绿色制造技术 课件 第2章 绿色制造体系

绿色制造技术第2章绿色制造体系2.1绿色制造的理论体系框架2.2绿色制造的技术体系框架⑴发展度发展度是指人类社会发展的程度。主要指是否在发展，是否在健康的发展。可持续发展绝非反对发展，而只是反对以牺牲环境利益和子孙后代利益的发展，强调健康地发展。⑵持续度持续度是从“时间维”上去把握发展度，强调人类长远发展的需要，强调了自然生态环境的需要。⑶协调度协调度强调了发展度与持续度的平衡关系，强调了当代人的利益与子孙后代利益的协调，发展速度与生态环境效益的协调。1可持续发展战略的“三度”理论2.1绿色制造的理论体系框架2.1.1绿色制造的相关概念

可持续发展的“三度关系”

可持续发展的“三度”理论也是绿色制造的主要理论基础之一。协调度可持续发展持续度发展度

“绿色”这个概念应用很广，如绿色制造、绿色产品、绿色设计等。“绿色”被认为是一个显而易见的概念，至今没有一个明确的定义。

目前综合国内外的研究，我们认为“绿色”是一个与环境影响紧密相关的概念，具有绝对和相对两种含义。环境影响根据其影响程度的不同可以分为负面环境影响和正面环境影响。从理论和绝对意义上讲，“绿色”应该是指正面环境影响。

2绿色与绿色度

然而在实际情况中，所造成的环境影响往往是负面的，因此取“绿色”的相对概念。

绿色度可以定义为绿色的程度或对环境的友好程度。负面环境影响越大则绿色度越小，反之则越大。相应地，绿色度也具有绝对和相对两层含义。在绝对绿色度中，负面环境影响相对的绿色度为负值，正面环境影响相对的绿色度为正值，因此在实际情况中，绝对绿色往往是负的。在相对绿色度中，可以取相应标准的最低要求作为零值。需要指出的是，这里的环境影响是一个广义的环境影响，包括资源消耗和一般意义上的环境影响（对人体健康和生态环境的影响）。

制造系统中的“资源”又称制造资源，可分为狭义制造资源和广义制造资源两种形式。狭义制造资源主要是物质资源，包括物料（如原材料、坯件、半成品等）、能源、设备等；广义制造资源除包括物质资源之外，还包括资金、技术、信息、人力等。

绿色制造中的“资源”是主要指物质资源，重点是指物料资源和能源。3资源

传统地理解，人们一般将“制造”理解为产品的制造过程，如机械加工过程。即“小制造”概念。国际上比较公认的定义是国际生产工程学会（CIRP）1990年关于“制造”的定义：制造是涉及制造工业中产品设计、物料选择、生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市场销售等一系列相关活动和作业的总称。这就是通常称作“大制造”概念。4制造

生产（production）一般理解为物质资源转化为产品的过程或制造产品的具体过程。比较生产和制造两个概念，可以看出生产是制造中的一个环节，是制造活动中的一个物质运作过程。生产是一个输入/输出过程，也是一个物料资源和能源的流动过程。输出产品就越多，生产量越大，但同时物料资源和能源消耗就越多，所排放的废弃物也相应地增多，对环境的影响也就越大。为此，用“生产度”的概念来描述生产量的大小。5生产和生产度协调度绿色度持续度发展度生产度绿色制造绿色制造

绿色制造的三度理论示意图1.绿色制造的“三度”理论2.1.2绿色制造理论体系框架的主要内容绿色制造制造资源（原材料，能源等）资源转化过程资源消耗过程产品产品使用过程产品报废后处理和回收利用环境污染

minMax废弃资源

资源利用率Min2绿色制造的资源主线论

3绿色制造的物流闭环特性

传统制造的物料流是一个开环系统。绿色制造的物料流是一个闭环系统。制造加工过程原材料开采原材料生产其材料可再生的零部件产品装配产品包装（绿色包装）用户产品使用及维护产品报废可修复或改制的零部件可重用零部件包装回收回收拆卸4绿色制造的时间维特性——产品生命周期的外延

传统制造中的产品生命周期是到产品使用报废为止。绿色制造则将产品生命周期大大外延，提出了产品多生命和产品多生命周期工程的概念。产品单生命周期是指本代产品从设计、制造、装配、包装、运输、使用到报废为止所经历的全部时间。而产品多生命周期则不仅包括本代产品生命周期的全部时间，而且还包括本代产品报废或停止使用后，产品或其有关零部件在换代——下一代、再下一代...多代产品中的循环利用的时间（以下统称为回用时间）。

1)由于产品制造过程和产品使用过程产生的废液、废气和固体废弃物等对环境的污染往往是没有明确的空间界限，因此绿色制造必须在更大的空间范围内来考虑产品制造问题。2)产品寿命终结后的回收处理，是绿色制造系统的重要组成部分；这就可能导致企业、产品和用户三者之间的新型集成关系的形成。因此，需要回收处理的主要产品，如汽车、电冰箱、空调、电视机等，用户只买了其使用权，而企业有所有权而且必须进行产品报废后的回收；由此导致一个回收系统的形成。5绿色制造的空间维特性

——制造系统空间的外延

3)现代产品的生产模式往往是多个企业、多个部门参与的供应链运作模式。绿色制造要求必须从更大的系统范围内考虑绿色制造问题。例如，某企业产品包装由白色泡沫改为纸板包装，这样使得产品包装大大减少了环境污染；但是纸板包装材料的生产过程及其企业又可能增加对环境的污染，因此产品包装方案的考虑应从更大的系统范围内来思考。6绿色制造的决策属性7绿色制造的集成特性

绿色制造的领域集成绿色制造的问题集成绿色制造的效益集成绿色制造系统中的信息集成绿色制造的过程集成绿色制造的集成功能目标体系绿色制造的社会化集成特性绿色制造的集成特性

绿色制造的集成特性2.2绿色制造的技术体系框架

绿色制造的技术核心是在产品生命周期过程中实现4R原则，即减量化（reduce)、重复利用（reuse）、再制造（remanufacturing）、再生循环（recycle)。绿色制造的技术核心绿色制造的技术体系框架1)绿色设计技术

绿色设计又称为面向环境的设计(DesignforEnvironment，DFE)、可持续设计(SustainableDesign)、生态设计(Eco—Design)、环境意识设计(EnvironmentallyConsciousDesign)、生命周期设计(LifeCycleDesign)，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，使得产品及其制造过程对环境的总体影响减到最小。绿色设计是围绕着产品生命周期进行的，绿色设计策略和内容将在很大程度上决定产品生命周期各阶段的绿色属性。绿色设计技术及方法包括产品材料绿色选择、材料节约型设计、能源节约型设计、环境友好型设计、产品宜人性设计、可拆卸性设计、可回收性设计、可再制造性设计等。绿色设计技术体系如下图所示。1.产品生命周期过程技术层

绿色设计技术体系2)绿色工艺技术

绿色工艺技术，又称为绿色生产技术，在指在制造过程中采用先进制造工艺或持续改进传统制造工艺，以改善产品制造过程中的资源消耗和环境污染状况，节约原材料和能源，减少排放物和废物的排放，并保障生产人员的职业安全与健康的技术。

绿色工艺技术一般可以归为三类：新型绿色工艺技术、传统工艺的绿色性改进以及生产过程绿色优化技术。其中，新型绿色工艺技术可分为节能型工艺、节材型工艺、少无固体废弃物工艺、少无液体废弃物工艺、少无气体废弃物工艺等类别，典型的新型绿色工艺技术如干式切削工艺、低温强风冷却切削工艺、金属粉末注射成型工艺、快速原型制造技术等。传统工艺的绿色性改进可以从节约能源、节约原材料、降低噪声、减少排放等方面入手。生产过程绿色优化技术包括工艺路线绿色优化、工艺种类绿色选择、工艺参数绿色优化、制造资源(机床、切削液、刀具等)绿色选择等。绿色工艺技术体系如下图所示。绿色工艺技术体系3)绿色包装技术

绿色包装技术是指能够重复利用、再生循环或降解腐化，且在产品的整个生命周期中对人体及环境不造成公害的适度包装技术，包含以下内涵。a.实行包装减量化。包装在满足保护、方便、销售等功能的条件下，应是用量最小。b.易于重复利用或回收再生。通过生产再生制品、焚烧利用热能、肥化改善土壤等措施，达到再利用的目的。c.包装废弃物可以降解腐化。不形成永久垃圾，进而达到改善土壤的目的。d.包装材料对人体及生物应无毒无害。包装材料中应不含有毒性的元素、卤素、重金属或含油量应控制在有关标准一下。e.包装制品应从原材料采集、材料加工、产品制造、产品使用、废弃物回收再生，直至最终处理的生命周期全过程，均不应对人体及环境造成公害。以上，前四点是绿色包装必须具备的要求；最后一点是采用生命周期分析法，以系统的观点，对绿色包装提出的理想的最高要求。

绿色包装设计技术主要包括：减量化包装设计、“化整为零”包装设计、可循环重用包装设计、易拆卸性包装设计等。

绿色包装技术体系4）绿色回收处理技术

绿色回收处理技术是指产品报废后，对产品和零部件进行回收处理，使产品或零部件得到循环使用或再生利用，以减少环境污染，提高资源利用率的技术。

产品生命周期终结后，若不回收处理，将造成资源浪费并导致环境污染。绿色回收处理是个系统工程问题，从产品设计开始就要充分考虑这个问题，并作系统的分类处理。依据技术特征，绿色回收处理技术可以分为：废旧产品可回收性分析与评价技术、废旧产品绿色拆卸技术、废旧产品绿色清洗技术、废旧产品绿色材料分离/回收技术、逆向物流管理技术等。

绿色回收处理技术体系

5）绿色再制造技术

绿色再制造技术是使报废产品经过拆卸、清洗、检验，进行翻新修理和再装配后而恢复到或者接近于新产品的性能标准的一种资源再利用技术。再制造从三个方面体现良好的环境性。首先，再制造对报废产品的若干零部件的再利用，直接减少了废弃物的数量，因此减小了环境负担；然后，再制造对零部件的再利用，充分利用了资源，减少了对原始资源的需求，从而减少了原材料和新产品生产过程中的各种污染，保护了环境；最后，再制造实际上等于延长了产品的使用寿命，间接地节约了资源，实现了产品的多生命周期循环。绿色再制造技术的内容体系主要包括再制造系统设计技术、再制造先进工艺技术、再制造质量控制和再制造生产计划与控制等。绿色再制造技术体系2.绿色制造评估及监控技术层

绿色制造评估及监控技术是对绿色制造全过程进行数据采集、监视、综合评价以及反馈控制的相关技术，是绿色制造技术成功实施的保障。主要包括：绿色制造评估技术、绿色制造数据采集技术和绿色制造过程监控技术等。

绿色制造评估及监控技术层层次分析法

所谓层次分析法，是指将一个复杂的多目标决策问题作为一个系统，将目标分解为多个目标或准则，进而分解为多指标（或准则、约束）的若干层次，通过定性指标模糊量化方法算出层次单排序（权数）和总排序，以作为目标（多指标）、多方案优化决策的系统方法。Hs：引进生产线A3：成本CA4：环境影响EA5：资源消耗RB1：方案1铸铁床身B2：方案2钢板焊接床身最高层（目标层）中间层（判断层）最底层（方案层）A2：质量QA1：时间T中间层对最高层的影响1）计算乘积及其方根2）进行归一化处理3）计算最大特征根4）一致性检验ATQCREMiWiT111/31/31/51/450.46700.08000.4041Q111/21/21/31/120.60840.10430.5270C32111/231.2460.21351.0695R32111/231.2460.21351.0695E53221602.2680.38771.95465）判断层对目标层的汇总铸铁床身钢板床身MiWi准则T11/31/30.57330.25001.15063131.7320.75003.4519准则Q11110.5111110.51准则C1331.7320.75003.45191/311/30.57330.25001.1506准则R11/31/30.57330.25001.15463131.7320.75003.4639准则E11/51/50.44720.16670.89445152.2360.83334.47206）方案层对判断层的汇总7）