实施绿色机械加工的基本程序与途径
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摘要:实施绿色机械加工是贯彻可持续发展战略在企业的具体体现。实施绿色机械加工的基本程序步骤为预审、评审、方案优选、方案实施和持续绿色机械加工。通过对整个机械加工过程进行评估,可找出企业内影响资源能源消耗、环境污染、生产效率等的瓶颈部位,从而优选出合理、可行的加工方案,实现绿色机械加工。实施绿色机械加工的主要途径为网络化、信息化和柔性化。

1 引言

20世纪60年代以来,随着世界经济飞速发展和人口爆炸性增长,地球环境加速恶化,资源日趋枯竭,生态环境受到严重破坏,危及到人类的生存和发展。制造业是全社会消耗资源、污染环境的一个重要方面,据统计,制造业每年约产生55亿吨无害废物和7亿吨有害废物,其污染物排放量占总量的70%以上。传统的环境治理方法主要采用过程末端治理(End of Pipe),但存在诸多弊端,如部门分割、增量发展、成本高昂、经济效益恶化、科技惰性等,难以从根本上实现环境保护与治理。为了从源头上治理环境污染,在宏观上必须遵循热力学第二定律,在中观上必须采用工业生态学原理,在微观上必须实施清洁生产和绿色制造。
据美国工业有害废物来源统计表明:金属加工业占工业有害废物来源的5%,在各污染源中名列第4位。传统机械加工的资源利用率不高,对环境污染严重,损害人体健康。因此,开发和应用绿色机械加工技术是企业贯彻可持续发展战略的必由之路。

2 绿色机械加工的内涵

在企业生产力构成中,制造技术的作用约占60%。作为制造业的基础环节,机械加工能否实现“绿色化”,对于实现绿色制造、清洁生产和可持续发展起着举足轻重的作用。绿色机械加工是在企业内部贯彻可持续发展战略和实施绿色制造的微观体现,它是在保证产品功能、质量的前提下,实现整个机械加工过程的优质、高效、低耗及清洁化,使企业效益与社会效益协调优化。实施绿色机械加工可提高资源利用率,降低对环境的危害和负面影响,改善机械加工时的人—机友善性,提高机械加工生产率,提高产品质量,降低制造成本,改善机械加工柔性,实现机械加工整体最优化。

图1 实施绿色机械加工的程序框图

3 实施绿色机械加工的基本程序

实施绿色机械加工通常有5个基本程序(见图1):预审→评审→方案优选→方案实施→持续绿色机械加工,其核心内容是机械加工过程评审和绿色机械加工方案优选两个基本环节。

4 绿色机械加工过程评审及方案优选

4.1 绿色机械加工过程评审

绿色机械加工过程评审是对机械加工过程的现状及废物流、能流等进行调查了解、诊断认识的过程。评审时,根据加工系统特点及其投入、产出关系,确定企业机械加工过程及加工系统中存在的“非绿色部位”。通过对机械加工过程及加工系统进行深入、客观的现状审核、分析研究以及对物料平衡和能流的分析,阐明机械加工过程及各加工单元的功能状态和特性,特别是有关加工过程中资源利用转化、能源物料消耗、废物产生排放的现状及差距。
在机械加工过程评审的基础上,针对系统中存在的差距,围绕机械加工过程中原材料投入、加工工艺及设备、生产运行管理、产品和废物内部循环等环节,对可能的节能、降耗、减污部位进行分析,寻找并确定可削减废物、提高能效、提高效率、降低成本等的潜在因素。这些可能因素包括:①原材料替代和复用(或综合利用):②实施技术革新,对工艺流程设备进行改造:③加强运行与维护管理:④调整产品结构,产品报废回用及再生。上述各因素仅表示对机械加工过程进行优化的一种可能性,是制定绿色机械加工方案时需要考虑的一个方面,因此并不等同于实施绿色机械加工的具体措施。

图2 绿色机械加工评价体系结构模型

4.2 绿色机械加工方案优选

绿色机械加工方案的优选是按照绿色机械加工评价方法,对加工方案的技术性、经济性和环境性进行评估。绿色机械加工评价体系的结构模型见图2。
机械加工方案的技术性主要包括加工时间、加工柔性和加工质量。加工时间是指产品加工时间要短,效率要高:加工质量是指加工过程中产品所能达到的精度:加工柔性是指加工系统适应外部和内部环境变化的能力,加工柔性越高越好。
机械加工方案的经济性包括硬件和软件两方面。硬件包括基础设施、设备、原材料、能耗、劳动力、切削液以及废物处理费用等:软件包括员工培训、保健费用以及各种应用软件。经济性是产品生产过程中必须考虑的重要因素,一个加工方案若不具备企业可接受的成本水平,就不具备实际可行性,从而不可能给企业带来效益。
机械加工方案的环境性主要包括节能、降耗、环保、劳保四方面内容。节能是指在生产过程中能源消耗最少:降耗是指在生产过程中资源利用率最高,废物排放量最小:环保是指在生产过程中产生的环境污染最小:劳保是指在生产过程中确保生产者安全,对人体健康损害最小。
根据对方案技术性、经济性、环境性的评估结果,即可推荐可具体实施的机械加工方案,要求所推选的方案与国内外同类方案相比具有先进性,并在本企业生产中具有适用性和可实施性,可获得显著的环境和经济效益。对于推荐方案应编制可行性分析报告,<
本文作者:江苏大学 裴宏杰 王贵成
原载:《组合机床与自动化加工技术》2009年第4期
上载于:2009-10-14 11:20:34

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