绿色制造工艺要素规划及其在连杆加工上的应用--优秀毕业论文.pdfVIP

分类号 分类号 td745td745密密级 级 公公开开 u d cu d c 单位代码 单位代码 1042410424 工工 程程 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 绿色制造工艺要素规划及其在连杆加绿色制造工艺要素规划及其在连杆加 工上的应用工上的应用 孙涛孙涛 申请学位级别申请学位级别 硕士学位硕士学位专业专业名名称 称 机械工程机械工程 指导教师姓名指导教师姓名 史大光史大光职职称 称 教教 授授 副指导教师姓名 副指导教师姓名 杨中发杨中发职职称 称 高级工程师高级工程师 山山 东东 科科 技技 大大 学学 二零零六年五月二零零六年五月 论文题目 论文题目 绿色制造工艺要素规划及其在连杆加工上绿色制造工艺要素规划及其在连杆加工上 的应用的应用 作者姓名 作者姓名 孙涛入学时间 入学时间 2003年9月 专业名称 机械工程研究方向 研究方向 机械制造及自动化 指导教师 指导教师 史大光 王宝仁职职称 称 教授 副教授 副指导教师 副指导教师 杨中发职职称 称 高级工程师 论文提交日期 论文提交日期 2006 年 5 月 论文答辩日期 论文答辩日期 2006 年 6 月日 授予学位日期 授予学位日期 the plan of green manufacturing process elements and its applications on connecting rod processing adissertation submitted in fulfillment of the requirements of the degree of master of philosophy from shandong university of science and technology by suntao supervisor professor si daguang college of natural resources and environmental engineering may 2006 声声明明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文 除了所列参考文献和世所本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文 除了所列参考文献和世所公公 认的文献外 全部是本人在导师指导下的研究成果 该论文资料尚没有呈交于认的文献外 全部是本人在导师指导下的研究成果 该论文资料尚没有呈交于 其它任何学术机关作鉴定 其它任何学术机关作鉴定 硕士生签名 硕士生签名 日日期 期 affirmationaffirmation i i declaredeclare thatthat thisthis dissertationdissertation submittedsubmitted inin fulfillmentfulfillment ofof thethe requirementsrequirements forfor thethe awardaward ofof mastermaster ofof philosophyphilosophy inin shandongshandong universityuniversity ofof sciencescience andand technologytechnology isis whollywholly mymy ownown workwork unlessunless referencedreferenced ofof acknowledgeacknowledge thethe documentdocument hashas notnot beenbeen submitsubmittedted forfor qualificationqualification atat anyany otherother academicacademic instituteinstitute signature signature date date 山东科技大学硕士学位论文摘 要 i 摘摘要要 绿色制造是综合考虑环境影响和资源消耗等因素的现代制造模式 目标是在产品设 计 制造 包装 运输 使用 直到报废处理的整个生命周期中 使其对环境的负面影 响极小 资源利用率极高 并使企业经济效益和社会效益协调优化 国内外专家的研究 普遍认为 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 对制造业 国 民经济和国防安全有着重要的作用 面向绿色制造的工艺规划问题 即产品加工过程中 的废物流及其影响问题是绿色制造中急需解决的关键技术之一 受到了各国研究机构 高校以及政府部门的高度重视 本文在比较全面地了解绿色制造以及面向绿色制造工艺规划等问题的国内外研究现 状的基础上 从绿色制造工艺要素规划的研究开始 对绿色制造工艺规划策略及其实现 方法 绿色制造工艺要素规划技术 绿色制造工艺要素规划绿色性评价技术进行了较为 系统的研究 并在发动机连杆的加工工艺设计中进行了应用性研究 具体研究内容包括 以下几个方面 1 通过对绿色制造工艺规划的内涵特点进行分析与总结 建立了绿色制造工艺规 划的多目标优化决策总体模型 并对该模型进行分解 建立了绿色制造工艺规划的模型 集 提出了一种基于模型集的绿色制造工艺规划策略 2 对绿色制造工艺规划中的工艺要素规划问题进行了详细的研究 分别对机床设 备选择 刀具选择和切削液选择等问题提出了规划的目标体系 包括加工时间 t 加工 质量 q 加工成本 c 资源消耗 r 环境影响 e 五个目标 建立了相应的多目标优化模 型 3 基于对绿色制造工艺的资源消耗和环境影响指标的分析 提出了绿色制造工艺 要素的环境影响过程模型 并建立了绿色制造工艺要素资源消耗和环境影响的清单分析 表格 对绿色制造工艺要素的资源消耗和环境影响指标的量化方法进行了研究 4 基于模糊评判模型 采用层次分析法对发动机连杆制造工艺方案选择的绿色性 进行了评价和优化 并对优化方案的优越性和产业化前景进行了分析 关键词关键词 绿色制造资源环境评价工艺规划工艺要素多目标优化 山东科技大学硕士学位论文摘 要 ii abstractabstract green manufacturing gm is a modern manufacturing strategy integrating alltheissuesofmanufacturingconsideringthefactorssuchas environmental impact and resources consumption and so on its ultimate goal is to reduce and minimize environmental impact and resources consumption during the life cycle of the product which includes design production package transportation use and disposal furthermore it will optimize the economic benefits and social ones of enterprises the domestic and foreign experts generally believe that green manufacturing is an embodiment of human society sustainable developmental strategy in modern manufacturing industry and it will have the vital role in the manufacturing industry the national economyandthenationaldefensesafety greenmanufacturingprocess planning gmpp is one of the key technologies of gm which deals with waste flows in the product processing and its influence problem it has been paid great attention to by the research organizations of various countries the universities as well as the government departments based on the research actuality inside and outside our country of green manufacturing and green manufacturing process planning the strategy and implementation technique of green manufacturing process planning will be researched in depth moreover the technologies of process element planning and its assessment will be and also its application on the design of manufacturing process of engine connecting rod will be researched there are concrete research contents as followings 1 basedontheanalysisandconclusionoftheconnotationand characteristic of green manufacturing process planning the optimal multi objective decision making models are set up the decision making problem of green manufacturing process planning can be decomposed into a serial of sub models and a new green manufacturing process planning strategy based on the model set is put forward 山东科技大学硕士学位论文摘 要 iii 2 anexhaustivestudyonthegreenmanufacturingprocesselement planning has been made in view of the selection problem such as machine tool and fluid of green manufacturing process element the objective sets of the planning problem are put forward which include five decision making objective factors time t quality q cost c environmental impact e resourceconsumption r andthecorrespondingmulti objectivedecision making models are developed 3 on the basis of the analysis of the indexes system of the resource consumption and environmental impact of green manufacturing process the environmental impact frameworkof green manufacturing process element is proposed moreover thequantizationmethodofthatisstudiedthrough establishing the detailed list table for the description and evaluation of resourceconsumptionandenvironmentalimpactofgreenmanufacturing process 4 based on the fuzzy evaluation model the green manufacturing process methods of engine connecting rod have been evaluated and optimized by means oftheanalysisofseriesstructureandthesuperiorityand industrialization foreground of that is analyzed keywordskeywords greenmanufacturingresourceandenvironmentalevaluation processplanningprocesselementmulti objective 山东科技大学硕士学位论文目录 iv 目录目录 1 1 绪绪论论 1 1 1 1 课题的目的和意义 1 1 2 课题的国内外研究现状 2 1 3 本文研究的主要内容与结构 10 2 2 绿色工艺规划的决策目标体系及决策模型研究绿色工艺规划的决策目标体系及决策模型研究 1212 2 1 绿色工艺规划的内涵 12 2 2 绿色制造工艺规划决策目标体系的建立 13 2 3 绿色制造工艺规划多目标决策模型 14 3 3 面向绿色制造的工艺要素规划面向绿色制造的工艺要素规划 1919 3 1 工艺要素的概念和内容 19 3 2 面向绿色制造的机床选择技术及模型 19 3 3 面向绿色制造的刀具选择技术及模型 23 3 4 面向绿色制造的切削液选择技术及模型 25 4 4 绿色制造工艺要素的评价方法研究绿色制造工艺要素的评价方法研究 2828 4 1 概述 28 4 2 绿色制造工艺要素的清单分析方法研究 29 5 5 绿色制造工艺规划在连杆加工中的应用绿色制造工艺规划在连杆加工中的应用 3838 5 1 概述 38 5 2加工工艺方案分析 40 5 3 485q 发动机连杆加工工艺方案绿色性评价 43 6 6 结论与展望结论与展望 4646 致谢致谢 4848 参考文献参考文献 4949 山东科技大学硕士学位论文目录 v contents 1 introduction 1 1 1 purposes and meaning of subject 1 1 2 study current situation of subject 2 1 3 this text main content and structure of this text 10 2 scheme goal system and decision model study of green process craft plan 12 2 1 intension of green process plan 12 2 2 establishment of green manufacture craft plan decision making target system 13 2 3 the multi goals decision making model of the green manufacture craft plan 14 3 the craft essential factor plan facing green manufacture 19 3 1 concept and content of craft essential factors 19 3 2 the engine bed choice technology and the model 19 3 3 the cutting tool choice technology and the model facing the green manufacture 23 3 4 the cutting fluid choice technology and the model facing the green manufacture 25 4 appraisal method research of green manufactures craft essential factor 28 4 1summarize 28 4 2 research of the detailed list analysis method of green manufactures craft essential factor 29 5 greens manufactures craft plan 38 5 1 summarize 38 5 2 analysis of processing craft plan 40 5 3 appraisal of 485q engine connecting rod processing craft plan 43 6 conclusions and the prospect 46 thanks 48 references 49 山东科技大学硕士学位论文绪论 1 1 1 绪绪论论 1 11 1 课题的目的和意义课题的目的和意义 21 世纪人类社会发生了三种影响深远的变化 一是科学技术突飞猛进 社会生产力 极大提高和经济规模空前扩大 创造了前所未有的物资财富 大大推进了人类文明的进 程 二是人口爆炸增长 20 世纪全球人口达到了 60 亿 并且仍以每年 8000 万以上的速 度在继续增长 三是由于自然资源的过度开发与消耗 污染物资的大量排放 导致全球 性的物资短缺 环境污染和生态破坏 环境 资源和人口已经成为人类社会面临的三大 主要问题 1 特别是环境问题 其恶化程度与日剧增 正在对人类社会的生存与发展造 成严重威胁 近年来的研究和实践使人们认识到环境问题决非是孤立存在的 它和资源 人口两问题有着根本性的内在联系 资源问题不仅涉及人类世界有限的资源如何利用 而且它又是产生环境问题的主要根源 作为国民经济支柱产业的制造业 既为社会创造 了丰富的物质财富 同时又要消耗大量的资源和造成严重的环境污染 环境己经日益成 为社会经济发展的一个关键因素 各国政府为企业制定了越来越严格的环保法规 消费 者也表现出对环境管理的极大关注 有鉴于此 如何使制造业减少资源消耗和尽可能少 地产生环境污染是 21 世纪制造业面临的重大问题 进入上世纪 90 年代以来 世界各国 普遍采用了 绿色 战略 即在产品生命周期全过程中 采用绿色技术 其中包括绿色 设计 绿色工艺 绿色包装 选用绿色材料等 为此 21 世纪的制造业实施绿色制造技术 贯彻可持续发展战略已势在必行 2 绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造业模式 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生命周期中 对环境负面影响极 小 资源利用率极高 并使企业经济效益和社会效益协调优化 3 各国专家的研究普遍 认为 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 对制造业 国民经 济和国防安全有着重要的作用 连杆是将作用在活塞上的力传递给曲轴 又将曲轴的旋转运动转换为活塞的往复运 动的机件 是内燃机设备中的一个重要部件 连杆在工作受力状态复杂 除承受燃烧室 燃气产生的压力外 还要承受纵向和横向的惯性力 既受交变的拉 压应力 又受弯曲 山东科技大学硕士学位论文绪论 2 应力 因此 连杆的复杂的受力状态和苛刻的工作条件要求连杆具有较高的强度和抗疲 劳性能 又要求具有足够的刚性和韧性 所以常常选用合金钢 40cr 40crmov 和球墨 铸铁 qt450 50 等高强度材料制作 而且连杆的加工工艺也比较复杂 连杆应用领域十分广泛 仅汽车 摩托车 拖拉机及农用运输车四大行走机械年需 用连杆 2 6 亿件 产值约 90 亿元 4 因此 本课题将连杆的加工作为研究对象 将绿色制造技术应用于连杆加工 以求 降低能源消耗 减少环境污染 不仅具有非常可观的经济效益 而且社会效益也十分明 显 因此本课题的研究内容具有重要的实际意义和广阔的前景 1 21 2 课题的国内外研究现状课题的国内外研究现状 1 2 11 2 1 绿色制造的研究意义绿色制造的研究意义 环境 资源和人口已经成为人类社会面临的三大主要问题 特别是环境问题 其恶 化程度与日剧增 正在对人类社会的生存与发展造成严重威胁 近年来的研究和实践使 人们认识到环境问题决非是孤立存在的 它和资源 人口两问题有着根本性的内在联系 特别是资源问题 它不仅涉及人类世界有限的资源如何利用 而且它又是产生环境问题 的主要根源 作为国民经济支柱产业的制造业 既为社会创造了丰富的物质财富 同时 又要消耗大量的资源和造成严重的环境污染 环境己经日益成为社会经济发展的一个关 键因素 各国政府为企业制定了越来越严格的环保法规 消费者也表现出对环境管理的 极大关注 有鉴于此 如何使制造业减少资源消耗和尽可能少地产生环境污染是 21 世纪 制造业面临解决的重大问题 进入上世纪 90 年代以来 世界各国普遍采用了 绿色 战 略 即在产品生命周期全过程中 采用绿色技术 其中包括绿色设计 绿色工艺 绿色 包装 选用绿色材料等 5 为此 21 世纪的制造业实施绿色制造技术 贯彻可持续发展战 略已势在必行 绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造业模式 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生命周期中 对环境负面影响极 小 资源利用率极高 并使企业经济效益和社会效益协调优化 各国专家的研究普遍认 为 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 对制造业 国民经济 和国防安全有着重要的作用 1 绿色制造的研究在国际上正方兴未艾 山东科技大学硕士学位论文绪论 3 绿 色 制 造 green manufacturing 又 称 环 境 意 识 制 造 environmentally consciousmanufacturing 面向环境的制造 manufacturing for environment 等 近年来的 研究非常活跃 1996 年 美国制造工程师学会 sme 发表了关于绿色制造的兰皮书 green manufacturing 6 系统地提出了绿色制造的概念 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 的研究报告 7 对绿色制造研究的重 要性和有关问题作了进一步强调和介绍 美国的一些国家重点实验室和国家标准技术研 究所 以及麻省理工学院 berkeley 加州大学等著名高等学校 均纷纷开展了这方面的 研究 美国 at t 和许多企业以企业行为投入大量的研究 特别是 1996 年 国际标准 化组织iso 提出了关于环境管理的iso14000 系列标准 8 如 iso14001 iso14040 后 推动着绿色制造的研究更加活跃 各国政府特别是美国 英国 加拿大 德国等发达国家政府纷纷投资支持绿色制造的研究 可以不夸张地说 绿色制造研究形 成的强大绿色浪潮 正在全球兴起 在国内 对绿色制造及其相关的资源问题和能源问 题进行了较多的研究 2 绿色制造是人类社会可持续发展的必然需求 具有重大社会效益 可持续发展的思想具有极为丰富的内涵 它将生态环境与经济发展联结为一个互为 因果的有机整体 认为经济发展要考虑到自然生态环境的长期承载能力 使环境和资源 既能满足经济发展的需要 又使其作为人类生存的要素之一而直接满足人类长远生存的 需要 从而形成一种综合性的发展战略 而作为当代制造业的先进制造模式之一的绿色 制造是人类社会可持续发展的一个组成部分 而且是一个极其重要的组成部分 是实现 社会 经济可持续发展战略的决定性因素之一 9 1962 年美国生物学家雷彻尔卡逊 rechel carson 出版了 寂静的春天 一书 用 触目惊心的案例 生动的语言披露了大量使用杀虫剂对人与环境产生的危害 敲响了工 业社会生态危机的警钟 1968 年 4 月 来自 10 个国家的科学家 教育家 经济学家 人类学家 实业家 国家的和国际的文职人员 约 30 个人聚集在罗马山猫科学院 成立 罗马俱乐部 1972 年 公开发表了 增长的极限 the limits to growth 关于人 类困境的研究报告 文中提出的 自然界的资源供给与环境容量无法满足外延经济增长 模式 的观点 深刻地警示了人们 联合国于 1992 年在巴西里约热内卢召开环境与发展 大会 102 位政府首脑参加了会议 会议上通过了 里约宣言 二十一世纪议程 等 文件 其中强调指出 不适当的消费和生产模式将导致环境恶化 贫困加剧和各国的发 展失衡 人类终于认识到要从根本上解决资源和环境问题 就必须转变发展和消费模式 山东科技大学硕士学位论文绪论 4 即应由资源型发展模式逐步转变为技术型发展模式 依靠科技进步 节约能源和资源 提高效益 减少废物排放 实施清洁生产和文明消费 建立经济 社会 资源和环境相 协调的新的发展模式 可持续发展模式 江泽民同志在十六大报告中将实现可持续发展战略作为全面建设小康社会的三大目 标之一 目标指出 可持续发展能力不断增强 生态环境得到改善 资源利用效率显著 提高 促进人与自然的和谐 推动整个社会走上生产发展 生活富裕 生态良好的文明 发展道路 由此可见 绿色制造是实现国民经济可持续发展战略目标的重要技术途径之 一 3 绿色制造也将是 21 世纪企业取得显著经济效益的机遇 实施绿色制造 最大限度的提高资源利用率 减少资源消耗 从而直接降低成本 同时 实施绿色制造减少或消除环境污染 并且 绿色制造环境将全面改善或美化企业 员工的工作环境 有助于提高员工的主观能动性和工作效益 特别是未来的市场是绿色 产品的市场 实施绿色制造 开发绿色产品 是赢得市场竞争的有效手段 绿色 是产 品开发和生产的一种新的创新理念 10 随着公众环境意识的增强 以及一系列环境技术 标准和绿色产品认证的出台 这种创新理念逐步市场化 效益化 一项调查结果显示 瑞典 85 的消费者愿意为环境的清洁而支付较高价格 加拿大 80 的消费者愿多付 10 的价格购买对环境有益的产品 40 的欧洲消费者喜欢购买环境标志产品而放弃传统产 品 综合北京 武汉 成都 广州四地绿色消费调查结果 我国愿意为环境改善而支付 高价格的消费者略低于 8 从调查结果可以看出 绿色产品在国际上具有广阔的前景 我国消费者的意识虽然相对落后 但由于基数大 仍不可小视 同样孕育着强大的未来 市场潜力 由于绿色产品制造采用的是面向产品全生命周期的一体化制造模式 涉及原 材料生产 产品设计 制造与装配 包装 销售 使用 回收处理等多个制造环节 因 此绿色产品制造业的蓬勃发展 将全面带动着我国传统产业的变革 实现良性的产业更 新换代 因此绿色制造对企业是一种机遇 绿色制造的实施将导致一大批新兴产业形成 国际经济专家分析认为 目前 绿色产品 比例大约为 5 10 再过 10 年 所有 产品都将进入绿色设计家族 可回收 易拆卸 部件或整机可翻新和循环利用 也就是 说 在未来 10 年内绿色产品有可能成为世界商品市场的主导产品 4 绿色制造的实施将为我国企业消除国际绿色贸易壁垒提供有力支撑 环境保护正日益成为国际贸易中的重要准则 11 绿色产品在国际竞争中占有越来越 重要的地位 不符合环境保护标准的产品将最终淘汰出国际市场 世界各国纷纷建立绿 山东科技大学硕士学位论文绪论 5 色产品认证制度和绿色标志制度 目前 有多种绿色标志 如德国的 蓝色天使 美国 的 能源之星 日本的 环境友好产品 我国于 1994 年建立起环境标志制度 环境标 志图形由青山 绿水 太阳及 10 个环组成 近年来 许多国家要求进口产品要进行绿色 性认定 要有 绿色标志 产品的绿色标志制度相继建立 凡产品标有 绿色标志 图形的 表明该产品从生产到使用以及回收的整个过程都符合环境保护的要求 对生态 环境无害或危害极少 并利于资源的再生和回收 这为企业打开销路 参与国际市场竞 争提供了条件 如德国水溶油漆自 1981 年开始被授于环境标志 绿色标志 以来 其贸 易额已增加 20 德国目前已有 60 种类型 3500 个产品授予环境标志 新加坡和马来西 亚也在 1992 年开始实施环境标志 目前已有 20 多个国家对产品实施环境标志 从而促 进了这些国家 绿色产品 的发展 在国际市场竞争中取得更多的地位和份额 特别是 有些发达国家以保护本国环境为由 制定了极为苛刻的产品环境指标来限制国际产品特 别是发展中国家产品进入本国市场 即设置 绿色贸易壁垒 绿色贸易壁垒 作为一 种市场准入的障碍 是指进口国通过国际 国内立法制定内容繁杂的环境保护公约 法 律 法规 标准和标志 以阻止或限制某些外国商品的进口 绿色标志的实施对企业来 说有利于提升企业形象 赢得竞争优势 对国家来说 有利于可持续发展 有利于在国 际上打破绿色贸易壁垒 12 1 2 21 2 2 绿色制造及绿色制造工艺规划的研究现状绿色制造及绿色制造工艺规划的研究现状 1 2 2 1 绿色制造的研究现状 1978 年 联邦德国最早实行了绿色产品制度 由国家权威部门对产品实行审查评定 并贴上绿色标志 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专门蓝皮书 green manufacturingy 1998 年 sme 在国际互联网上发表了绿色制造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强调和介绍 美国 加拿大 西欧等一些国家 对绿 色制造及相关问题进行了大量的研究 绿色制造的研究正在国际上迅速开展 5 在美国 一些国家重点实验室 国家研究中心 以及许多著名大学 正在进行大量 的研究工作 berkeley 加州大学设立了关于环境意识设计和制造的研究机构 还在国际 互联网上建立了可系统查询的绿色制造专门网页 1996 年美国 sme 学会关于绿色制造 研究的大多数骨干是来自企业界的负责人或代表 美国 at t 公司还在企业技术学报上 山东科技大学硕士学位论文绪论 6 发表了不少关于绿色制造的研究论文 美国国家科学基金会也对绿色制造中的相关问题 的研究给予了高度重视和支持 加拿大 windsor 大学建立了环境意识设计和制造实验 ecdm lab 和 基 于 www 的 网 上 信 息 库 发 行 tinternational journal of environmentallyconscious design and manufacturing 杂志 对环境意识制造中的环境性设 计 生命周期分析 life cycleanalysis lca 等进行了深入的研究 bcdm lab1995 年 开 发 了 一 套 有 关 环 境 性 设 计 的 设 计 软 件 ed1t environmental design industrial template 13 在欧洲 国际生产工学会 cirp 每年均有不少论文对环境意识制造生命周期工程等与 绿色制造本质一致的问题进行了研究 英国 cfsd thecentre for sustainable design 对生 态设计 可持续性产品设计等进行了研究 并发行了 the journal of sustainable productdesign 杂志 特别是国际标准化组织 iso 发布了有关环境管理体系的 iso14000 系列标准 大大地推动了绿色制造的研究 14 在我国 近年来在绿色制造及相关问题方面也进行了大量的研究 国家自然科学基 金和国家 8631 cims 主题均支持了一定数量的绿色制造方面的研究课题 己取得了不少 研究成果 国家 863 cims 主题还在中国现代集成制造系统网络 cimsnet 开辟了绿色制 造专题 对国内外绿色制造研究情况进行了综合介绍 httpa 国内不 少高校和研究院所对绿色制造的理论体系 专题技术等都进行了大量的研究 目前包括 重庆大学 清华大学 合肥工业大学 机械科学研究院 上海交通大学 华中理工大学 同济大学等在内的许多单位都进行了这方而的研究 国家 863 和国家自然科学基金也支 持了大量绿色制造方而的课题 有力的推动了该领域的研究工作 国家环保局于 1996 年 1 月批准成立了国家环保总局华夏环境管理体系审核中心 专门负责 iso14000 系列 标准的在我国的实施 培训工作以及同国际有关机构的交流 并建立了专门的网站 中 国环境管理体系认证信息网 is014000 环境管理体系标准引起了我国众多企业的重视 根据最新统计 截至 1999 年 9 月 2 日 厦门 abb 开关有限公司 上海高桥巴斯夫分散 体有限公司 青岛海尔电冰箱股份有限公司等 117 家企业获得 is014000 标准认证 以上可见 国内外对绿色制造及其相关问题进行了和正在进行大量研究 1 2 2 2 绿色制造工艺规划的研究现状 面向绿色制造的工艺规划问题 即产品加工过程中的废物流及其影响问题是绿色制 造中急需解决的关键技术之一 在国际上受到了研究机构 高校以及政府部门的高度重 视 山东科技大学硕士学位论文绪论 7 美国 nsf arpa 机床敏捷制造研究所 mtamri 该研究所曾于 1995 年设立了 环境 意识机床系统 的重大研究课题 联合密执根技术大学 mtu 加利福尼亚大学 berkeley 分校 ucb 内布拉斯加州立大学 un 伊利诺斯州立大学 uiuc 等著名高校开展该方而 的研究 并制定了长期的研究目标和各阶段的短期目标 该课题将机床系统看成一个输 入输出系统 系统的输入为切削速度 进给速度 切削深度以及其他可控参数 目标约 束为成本 时间 利润 工件精度等 输出为磨损刀具 切削废液 切削热和报废的机 床等 并对与环境意识机床加工系统有关的切削液系统 切屑的形态学 运动学及动力 学机理 切削热的生成和传递机理 机床寿命性能 刀具磨损 健康毒性评价以及非传 统加工系统 如电化学加工 的废物流特性等进行了研究 切削液评价软件原型 cfest 是其中的研究成果之一 用户通过 internet 登陆本软件界而 在界而中输入有关参数 包括切削液的类型 应用方法 加工参数 现场因素等 确认后向 cfest 捉交 cfest 系统将以超文本和 或图形的方式向用户返回处理结果 输出结果包括切削液的工艺性 能 环境影响 健康与安全毒性打分 采购和使用成本等的量化数据 cfest 是一个分 布而又集成的软件原型 它包括 mtu 开发的工艺性能模块 uiuc 开发的切削液处理影 响模块 以及 ucb 的健康与安全毒性评价模块 由 uiuc 开发的数据传输机制负责通过 interne 浓处于小同地理位置的软件模块之间传输数据 该软件目前只对车削浸泡式和喷 射式 镗削浸泡式 攻丝等四种加工方式的切削液进行评价 15 美国国家清洁工业和处理技术中心 cencitt 该中心设立了环境意识制造的技术专 题 长期支持环境意识制造方而课题的研究 其中有不少课题与本课题的研究内容相关 如 j w sutherland 等人承担的项目 环境意识制造 离散产品加工过程中的废物流分析 该课题目标是通过研究产品制造过程中的废物流特性 利用决策工具对工艺的废物流进 行预测 并提出废物流更小的工艺方法 berkele 加州大学绿色设计与制造联盟 该联盟 长期从事绿色制造方而的研究工作 在绿色工艺方而也做了不少的研究 主要包括建立 了一种面向绿色制造的切削加工分析模型 提出了一种基于特征的绿色工艺规划方法和 对切削液的健康毒性评价等进行了深入研究 国内也对面向绿色制造的工艺规划问题中所包涵的问题进行了跟踪和初步的研究工 作 并取得了一定的成果 16 17 重庆大学制造工程研究所一直从事与而向绿色制造工艺方面直接相关的机械加工能 量特性 制造系统物能资源节约等方而的研究 特别是 1999 年一 2000 年期间在国家 863 cims 于 1999 年资助下 在课题 绿色制造工艺规划方法及实用技术研究 中 他 山东科技大学硕士学位论文绪论 8 们对铸造 压力加工 焊接 切削加工 特种加工 热处理 覆盖层 装配与包装等九 个工艺大类中的若干典型工艺的资源环境特性进行了研究 并初步建立了绿色制造工艺 数据库知识库的原型系统 还对而向绿色制造的工艺规划中的部分关键技术 如工艺种类 选择 工艺参数优化 单工件多机床的节能调度等进行了初步的研究 18 国内其他单位国内其他单位也开展了一些与而向绿色制造工艺相关的研究工作 如 清华大学 合肥工业大学 机械科学研究院 上海交通大学 华中理工大学 同济大学 等在内的许多单位都进行了这方而的研究 国家 863 和国家自然科学基金也支持了大量 绿色制造方而的课题 有力的推动了该领域的研究工作 诸如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 目前正在开展国家自 然科学基金项目 环境绿色技术评价体系的研究 以环境保护绿色技术评价体系为研究 载体 将 etv 评价技术导入机械制造业的绿色设计 绿色制造 建立制造业的绿色概念 描述方法和 etv 评价体系 但由于环境问题的复杂性 真正的通用绿色制造模型目前还 不存在 在对绿色制造面向应用技术的研究主要集中在以下几个方面 19 1 绿色材料的研究 合理选择绿色材料是实现绿色制造的前提和关键因素之一 绿 色制造原材料的选择要求材料要在满足一般功能的前提下 具有良好的环境兼容性 即 人们要尽量选用无毒 低能耗 少污染材料 选用可再生材料及可回收材料 以提高资 源利用率和减少对环境的影响 2 绿色设计的研究 它是指在产品全部生命周期内 着重考虑产品节能性 可拆卸 性 长寿命 可回收性 可维护性 可重复利用性等环境属性 传统产品生命周期包括 产品制造到投入使用 的各个阶段 即 从摇篮到坟墓 的过程 而绿色设计将产品 的生命周期延伸到了 产品使用结束后的回收重用及处理处置 即 从摇篮到再现 的 过程 3 绿色制造工艺的研究 它是实现绿色制造的重要环节 4 绿色包装的研究 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 5 产品使用及其用后处置的研究 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 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 山东科技大学硕士学位论文绪论 9 待机方式的设备消耗掉 美国能源部估计 美国每年要为待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 虽然国内外众多科研机构 实验室 著名大学都对绿色制造工艺规划作了大量研究 工作 但是目前仍处于基础研究阶段 某些方面还需进一步深入完善 如还没有建立起 可供工艺人员参考和查询的绿色制造工艺绿色特性数据库 对绿色制造工艺规划技术的 系统分析进行的也不够全面 可以支持绿色制造工艺规划的软件工具还需要做大量的工 作来完善 以便能更好的为生产服务 也急需实现绿色制造工艺规划方法和数据以软件 agent 或插件的形式与现有 cad cam 系统的集成 1 2 31 2 3 绿色制造的发展趋势绿色制造的发展趋势 绿色制造在国内外得到了广泛的重视 其研究和应用的发展趋势可以概括为以下几 点 1 绿色制造正朝着标准化 政策化 法律化的方向发展 5 20 目前国际标准化组织和许多发达国家都纷纷推出绿色制造方面的标准 政策和法律 德国目前己有 60 种类型 3500 个产品授予环境标志 法国 瑞士 芬兰和澳大利亚等国 于 1991 年对产品实施环境标志 日本于 1992 年对产品实施环境标志 新加坡和马来西 亚也在 1992 年开始实施环境标志 2 绿色贸易壁垒 促使着绿色制造技术的全球化发展 所谓绿色贸易壁垒 它是指在国际贸易领域 一些国家凭借其科技优势 以保护环 境和人类健康为目的 通过立法或制订严格的强制性技术法规 对国外商品进行准入限 制的贸易壁垒 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 随着中国加入 wto 世界经济的一体化 传统的非关税壁垒被逐步削减 绿色贸易 壁垒以鲜明的时代特征正日益成为国际贸易发展的主要关卡 绿色贸易壁垒包括环境进 山东科技大学硕士学位论文绪论 10 口附加税 绿色技术标准 绿色环境标准 绿色市场准入制度 消费者的绿色消费意识 等方面的内容 将环保措施纳入国际贸易的规则和目标 是环境保护发展的大趋势 但 同时也客观上导致了绿色贸易壁垒的存在 为了能够突破绿色贸易壁垒 积极参与全球 化贸易的竞争 扩大本国产品的出口 绿色制造技术研究不再是公众环境意识强的发达 国家的专利 而是受到世界各国的普遍关注和重视 正朝着全球化的方向发展 我国许多专家纷纷提出突破 绿色贸易壁垒 的措施 如积极实施 is014000 和环境 标志认证 积极参与国际环境公约和国际多边协定中环境条款的谈判以及要加强环境经 济政策的研究和制定等 专家们也普遍认为 提高科技和生产力水平是突破绿色贸易壁 垒的基本措施之一 特别是应该大力发展绿色制造技术 开发出绿色产品 走清洁生产 的路子 3 绿色制造技术的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 绿色制造越来越表现出多方面的集成特性 效益目标集成 绿色制造表现出制造企业经济效益和社会效益的集成 具体表现为 制造时间 time 产品质量 quality 制