綠色制造技術在農業機械加工中的應用

路曉云

(新鄉職業技術學院,河南 新鄉 453000)

0 引言

農業機械加工是現代農業生產的重要組成部分,它可以提高農業生產效率和產品質量,為農業現代化發展提供支撐[1-2]。然而,農業機械加工也帶來了一系列環境污染和資源浪費等問題,例如能源消耗、廢棄物排放、土壤污染等。為了解決這些問題,綠色制造技術被引入到農業機械加工中。

綠色制造技術是以環境保護和可持續發展為目標的生產方式,其核心是減少能源和資源消耗,降低環境污染和廢棄物排放。在農業機械加工中,綠色制造技術的應用可以在提高生產效率和質量的同時降低環境污染和資源浪費,有助于推動農業可持續發展[3-5]。因此,本文旨在探討綠色制造技術在農業機械加工中的應用研究。

1 綠色制造技術的原則

綠色制造技術是指以減少能源和資源消耗、降低環境污染和廢棄物排放為目標的生產方法(圖1)。是實現可持續發展的關鍵之一[6-8]。綠色制造技術的核心是通過資源的有效利用和生產過程的優化來降低環境污染和能源消耗,同時提高生產效率和質量。綠色制造技術應遵循最大限度地減少資源消耗,最小化環境污染,資源的有效利用,風險的最小化,產品生命周期的管理5項原則[9]。

圖1 綠色內涵

2 傳統制造與綠色制造的發展特點

傳統制造與綠色制造的主要區別包括資源利用率、能源消耗和環境影響3個方面。

2.1 資源利用

傳統制造通常以大規模生產為導向,追求生產效率和成本最小化,可能導致資源的過度消耗和浪費(圖2)。綠色制造注重資源的循環利用和最大化利用。廢棄物可以成為再生資源,所以資源利用率較高[10]。

圖2 不同生產方式下資源利用率

2.2 能源消耗

傳統制造通常在生產過程中消耗大量的能源,例如燃燒化石燃料、電力等,導致大量二氧化碳等溫室氣體的排放,加劇氣候變化和環境問題。綠色制造強調能源的高效利用,采用節能技術和可再生能源來減少能源消耗,鼓勵開發更環保的能源供應方式,如太陽能、風能等(圖3)。

圖3 不同生產方式下能源利用率

2.3 環境影響

傳統制造可能產生大量的廢水、廢氣和固體廢棄物,其中含有有害物質,對土壤、水體和空氣造成污染,對生態環境污染較高。綠色制造力求減少對環境的不良影響。通過采用環保工藝、材料和設備,控制廢物的產生和排放,從而降低對環境的損害(圖4)。

圖4 不同生產方式下對環境的影響

3 農業機械綠色制造實施路徑與關鍵技術

在農業機械生產中實現綠色制造技術的應用,需要建立一套完善的運行模式和實施路徑,涵蓋管理、設計、生產及再制造等環節(圖5)。

3.1 綠色管理

綠色管理是一種管理方法,旨在在組織的運營和業務活動中最大程度地減少環境影響、提高資源效率,并推動可持續發展。在農業機械生產領域,綠色管理的實施可以幫助企業降低環境風險、提高效益,并在社會和環境方面產生積極影響。

3.2 綠色設計

綠色設計是一種注重環保和可持續性的設計方法,旨在在產品設計階段就考慮最大程度地減少環境影響、資源消耗和廢棄物產生。在農業機械生產中,綠色設計的實施可以幫助創造更環保、高效和持久的產品。綠色設計的主要方法如表1所示[11]。

表1 農業機械綠色設計方法

3.3 綠色生產

綠色生產是一種注重環境保護和可持續發展的生產方法,旨在通過優化生產過程、減少資源消耗、降低排放和廢棄物產生,實現生產活動與自然環境的協調共生。在農業機械生產領域,采用先進的生產工藝和設備,以減少廢棄物、廢水和廢氣的產生。例如,引入閉環生產系統、低排放工藝等。另一方面,農業機械生產企業可以選擇與供應商合作,選擇環保材料和零部件,推動整個供應鏈的綠色化,減少環境風險。

3.4 再制造

再制造是指將廢棄產品或零部件通過修復、翻新、升級等手段,使其恢復到類似新品的狀態,以實現二次利用的過程。在農業機械制造領域,再制造可以減少資源浪費、降低環境影響,同時延長產品壽命和提供經濟效益。

4 農業機械綠色制造技術評價指標

4.1 綠色制造評價目標及原則

綠色制造評價目標包括綠色等級設定、指標評價及過程評價等。本章節以農業機械重點生產工序評價指標及方法進行闡述。

4.2 農業機械綠色制造評價重點工序

4.2.1 下料中心

下料中心是指在制造農業機械零部件時的材料切割、成型和加工等環節。主要資源消耗過程包括鋼板,能源消耗主要包括電、水、氧氣、甲烷等,產生的主要污染物包括粉塵、鋼渣和生活廢水等。

4.2.2 液壓原件

液壓原件是指在液壓系統中用于傳遞、控制和調節液壓能量的各種元件和零部件。液壓系統利用液體(通常是油)來傳遞能量,實現機械動作。在該環節資源消耗主要包括圓管和鋼管,能源消耗包括電、水等,產生的主要污染物包括廢棄柴油和乳化液等。

4.2.3 金屬結構

金屬結構主要指農業機械焊接環節,在該環節資源消耗主要包括鋼板,能源消耗主要包括電、水、二氧化碳和氫氣等,產生的主要污染物包括粉塵、噪聲和生活廢水等。

4.2.4 鍛造及鑄造

鍛造及鑄造主要承擔鋼管和圓鋼的下料任務,主要產生的能源消耗包括電、水、氧氣,產生的污染物為粉塵和生活廢水等。

4.2.5 電鍍

電鍍是一種用于給金屬表面鍍上一層薄膜以增強金屬抗氧化、耐腐蝕性和美觀性的工藝。在該工藝環節中,產生的主要能源消耗為電和水,主要污染排放物為廢液、廢氣、費固體和噪聲等。

4.3 主要評價指標及計算方法

1)水重復利用率。水重復利用率是指在生產和工業過程中,將廢水經過適當的處理后重新利用的比例。水重復利用率的提高可以有效降低水資源的消耗,減輕對環境的壓力,實現可持續發展。計算公式如式(1)

(1)

2)關鍵金切加工設備的數控化率。關鍵金切加工設備的數控化率是指在鍵金(金屬材料)切削加工過程中,采用數控技術控制加工設備的比例。數控化率的提高可以提高加工的精度、效率和一致性,同時減少能源和材料的浪費,促進制造業的綠色發展。數控化率高表示數控技術可以實現自動化和高精度的加工,提高生產效率和產品質量,減少切削損耗和廢料產生,降低能源和材料消耗。計算公式如式(2)

(2)

3)舊砂再生回收率。舊砂再生回收率是指在鑄造過程中,將廢棄的廢舊砂經過適當的處理后重新回收并再次使用的比例。高回收率意味著更多的廢棄砂得到再利用,降低了對新鮮砂的需求,減少了礦石開采和砂石資源消耗。計算公式如式(3)

(3)

4)固體廢棄物利用率。固體廢棄物利用率是指在生產和生活過程中產生的固體廢棄物中,通過適當的處理和轉化,重新利用的比例。固體廢棄物利用率的提高可以有效減少廢棄物的排放量,降低資源浪費,促進環境保護和可持續發展。計算公式如式(4)

(4)

5)危險物處理率。危險物處理率是指在生產和工業過程中,對產生的危險廢物進行適當處理和處置的比例。危險廢物處理率的提高可以有效減少對環境和人體健康造成的威脅。計算方法如式(5)

(5)

6)鋼材利用率。鋼材利用率是指在生產和制造過程中,對鋼材的有效利用程度。高鋼材利用率意味著更多的鋼材得到充分利用,減少了資源浪費和環境影響。計算公式如式(6)

(6)

5 結論

農業機械綠色制造的實施需要在管理、設計、生產和再制造等環節中采取綜合措施。通過減少資源和能源消耗,控制污染排放,實現農業機械制造業的可持續發展。通過分析綠色制造的內涵及原則,系統闡述了農業機械制造企業綠色制造運行框架及實施路徑,完善了綠色制造評價體系。研究結果旨在為農業機械綠色制造技術提供新的發展思路與參考模式。