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CAD硬件/先进制造技术 |
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绿色制造中的物能资源消耗过程研究 |
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newmaker |
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【摘要】分析了绿色制造的内涵特点，并对其物能资源消耗过程进行了研究。为资源优化利用和减少环境污染指明了途径，对制造业可持续发展战略具有重要意义。
1前言
随着科学技术及生产技术的进步与发展，制造业越来越成为人类创造财富的支柱产业。但制造业又加剧了资源的消耗，产生废弃物，造成环境污染。因此，如何使制造业尽可能减少环境污染是当前环境问题研究的一个重要方面。正是在这种背景下，一种综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式产生了，这就是绿色制造。
绿色制造是一个面向环境的复杂的制造系统工程，它把制造过程中涉及到的每一个环节，每一个因素都与对环境的影响和资源的利用紧密结合起来。绿色制造的目标就是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中，对环境的负作用影响最小，资源效率最高。对于绿色制造，一个基本观点是，制造系统中导致环境污染的根本原因是资源消耗和废弃物的产生。绿色制造的特征目标就是追求废弃物最少和环境污染最小，而决定这两个目标的根本因素是资源流。影响制造系统的资源流的因素又是多种多样的。在制造系统中，制造资源转变为产品的制造过程，实际上是一个物能资源流动的动态过程，其主要是物料资源的转化和消耗，其中又需要能量来驱动。因此，研究物能资源的消耗过程，对资源的综合优化利用，减轻环境污染具有重要的意义。
2绿色制造资源消耗特性及影响因素
制造系统是一个输入制造资源（原材料、能源等），通过制造过程（包括产品设计、加工制造、装配出厂等）而输出产品（包括半成品）的输入输出系统，它同时产生废弃物，并造成环境污染，这个过程可用图1表示[1]。
图1制造资源消耗过程
近年来，国际上提出的“可持续发展战略”和“绿色制造”，实际上是一个资源优化利用与环境污染问题一体化考虑的系统工程，绿色制造相比于传统制造的本质特征在于，绿色制造除保证一般的制造系统功能外，还要保证环境负面影响和资源消耗最小。对绿色制造有着直接关系的资源是物能资源，其中主要的又是物料和能源，本文重点讨论物料资源的消耗。
在过去，更多的把保护环境的重点放在了污染物的“末端”控制和处理上，而忽略了污染物的全过程控制和预防。越来越多的事实表明，在制造全过程的各个环节都有产生环境问题的可能，如果从制造的准备过程就开始对全过程以及生产完成后的产品进行全面的分析评价，对可能产生的环境问题事先进行预测，环境面临的危害就会大大减轻。
制造的全过程，可看成是制造生产的运行过程，包括市场分析、产品分析、产品设计、工艺规划、制造、装配、包装出厂、产品销售及售后服务等各个环节，其主要环节及信息流如图2所示。
图2制造全过程的主要环节及信息流
分析研究表明，制造全过程的主要环节都直接影响制造资源的消耗。市场分析和市场信息将直接决定企业生产产品的种类和数量，产品设计、产品的种类、数量、形态和特性直接影响消耗资源的种类、数量和资源利用率，产品包装方式、销售和服务状况，废弃物的回收也都直接或间接影响资源消耗状况。因此，在绿色制造实施中，首先综合考虑制造全过程各个环节对资源和环境的影响，即绿色设计。
绿色设计是指在产品及其寿命周期全过程的设计中，充分考虑对资源和环境的影响，在充分考虑产品的功能、质量、开发周期和成本的同时，优化各有关涉及因素，使得产品及其制造过程中对环境的总体负影响减到最小。绿色设计又称为面向环境的设计[2]。
绿色设计的主要内容如图3所示。面向环境的产品设计包含的内容很广泛，如产品材料选择、产品包装方案设计等环节，考虑这些环节对资源消耗和环境状况的影响甚大，把它们单独作为面向环境的设计问题的一个子项加以专门考虑。其中，面向环境的产品方案设计是指涉及产品原理、方法、总体布局、产品运行、包装运输等方面的选择和设计。面向环境的产品结构设计的主要目标是采用尽可能合理和优化的结构，以减少资源的消耗和浪费，从而减少对环境的负面影响。面向环境的产品包装方案设计，就是要从环境保护的角度，优化产品包装方案（从包装材料的选择、包装制品的制造到包装制品的回收处理及包装成本等的优化），使得资源消耗和环境负影响最小。
图3绿色设计内涵框图
3绿色制造物能资源中材料消耗的分析研究
材料是制造系统中物能资源的重要组成部分。在绿色制造中，实现材料资源优化利用和环境污染最小。绿色制造材料的消耗过程如图4所示。
图4绿色制造中材料的消耗过程
从材料消耗的流动过程看，可以分为四个主要的闭环流动：原材料的加工流动、产品制造过程的材料流动、产品使用过程的材料流动和产品的回收处理过程的材料流动。
原材料的加工循环是指自然资源到成品材料的流动过程以及开采、加工过程中产生的废弃物的回收利用所组成的一个封闭过程。
产品制造过程的材料流动，是指材料在整个制造系统中的流动过程，以及在此过程中产生的废弃物的回收处理所形成的循环过程。制造过程的各个环节直接或间接地影响着材料的消耗。
产品使用过程的材料流动是指在产品的寿命周期内，产品的使用、维修、保养以及服务等过程和在这些过程中产生的废弃物的回收利用过程。产品的回收处理过程的材料流动是指产品使用后的处理过程，其组成主要包括：可重用的零部件、可修补或改制的零部件、其材料可再生的零部件、不可再生的废弃物。在材料消耗的四个环节里，都要将废弃物减量化、资源化和无害化，或消灭于生产过程之中。不仅要实现生产过程的无污染或不污染，而且生产出来的产品在使用和最终报废处理过程中也不对环境造成危害。
4 结束语
绿色制造是现代工业企业发展和运行的一种新模式，也是人类社会可持续发展战略的重要组成部分。绿色制造中物能资源消耗过程研究，为最大限度地减少资源消耗和减轻环境污染指出了方向和途径。(end)
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(12/16/2005) |
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