基于低碳制造的机械加工工艺评价模型及应用

徐新荣

摘 要：近年来，随着我国社会发展步伐的加快，机械制造业迅速崛起，并且发展速度相对较快，其产业增加值达到了GDP的1/3，年平均增长率为25%。伴随机械制造的快速发展逐渐显现出弊端，这其中高排放高消耗最为严重，对环境与能源造成极大的威胁。文章主要阐述了以低碳制造为基础的机械加工发展现状，构建与之相关的评价模型，探讨了其在实际工艺中的应用。

关键词：低碳制造；机械加工工艺；评价模型；应用分析

机械制造行业对我国经济发展的影响相对较大，这一点主要体现在GDP的增值上，随着低碳理念在机械制造中的应用，不仅缩短了加工时间，而且降低生产成本，提高生产质量，最关键是保障能源的合理使用，避免污染与能源消耗。本文主要探讨了低碳制造加工工艺方案的评价准则，以获取最优的工艺方案，并以实际案例对工艺方案进行全面评估，由此证明评价模型的可操作性，为之后的低碳制造提供理论参考依据。但是，我国的机械制造业飞速发展的同时也产生了许多的问题，比如污染和高能耗的问题，虽然政府出台了许多的制度来保护环境，减少能量消耗，但总的来说，实现低碳还得从企业自己出发。

1 规划体系研讨

1.1 技术结构体系

低碳是我国现阶段实施的基本国策，这一理念在机械制造中也得到了极为广泛的应用。所谓低碳制造，是指在生产过程中，消耗最少的能源获取最大的经济效益值，同时实现降低碳的排放量，将环境污染降至最低，是一种全新的生产模式，无论是在产品设计、生产，还是交易及运用过程中，达到节能减排目的，实现社会、经济以及能源的可持续发展。对于低碳制造来说，其技术结构体系包含以下内容：两个目标、两个层面、三个具体内容，两个目标分别指资源利用率最大、环境污染最小；两个层面，实质上是指过程控制，涵盖狭义与广义两方面，狭义是指工艺的全过程，广义是指产品制造涉及的所有环节，从设计、生产、包装、销售、运输，再到客服以及回收，本文所说的低碳制造涉及到的是广义层面。

三项具体内容，主要是指低碳产品设计、低碳资源开发，还有低碳制造。在进行产品设计时，需要考虑到低碳要求，进行产品的开发与研究时，需要考虑到对环境是否造成影响，是否影响能源消耗。根据产品开发的具体要求，将技术结构体系进行分解，形成不同功能的模块，并且进行最优化组合，模块化的运用具有一定的优势，一台机器可以取代多台机器，在某种程度上实现了以最少投资获得最大的收益。对于机械制造行业来说，要想实现节能减排，就必须在生产设备上着手，最大程度上减少碳排放量。

1.2 研究体系分析

从某种层面分析，机械加工运用低碳理念具有一定的实际意义，属于极为典型的制造体系，研究低碳可以从多个层面着手，主要可以分为三类，继而形成研究体系。机械加工低碳研究可以从以下三类着手：环境污染最低、资源消耗最小、资金消耗最少，这其中资环境污染最低可以具体到生产的每个环节，制造过程中涉及到的边角料，或是铁屑，尽量最小化，将噪声污染控制在最低等；资源消耗最少可以从能源、原材料以及辅料方面着手解决；而所谓的资金消耗最小，主要是指运用环节污染的投资，还有资源消耗方面的投资，主要涵盖机床、模具、刀具决策等，工艺方案以及种类，还有其他决策等等内容。

1.3 工艺方案设计体系分析

机械加工企业在接到生产订单时，如何确定工艺方案，会对机械加工是否产生低碳效应生产非常大的影响。一般的来说，接到订单时，生产企业首先会根据客户的要求以及工艺的复杂程度制作出不同方案以供选择，那么如何选择出最低碳而又是最经济的方案呢？企业首先要根据工艺完成的时间、消耗的材料、模型的设计、能源的供应链条是否完整等因素综合考虑。此时，企业就可以运用TOPSISI法来确定方案将对低碳影响最大的几个因素给予较高的分值，这样筛选出来的方案即能满足客户的需求，也能满足低碳效应的要求。

2 工艺方案评价

相较于传统工艺方案，低碳产品制造具有自身的优势，这种优势体现在新技术的应用，还有代替工艺的广泛应用，从根本上改善传统工艺弊端。所谓产品工艺评价，主要是针对低碳产品制造，评价工艺指标，然后借助TOPSIS方法，对于所有备选的工艺设计，实施综合评估，经过多项对比研究，确定最优的低碳制造设计。但其中有一个重要的环节就是对各影响因素给予评分，不同的因素分值应该是不相同的。

2.1 评级体系研究

对于机械制造产品来说，实现低碳制造需要通过指标评定，从综合角度敲定评价体系，从目前情况分析，现在的机械加工已经改变了原有的生产模式以及目的，以往的机械加工单纯的追求经济效益，现在逐渐转化为三种效益相结合，分别是经济、社会以及生态，进一步实现可持续发展。从评价指标体系着手，基于低碳设计原则，这样的产品设计方案更具实用性，缩短加工时间，降低生产成本，提升资源利用率，降低环境污染。如表1所示，机械加工评价指标。

由上述表格我们可以推断出，方案层Pi，它对应的是准则层Bi，相应的指标数值是mij（i=1，2，L n；j=1，2，3，4，5），最终指标数值矩阵M=（mij）n×5。

2.2 评价模型探讨

低碳制造对于机械加工来说是一项长期的发展战略，借助相关的工艺评价体系，同时借助TOPSIS方法，运用综合评价，构建优化的加工工艺，实现低碳制造。所谓TOPSIS方法，是一种比较典型的决策方法，通过多目标决策来实现，在实际生活中运用频率相对较多，涉及到社会以及经济的方方面面。

3 工艺方案在实际企业中的应用分析

低碳制造工艺方案的逐步完善促使其应用范围正在逐步拓宽，并且取得了经济、社会以及生态利益的可持续发展。例如：以某企业为例，在进行机械加工过程中，存在三种备选方案，实施产品加工，我们可以将其列为工艺1、工艺2、工艺3，并对这种方案进行了详细的描述，具体数值参见表2。运用上述案例，分析低碳制造加工方案的决策，需要从以下几个方面着手：第一，从客户的层面考虑问题，制造零件是否是客户的需求，并从以下多个角度进行思考：时间、成本、资源以及环境等等，进一步确定方案是否具有可操作性，借助TOPSIS方法，择优选取制造方案。如表2所示，低碳加工涉及到的相关数据。