机床绿色设计研究

王文东　岳晓微

【摘要】机床制造业绿色制造运作模式的特征主线包括三个方面，即机床产品设计过程主线、机床产品多生命周期主线、机床产品物料过程主线。本文介绍了机床制造业绿色制造运行模式的三条特征主线及机床产品绿色设计主要内容。

【关键词】机床绿色设计；制造运行；产品设计

一、机床制造业绿色制造运行模式

（一）机床产品设计过程主线

机床产品绿色设计过程指的是在机床产品整个生命周期中，对机床产品的资源环境属性（产品具有可拆卸性、可回收性、可再制造性）着重考虑，并将其作为设计的目标，在保证机床产品的功能、使用寿命、质量的同时，尽量满足环境目标要求。机床产品绿色设计主线的主导特性主要体现在机床的设计要针对机床产品的整个生命周期过程，在设计过程中，要把机床产品整个生命周期的绿色程度作为设计目标，充分考虑到机床产品在原材料获取、生产制造、运输销售、使用以及回收处理等过程对环境可能造成的各种影响。

机床产品设计过程主线是机床产品生命周期的保障，体现了从源头上解决资源环境问题的绿色思想，同时在设计过程中也要考虑战略目标和过程目标。

（二）机床产品多生命周期主线

传统意义上，当机床使用报废时机床产品生命周期即结束，这就造成了资源的极大浪费。机床产品多生命周期则将传统的机床产品生命周期概念大大外延，包括了从机床产品设计开始到原材料获取、零部件加工、机床装配、机床包装、销售、使用到废旧机床回收再制造、再制造新机床的使用以及之后的所有循环利用的过程，实现机床产品的多生命周期，将最大限度减轻环境影响。

机床的多生命周期思想，即将绿色制造理念应用到机床产品生命周期的每个环节，尽可能按照绿色设计方案去开展生产，使得产品回用时间最长，资源综合利用率最高，对环境的负影响最小，从而实现企业战略目标。机床产品多生命周期过程主线有两个重要特征：一是废弃物的最小化；二是整个物流主线基本上是闭环的，能够实现资源循环利用。

（三）机床产品物流过程主线

机床产品物流过程主线是指机床从原材料加工成毛坯到毛坯加工成零件再到零件装配成整机的整个生产过程，在这一系列连续作业环节中考虑物料消耗和环境影响情况，做到整个物流过程对环境的负影响最小，且资源综合利用率最高。

机床产品物流过程主线是资源消耗和环境影响直接产生的环节，如零件的机械加工，在消耗能源的同时会产生大量的环境有害物质，如切屑、废液、废气等，会对工作环境以及工人身体健康带来很大的危害。

机床产品物流过程的绿色化是机床制造业实施绿色制造的重要组成部分，在实施过程中要对机床产品物流程进行监测、控制，实现绿色生产。

二、机床产品绿色设计

（一）面向环境的机床产品设计

1、面向环境的机床产品方案设计。机床产品方案设计，是指对机床的结构和布局、运作原理、实现方案等方面的选择和设计，同时充分考虑机床制造过程中的资源消耗和环境影响情况，在其功能、质量、成本等要求得到满足的前提下，力求使制造过程的资源消耗尽可能少、环境污染尽可能小。

2、面向环境的机床结构设计。面向环境的机床结构设计是指通过对机床产品结构进行更优化合理的布置，使机床产品制造过程的资源消耗和浪费最小化，同时减少对环境的影响。

（二）面向环境的机床产品材料选择

面向环境的机床产品材料选择是指在对机床产品制造所需的物料进行环境性考核，须从其制备、使用以及报废处理等全生命周期过程进行评价。使其资源环境特性、产品功能、质量等因素相对较优，即满足绿色材料的要求。在机床绿色材料的选择中，现在市场上出现的陶瓷、碳素纤维、复合材料等，都在绿色性能的机床中得到广泛使用。

（三）面向环境的机床制造环境设计或重组

面向环境的机床制造环境设计或重组是指在机床制造环境（如工厂、车间或制造单元等）中，对资源消耗和环境排放产生影响的设备或设施布局等方面的设计改善。例如：生产线或生产工艺的设计不合理，往往造成大量不必要的浪费。面向环境的机床制造环境设计或重组就是要在满足机床产品的制造加工要求的前提下，对现有制造环境进行资源环境友好型方面的设计，建造出一个更低能耗、更低排放和更高效协调的生产环境。

（四）面向环境的机床产品工艺设计

面向环境的工艺设计又称绿色工艺规划。对机床产品的绿色工艺规划是指通过对机床产品制造过程的各工艺路线、工艺方法、工艺装备、工艺参数等进行优化和改善，提升工艺过程各个环节的环境友好性。环境友好性包括两方面：资源消耗最小化和环境影响最小化。机床产品制造工艺过程的资源消耗主要有原材料、能源材料、刀具、切削液、润滑油等辅助材料消耗等。机床产品制造工艺过程因消耗物料和能源而产生一系列环境排放，主要包括大气污染、污水废水、固体废弃物以及其他物理性污染等。大量的实践和研究表明，不同工艺方案的选择，对制造过程的资源消耗和环境影响差异甚大。

对机床产品的绿色工艺设计，主要包括两方面的内容：工艺方案优化和工艺参数优化。机床产品的工艺参数优化是指选定某一制造加工工艺，对该工艺的有关工艺参数进行优化，使得该工艺加工过程具有更好的环境友好特性。工艺方案优化，就是在已有的备选方案中，通过环境性、经济性等指标的评价，选出总体性能最优的方案。

（五）面向环境的机床产品回收处理方案设计

面向环境的机床产品回收处理方案设计，是指在设计阶段，就充分考虑机床产品的可拆卸性、零部件的重用性、机床产品材料的可回收性等因素，对机床产品进行设计。从而使废旧机床产品在在回收处理阶段的材料重用率尽可能高，产生的环境排放尽可能少。

参考文献

[1]刘飞，曹华军，张华.绿色制造的理论与技术[M].北京：科学出版社，2005.