产品开发的绿色制造技术与发展趋势

作者：安徽理工大学 胡蓉 胡如夫

欢迎访问e展厅 展厅 2 工业设计/产品设计展厅 产品设计, 工业设计, 样件打样, 手板制作, 模型制作, ... 摘要：绿色制造是人类社会可持续发展战略在现代制造业中的体现，本文分析了实施绿色制造的主要关键技术，然后对绿色制造的发展趋势进行了展望。 关键词：绿色制造；关键技术；发展趋势 绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中，对环境的负影响最小，资源效率最高。制造业是社会发展的支柱产业，它的发展对一个国家的经济发展起着至关重要的作用。然而制造业在将制造资源转变为产品以及产品的使用和废弃后的处理过程中，却给环境带来了严重的污染。因此，现代制造业在充分考虑企业竞争力的T(Time)、Q(Quality)、C(Cost)、S(Service)的产品特性的同进，还必须考虑环境因素E(Environment)，而实施绿色制造可以使制造业在最大限度地利用资源的同时，最低限度地产生环境污染。本文将对实施绿色制造的关键技术进行分析，然后对绿色制造的发展趋势进行了展望。 1　实现绿色制造的关键技术 (1)绿色材料选择技术 绿色材料是指在满足一般功能要求的前提下，具有良好的环境兼容性的材料。绿色材料在制备、使用及用后处置等生命周期的各阶段，具有最大的资源利用率和最小的环境影响。选择绿色材料是实现绿色制造的前提和关键因素之一。绿色材料选择技术是一个系统性和综合性很强的复杂问题。一是绿色材料尚无明确界限，实际中选用很难处理。二是选用材料不能仅考虑其绿色性，还必须考虑产品的功能、质量、成本等多方面的要求，这些更增添了绿色材料选择的复杂性。绿色制造要求选择材料应考虑以下几个原则：①优先选用可再生材料，尽量选用回收材料，提高资源利用率，实现可持续发展；②尽量选用低能耗、少污染的材料；③尽量选择环境兼容性好的材料，避免选用有毒、有害和有辐射特性的材料。所用材料应易于再利用、回收、再制造或易于降解。 (2)绿色工艺规划技术 绿色工艺规划技术是指采用物料和能源消耗少、废弃物少，且环境污染小的工艺方案和工艺路线。绿色工艺的实现途径包括：①改变原材料投入，有用副产品的利用，回收产品的再利用以及对原材料的就地再利用，特别是在工艺过程中的循环利用；②改变生产工艺或制造技术，改善工艺控制，改造原有设备，将原材料消耗量、废物产生量、能源消耗、健康与安全风险以及生态的损坏减少到最低程度；③加强对自然资源使用以及空气、土壤、水体和废物排放的环境评价，根据环境负荷的相对尺度，确定其对人体健康、自然资源的影响评价。 (3)绿色包装技术 绿色包装技术就是从环境保护的角度优化产品包装方案，使得资源消耗和废弃物产生最少。绿色包装技术主要研究包装材料选择、改进包装结构和包装废弃物回收处理三个方面。 产品的各种包装材料占据了废弃物的很大一部分份额。包装材料的使用和废弃后的处置会给环境带来了极大的负担，尤其是一些难以回收和再利用的塑料和复合化工产品，只能焚烧或掩埋处理，有的降解周期可达上百年，给环境带来了极大的危害。因此，产品的包装应摒弃求新、求异的消费理念，简化包装，这样既可减少资源的浪费，又可减少环境的污染和废弃物后的处置费用。同时，产品包装应尽量选择无毒、无公害、可回收或易于降解的材料。对于产品包装结构的改善可通过改进产品结构设计来实现。已有研究表明，增加产品的内部结构强度，可减少54%的包装材料需求，并可降低62%的包装费用。 (4)绿色产品使用技术 对绿色产品使用的研究主要集中在延长产品的使用周期和减少使用中的能源浪费及环境污染。 延长产品生命周期可以最终减少产品报废后的各种处置工作，从而提高资源利用率，减少对环境的负面影响。要延长产品的生命周期，增加产品的可维护性是一个重要的方法，为此，必须在设计阶段就考虑产品的拆卸性，尤其是易损件的拆卸和维修。 面向节省能源的设计有利于减少产品使用中的能源浪费及环境污染。德国联邦环境署的研究表明德国家庭和办公室消耗的电力中，至少有11%是被处于待机方式的设备消耗掉。美国能源部估计，美国每年要为关机的电视机和录像机支付约10亿美元的电费。待机功耗已经引起了社会的广泛重视。因此在产品的设计阶段，对其使用造成的能源消耗问题应给予足够的重视。目前对家电类产品的待机功耗问题，人们已研究了新型开关电源和“绿色芯片”，它们以绿色设计为目标，可以使许多电源在转入闲置待机方式时功耗大大减少。 (5)面向回收和拆卸的设计 产品生命周期终结后，若不回收处理，将造成资源浪费并导致环境污染。产品的回收在其生命周期中占有重要的位置，正是通过各种回收策略，产品的生命周期形成了一个闭合的回路。寿命终了的产品最终通过回收又进入下一个生命周期的循环之中。可见回收是实现生态工业的先决条件，它在产品的绿色制造中扮演着重要的角色。评价产品回收处理方案设计主要考察三方面：效益最大化、重新利用的零部件尽可能多、废弃部分尽可能少。 ①回收处理方案设计。面向环境的产品回收处理是个系统工程，从产品设计开始就要充分考虑这个问题，并作系统分类处理。产品寿命终结后，可以有多种不同的处理方案，如再使用、再利用、废弃等，各种方案的处理成本和回收价值都不一橛，需要对各种方案进行分析与评估，确定出最佳的回收处理方案，从而以最少的成本代价，获得最高的回收价值。 ②面向拆卸的设计。拆卸是系统地从装配体上拆除其组成零部件的过程，并保证不对目标零部件造成损害。拆卸分为破坏性拆卸和非破坏性拆卸两种。目前对面向拆卸的设计的研究主要集中于非破坏性拆卸。拆卸是实现有效回收策略的重要手段。只有拆卸才能实现完全的材料回收和可能的零部件再利用。只有在产品设计的初始阶段就考虑报废后的拆卸问题，才能实现产品最终的高效回收。 2　绿色制造的发展趋势 (1)社会支撑系统将逐步形成 绿色制造需要全社会的共同努力和参与。绿色制造的社会支撑系统首先是立法和行政规定问题。利用相关法律和行政规定对绿色制造形成有力的支持，对相反行为做出适度惩罚。其次，政府可制定经济政策，用市场机制引导绿色制造的实施。如制定有效的资源价格政策，利用经济手段对不可再生资源的消耗严加控制等。 (2)全球化特征和趋势日益明显 制造业对环境的影响往往是超越空间的，保护地球是人类的共同责任。随着世界经济的一体化，绿色产品的市场竞争将在全球范围展开。近年来，许多国家对进口产品要进行绿色认证，特别是有些国家以保护本国环境为由，制定苛刻的产品环境指标来限制国外产品进入本国市场，即设置“绿色贸易壁垒”。绿色制造将为企业提高产品的绿色水平提供技术手段，为企业消除国际贸易壁垒进入国际市场提供有力的支撑。 (3)集成系统技术将有较大发展 要真正有效地实施绿色制造，必须从系统的角度和集成的角度来考虑和研究绿色制造中的有关问题。当前，产品和工艺设计与材料选择系统的集成、用户需求与产品使用的集成、绿色制造系统中的信息集成、绿色制造的过程集成等集成技术的研究已成为重要研究内容。 (4)绿色并行工程将成为绿色产品开发有效模式 绿色并行工程是现代绿色产品设计和开发的新模式。它以集成的、并行的方式设计产品及其生命周期全过程，力求使产品开发人员在设计开始就考虑到产品整个生命周期中从概念形成到产品报废处理的所有因素，如质量、成本、用户要求、环境影响、资源消耗状况等。 (5)人工智能支撑技术的应用 绿色制造的决定目标体系的优化是难以用一般数学方法处理的十分复杂的多目标优化问题，需要用人工智能方法来支撑处理。另外、绿色产品评估指标体系及评估专家系统，均需要人工智能和智能制造技术。因此，基于知识系统、模糊系统和神经网络等人工智能技术将在绿色制造中起到重要作用。 (6)绿色制造将导致一批新兴产业的形成 实施绿色制造，必然导致废弃物回收处理设备制造业、废弃物回收处理的服务产业以及绿色产品制造业的兴旺发展；另外，面向绿色制造的软件产业将逐步形成。企业实施绿色制造，需要大量实施工具和软件产品，如计算机绿色产品设计系统、绿色工艺规划系统、绿色创造决定系统、产品生产周期评估系统等，这些绿色制造工具的大量需求必将推动新兴绿色软件产业的形成与发展。 3　结束语 绿色制造强调不仅在产品的全生命周期各阶段对“绿色”的重视，更重要的是在设计、制造、销售、使用与废弃处理全过程中所有人都应有绿色意识：提高资源使用效率，减少对环境的污染。实施绿色制造是人类社会可持续发展战略在现代制造业中的体现。 参考文献 【1】汪劲松等.基于产品生命周期的绿色制造技术研究现状与望.计算机集成制造系统，1999.5(4)：1～8 【2】刘飞等.绿色制造的研究现状与发展趋势.中国机械工程，2000.11(1～2)：105～110 【3】薜丽霞等.绿色制造.机械设计，2000(10)：8～10 【4】陈继民等.绿色制造是传统制造业可持续发展的必由之路.水利电力机械，2000(2)：21～25(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (12/16/2004)