源污染與水資源凈化也是綠色生產的重要技術。

2.5 綠色理念在農業機械加工中的應用

農業機械屬于機械設計與制造的關鍵組成部分，由多種關鍵零部件組裝完成，在農業機械制造中，存在環境污染的主要技術體系包括機床加工、機械切削、特種加工等技術。其中，在機床加工中使用一些污染較低、資源消耗低及綠色環保材料，防止加工時出現污染，另外，將車床制作成傾斜式與立式，并且利用相關技術降低機床切削過程中產生的熱量；在機械切削時，采用新型切削液替代傳統的油性切削液，對機械切削過程中的廢棄物進行回收，發展低溫切削技術，主要是在切削過程中加入冷卻裝置，對切削過程中產生的污染物與熱量進行及時吸收、冷卻與排放，該技術在日本已經進行了廣泛應用，目前我國正在持續研究該技術。

3 綠色理念在機械設計制造應用發展趨勢及建議

綠色制造作為未來制造技術和制造模式發展的重要方向，將成為未來產業的重要挑戰和競爭領域。未來，綠色制造將吸收其他領域的先進技術，促進綠色制造和可持續發展，為建設資源節約型和環境友好型社會發揮巨大作用。

3.1 大力推進綠色制造基礎研究進程

加強國際合作與交流，支持綠色制造相關研究項目，努力提高綠色制造水平;吸收納米技術、神經網絡、新能源技術、信息技術等各學科的優勢，加強與綠色制造相關的基礎科學研究，攻克難點問題；加大對綠色制造相關研究項目的投資。目前，我國中部經濟較為發展地區綠色制造發展較為先進，主要以江蘇省、湖南省、浙江省及安徽省為主。有學者在2020年對我國相關地區綠色制造發展進行體系評價如表1所示。其中江蘇省發展較為先進，江蘇省是我國電子產品及農業機械制造大省，制造業發達，因此，在發展制造業的同時加大綠色理念的投入與發展，促進綠色產業的發展，在提升我國制造業發展的同時促進資源合理配置與能源高效利用是保障我國綠色發展的重要條件與基礎。

表1 我國部分地區綠色制造發展對比分析(家)

3.2 積極將綠色制造研究成果轉化為產品

加大對綠色制造技術、綠色設計技術、綠色生產技術、綠色回收技術和再制造技術的研究。與其他學科相結合，突破一系列關鍵技術，開發一批具有自主知識產權的典型綠色工藝和關鍵裝備，形成具有特色的綠色制造產業體系，從而降低環境污染和能源消耗，促進發展。制造業可持續發展。完善相關綠色制造體系的共享平臺，利用相關網絡宣傳平臺，提高各個地區技術互相交流與幫助發展，利用網絡，如抖音、微信公眾平臺、政府官方平臺等起到技術交流與綠色技術宣傳的效果。

3.3 完善法律體系和行業標準，為綠色制造護航

根據綠色制造的發展特點和國情，應逐步建立廢舊產品回收體系，完善相關領域的法律體系，制定綠色制造領域的行業標準，加強專業技術人才的培養[5]。要普及可持續制造的概念和知識，提高全民的環保意識和資源意識，推動可持續制造體系的建立。目前，我國綠色制造評價體系主要依據我國頒布的相關體系標準，但是根據相關研究學者研究方向與研究重點不同，適用范圍也不同，目前主要綠色評價體系標準主要如表2所示。另一方面，政府等相關部門可以通過頒布適合本地區發展的主要環境政策與綠色發展技術完善本地區的綠色制造與發展體系，運用相關法律法規對相關制造企業中存在的污染問題進行治理，為了提高綠色產業的發展，加大對相關技術企業的財政支持，并在各個研究院校進行相關技術的深入研究，起到積極帶頭作用，再逐步將相關技術推廣到企業，從而促進各個地區綠色制造產業的發展。

表2 相關綠色制造評價體系

3.4 健全市場機制起到引導作用

完善的市場機制可以為各個企業綠色制造發展提供指導方向，為綠色發展提供一個有力的環境，市場需求可以為各個企業研究方向提供技術方向指導，提高綠色制造產業發展的市場競爭力，加強用戶對綠色制造產業的發展需求，通過市場提升各個區域綠色制造產業的發展。

4 結論

綠色制造是可持續發展的重要組成部分，在提高有限資源的利用率，降低生產成本和環境污染方面發揮著巨大的作用。綠色制造促進循環經濟模式的形成，促進人類社會的可持續發展，這是中國可持續發展戰略的重要組成部分。推廣綠色制造，需要將“綠色”理念融入產品的生命周期，在機械產品設計過程中使用綠色的方法，在機械產品制造過程中使用綠色的材料，在機械產品生產中應用綠色技術，并采用綠色處理方法，減少環境污染。未來應該繼續擴大綠色生產制造體系在我國的覆蓋范圍，完善各個地區相關綠色制造管理體系與制度，加強綠色機械制造業的基礎創新與研發力度，并逐步將先進技術進行產業化發展。研究結果對于提高我國綠色生產與機械設計產業的可持續發展提供技術參考與借鑒。

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