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实行机械产品制造过程低碳化转型的分析与研究

2011-11-09 17:11 来源:农业 人参与在线咨询

摘  要:结合我国制造业的发展状况,提出了大力发展低碳经济与低碳制造的新思路。针对实行机械产品制造过程低碳化转型的社会需求,全面系统地从低碳设计、低碳选材、低碳工艺技术、低碳管理、低碳后处理及再制造等五个方面说明了实行低碳化转型过程与方法,本文对制造业低碳化的进程具有一定的推动作用。
关键词:机械产品  低碳制造  低碳化转型
    引言
    进入21世纪以来,我国制造业以25%的年平均增长速度迅猛发展,使制造业增加值占GDP三分之一左右[1-2]。在取得卓越成就的同时,我国制造业仍存在诸多问题,其中产业结构处于高能耗期、能耗强度和能源效率不高、节能技术不够成熟尤为突出,这与我国当前的传统能源依存程度高、节能减排技术偏低、能源利用率低、生产过程管理漏洞较多等现象密不可分。据中科院调查显示,我国能源利用率仅为美国的26.9%、日本的11.5%。“十二五”规划提到,坚持把经济结构战略性调整作为加快转型经济发展方式的主攻方向。2009年11月26日,我国政府正式向外宣布控制温室气体的排放目标,决定到2020年单位生产总值二氧化碳排放相对2005年下降40%—50%[3]。这样,在国内外高度重视能耗问题的大环境下,伴随我国制造业节能减排、可持续发展等观念逐步加强。作为中国能源消耗大户的机械制造业,迫切需求一种降低机械产品制造过程中排放的新制造模式来贯穿整个生产制造过程——机械产品制造过程低碳化模式。它是机械制造业紧跟国际低碳制造浪潮,满足可持续发展要求必经之路。
    一、实行低碳化转型的体系结构
    机械产品生产过程从狭义理解是指从原材料投入到成品出产的全过程,通常包括工艺过程、检验过程、运输过程、等待停歇过程和自然过程。从广义理解是企业范围内全部生产活动协调配合的运行过程,除上述过程外还包括原材料投入之前的设计、购买、产品出厂后的售后服务等。要实行机械产品制造过程低碳化必须从其各个环节入手。
    二、低碳设计
    低碳设计以高效率利用资源为出发点,使产品制造过程的不良影响降到最小,其面向对象由传统的人、仅注重功能属性、忽略对环境的影响上升到集产品性能、功能、质量、寿命、成本、环境于一体的现代设计方法和理念,使低碳设计贯穿于产品的构思、选材、制造、使用、报废和回收利用等过程。实现从“摇篮到再现”的循环[4]。其特点主要有:⑴体现低碳设计理念,设计者利用创造原理,充分发挥创新思维,建立在低碳设计理论之上;(2)面对产品生命周期设计,分析在设计,生产使用,再利用等过程对环境影响;(3)强调创造原理和程序化思考;(4)超前性,先进性和综合性,从不同角度突出低碳设计的优越性,有助于缩短新产品开发周期,提升企业竞争力,形成新的设计方法和思路[7]。
    2.1低碳设计方法
    ⑴逆向设计法 相对正向设计而言,其设计基础是采用逆向思维利用事物对立面,从产品的原理、大小和属性进行逆向设计的创新方法。①简化产品的结构和拆卸过程。如减少零部件和紧固件数量,采用易于拆卸的连接方式。②极小化产品体积、质量和极大化采用新原理、新技术和新材料。如使产品轻、薄、短小化,材料少,结构简单,可靠性高,寿命长等。③提高废旧产品回收利用率,如对全塑汽车的回收利用。
    ⑵生命周期设计法 是指从原料生产、产品生产,经过包装、运输、销售、使用至回收利用及处理所涉及各个阶段的总和。以预防污染、节约资源为核心,把环境与资源效益分析方法应用到产品设计中,实现机械产品功能性、成本性和环境性相协调,确保环境效益与经济效益最佳。
    ⑶并行工程设计法 集计算机辅助设计、生产制造、管理和质量保证等为一体,实现信息集成、信息共享和过程集成,是实行机械产品低碳设计的新模式和新方法,综合考虑设计中的各方面因素,随时在设计环节进行信息交流和反馈,实现闭环式设计过程多因素、多目标的全局最优化[5]。
    ⑷虚拟设计法 采用计算机技术生成具有视、听、触等多种感知的人工媒体空间,也称人工虚拟环境。利用虚拟观察技术可分析现阶段工作,并预测对下一阶段的影响,以便设计人员及时了解机械产品的三维建模及加工装配过程。使产品设计从三维到二维转化,提高产品设计精度,减少制造过程中不必要的材料浪费,对提高产品加工速度和保证其质量具有重要意义。
    2.2低碳设计原则
    ⑴资源利用最佳原则 在选用资源时,从可持续发展观念出发,充分考虑资源的再生能力及跨时段配置问题,不能因资源不合理选用而加剧枯竭危机;设计时,最大化的利用产品在整个生命周期内所使用的资源。
    ⑵能耗、污染最小原则 选用能源类型时,尽可能选用能代替汽油等不可再生的二次能源,优先考虑太阳能、风能等可再生的清洁能源;设计时,力求降低产品在整个生命周期中的能源消耗和因转化为震动、噪音、热辐射等的能源浪费,遵循“预防为主,治理为辅”的低碳设计理念及环保策略。
    ⑶生态经济效益最佳原则 在考虑产品所创造的经济效益同时,还需从可持续发展观点出发,考虑其行为对生态和社会所造成的损失,从而取得最佳的生态经济效益。
    三、低碳选材
    低碳材料是指在继承传统意义上的具有良好使用性能和经济性基础上,对资源和能源消耗少,生态环境污染少,可再生或可降解率高,保证产品在制造的生命周期内与环境协调共存的新型材料。其主要特征有:具有良好的使用性能,使用的舒适性和绿色特征。这样,充分考虑材料的研究,应用和环保,资源,能源与发展之间的平衡协调,实现可持续发展。
    选材的低碳化应考虑以下内容:首先,优先选用可再生、可循环利用、可降解和易回收的材料;其次,优先选用以低碳环保、节约能源和环境兼容性好为基础的材料,从而提高能源资源利用率,节约能源资源;再次,优先选用低能耗,无或少污染、无毒无害和无辐射的材料,尽可能减少产品对环境的破环。此外,还应少用短缺或稀有原材料,尽量多用废材、余料或回收材料以及新型材料[6]。

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