第6章面向可持续发展的绿色制造.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,现代制造技术,2010,年,9,月,电 子 课 件,第六章 面向可持续发展的绿色制造,6.1,绿色制造,6.2,绿色设计,6.3,清洁生产,6.4,再资源化技术,6.1,绿色制造,6.1.1,绿色制造的概念、内涵和发展,1.,绿色制造的概念,绿色制造又称为,环境意识制造和面向环境的制造,，是一个,综合考虑环境影响,和,资源消耗,的,现代制造模式,。其目标是使产品从,设计、制造、包装、运输、使用到报废处理,的,整个生命周期,，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,。,6.1.1,绿色制造的概念、内涵和发展,绿色制造涉及的问题领域有三部分：,（,1,）,制造问题,，包括产品生命周期全过程。,（,2,）,环境保护问题,。,（,3,）,资源优化利用问题,。,绿色制造就是这三部分,内容交叉,，如图,6-1,所示。,6.1.1,绿色制造的概念、内涵和发展,2.,绿色制造的内涵,1,）绿色制造是,“大制造”,绿色制造中的“制造”涉及到产品,整个生命周期,，因而同计算机集成制造、敏捷制造等概念中的“制造”一样，是一个,“大制造”概念,。,2,）绿色制造范围广,绿色制造涉及的范围非常广泛。包括,机械、电子、食品、化工、军工,等，几乎覆盖整个,工业领域,。,3,）绿色制造重视资源和环境问题,资源问题、环境问题、人口问题,是当今人类社会面临的三大主要问题。绿色制造从制造系统工程的观点出发，是一种充分考虑前两大问题的一种,现代制造模式,，是充分考虑,制造业资源和环境问题的,复杂的,系统工程,问题。,6.1.1,绿色制造的概念、内涵和发展,3.,绿色制造的研究现状,1,）国外绿色制造研究现状,在,美国,，从一些国家重点实验室到国家研究中心，从东海岸的麻省理工学院到西海岸的,Berkeley,加州大学，,大量的研究工作正在进行,。,在,欧洲,，,国际生产工程学会（,CIRP,）,近几年均有大量论文对,绿色制造和多生命周期工程,等本质问题进行研究。英国,CFSD,（,the center for sustainable design,）对,生态设计、可持续性产品设计,等进行了集中研究，并开展了有关的教育工作，发行了,The Journal of Sustainable Product Design,杂志。,6.1.1,绿色制造的概念、内涵和发展,国际电子电器工程师协会（,IEEE,）,和,日本生态设计（,EcoDesign,）协会,联合发起，在松下、索尼、,IBM,、丰田等多家跨国公司赞助下，,International Symposium on Environmentally Conscious Design and Inverse Manufacturing,国际研讨会迄今已成功举办了,3,届，对,环境意识制造和逆向制造技术,展开了讨论。欧洲、日本、美国等发达国家的许多跨国公司都制定了,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（,LCA,）、环境审核、绿色产品开发,等具体工作。,6.1.1,绿色制造的概念、内涵和发展,2,）国内绿色制造研究现状,重庆大学和武汉科技大学,合作，承担了,国家,863,项目,（“绿色制造的资源流模型和实施关键技术研究”、“绿色制造的集成运行模式和使用评估技术”、“面向绿色制造的工艺规划关键使能技术及应用支持系统研究”等）和国家自然科学基金项目（“绿色制造的理论体系和决策支持技术研究”、“制造系统资源消耗模型和资源消耗特性的研究”等），初步,建立了绿色制造的理论体系和技术体系,，对制造系统物料和能源、资源优化利用以及面向绿色制造的工艺规划方面进行较为深入的研究，开发了一套,“面向绿色制造的工艺规划应用支持系统,（著作权登记号：,2003SR9386,）”，并在中国现代集成制造系统网络中开辟了绿色制造专题。,6.1.1,绿色制造的概念、内涵和发展,清华大学、机械科学研究院、上海交通大学、装甲兵工程学院以及其他高校和研究机构，如合肥工业大学、华中科技大学等对,绿色制造的理论体系、专题技术,等也进行了不少的研究。,6.1.1,绿色制造的概念、内涵和发展,4.,绿色制造发展趋势,1,）绿色制造正朝着,标准化、政策化、法律化,的方向发展,2,）,“绿色贸易壁垒”,促使着绿色制造技术的,全球化发展,3,）绿色制造技术的,集成特性,愈来愈突出,主要表现在以下几个方面：,（,1,）,效益目标集成,；,（,2,）,组织模式集成,；,（,3,）,技术集成,；,（,4,）绿色产品制造业正带动着传统产业的,更新换代,；,（,5,）绿色制造带来的,新兴产业,正在兴起。,6.1.2,绿色制造的内容体系,绿色制造作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,，所谓产品生命周期全过程，是指从地球环境（土地、空气和海洋）中提取材料，加工制造成产品，并流通给消费者使用。产品报废后经,拆卸、回收和再循环,将资源重新利用的整个过程，如图,6-2,所示。,6.1.2,绿色制造的内容体系,6.1.2,绿色制造的内容体系,由图可以看出，绿色产品的生命周期可大致分为五个阶段：,原材料绿色制备阶段、产品绿色设计与清洁生产阶段、产品的绿色流通阶段及产品绿色使用阶段及产品再资源化阶段,。绿色制造谋求经济性的实现如下的产品生命周期环境协调特性。,（,1,）,节省资源与能源,；,（,2,）良好的,环境保护特性,；,（,3,）良好的,劳动保护特性,。,6.1.2,绿色制造的内容体系,绿色制造的内容及其相互关系可以由图,6-3,表示。它包括,绿色设计、清洁生产、绿色包装、绿色运输、再资源化技术及企业环境管理,等内容。其中，,绿色设计,是绿色制造的核心，它在企业硬件、软件、组织机构、管理模式的支持下，不断地同产品生命周期的其他阶段以及外部环境因素交换信息，通过,信息的反馈,与控制实现产品的,清洁生产、绿色消费,、,绿色回收处理,及再利用。,6.1.2,绿色制造的内容体系,6.1.2,绿色制造的内容体系,绿色制造各部分的主要内容如下：,1,）,企业环境管理,企业可持续发展策略；,ISO14000,环境管理标准认证；环境信息统计分析及综合管理；企业环境管理内审；产品生命周期的废物管理；可回收件标志和管理等。,2,）,绿色设计,绿色产品的技术、经济、环境模型；绿色设计中的材料选择技术；产品均衡寿命设计；产品长寿命设计；节能设计；面向环境的设计；人机工程设计；可拆卸性设计；面向环境的数据库系统开发技术；生命周期评价；并行工程及人工智能的应用；绿色设计工具与平台等。,6.1.2,绿色制造的内容体系,3,）,清洁生产,生产过程能源优化利用；生产过程资源优化利用；生产过程环境状况检测；生产过程的劳动保护等。,4,）,绿色包装,包装材料的选择；包装结构；包装的清洁生产；包装物的再资源化技术等。,5,）,绿色运输,最佳运输路线及运输方案设计；物料、仓储的优化设计；安装调试过程的节能；安装调试中的节省资源等。,6.1.2,绿色制造的内容体系,6,）,绿色材料,可降解材料的开发；材料的轻量化设计；材料的长寿命设计；绿色材料的生命周期评价；绿色材料数据库开发等。,7,）,绿色能源,可再生能源的应用；新能源的开发；传统能源的清洁使用；能源的生命周期评价；绿色能源数据库开发等。,8,）,再资源化技术,废物管理系统；废物无公害处理；废物循环利用；报废产品的拆卸及分类；报废产品及零件的再制造及重用等,。,6.2,绿色设计,6.2.1,绿色设计的实施过程,绿色设计的,过程和方法,如图,6-4,所示。主要包括以下,步骤,：,6.2.1,绿色设计的实施过程,1,）,初步设计,根据有关理论和历史资料，用,生命周期评价,（,Life Cycle Assessment,，,LCA,）方法，分析待设计产品生命周期各个阶段可能出现的环境影响因素。在此基础上，运用,并行设计,的原理，在设计中全面考虑产品生命周期各阶段中产品的绿色特性，并借助各种设计方法与理论，完成产品的初步设计。,2,）,详细设计,运用,LCA,模拟追踪,所设计产品生命周期过程，评估设计方案的绿色特性，在此基础上，完成详细设计。,3,）,改进设计,根据评估结果，找出产品绿色特性问题所在，进行改进设计，并从产品生命周期的角度出发对产品绿色设计进行,整体优化,。,6.2.2,绿色设计与传统设计的区别,绿色设计是指借助,产品生命周期,中与产品相关的各类,信息,（技术信息、环境协调性信息、经济信息），利用,并行设计,等各种先进的理论，使设计出的产品具有先进的,技术性,、良好的,环境协调性,以及合理的,经济性,的一种系统设计方法。绿色设计的内涵较传统设计丰富得多，主要表现在如下两方面：,（,1,）绿色设计将产品的生命周期拓展为从,原材料制备到产品报废,后的,回收处理及再利用,，从而有助于真正实现产品“,从摇篮到坟墓,（,Cradle to Grave,）”的绿色化。,（,2,）绿色设计在系统论的基础上，利用并行工程的思想，将,环境、安全性、能源、资源,等因素集成到产品的设计活动当中，有助于实现产品生命周期中“,预防为主，治理为辅,”的绿色设计战略，从根本上达到保护环境、保护人体健康和优化利用资源与能源的目的。,6.2.3,绿色设计的环境协调原则,1,）资源利用最佳原则,（,1,）在资源选用时，应充分考虑资源的,再生能力,，避免因资源的不合理使用而加剧资源的,稀缺,和造成资源,枯竭,危机，从而制约生产的,可持续发展,。因此，设计中应尽可能选择,可再生资源,。,（,2,）在设计上，应尽可能保证资源在产品的整个生命周期中得到最大限度的利用，力争使,资源的回收利用和投入比率趋于,1,。,（,3,）对于确因技术水平限制而不能回收、再生、重用的废弃物，应能够,自然降解,，或便于安全的最终处理，以免,增加环境的负担,。,6.2.3,绿色设计的环境协调原则,2,）能量利用最佳原则,（,1,）在选用能源类型时，应尽可能选用太阳能、风能等,清洁型可再生能源,。优化能源结构，尽量减少汽油、煤油等不可再生能源的使用，以有效,减缓能源危机,。,（,2,）通过设计，力求使产品全生命周期中能量消耗最少，使,有效能量与总能耗之比趋于,1,，以减少能源的浪费。同时，减少由于这些浪费的能量造成的,振动、噪声、热辐射,以及,电磁波,等对,环境产生污染,。,6.2.3,绿色设计的环境协调原则,3,）污染极小化原则,绿色设计应彻底抛弃传统的“,先污染、后治理,”的末端治理方式。在设计时，就充分考虑如何使产品在其全生命周期中对环境的污染最小，考虑如何,消除污染源,，从根本上消除污染。确保,产品在其全生命周期中产生的环境污染接近于零,，是绿色设计的理想目标。,4,）安全宜人化原则,绿色设计不仅要求从产品的制造和使用环境以及产品的质量和可靠性等方面，考虑如何确保生产者和使用者的安全，而且还要求产品符合,人机工效学,、,美学,等有关原理，以使产品安全可靠、操作性好、舒适宜人。也就是说，绿色设计不仅要求所设计的产品在其全生命周期过程中对人们的身心健康造成伤害最小，还要求给产品的生产者和使用者提供,舒适宜人的作业环境,。,6.2.4,生命周期评价,生命周期评价,（,Life Cycle Assessment,），也称,生命周期分析,（,Life Cycle Analysis,，,LCA,），是绿色设计的分析基础。所谓,LCA,，就是针对产品的环境协调性（如能源、资源的消耗，产品对生态环境和人体健康的影响），运用系统的观点，对产品生命周期的各个阶段（材料制备、设计开发、制造、包装、发运、安装、使用、最终处理及回收再生）进行详细的分析或评估，从而获得产品相关信息的,总体情况,，为改进产品性能提供完整、准确的信息。,LCA,的普通标准己于,1997,年完成，并编制在,ISO14040,中。,LCA,原理如图,6-5,所示。,6.2.4,生命周期评价,6.2.4,生命周期评价,1.,确定目标与范围,生命周期评价的目标，取决于进行生命周期评价的动机。通常，进行生命周期分析的动机有下面四种。,1,）,建立,某类产品的,参考标准,2,）,识别,某类产品的,改善潜力,3,）用于,概念设计,时的,方案比较,4,）用于,详细设计,时的,方案比较,利用生命周期评价方法，寻找详细设计方案的,优缺点,，并做出,综合评判,，从中寻求,最优方案,，并对方案进行,改进,。,6.2.4,生命周期评价,2.,清单分析,清单分析,（,Inventory Analysis,）是,LCA,的核心和关键。它包括数据的收集和处理，当产品生命周期评价的目标和范围确定以后，就可以,模拟,（对产品设计分析）或,追踪,（对产品性能评估）产品的,整个生命周期,，详细列出各个阶段的各种输入和输出清单，并进行分析，从而为下一阶段进行各种因素对目标性能的影响评价作准备。通常，生命周期评价清单分析的过程如图,6-6,所示。,6.2.4,生命周期评价,6.2.4,生命周期评价,3.,影响评价,影响评价,（,Impact Assessment,）就是根据清单中的信息，定性或定量分析其对生态系统、人体健康、自然资源及能源消耗等产生的影响。然而，绿色产品涉及到的评价指标众多，其中既有,定量指标,又有,定性指标,，这些指标都从不同侧面描述了产品的,环境协调性,，必须对其进行综合评价。目前有关影响评价的指标体系和方法很多，归纳起来主要包括,定性分析法,和,定量分析法,两大类。,6.2.5,面向产品生命周期的设计,面向产品生命周期各（某）环节的设计（,Design for X,）的缩写是,DFX,。主要有：,面向采购的设计,（,Design for Procurement,，,DFP,）；,面向制造的设计,（,Design for Manufacture,，,DFM,）；,面向装配的设计,（,Design for Assembly,，,DFA,）；,面向维修的设计,（,Design for Service/Maintain/Repair,，,DFS,）；,面向拆卸的设计,（,Design for Disassembly,，,DFD,）；,面向回收的设计,（,Design for Recovering&Recycling,，,DFR,）等,6.2.5,面向产品生命周期的设计,1.,绿色设计中的材料选择,1,）绿色设计中的材料选择过程,绿色设计中的,材料选择过程,如图,6-7,所示。,6.2.5,面向产品生命周期的设计,2,）绿色设计中的材料选择准则,（,1,）,材料的环境协调性原则,。其主要内容包括：,材料的,最佳利用,原则。,第一，尽量选择,绿色材料、可再生材料和回收的零部件,或,材料,，使材料的回收利用与投入比率趋于,1,。,第二，尽量选择具有,相容性的材料,。,第三，,减少,使用材料的,种类,。,第四，材料选择时应尽可能考虑,材料的利用率,。,第五，对不同材料进行,标识,。,6.2.5,面向产品生命周期的设计,能源的最佳利用原则。,第一，材料生命周期中应尽可能采用,清洁型可再生能源,（也称绿色能源），如太阳能、风能、水能、地热能等。,第二，材料生命周期,能量利用率最高,原则，即输入与输出能量的比值最大。,污染最小原则。,材料生命周期全过程中产出的,环境污染,最小。材料选择时必须考虑其对环境的影响，尽量避免选择对环境有害的材料。例如在低压电器生产中，应避免采用含镉的,银氧化镉,（,AgCdO,）触头材料。,6.2.5,面向产品生命周期的设计,损害最小,原则。,材料生命周期全过程中对人体健康的损害最小。材料选择必须考虑其对人体健康的损害、通常应注意,材料的辐射强度、腐蚀性、毒性,等。,（,2,）材料的经济性原则。,这不仅指优先考虑选用价格比较便宜的材料，而且综合考虑材料对整个,制造、运行使用、产品维修乃至报废后的回收处理成本,等的影响，以达到最佳技术经济效益。材料的经济性原则主要表现为两方面。,6.2.5,面向产品生命周期的设计,材料的,成本效益,分析。在绿色设计中，产品的成本应该由,材料生命周期成本,来表示。显然，降低材料生命周期成本对制造者、使用者和回收者都是有利的。影响材料成本的主要因素包括六个方面：第一，材料本身的,相对价格,；第二，材料的,加工费用,；第三，材料的,利用率,；第四，采用,组合结构,；第五，,节约稀有材料,；第六，,回收成本,。,材料的供应状况。选材时还应考虑当时当地,材料的供应情况,，为了简化供应和储存的材料品种，应尽可能地减少同一部机器上使用的,材料品种,。,6.2.5,面向产品生命周期的设计,2.,绿色包装设计,1,）,绿色包装材料选择,应该遵循上述绿色设计中的材料选择准则。,2,）,进行合理的结构设计,（,1,）通过合理的包装结构设计，提高包装的,刚度和强度,，,减少包装材料,的使用。,（,2,）通过合理的,包装形态设计,，,减少包装材料,的使用。,（,3,）了解包装印刷工艺和内结构，实现包装的,省料设计,。,（,4,）避免,过度包装,。,6.2.5,面向产品生命周期的设计,（,5,）通过合理的,结构设计,，提高,运输的效率,。,（,6,）通过合理的包装结构设计，避免包装物的,随意丢弃,，从而减小包装物,收集和回收,的难度。,（,7,）在包装设计中，在产品外包装上使用各种,回收标志,。使用不同,颜色,或其他,辅助辨识系统,，显著地标明其废弃方法、废弃地点、分类标识等，以增强包装物的,有效回收,。,（,8,）外包装的结构设计应,避免造成对人体的伤害,。,6.2.5,面向产品生命周期的设计,3.,面向拆卸回收的设计,产品结构,不宜于连续拆卸和回收,，主要表现在以下几方面。,1,）,连接结构,难于拆卸,2,）,材料多样性,3,）未考虑,拆卸回收过程,4,）产品使用后，,拆卸难度,加大,5,）缺乏所拆卸产品的,完整信息,6.2.5,面向产品生命周期的设计,解决上述问题的基本思想就是：,以方便维修、方便更换、方便回收为目标进行可拆卸设计,。,1,）面向拆卸的设计,面向拆卸设计的基本准则主要包括：,（,1,）明确,拆卸对象,。,（,2,）减少,拆卸工作量,。,（,3,）增加,易拆卸性能,。,（,4,）增加,易处理性,，即在设计时要考虑工人安全操作或实现,自动操作,。,（,5,）增加,易分离性,。,（,6,）减少,零部件的多样性,。,6.2.5,面向产品生命周期的设计,2,）拆卸工艺设计,主要要考虑下列问题：,（,1,）,拆卸类型,的确定,（,2,）,拆卸信息,产品拆卸工艺设计所需的,信息,如图,6-8,所示。,6.2.5,面向产品生命周期的设计,（,3,）,拆卸深度,。,拆卸时，通常遵从,先拆去最有价值,的零部件的原则。刚开始拆卸时，所获得的资源回收价值较大，拆卸也较容易，相应的,拆卸费用,也较低，即单位资源拆卸效益高。随着拆卸程度的加深，单位资源的,回收价值,减少，,拆卸难度,增加，单位资源的拆卸效益下降。当单位资源回收价值等于单位资源拆卸费用，即单位资源拆卸效益为零时，达到拆卸技术与经济的协调，所得拆卸的,总利润最大,。如果继续拆卸，则拆卸效益为负，拆卸的总利润减少。因此，从经济角度出发，拆卸工艺设计时，应尽量寻找,最优拆卸深度,。,6.3,清洁生产,6.3.1,节省材料技术,1.,提高构件承载能力,1,）提高构件的静态强度,（,1,）合理设计构件的,截面形状,（,2,）对于轴类零件，应采用,空心环形截面,（,3,）采用,等强度梁,（,4,）改善构件的,受力状况,（,5,）对构件进行,弹、塑性强化,，依此抵消部分,工作应力,。,6.3.1,节省材料技术,2,）提高构件的,疲劳强度,主要方法有：,（,1,）降低,应力集中,（,2,）提高,表面质量,（,3,）进行,表面处理,3,）提高构件的,抗冲击能力,主要途径是：,（,1,）减小构件刚度，增大,静变形,j,。,（,2,）设计,缓冲结构,。,（,3,）合理,选择材料,。,6.3.1,节省材料技术,4,）提高构件的,刚度,主要途径是合理配置系统的几何参数：,（,1,）合理设计零部件的,形状结构,。,（,2,）施加,预变形,。,（,3,）提高,接触刚度,。,5,）提高构件的,稳定性,（,1,）合理的,截面形状,。,（,2,）改善杆端,支承状况,，减小,支座系数,。,（,3,）,等稳定性,结构。,（,4,）增加,中间支承,。,（,5,）改善结构，降低,压杆受力,。,6.3.1,节省材料技术,2.,改善机械运动设计方案,1,）按节材原则设计传动系统,推广应用,标准化、系列化和通用化,的零部件，是节省材料的重要措施之一。,采用,新型传动形式,，如同步带、窄,V,带、摆线针轮行星传动、谐波齿轮传动、活齿传动等。,合理地改善,结构布置,，可以有效地减小,外廓尺寸和重量,。,2,）按照节材原则设计,执行机构,在机电产品的设计过程中，原动机和传动装置大多是根据工作条件选配，而执行机构则需要设计者,自行设计,。,6.3.1,节省材料技术,3.,机械装置的轻量化设计,在满足产品功能、性能的前提下，机械装置的,轻量化,不仅可以,节省材料,，还可以带来如下,优点,：,（,1,）能,减轻,其他部件或构件所承受的,载荷,。,（,2,）由于机器重量的减轻，能使,有效载荷增加,（如飞机、车辆、挖掘机等）。,（,3,）,节省能源,、减少,运行费用,。,（,4,）易于,操作和搬运,（如建筑机械、家用电器、体育设备等）。,6.3.1,节省材料技术,机械装置轻量化设计的主要方法有以下几种：,1,）改善机械装置中零件的,受力状况,合理地布置,零件位置,；合理设计零件的,卸载及均载结构,；减小零件的,附加载荷,。,2,）限制机械系统的,受力,设置,安全联轴器或缓冲器,等。,3,）提高传统装置,承载能力,传动系统的结构尺寸对机械装置的机架、箱体，甚至对机器的总体尺寸均有重大影响。选择和开发,新型传动装置,；采用,强化工艺,提高传动零件的,承载能力,。,4,）合理设计机械装置的,结构,提高零部件疲劳强度的,结构设计,；减轻机架重量的,结构设计,。,6.3.2,节省资源技术,机械设备常常是企业的耗能大户；节能主要可从如下几个方面着手。,1.,运动部件轻量化,在保证设备运行正常的情况下、设备,运动部件轻量化,可以,减小能耗,。以汽车为例，车体,重量减小,10%,，可以,降低油耗,10%,。运动部件轻型化可以通过选择,高强度钢、轻质材料,或,改进结构设计,来实现。,6.3.2,节省资源技术,2.,减少运动副之间的摩擦,在机械设备中，摩擦不仅会,磨损设备,，还会因克服摩擦力而,浪费不少能量,。常用的减磨措施有：,（,1,）靡擦副采用,互溶性小的材料,，以,减小摩擦系数,。,（,2,）选择合适的摩擦副,表面粗糙度,，,减小摩擦系数,。,（,3,）改变,摩擦副性质,，尽量采用,滚动摩擦副,或,流体摩擦副,。,（,4,）加强摩擦副之间的,润滑,。,3.,改进传动系统，提高传动效率,一般机床的传动系统中，主传动系统,功率损失高达,20%,。传动系统传动效率的提高，可通过,缩短传动链,、采用,新型高效传动机构,以及,加强传动系统的润滑,等措施来实现。,6.3.2,节省资源技术,4.,采用节能措施,很多产品使用过程中，并非时刻都处于做有用功的状态，有很多时间处于,“空载”,状态。因此，设计时应尽可能采用节能控制，如采用,变频技术,、,模糊控制,等。,5.,适度自动化,设备的功能不要一味追求,自动化,，应以,实用,为原则。在保证不增加操作者劳动强度和保证操作者安全的情况下，可适当采用,手动机构,；而不顾实际情况的,过度自动化,，往往会造成,能耗的大量增加,。,6.3.2,节省资源技术,6.,提高能量的转换效率,在机械设备中往往还存在一次或多次的,能源转换,，如电能转换为机械能、化学能转换为机械能等。在转换过程中，往往存在较大的,能量损失,。因此，应尽可能地,提高,产品使用过程中的,能量转换效率,。,7.,减少能量储备,不必要的,能量储备,实际上是一种,浪费,。例如当设备的电动机容量选择不合理时，会出现,产品功率不匹配,的现象（如“大马拉小车”），造成,能量损失,。,6.3.3,环境友好技术,1.,干切削技术,切削液,带来的,负面效应,，主要表现在以下几个方面：,（,1,）切削液的添加剂含,硫、氯,等，润滑剂中含,亚硝胺、多环芳香烃和细菌分解产物,，切削加工中产生的,高温,，使切削液形成,雾状挥发物,，污染环境，并,损害操作者的健康,。,（,2,）某些切削液及粘有该切削液的切屑必须作为,有毒、有害材料,处理，,处理费用,非常高。,（,3,）切削液的,渗漏,、溢出对,安全生产,有很大影响。,（,4,）切削液的处理、循环、泵吸和过滤使加工系统复杂化，,处理成本高,。,6.3.3,环境友好技术,1,）干切削及其特点,干切削技术是在加工过程中,不施加任何切削液,的工艺方法，从源头上消除了切削液带来的环境负面效应。它具有以下特点：,（,1,）形成的,切屑无污染,，,易于回收和处理,。,（,2,）节约了与切削液有关的,传输、回收，过滤,等装置及,费用,。,（,3,）不会发生与切削液有关的,环境污染,、,安全和质量事故,。,6.3.3,环境友好技术,2,）实现干切削加工的措施,（,1,）,刀具要求,。干切削要求刀具材料应具有优良的,耐热性能和耐磨性能,。常用的刀具材料有,金刚石、立方氮化硼,、,陶瓷、涂层和超细晶粒硬质合金,等。采用,涂层技术,，因为性能优良的涂层可降低刀具与工件表面之间的,摩擦,，减少切削力。目前所使用的刀具中，,40%,采用了涂层技术,。选择适合干切削加工的,刀具几何形状,，以减少加工中,刀具、切屑和工件,间的摩擦。,（,2,）,切削用量,的选择，见表,6-1,。,6.3.3,环境友好技术,6.3.3,环境友好技术,（,3,）,机床结构设计,。研究表明，切削液的主要作用是散热和排屑，润滑作用只占,10%,。因此，机床的结构设计应保证,快速排屑和散热,，并尽量,消除切屑对环境,的不利影响。,2.,无铅化技术,由于铅对环境和人体健康具有很大的危害，,无铅化,已经成为,机电行业的发展趋势,。,3.,无铬工艺,六价铬及其化合物,对人体的皮肤、粘膜和呼吸系统有很大的,刺激性和腐蚀性,，对,中枢神经系统,有毒害作用，并且有,强致癌性,，毒性是,三价铬的,100,倍,。欧盟的,RoHS/WEEE,和我国,电子信息产品生产污染防治管理法,明确规定，,禁止使用包括六价铬等有害物质,。,6.4,再资源化技术,6.4.1,拆卸工艺及工具,1.,拆卸工艺制定步骤,1,）产品分析,在先拆卸最有价值零部件的总体原则下，结合设计信息，对产品,可回收再利用,的零件与材料进行,分析,，以获得,再生、再利用程度与可能性,以及,最佳可拆卸程度,等信息，为制定正确的,拆卸路线,，选择适当的,拆卸方式,作好准备。,6.4.1,拆卸工艺及工具,2,）产品装配分析,产品的,装配关系,对拆卸有极大的影响，因为拆卸在多数情况下是装配的,逆过程,。因此必须准确掌握产品装配的有关信息，对产品中各零部件的,紧固连接元件、连接方式,以及产品生产时,装配顺序,等进行详尽地分析，为产品的拆卸提供,技术参考,。,3,）产品使用方式和影响分析,主要是对产品的,使用过程,与,环境进行分析,，以考虑产品在使用过程中，因使用环境或维护等原因对拆卸造成的,不确定因素,。,6.4.1,拆卸工艺及工具,4,）决定,拆卸策略,根据所获得的信息，决定产品零部件的,拆卸方式,，是进行,破坏性拆卸,、,非破坏性拆卸,还是,部分破坏性拆卸,。,5,）拆卸过程计划和策略,在上述步骤基础上，确定,拆卸深度,、优化,拆卸路线,、细化,拆卸工艺,（比如决定拆卸方式、选择拆卸工具、确定拆卸运动等）及制定,拆卸工艺书,等。,6.4.1,拆卸工艺及工具,2.,拆卸技术,产品报废后，必须采取一定的拆卸手段才能实现零部件的拆卸。选择合理的,拆卸技术,，直接关系到产品,能否拆卸成功和拆卸的经济性,。,拆卸技术按其自动化程度，可分为,手动拆卸和自动拆卸,两类。手动拆卸主要依靠,手动工具和工人的拆卸技艺,来完成拆卸工作，具有对产品类型变化,适应能力强,等优点；但是,拆卸效率低、拆卸质量,也受工人技术水平、精神状态等人为因素的影响，多见于各种,小型或个人,的拆卸厂。自动化拆卸方式更受大企业、大公司的青睐。拆卸系统的规模以及自动化程度，应根据被,拆卸产品要求、技术条件和企业自身,的实际情况决定。,6.4.2,再制造工程,1.,再制造定义,再制造是指以产品全寿命周期理论为指导，以废旧产品性能实现跨越式提升为目标，以优质、高效、节能、节材、环保为准则，以先进技术和产业化生产为手段，对废旧产品进行修复和改造的一系列技术措施或工程活动的总称。,简言之，再制造就是废旧产品高技术维修的产业化。,6.4.2,再制造工程,2.,再制造过程,包括产品,清洗,、目标对象,拆卸,、,清洗,、,检测,、,再制造,零部件,分类,、,再制造技术选择,、,再制造,、,检验,等八个步骤（图,6-9,）。,6.4.2,再制造工程,1,）,产品清洗,产品清洗对于产品性能检测、再制造目标的确定等非常重要。其目的是,清除产品尘土、油污、泥沙,等脏物。,2,）目标,对象拆卸,通过分析产品零部件之间的约束关系，确定目标对象的,拆卸路径,，完成目标,对象拆卸,。,3,）,目标对象清洗,目标对象的清洗就是根据目标对象的,材质、精密程度、污染物,性质不同，以及零件,清洁度,的要求，选择合适的,设备,、,工具,、,工艺,和,清洗介质,进行清洗。目标对象清洗，有助于发现目标对象的,问题和缺陷,。,6.4.2,再制造工程,4,）,目标对象检测,目标对象检侧目的是为了确定目标对象的,技术、性能状态,。常用的检测内容和方法有：几何,形状精度,检测；表面,位置精度,检测；,表面质量,检测；,内部缺陷,检测；,力学物理性能,检测；,零件称重与平衡,。,5,）再制造,零部件分类,再制造零部件应根据其,几何形状、损坏性质和工艺特性,的共同性来,分类,。再制造零件的分类，为再制造企业采用大批量或批量方法,实现再制造,提供了条件。,6.4.2,再制造工程,6,）,再制造技术选择,根据再制造企业的,技术水平,、目标对象的,损坏情况,以及各种,再制造技术,的,技术、经济和环境特性,选择适宜的再制造技术。,7,）,再制造,根据所选的,再制造技术,，进行目标对象的,再制造,。,8,）,检验,对再制造后的目标零件进行检验，看是否达到,技术要求,。,6.4.2,再制造工程,3.,再制造技术,废旧零部件再制造技术很多，主要包括,喷涂法、粘修法、焊修法、电镀法、熔敷法、塑性变形法及机械加工修理法,等（图,6-10,）。,6.4.2,再制造工程,1,）,热喷涂技术,热喷涂技术是一种用专用设备把某种,固体材料熔化,并加速,喷射,到,机件表面,上，形成一,特制薄层,，以提高机件,耐蚀、耐磨和耐高温,等性能的新兴材料,表面科学技术,。,2,）,堆焊修复技术,堆焊修复技术是借用,焊接手段,对金属材料表面进行,厚膜改质,，即在零件上堆覆一层或几层具有,希望性能,的材料。这些材料可以是,合金,，也可以是,陶瓷,。堆焊就其物理本质和冶金过程而言，具有焊接的一般规律。堆焊可以在零件工作表面上取得,任意厚度和化学成分的焊层,，可以获得各种,高硬度和耐磨特性,的,堆焊层,。,6.4.2,再制造工程,3,）,特种电镀技术,镀层的种类很多，,不同成分,和,不同组合方式,的镀层具有,不同的性能,。按照使用性能可分为下面几类：,防护性镀层,、,防护装饰性镀层、装饰性镀层、耐磨和减摩镀层、电性能镀层、磁性电镀层、焊接时镀层、耐热镀层及修复用镀层,等。合理选择镀层时，首先要了解基材和各种镀层的性能，然后按照零件的,服役条件及使用性能要求,，选用,相匹配的镀层,。,4,）,激光修复技术,激光的强度高、方向性好、颜色单纯，激光束可以通过光学系统聚焦成直径仅有,几微米到几十微米,的,光斑,，获得,10,8,10,10,W/cm,2,的能量密度,，以及,10000,以上,的高温，从而能在,千分之几秒,甚至更短的时间内使各种物质,熔化和气化,。常用的激光修复技术有：,激光焊接,；,激光表面熔敷,；,激光相变硬化,等。,6.4.2,再制造工程,5,）,胶接修复技术,胶接就是通过,胶粘剂,，将两个或两个以上的,同质或不同质,的物体连接在一起。它是通过,物理或者化学,的作用来实现的。胶粘剂的种类很多，按照基本成分、可分为,有机胶粘剂,和,无机胶粘剂,两类。,随着,胶接材料,和,胶接工艺,的进步，胶接在再制造中的应用越来越受到人们的重视。,6.4.3,材料再资源化技术,1.,粉碎技术,粉碎是,破碎和磨碎,的统称。其中，,破碎,是指产品,粒度大部分在,5,mm,以上的作业。,磨碎,是指产品的粒度大部分,在,5,mm,以下,的作业。粉碎的方法包括,常温机械粉碎、低温冷冻粉碎、半湿式粉碎、湿式粉碎,等物理粉碎方法，以及,爆破粉碎,等化学粉碎方法。,6.4.3,材料再资源化技术,2.,材料的分选技术,为了有效、经济合理的利用资源，就需要对破碎后的物料进行,分选,。对固体物料的分选主要是根据物料不同组分之间的物理及化学性质差异而进行的。其主要分选方法有,重力分选、磁力分选、静电分选、浮游分选、摩擦与弹跳分选、拣选,等。,3.,热分解,热分解又称,热裂解,，是利用有机物的,热不稳定性,，在缺氧条件下加热使相对分子质量大的有机物产生,热裂解,，转化为相对分子质量小的,燃料气、液体,（油，油脂等）及,残渣,等。热分解与焚烧不同，焚烧只能回收热能，而热分解可从废物中回收可以,储存、输送的能源,（油或燃气等）。,6.4.4,逆向物流技术,1.,逆向物流的定义,逆向物流是一种包含了,产品退回、物料替代、物品再利用、废弃处理、维修与再制造,等过程的物流活动。,2.,逆向物流的驱动因素,逆向物流的形成主要有四个方面的原因：,1,）,法规强制,2,）,经济利益,3,）,生态效益,4,）,社会效益,6.4.4,逆向物流技术,3.,逆向物流的发展趋势,（,1,）从个案中总结出逆向物流系统设计的,一般性原则,，从理论上建立完整的,系统结构框架,。,（,2,）逆向物流系统中,信息的管理与共享,，正逆向物流系统的,整合、通信与优化,。,（,3,）逆向物流系统中,成员的关系,，包括,决策权力,的,调配,以及,利润的分配,。,（,4,）网络环境下逆向物流系统的,重构,以及业务流程的,优化重组,等。,