合肥工业大学绿色设计与制造工程研究所与联盟共发展

刘志峰

(合肥工业大学，安徽 合肥 230009)

合肥工业大学绿色设计与制造工程研究所(以下简称研究所)于1994年在国内率先开展机电产品绿色设计与绿色制造研究，2008年机械工业联合会批准建设“机械工业绿色设计与制造重点实验室”，并先后与奇瑞、合力、合锻、美菱等企业联合成立了数家绿色技术研发中心，形成了80余人的稳定研究团队。自1997年起，该所连续20多年获国家自然科学基金不间断资助，先后承担国家级项目32项，授权国家发明专利54项，获国家科技进步二等奖1项、安徽省科技进步一等奖3项、中国机械工业科学技术一等奖1项，及其他省部级科技奖励5项。

加入中国再生资源产业技术创新战略联盟(以下简称联盟)10年来，研究所一直致力于以下几个方面的理论方法及技术的应用研究。

1 机电产品绿色设计与低碳制造方法、技术

机电产品具有产需量大、资源能源消耗多、拆卸回收处理困难等特点，其造成的资源环境问题日益突显。研究所针对典型机电产品，开展产品的绿色设计方法和关键技术的研究。

1)产品生命周期环境影响分析技术。针对我国家电、汽车、成型装备等产品其生命周期环境影响关系复杂、生命周期基础数据难以搜集、评价分析周期过长等多种问题，开展产品设计研发的产品全生命周期评估理论与方法体系、生命周期环境影响因素识别与分析研究。

2)绿色设计方法及其集成应用技术。针对典型家电(电视机、洗衣机、空调、冰箱)和电子产品(电脑、手机)等，从产品的需求分析、功能结构优化、工艺规划等多个设计层面出发，研究面向产品全生命周期的绿色设计方法并开发相应软件工具。

3)绿色设计知识建模、管理和重用技术。在工业4.0和大数据背景下，研究绿色设计领域的数据、信息、知识的集成管理方法，构建产品绿色设计知识、重用技术体系和技术标准。

4)机电产品低碳设计理论方法。针对典型机电产品进行产品生命周期的能耗、物耗分析，研究产品的能量流及能量耗散机理、物耗流及物耗机理；基于面向低碳的产品零部件材料选择和结构优化原则，研究产品轻量化与节材设计方法和工艺路线的低碳优化方法。

2 机电产品再制造理论方法与技术

研究所在对机电产品再制造理论与方法系统研究的基础上，针对盾构设备、轨道车辆及冶金、化工、能源设备中的液压泵阀、油缸、轮对等典型部件，研究其再制造相关的技术、工艺与装备。

1)再制造毛坯检测技术与工艺。研究以超声波检测、射线检测、涡流检测、渗透检测、磁粉检测、磁记忆检测为代表的再制造毛坯检测技术。针对发动机曲轴、汽轮机叶片、压缩机叶轮等高价值零部件，检测废旧零件的损伤程度，确定零件再制造在技术和经济上的可行性。

2)再制造零件寿命评估技术。通过几何精度、表面质量、理化性能、潜在缺陷、材料性质、磨损程度、表层材料与基体的结合强度等与再制造零件寿命密切相关因素的计算建模、仿真分析和实验验证，建立再制造零件的寿命评估体系。

3)主动再制造与在役再制造技术。产品的被动再制造存在修复困难、修复价值低等缺点，从设计信息模型、参数映射和优化、设计冲突消解以及设计反馈等方面，研究主动再制造设计的基本理论体系和应用模式。通过运用信息化、智能化技术对在线运行的装备进行技术改造，研究面向装备节能减排在役再制造技术体系。

3 产品回收与再资源化方法、技术

研究所针对废旧电子电器、汽车、工程机械等产品及其关键零部件的拆卸方法与回收工艺及方法进行研究，对典型机电产品回收流程进行规划及决策，分析其回收利用率和再生利用率，开发与其相关的回收工艺装备和拆卸工具，实现回收过程的高效化和清洁化。

1)典型机电产品拆卸和回收工艺决策技术。研究产品典型拆卸回收工艺，建立拆卸和回收工艺的工艺数据库。以制冷类家电产品空调、冰箱为对象，研究面向拆卸回收的智能CAPP技术，建立典型机电产品的拆卸规划方法和以回收经济性和环境性为目标的回收工艺优化模型。

2)废旧机电产品回收和再资源化工艺与装备。以废旧线路板、废旧轮胎、碳纤维复合材料件、LCD液晶显示屏为代表，研究报废产品的材料分选和提纯工艺并开发相应的工艺装备，以及开发废旧产品在拆解、破碎、材料分选及废弃物处理过程中的二次污染控制与自动化处理技术及装备。

3)产品逆向物流技术。以手机、平板电脑、废旧电池为例，建立集计算机网络、GIS技术于一体的服务于回收网络体系的决策支持系统，融合物联网、电子商务等信息化技术，以业务流程和优化算法为基础，建立消费者—收集中心—回收处理中心为一体的多维废旧产品回收网络。

4)报废机电产品再资源化过程监控技术。以报废的工程机械为对象，在废物产生、分类、运输、处理和利用等过程进行废物自动识别、实时对资源化过程进行检测和风险控制。构建以物联网技术为核心的再生资源产销服务体系，实现废物向资源的高效转化。

4 各理论方法、技术及其应用

在上述研究的基础上，研究所在以下领域取得了一定的成果与突破。

1)绿色设计理论与方法及其支持工具。研发了高端家电及汽车产品绿色设计系统，解决了绿色设计中的数据支持与制造企业固有设计流程冲突的难题，实现了绿色设计平台与现有设计工具的有机融合，已成功应用于美菱高端主流系列冰箱以及奇瑞、江淮系列产品的研发，有效应对了国际/国内的相关绿色法规。

2)机械装备低碳制造方法及关键技术。基于机械装备运行阶段能量耗散特性，建立了负载平衡系统共享技术与全局能量匹配控制方法，研发了装备/工艺/车间多层级能耗监控系统，已在合锻、合压等装备制造企业进行了初步应用，节能潜力显著。

3)机电产品再制造理论方法及其关键技术。研发了拆解损伤分析与评估技术、毛坯损伤弱磁/超声复合检测技术、磁场辅助增材修复与质量评估技术等关键技术，并成功应用于徐工、合力、奇瑞等企业关键零部件再制造。

4)废旧机电产品回收与再资源化方法及装备。研发了压缩机智能测量/切割一体化技术、子午线轮胎超高压水射流回收、废旧碳纤维复合材料超临界流体回收、LCD面板超临界/溶剂法回收等再资源化利用关键技术与装备，已在天津、石家庄和芜湖等地建立示范生产线，部分技术与装备已成功应用于国内相关企业，并取得了良好的经济与社会效益。

5 结语

随着我国制造业水平的不断提升，产品将更加丰富，消费升级和产品更新换代步伐将越来越快，各类废旧产品的数量也将不断攀升，对其回收处理能力和技术水平的要求也将越来越高。建设资源节约型、环境友好型社会需要更多、更高效、更智能的技术方法和工艺装备，联盟聚集了产业链上的很多优秀企业和研究机构，联盟这个平台必定不断推动产学研用紧密结合、发挥行业引导和推进作用，为我国生态文明建设和“两型社会”的实现发挥更大作用。研究所也会在联盟“合作、共赢、创新、发展”原则指引下，加强与联盟的沟通协作，以新技术、新工艺、新方法、新装备支持联盟工作，为联盟企业发展提供相应支撑。