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先进制造技术,绿色设计与制造,机械工程学院 袁光明,先进制造技术绿色设计与制造,主要内容 绿色产品概念 绿色回收 拆卸 面向回收的设计准则 拆卸种类 面向拆卸回收的设计研究现状 再制造 绿色处置 人机工程学,先进制造技术绿色设计与制造,中国政法大学教授、博士生导师江平认为，企业和企业家履行社会责任应该做到四个“不”，即“不给社会添灾难”、“不给消费者添麻烦”、“不要忘记弱势群体”、“不要让改革倒退” 。 20世纪最槽糕的发明：塑料袋。 社会责任国际标准，其宗旨是确保供应商所供应的商品符合社会责任的要求。具体内容主要包括：商品和服务生产过程中未使用童工和强制劳动力；工人报酬合理、工作条件良好、工厂有完善的卫生和安全规定等。 “我是一个商人，我不应该考虑穷人。投资者让我去赚钱，而不是救济穷人。” 狂言迭出的任志强让人们开始指责中国精英阶层对社会责任的淡漠。,先进制造技术绿色设计与制造,绿色产品(Green Product) 在使用和处置过程中能减轻负担的产品。 绿色产品设计 面向不损害产品质量、功能及其制作过程的、能与环境相容的设计。,先进制造技术绿色设计与制造,绿色回收 回收是实现生态工业的先决条件。它在绿色制造中扮演着重要角色。面向回收的设计DFR (Design for Recycling)正在引起人们的高度重视。 产品的一般回收策略可分为使用中的回收和使用后的回收两类。他们包括：继续使用(Reusing)、重新使用(Using on)、继续利用(Reutilization)和重新利用(Utilization)。如下表所示。,先进制造技术绿色设计与制造,先进制造技术绿色设计与制造,拆卸 拆卸作为实现有效回收策略的重要手段，他不仅有助于实现材料的回收，而且有助于零部件的重用和再制造。,先进制造技术绿色设计与制造,拆卸是绿色回收的关键技术 拆卸是实现有效回收的重要手段。只有拆卸才能实现材料回收和可能的零部件再利用。而只有在产品设计初始阶段就将报废后拆卸问题考虑进来，才能实现产品最终高效回收。 主要技术是拆卸优化问题：顺序、深度、方法、路径等。 下表是一些通用的DFR设计准则。,先进制造技术绿色设计与制造,先进制造技术绿色设计与制造,从拆卸方法看，可以将拆卸分为三种 破坏性拆卸 (Destructive Disassembly) 部分破坏性拆卸 (Partial Destructive Disassembly) 非破坏性拆卸 (Non-Destructive Disassembly) 从拆卸程度看，拆卸可以分为两种 完全拆卸 (Complete Disassembly) 局部拆卸 (Partial Disassembly),先进制造技术绿色设计与制造,先进制造技术绿色设计与制造,许多产品的可拆卸性不好 1.产品不易于拆卸和回收 (1)连接方式不易拆卸 (2)材料多样性 (3)产品结构设计只考虑制造和装配要求 2.产品在使用阶段发生了变化 3.缺乏完整的产品拆卸信息,先进制造技术绿色设计与制造,先进制造技术绿色设计与制造,易于装配的结构不一定易于拆卸； 拆卸时产品各个零部件所处的状态有较大的随机性，需要用数理统计的方法解决，并且需要能够对不同状态的产品组进行不同的拆卸方案分析； 拆卸时目标零件不确定，拆卸深度和拆卸工艺路线也不确定； 目前拆卸过程基本还处于手工拆卸阶段，拆卸工艺缺乏必要的标准和描述方法； 拆卸问题的解决中，需要考虑组成零件的毒性、材料兼容性、标签的处理等影响产品回收性能的因素。,先进制造技术绿色设计与制造,面向拆卸回收的设计优点 减少可回收零件和材料重用所需的工作量； 产品结构模块化、标准化、通用化，使产品具有较大的可预测性； 拆卸分离操作简单，易于手工或自动处理； 回收材料及残余废弃物易于分类和后处理。,先进制造技术绿色设计与制造,面向拆卸回收的设计研究现状 1.收集DFD&R的有关知识、经验，并进行分类整理，最后归纳为各种拆卸设计准则，供设计人员在设计过程中参考； 2.可拆卸性的量化评估：对产品拆卸回收的各种影响因素进行分析评价，最终得到一个多目标决策系统； 3.新的DFD&R方法和工具：提供能够描述拆卸回收的模型，并且进一步开发与CAD设计集成的专家系统。,先进制造技术绿色设计与制造,再利用/回收/处理,拆卸/装配,环境总目标,材料选择,可维修性能,材料兼容性,材料分类 特殊处理,材料特性,材料兼容性,毒性,零部件分离,回收方法,产品寿命,危险材料处理,法律法规,地方,国家,设备要素,人的因素,环境要素,修理,可靠性,故障率,平均修理时间,费用,复杂性,特殊要求,紧固类型,紧固件数,拆卸工具,零部件数量,标准时间,拆卸能量,拆卸方向,拆卸路径,几何约束,拆卸回收目标评价体系图,先进制造技术绿色设计与制造,总处置成本 ,拆卸成本 ,收集成本,成 本,时间,考虑拆卸时的处置总成本,废物处置成本 减回收利润 ,先进制造技术绿色设计与制造,有介质约束,拆卸约束关系,无介质约束,螺栓,锥面,焊接,螺钉,卡扣,过盈,粘结,铆接,简单接触关系,配合关系,过渡,间隙,螺纹,点接触,线接触,面贴合,拆卸约束关系分类,连接元件,使用条件 使用地点影响,先进制造技术绿色设计与制造,拆卸工艺制定步骤,给定产品组,潜在危险,产品装配分析,产品分析,拆卸过程计划与策略,潜在价值,再生重用可能性,现有回收再利用技术,产品结构层次,装配顺序,意外变化（指材料变性等）,产品使用方式 与影响分析,非破坏性拆卸、部分破坏性拆卸、破坏性拆卸,决定拆卸策略,先进制造技术绿色设计与制造,系 统 总 控 模 块,来自CAD的设计信息,产品使用过程的信息,面向设计的DFD&R系统,研究对象组成结构分析,建立拆卸模型,拆卸过程分析评价,拆卸过程模拟,反馈给CAD系统或 输出产品拆卸工艺文件,产品面向拆卸回收的设计系统框图,面向拆卸的DFD&R系统,来自CAD的设计信息,各零部件的约束关系图,拆卸可能性分析 拆卸路径分析 拆卸过程分析,拆卸经济分析,基于分析结果的仿真,先进制造技术绿色设计与制造,再制造 再制造工程是一个统筹考虑产品部件全生命周期管理的系统工程，是利用原有零件并采用再制造成型技术（包括高新表面工程技术及其它加工技术），使零部件恢复尺寸、形状和性能，形成再制造产品。 主要包括在新产品上重新使用经过再制造的旧部件，以及在产品的长期使用过程中对部件的性能、可靠性和寿命等通过再制造加以恢复和提高，从而使产品或设备在对环境污染最小，资源利用率高，投入费用最小的情况下重新达到最佳的性能要求。 再制造工程被认为是先进制造技术的补充和发展，是21世纪极具潜力的新型产业。,先进制造技术绿色设计与制造,再制造与维修、回收的区别,产品设计,制造,使用,原材料 能源,维修否,报废,否,是,维修,再 使 用,再 制造,再 循环,环保处理,机电产品生命周期过程简图,先进制造技术绿色设计与制造,一个典型的再制造产品是坦克的行星框架。制造一个行星框架的毛坯质量为71.3kg，而零件质量只有19.5kg，价格1200元，使用寿命6000km，再制造一个行星框架只需要消耗铁基合金药末0.25kg，费用只有新品的1/10。而使用寿命可以延长一倍，达12000km，节约材料率为99.65%。,先进制造技术绿色设计与制造,再制造过程,产 品 清 洗,目标对象拆卸,目标对象清洗,目标对象检测,再制造零部件分类,再制造技术选择,检验,再制造,先进制造技术绿色设计与制造,废旧机件常用再制造技术分类,废旧机件,清洗,火焰丝材法,火焰粉末法,电弧丝材法,部分更换法,等离子喷涂,超音速喷涂,有机粘接,无机粘接,堆焊,焊补,电低温镀铁,电镀金属及合金,电刷镀,低真空熔敷,激光熔敷,选择性激光熔敷,校正,涨缩片法,镦粗,修理尺寸法,换位法,镶套法,手工堆焊,机加工修理法,喷涂法,粘修法,焊修法,电镀法,熔敷法,塑性变形法,振动堆焊,埋弧堆焊,铝合金,铸铁,喷焊,钢,先进制造技术绿色设计与制造,先进制造技术绿色设计与制造,绿色处置 焚烧(余热的利用发电、供暖) 掩埋(垃圾无害化处理、生物降解技术) 二恶英事件 1999年，比利时、荷兰、法国、德国相继发生因二恶英污染导致畜禽类产品及乳制品含高浓度二恶英的事件。我国卫生部等部门随即要求各地暂停从这些国家进口乳制品、畜禽类制品（包括原料、半成品），已进口的有关产品一律封存，暂停销售。 二恶英事件使当年比利时蒙受了巨大的经济损失，上半年的统计表明，这一事件造成的直接损失达3.55亿欧元，如果加上与此关联的食品工业，损失超过10亿欧元。 据中国预防医学科学院有关专家介绍，二恶英是一种有毒的含氯化合物，是目前世界已知的有毒化合物中毒性最强的。它的致癌性极强，还可引起严重的皮肤病和伤及胎儿。人体微量摄入二恶英不会立即引起病变，但摄入后却不易排出。如长期食用含二恶英的食品，这种有毒成分会蓄积，最终可能致癌或引起慢性病。二恶英的主要污染源包括城市垃圾焚烧、含氯化学工业、食品包装材料等，90以上的人体二恶英接触来源于食品。 海洋污染事件，等等,先进制造技术绿色设计与制造,人机工程学 绿色设计与制造在强调产品生命周期过程中对生态环境保护的同时，还强调对人的保护。所谓对人的保护，主要指在产品的整个生命过程考虑如何确保为生产者和使用者提供舒适宜人的作业环境和安全可靠、操作性好的产品。 人机工程学的研究对象是人、机、工作环境的相互关系。 人机工程学研究的目的是如何达到安全、健康、舒适和工作效率的最优化。,先进制造技术绿色设计与制造,现代人机工程学的发展特点 不同于传统人机工程学研究中着眼于选择和训练特定的人，使之适应于工作要求； 现代人机工程学着眼于机械装备的设计，使机器的操作不越出人类的能力界限之外； 密切与实际应用相结合，通过严密计划设定的广泛试验性研究，尽可能利用所掌握的基本原理，进行具体的机械装备设计； 力求使实验心里学、生理学、功能解剖学等学科的专家与物理、数学、工程学方面的研究人员共同努力、密切合作。,先进制造技术绿色设计与制造,人机工程学的研究内容 人