机械工程导论大作业.docx

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机械工程导论大作业

机电工程学院

专业导论

绿色制造的最新发展现状及趋势

专业：

机械工程

学号：

姓名：

任课教师：

**教授

2014年11月

摘要：

绿色制造技术在机械制造业中扮演了一个重要的角色自从它可以通过采用改进机械设备性能，使用新型的材料的途径而以更少的资源消耗和更高的效率来完成加工过程。

我国是世界上的机械制造的的大国，特别是在中国加入世贸组织之后，国外的许多机械零件制造任务都转到了中国工厂，这就使得工厂对于生产任务的质量和效率要求更高了。

面对全球资源和环境约束更趋强化的现实，中国更应该加强对保护资源的关注，找到一条绿色并且兼容的道路去适应现代世界的发展。

本文为读者提供了一个关于绿色制造技术的简要介绍，叙述了绿色制造技术在制造业中的应用。

并以现代机械制造的发展现状为基础，探讨了绿色制造的内涵，分析了现代机械制造中绿色制造的发展趋势。

从文章的描述可以看出，绿色制造技术自从研究以来发生了巨大的变化。

关于绿色制造研究依然有广大的发展空间，从而适应激烈的国际竞争和创造更加环保的世界的趋势。

关键词：

绿色制造技术，机械制造，效率，资源，环保，趋势。

Abstract:

Greenmanufacturingtechnologyplayanimportantroleinmechanicalmanufacturingsinceitenablestheprojecttobeprocessedwithlowerresourceandhigherefficiency,byimprovetheperformanceofmachinesandtheuseofnewtypesofmaterials.Chinaisanbigmachinemanufacturingcountryoftheworld,speciallyafterChinaenteredtheWTO,whichmakesworldMachine-buildingandprocessingmissionenteredChinese,askingformoreefficiency.Thefaceofglobalresourcesandenvironmentalconstraintsbecomemoreenhancedreality,Chinashouldpayfullattentiontoprotecttheresources,andfindagreenandcompatiblewaytoadaptthedevelopmentforthemodernworld.ThispaperiswrittentoprovidebriefintroductiontoGreenmanufacturingtechnologyandtheevolutionofGreenmanufacturingtechnologyusedinmanufacturingindustry.Andthenthearticletakethemodernmechanicalmanufacturedevelopmentpresentsituationasafoundationtodiscussthegreenmanufactureconnotationanditstrendinthefuture.Fromthedescribedinthispaper,itcanbeseenthatGreenmanufacturingtechnologyhasundergonevastdevelopmentsinceitsformulation.Therearestillmuchroomsforfurtherresearchtosuiteforthefiercecompetitionintheworldandthetrendofcreatingamoreenvironmentalworld.

Keywords:

greenmanufacturingtechnology;mechanicalmanufacturing;efficiency;resource;environmental.

1研究目的与意义

绿色制造技术（Greenmanufacturingtechnology）[1]是以绿色理念为指导，综合运用绿色设计，绿色工艺，绿色包装、绿色生产等为一体的科学技术，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生命周期中，对环境负面影响最小，资源利用率最高，并使企业经济效益和社会效益协调优化。

传统制造根据市场信息设计、生产和销售产品，而其余就考虑的较少。

绿色制造则通过绿色生产过程[2]（绿色设计、绿色材料、绿色设备、绿色工艺、绿色包装、绿色管理）生产出绿色产品，产品使用完以后再通过绿色处理加以回收利用。

采用绿色制造能最大程度的减少对环境的负面影响，同时使原材料和能源的利用效率达到最高。

与传统制造相比，绿色制造的优点在于它在为企业带来经济效益的同时，也带来了社会效益。

传统制造模式的特点是高能耗、高污染，如果仍然坚持这种粗放式的制造模式，势必造成人类社会的危机爆发，而绿色制造作为一种新的制造模式考虑了尽可能少地产生环境污染这一重大问题。

绿色制造与传统制造有本质的不同，绿色制造是以提高企业经济效益、社会效益和生态效益为目标，强调以人为本，集成各种先进技术和现代管理技术，实现企业经济效益，社会效益和生态效益的协调优化。

我国机械装备量大面广[3]。

以机床为例，总量世界第一，约700万台。

根据若每台机床额定功率平均为10kw算，则总功率约为7000万kw，是三峡电站总装机容量2250万kw的3倍多；因此，我国机械装备耗能总量惊人。

同时，大量统计调查表明：

机床能量利用率平均低于30％。

由于机械装备量大面广并且能量利用率很低，因此节能潜力和战略意义重大。

除能量消耗问题外，加工时所消耗的大量物料资源，包括原材料及辅料等也直接对应着大量的碳排放。

不只在机械制造领域，几乎所有的行业都面临越来越大的环境压力和资源压力，随着世界经济的不断发展，制造业的快速发展，人类在几十年的时间里消耗大量的资源，资源状况越来越紧张，给人类生存环境带来了极大破坏，各种污染事故、酸雨、沙尘暴、温室效应等问题接踵而来。

据统计，全球每年因生态系统破坏造成的经济损失可达2500亿美元。

进入21世纪，环境问题更加严峻。

为了适应人类社会可持续发展的要求，如何最大限度地利用资源和减少废弃物的产生，已成为世界各国共同关注的问题。

绿色制造技术的出现为人类解决和缓解这一系列资源和环境问题带来了可能，绿色制造具有广义的含义，它与环境保护和有效利用能源密切相关，是一个“大制造”的概念[4],是在产品寿命周期的每一个阶段全面地考虑资源和环境因素,即保护环境和资源优化利用，是实现最大程度的优化利用资源和减少环境污染的广义绿色制造过程。

做为一种先进制造模式，它强调在产品生命周期全过程中采取绿色措施，从而尽可能地减少产品在整个生命周期中对环境和人体健康的负面影响，提高资源和能源的利用率。

绿色制造技术在加工过程中能充分地考虑资源的利用以及环境保护等相关因素，这样就能实现资源的优化配置，减少环境的污染，同时还使得加工模式转变为清洁生产以及废弃物循环利用的发展模式，能根据市场的需求设计出高质量，低能耗的产品。

绿色机械制造技术的出现是现代工业发展的产物，同时也加快了机械制造的现代化进程，能有效地减少资源的浪费，绿色机械制造工艺技术应用新探索对可持续发展战略的实施具有重要意义[5]。

绿色制造技术的出现和发展无疑对人类社会具有重大的意义，绿色制造是解决目前全球出现的资源枯竭、环境污染、能源危机等众多问题的有效措施，是符合可持续发展的优良模式，绿色制造是一种综合考虑环境影响和资源效率的先进的现代制造模式，是实施制造业污染源头控制的关键途径，是可持续发展理念在制造业的体现，是制造业的发展趋势，是现代企业的必由之路[6]。

随着科技的进步和技术难题的克服，绿色制造技术一定会制造业带来新的活力，促进社会生产力的巨大发展，社会发展所面临的资源短缺问题，环境污染问题等一系列的重大问题一定会得到有效地缓解和解决，绿色制造技术将是制造业未来实现可持续发展的唯一途径，对人类社会的发展具有重大的意义。

2绿色制造的最新发展现状

1996年美国制造工程师学会（SME）发表的关于绿色制造的专门蓝皮书《GreenManufacturing》[7]比较系统地提出绿色制造的概念、内涵和主要内容。

1998年SME又在国际互联网上发表了绿色制造的发展趋势的网上主题报告,对绿色制造研究的重要性和有关问题又作了进一步的介绍。

近年来，随着全球资源环境承载力的大幅度下降，发展绿色制造也日渐成为现代制造业的一大发展趋势。

构成绿色制造内容的三大系统[8]

2.1基本理论和总体技术系统

绿色制造的基本理论体系和总体技术系统,包括从系统、全局和集成的角度,研究绿色制造的理论体系、共性关键技术和系统集成技术。

①绿色制造的理论体系。

包括绿色制造的资源属性、建模理论、运行特性、可持续发展战略、绿色制造的系统特性和集成特性等。

②绿色制造的体系结构和多生命周期工程。

包括绿色制造的目标体系、功能体系、过程体系、信息结构、运行模式等。

绿色制造涉及产品整个生命周期中的绿色性问题,其中大量资源如何循环使用或再生,又涉及产品多生命周期工程问题。

③绿色制造系统运行模式。

绿色制造系统将企业各项活动中的人、技术、经营管理、物能资源、生态环境,以及信息流、物料流、能量流和资金流有机集成,实现企业和生态环境的整体优化,达到产品上市快、质量高、成本低、服务好、利于环境并赢得竞争的目的。

绿色制造系统的集成运行模式涉及绿色设计、产品生命周期及其物流过程和相关环境等。

④绿色制造的物能资源系统。

包括建立绿色制造的物能资源系统、研究制造系统的物能资源消耗规律、面向环境的产品材料选择、物能资源的优化利用技术、面向产品生命周期和多生命周期的物流和能源的管理与控制等问题。

2.2绿色制造的专项技术系统

它包括:

①绿色设计技术。

是指在产品及其生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,优化各有关设计因素,使产品及其制造过程对环境的总体影响和资源消耗减到最小。

②绿色选料技术。

绿色选料是一个系统性和综合性很强的复杂问题。

卡奈基梅龙大学Rosy提出了基于成本分析的绿色产品选料方法,它将环境因素融入材料的选择过程,要求在满足工程和环境等需求的基础上,使零件成本最低。

③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。

④绿色包装技术。

是指从环境保护的角度优化产品包装方案,使资源消耗和废弃物产生最少。

大致分为包装材料、包装结构和包装废弃物回收处理3个方面。

当今世界主要工业国要求包装应贯彻减量化、回收再用、循环再生和可降解的原则。

⑤绿色处理技术。

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。

产品寿命终结后,可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不同,需要进行分析和评估,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,即进行绿色产品回收处理方案设计。

2.3绿色制造的关键技术

它包括:

①绿色制造的数据库和知识库。

为了满足绿色设计需求,必须建立相应的绿色设计数据库与知识库,为绿色设计、绿色选料、绿色工艺规划和回收处理方案设计提供数据支撑。

②环境影响评估系统。

评估系统要对产品生命周期中的资源消耗和环境影响的情况进行评估。

制造过程对环境的污染状况、程度等极其复杂。

如何测算和评估这些状况,如何评估绿色制造实施的状况和程度是一个十分复杂的问题。

③绿色管理模式和绿色供应链。

企业的经营和生产管理必须考虑资源消耗和环境影响及其相应的资源成本和环境处理成本,以提高企业的经济效益和环境效益。

其中,面向绿色制造的产品生命周期的绿色管理模式及其绿色供应链是重要研究内容。

④绿色制造的实施工具。

即绿色制造的支撑软件,包括计算机辅助绿色设计、绿色工艺规划系统、绿色制造的决策支持系统、ISO14000国际认证的支撑系统等。

国外绿色制造技术现状：

1996年，国际标准化组织正式颁布了ISO14000环境管理系列标准。

ISO14000系列标准不仅是一种先进的环境管理理念,而且也是机械制造业实施全球化战略的“绿色通行证”[9]。

绿色制造对未来机械制造业的可持续发展至关重要，因而已成为先进制造技术的主要内容和各国优先发展并支持的研究项目。

在美国、日本、加拿大、西欧等发达国家和地区已对此做了大量研究。

美国上世纪90年代初就建立国家再制造和回收中心以及再制造研究所；英格兰的巴斯大学和一家食品饮品研究中心合作开展了一项新的研究计划，寻求改进食品中使用的制袋成型—绿色填充和封口式包装工艺，以减少原材料的使用和垃圾的排放[10]；许多跨国公司如美国的通用公司的“零排放”电动车辆投入开发，Ford汽车公司最近也推出了“新能源2010”的概念车型；日本本田公司早已提出到2003年全面实施绿色制造的口号；印度烟草公司利用瑞士Metos开发的创新臭氧技术处理的绿色无元素氯技术制成了低污染绿色纸张[11]；德国西门子公司、大众公司，日本丰田、日立公司等也都制定了绿色制造的目标和措施，开展节能、降耗、产品生命周期评估、环境审核、绿色制造产品开发等具体工作。

2008年，特斯拉制造出第一辆采用锂离子电池的纯电动汽车，至今，该公司技术已日趋成熟。

2.4国内绿色制造技术现状

国内对绿色制造的研究始于20世纪90年代末。

宝钢股份有限公司从上世纪90年代末开始实施绿色制造，2004年加大投入实施绿色制造后，主营业务得到很大提高，在环境保护方面有了明显改善。

东北林业大学的李立青对电火花加工技术研究的发展趋势进行了分析，认为将“绿色制造”的理念和技术应用到电火花加工技术中，通过利用气体作为工作介质的“干式”加工，可以很好的解决传统的电火花成型加工中由于使用液体冷却或加工而造成的污染。

这样，气中电火花加工不会对操作人员的健康产生危害，而且也没有令人头痛的废物处理问题，尤其是使用的是资源丰富的空气，发展前景可观。

北京航空航天大学的严鲁涛对绿色切削中的微量润滑技术进行了分析并初步进行了实验，认为微量润滑剂术是一种有效的绿色制造技术，在润滑、除屑等方面具有突出的优势，此技术的应用可以避免传统切削液使用的种种弊端[12]。

为了北京奥运的需要，国内唯一一家应急燃气轮机发电机组的专业制造厂家—东安集团运用“绿色制造”的技术对集团内现有的以柴油为燃料的各种内燃机型应急发电设备进行改造，在产品的环保上做了大量工作，最大程度的降低噪音的排放，技术指标达到世界水平。

目前，在国内“服役”的东安燃机先后为上海APCE会议、“嫦娥奔月”发射等提供了优质的服务[13]。

我国国家自然科学基金会和国家“863”计划也资助了不少绿色制造方面的研究。

机械科学研究院已完成了国家科委“九五”攻关项目—清洁生产技术选择与数据库的建立、机械工业基金项目—绿色设计技术发展趋势及对策研究，并开展了国家自然科学基金项目“环境绿色技术评价体系的研究”；清华大学将绿色工程技术列为优先发展和支持的项目，在美国“ChinaBridge”基金和国家自然科学基金会的支持下对全生命周期建模等绿色设计理论和方法进行系统研究，已取得一定进展；上海交通大学针对汽车开展了可回收性绿色设计技术的研究，与Ford公司合作研究中国轿车的回收工程问题，并与法国柏林工程大学IWF研究所也建立了研究关系，在废弃工业品回收方面展开工作；重庆大学承担了国家自然科学基金和国家863/CIMS主题资助的关于绿色制造技术的研究项目,主要研究可持续发展CMS（S-CMS）的体系结构研究、清洁化生产系统和体系结构及实施策略、清洁化生产管理信息等。

山东大学海信研究院承担的国家“十一五”科技支撑项目—绿色制造与装备关键技术高光无熔痕绿色注塑新技术及其成套工艺与装备研究专向近日取得重要进展[14]。

华中理工大学、浙江大学、北京航空航天大学等高校也展开了绿色制造技术的研究。

这些研究为我国发展绿色制造技术奠定了坚实的基础。

3绿色制造的最新发展趋势

3.1绿色制造的产生与发展

绿色制造有关内容可以追溯到20世纪80年代，但比较系统地提出绿色制造的概念、内涵和主要内容的文献是美国制造工程师学会于1996年发表的关于绿色制造的蓝皮书“GreenManufacturing”。

近年来，围绕制造系统或制造过程中的环境问题，以提出了一系列与绿色制造相似、相近和相关的概念，如环境意识制造（EnvironmentallyConsciousManufacturing）、面向环境的制造（ManufacturingForEnvironment）生态意识制造（ecologicallyconsciousmanufacturing）等。

目前这些观念有逐渐趋同的倾向，差异越来越小。

发达国家和国际组织纷纷制定、倡导和出台了很多与绿色制造相关的立法、标准等，如ISO14001环境管理标准体系、OHSAS18001职业健康与安全管理标准体系、欧盟的RoHS和WEEE指令以及德国“蓝色天使”、美国“能源之星”等产品环境认证标志等。

日本先后通过了《促进建立循环型社会基本法》、《促进资源有效利用法》、《固体废弃物管理和公共清洁法》以及《家用电器回收法》、《建筑材料回收法》、《绿色采购法》等。

这些立法、标准等对产品质量，特别是节能、无毒无害、低排放和可回收等与绿色制造技术相关方面提出了严格的限制，逐渐形成了国际贸易之间的绿色壁垒。

但从另一方面看，国际贸易壁垒的形成将“绿色”的概念融入到贸易中，将极大的推动绿色产品和绿色制造技术的研究与应用。

许多高校也纷纷成立以绿色制造技术为研究方向的研究机构，如加州大学伯克利分校绿色设计与制造联盟（ConsortiumonGreenDesignandManufacturing）[15],由美国亚利桑大学牵头麻省理工学院、斯坦福大学、加州大学伯克利分校成立NSF/SRC环境友好半导体制造工程技术中心[16]，英国可持续中心CfSD（TheCenterforSustainableDesign）[17]，德国斯图加特大学生命周期国内工程学院（DepartmentofLifeCycleEngineering）[18]等。

还召开了不少以绿色制造技术为主要议题的国际学术会议。

欧洲、日本、美国等发达国家和地区的一些企业，特别是一些跨国公司制定了绿色制造实施目标和措施，开展节能、降耗、产品生命周期评估、环境审核、绿色产品开发等具体工具。

在松下、索尼、IBM、丰田等多家跨国公司赞助下，国际电子电气工程师协会（IEEE）和日本生态设计（Eco-Design）协会联合发起的环境意识设计与逆向制造国际研讨会迄今已成功举办了七届，对环境意识制造和逆向制造技术展开了讨论。

特别是近年来，随着ISO14000环境管理体系系列标准、OHSAS18000职业健康和安全卫生标准系列、绿色产品标志认证等的颁布，企业管理和绿色制造的研究更加活跃。

环境保护和绿色制造研究形成的巨大浪潮，正在全球企业界悄然兴起。

近年来我国政府也比较重视绿色制造方面的研究，国家“九五”以来，科学技术部围绕绿色制造部署了相关研究方向和课题，如国家863计划、国家自然科学基金都资助了不少绿色制造方面的研究课题，并在“十一五”期间组织实施了科技支撑计划“绿色制造关键技术与装备”重大项目，突破了一批绿色制造共性关键技术，研制了一批绿色新产品、新工艺、新装备，制定了一批绿色制造技术标准规范，面向汽车、机械、家电、建材等行业开展了应用示范，在废旧家电与电子产品拆卸与资源化、装备在制造产业所取得的初步示范效果，促进了传统产业资源节约和环境友好的提升。

国家在“十二五”初期制定并出台了《绿色制造科技发展“十二五”专项规划》，旨在深入贯彻落实科学发展观，加快实施《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006~2020年）》、《国民经济和社会发展第十二个五年规划》以及具体落实《国家十二五科学和技术发展规划》提出的重点任务将为建设资源节约型、环境友好型社会及促进产业结构调整和发展方式转变发挥重要的支撑作用。

目前包括重庆大学、清华大学、中国人民解放军装甲兵工程学院、合肥工业大学等在内的许多科研单位都进行了这方面的研究如重庆大学制造工程研究所从20世纪90年代中期开始从事绿色制造方面的研究，系统地提出了绿色制造的定义、内涵，提出了机床在制造的技术体系、规范流程并进行了产业化应用示范[19]。

清华大学于2001年在政府、学校和企业多方资助下，成立了清华至卓绿色制造研发中心，主要从事机电产品绿色设计、线路板的回收、产品生命周期评估，以及机电产品的拆卸回收处理等方面的研究。

中国人民解放军装甲兵工程学院成立了装备在制造技术国防科技重点实验室，主要从事装备在制造技术领域的基础应用研究，以解决装备延寿、在制造以及战场应急抢修等重大课题中的关键技术难题[20]。

合肥工业大学绿色设计和制造工程研究所主要从事绿色设计理论与方法、废旧产品回收理论与方法、绿色供应链、机电产品拆卸与分析、废旧产品回收管理信息系统等方面的研究。

国内的一些企业也开始注重绿色制造方面的研究[21]。

如今富强动力有限公司与装甲兵工程学院积极合作开展汽车发动机在制造技术的研究与应用；重庆机床厂与重庆大学在绿色滚齿机床设计和面向绿色制造工艺规划方法方面积极合作，并成功开发了面向绿色制造的系列滚齿机以及面向绿色制造的工艺规划系统；至卓飞高线板有限公司在绿色制造方面与清华大学合作，积极开展线路板回收方面的技术研究；美菱公司与合肥工业大学在家电产品绿色设计方法及废旧塑料与发泡料的回收再利用方面进行了卓有成效的合作。

3.2绿色制造的国内外研究现状总结

国内外绿色制造相关领域的研究现状表明：

绿色制造已经在国内外得到了广泛的认可和重视，不管是在美国、欧洲、美国等发达国家和地区还是在中国等发展中国家和地区，绿色制造和研究的工作已经大量开展，并且得到了产业界的响应。

但是，目前绿色制造研究和实施仍处于初级阶段，现有研究虽然分别涉及了绿色设计技术、绿色工艺技术、绿色回收处理技术、绿色在制造技术等，但仍然比就分散，而且不够深入，还没有形成系统的和具有实际价值的绿色制造系统实施技术。

此外，目前关于绿色制造单项技术，如干切削技术、汽车发动机再制造技术等应用已有报道，但几乎没有面向车间、企业或产业链方面的绿色制造技术的系统应用，我国制造企业在绿色制造技术系统应用和实施方面缺乏运行模式方面的参考以及成功经验。

4绿色制造综述

4.1绿色制造技术基本含义

绿色制造技术，顾名思义，是以绿色理念为指导，综合运用绿色设计、绿色工艺、绿色包装、绿色生产等为一体的科学技术，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生命周期中，对环境负面影响最小，资源利用率最高，并使企业经济效益和社会效益协调优化的一种技术。

当前，随着科学技术与工业科技的发展，环境污染形势也越加严峻，环境问题也逐渐引起了大多数人们的关注，并列入世界议事日程。

传统的制造业已不符合现阶段可持续发展战略的需求，推行绿色制造技术，发展相关的绿色材料、绿色能源和绿色设计技术成为刻不容缓的发展模式。

并且，随着人们环境保护意识的增强，不推行绿色制造技术和不生产绿色产品的企业，都将会在激烈地