绿色制造技术在农业机械加工中的应用

路晓云

(新乡职业技术学院,河南 新乡 453000)

0 引言

农业机械加工是现代农业生产的重要组成部分,它可以提高农业生产效率和产品质量,为农业现代化发展提供支撑[1-2]。然而,农业机械加工也带来了一系列环境污染和资源浪费等问题,例如能源消耗、废弃物排放、土壤污染等。为了解决这些问题,绿色制造技术被引入到农业机械加工中。

绿色制造技术是以环境保护和可持续发展为目标的生产方式,其核心是减少能源和资源消耗,降低环境污染和废弃物排放。在农业机械加工中,绿色制造技术的应用可以在提高生产效率和质量的同时降低环境污染和资源浪费,有助于推动农业可持续发展[3-5]。因此,本文旨在探讨绿色制造技术在农业机械加工中的应用研究。

1 绿色制造技术的原则

绿色制造技术是指以减少能源和资源消耗、降低环境污染和废弃物排放为目标的生产方法(图1)。是实现可持续发展的关键之一[6-8]。绿色制造技术的核心是通过资源的有效利用和生产过程的优化来降低环境污染和能源消耗,同时提高生产效率和质量。绿色制造技术应遵循最大限度地减少资源消耗,最小化环境污染,资源的有效利用,风险的最小化,产品生命周期的管理5项原则[9]。

图1 绿色内涵

2 传统制造与绿色制造的发展特点

传统制造与绿色制造的主要区别包括资源利用率、能源消耗和环境影响3个方面。

2.1 资源利用

传统制造通常以大规模生产为导向,追求生产效率和成本最小化,可能导致资源的过度消耗和浪费(图2)。绿色制造注重资源的循环利用和最大化利用。废弃物可以成为再生资源,所以资源利用率较高[10]。

图2 不同生产方式下资源利用率

2.2 能源消耗

传统制造通常在生产过程中消耗大量的能源,例如燃烧化石燃料、电力等,导致大量二氧化碳等温室气体的排放,加剧气候变化和环境问题。绿色制造强调能源的高效利用,采用节能技术和可再生能源来减少能源消耗,鼓励开发更环保的能源供应方式,如太阳能、风能等(图3)。

图3 不同生产方式下能源利用率

2.3 环境影响

传统制造可能产生大量的废水、废气和固体废弃物,其中含有有害物质,对土壤、水体和空气造成污染,对生态环境污染较高。绿色制造力求减少对环境的不良影响。通过采用环保工艺、材料和设备,控制废物的产生和排放,从而降低对环境的损害(图4)。

图4 不同生产方式下对环境的影响

3 农业机械绿色制造实施路径与关键技术

在农业机械生产中实现绿色制造技术的应用,需要建立一套完善的运行模式和实施路径,涵盖管理、设计、生产及再制造等环节(图5)。

3.1 绿色管理

绿色管理是一种管理方法,旨在在组织的运营和业务活动中最大程度地减少环境影响、提高资源效率,并推动可持续发展。在农业机械生产领域,绿色管理的实施可以帮助企业降低环境风险、提高效益,并在社会和环境方面产生积极影响。

3.2 绿色设计

绿色设计是一种注重环保和可持续性的设计方法,旨在在产品设计阶段就考虑最大程度地减少环境影响、资源消耗和废弃物产生。在农业机械生产中,绿色设计的实施可以帮助创造更环保、高效和持久的产品。绿色设计的主要方法如表1所示[11]。

表1 农业机械绿色设计方法

3.3 绿色生产

绿色生产是一种注重环境保护和可持续发展的生产方法,旨在通过优化生产过程、减少资源消耗、降低排放和废弃物产生,实现生产活动与自然环境的协调共生。在农业机械生产领域,采用先进的生产工艺和设备,以减少废弃物、废水和废气的产生。例如,引入闭环生产系统、低排放工艺等。另一方面,农业机械生产企业可以选择与供应商合作,选择环保材料和零部件,推动整个供应链的绿色化,减少环境风险。

3.4 再制造

再制造是指将废弃产品或零部件通过修复、翻新、升级等手段,使其恢复到类似新品的状态,以实现二次利用的过程。在农业机械制造领域,再制造可以减少资源浪费、降低环境影响,同时延长产品寿命和提供经济效益。

4 农业机械绿色制造技术评价指标

4.1 绿色制造评价目标及原则

绿色制造评价目标包括绿色等级设定、指标评价及过程评价等。本章节以农业机械重点生产工序评价指标及方法进行阐述。

4.2 农业机械绿色制造评价重点工序

4.2.1 下料中心

下料中心是指在制造农业机械零部件时的材料切割、成型和加工等环节。主要资源消耗过程包括钢板,能源消耗主要包括电、水、氧气、甲烷等,产生的主要污染物包括粉尘、钢渣和生活废水等。

4.2.2 液压原件

液压原件是指在液压系统中用于传递、控制和调节液压能量的各种元件和零部件。液压系统利用液体(通常是油)来传递能量,实现机械动作。在该环节资源消耗主要包括圆管和钢管,能源消耗包括电、水等,产生的主要污染物包括废弃柴油和乳化液等。

4.2.3 金属结构

金属结构主要指农业机械焊接环节,在该环节资源消耗主要包括钢板,能源消耗主要包括电、水、二氧化碳和氢气等,产生的主要污染物包括粉尘、噪声和生活废水等。

4.2.4 锻造及铸造

锻造及铸造主要承担钢管和圆钢的下料任务,主要产生的能源消耗包括电、水、氧气,产生的污染物为粉尘和生活废水等。

4.2.5 电镀

电镀是一种用于给金属表面镀上一层薄膜以增强金属抗氧化、耐腐蚀性和美观性的工艺。在该工艺环节中,产生的主要能源消耗为电和水,主要污染排放物为废液、废气、费固体和噪声等。

4.3 主要评价指标及计算方法

1)水重复利用率。水重复利用率是指在生产和工业过程中,将废水经过适当的处理后重新利用的比例。水重复利用率的提高可以有效降低水资源的消耗,减轻对环境的压力,实现可持续发展。计算公式如式(1)

(1)

2)关键金切加工设备的数控化率。关键金切加工设备的数控化率是指在键金(金属材料)切削加工过程中,采用数控技术控制加工设备的比例。数控化率的提高可以提高加工的精度、效率和一致性,同时减少能源和材料的浪费,促进制造业的绿色发展。数控化率高表示数控技术可以实现自动化和高精度的加工,提高生产效率和产品质量,减少切削损耗和废料产生,降低能源和材料消耗。计算公式如式(2)

(2)

3)旧砂再生回收率。旧砂再生回收率是指在铸造过程中,将废弃的废旧砂经过适当的处理后重新回收并再次使用的比例。高回收率意味着更多的废弃砂得到再利用,降低了对新鲜砂的需求,减少了矿石开采和砂石资源消耗。计算公式如式(3)

(3)

4)固体废弃物利用率。固体废弃物利用率是指在生产和生活过程中产生的固体废弃物中,通过适当的处理和转化,重新利用的比例。固体废弃物利用率的提高可以有效减少废弃物的排放量,降低资源浪费,促进环境保护和可持续发展。计算公式如式(4)

(4)

5)危险物处理率。危险物处理率是指在生产和工业过程中,对产生的危险废物进行适当处理和处置的比例。危险废物处理率的提高可以有效减少对环境和人体健康造成的威胁。计算方法如式(5)

(5)

6)钢材利用率。钢材利用率是指在生产和制造过程中,对钢材的有效利用程度。高钢材利用率意味着更多的钢材得到充分利用,减少了资源浪费和环境影响。计算公式如式(6)

(6)

5 结论

农业机械绿色制造的实施需要在管理、设计、生产和再制造等环节中采取综合措施。通过减少资源和能源消耗,控制污染排放,实现农业机械制造业的可持续发展。通过分析绿色制造的内涵及原则,系统阐述了农业机械制造企业绿色制造运行框架及实施路径,完善了绿色制造评价体系。研究结果旨在为农业机械绿色制造技术提供新的发展思路与参考模式。