機(jī)械工程領(lǐng)域中的可持續(xù)發(fā)展

1、機(jī)械工程領(lǐng)域中的可持續(xù)發(fā)展我國(guó)的環(huán)境問題不容樂觀，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在中國(guó)實(shí)施更有特殊意義，在這一背景下，我國(guó)機(jī)械工業(yè)就更需要重視其科技發(fā)展作用的方向選擇,一要在生產(chǎn)方式上改變傳統(tǒng)的高消耗、高污染的做法, 大力推行清潔生產(chǎn)技術(shù),生產(chǎn)綠色產(chǎn)品; 二要在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中重視環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,降低環(huán)境污染的代價(jià)?？沙掷m(xù)發(fā)展思想不僅要求環(huán)境負(fù)荷低,具有良好的生態(tài)環(huán)境,而且能夠?qū)崿F(xiàn)資源的永續(xù)利用,因此,制造業(yè)必須改變現(xiàn)行的生產(chǎn)模式,改進(jìn)能源和原料的使用方式,使經(jīng)濟(jì)、資源、環(huán)境保持相互協(xié)調(diào)。如何使制造業(yè)在生產(chǎn)出不斷滿足人們物質(zhì)和文化需求的產(chǎn)品的同時(shí), 有效地利用資源和能源,盡可能少地產(chǎn)生環(huán)境污染已成為當(dāng)前制造科學(xué)面臨

2、解決的重大問題。從20世紀(jì)90年代以來,制造業(yè)的生產(chǎn)方式已由高效大量生產(chǎn)型向低環(huán)境負(fù)荷的方式發(fā)展,綠色制造就是這樣一種生產(chǎn)模式和理念,是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的最佳選擇,是現(xiàn)代企業(yè)的必由之路?？沙掷m(xù)發(fā)展的機(jī)械制造體現(xiàn)了系統(tǒng)思想。所謂系統(tǒng)就是由若干相互作用和相互依賴的組成部分構(gòu)成的具有共同目標(biāo)和特定功能的有機(jī)整體。綠色制造是制造過程所涉及的硬件( 物料、設(shè)備、工具、能源等)、軟件(包括制造理論、制造工藝和制造信息等)和人員組成的一個(gè)具有特定功能的統(tǒng)一的有機(jī)整體。它包括制造生產(chǎn)運(yùn)行全過程,包括市場(chǎng)分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、制造裝配、檢驗(yàn)出廠、產(chǎn)品銷售及售后服務(wù)、回收處理等各個(gè)環(huán)節(jié)。研究系統(tǒng)問題時(shí),著重

3、研究系統(tǒng)整體中各組成部分之間的相互關(guān)系和作用,而不是僅著眼于某一組成部分。以傳統(tǒng)制造為基礎(chǔ)以工業(yè)生態(tài)學(xué)為其基本理論,以制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展為其最終目標(biāo), 綜合了材料科學(xué)、社會(huì)科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、管理科學(xué)、藝術(shù)與美學(xué)等學(xué)科知識(shí),具有集成性、交叉性、前沿性。綠色制造是傳統(tǒng)制造與現(xiàn)代高新技術(shù)的有機(jī)融合。機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)目標(biāo)是產(chǎn)品生產(chǎn)費(fèi)用最小,經(jīng)濟(jì)效益最高,以及保證產(chǎn)品的功能、性能、質(zhì)量等原則,但隨著人們對(duì)環(huán)境和資源意識(shí)的提高設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)還應(yīng)盡量做到符合/低碳0的要求。產(chǎn)品設(shè)計(jì)對(duì)能源消耗起著至關(guān)重要的作用。 因此, 分析產(chǎn)品設(shè)計(jì)對(duì)能源消耗和環(huán)境的影響因素, 研究面向能源優(yōu)化利用和環(huán)境保護(hù)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法,對(duì)提高能源

4、利用率,保護(hù)環(huán)境等方面具有重大的意義。最終目標(biāo)是控制能源消耗和廢物排放,從而達(dá)到合理利用資源和保護(hù)環(huán)境的目的。以下為可持續(xù)發(fā)展在機(jī)械工程技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用與體現(xiàn)：一、 生態(tài)化設(shè)計(jì)生態(tài)化設(shè)計(jì)是在滿足產(chǎn)品使用功能的前提下盡量減少能源和原材料的巨大消耗和浪費(fèi)及對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞的一種設(shè)計(jì)方法。生態(tài)化涉及的內(nèi)容相當(dāng)?shù)膹V泛, 幾乎涉及所有領(lǐng)域,主要有能源、資源、機(jī)械、化工、交通、建筑、電子等行業(yè). 機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中選擇材料時(shí)應(yīng)首先考慮以下內(nèi)容:首先,優(yōu)先選用可循環(huán)使用、可再生、可生物降解和可重復(fù)使用的材料;其次,優(yōu)先選用綠色環(huán)保、節(jié)約能源資源為基礎(chǔ)的材料,提高能源資源的利用率,從而節(jié)省能源資源; 再次,優(yōu)先

5、選用污染少、能耗低和無毒、無害及無輻射特性的材料,減少產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的破壞. 一般的,機(jī)械生產(chǎn)過程中都會(huì)不同程度的產(chǎn)生廢水、廢氣、廢渣等污染物, 會(huì)對(duì)環(huán)境和操作者造成危害。盡量推行產(chǎn)品的生態(tài)設(shè)計(jì),選用科技含量高、生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟(jì)效益好、環(huán)境污染少的新技術(shù)和新工藝工藝,選用便于拆卸的技術(shù)方案, 使產(chǎn)品在運(yùn)行使用階段原材料的消耗、能源的消耗和污染物排放等減少到最低程度. 從環(huán)境保護(hù)和節(jié)約資源的角度來看,廢品回收具有重大的意義。因此, 設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)要考慮到報(bào)廢后的回收和再利用。盡量將產(chǎn)品設(shè)計(jì)為廢后能翻新、修復(fù)進(jìn)而進(jìn)行再制造或者廢舊產(chǎn)品通過材料的分離、分解回收材料的產(chǎn)品。二、模塊化設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)是

6、一種先進(jìn)的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法,它將系統(tǒng)根據(jù)功能的不同分解為若干模塊, 通過模塊的優(yōu)化組合得到不同品種和不同規(guī)格的產(chǎn)品, 在當(dāng)代提倡低碳的時(shí)代更是得到廣泛的應(yīng)用。模塊化設(shè)計(jì)已被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、軍事、航天、航空等設(shè)計(jì)領(lǐng)域.機(jī)械產(chǎn)品往往存在大量的非功能性單元,而這些非功能性單元用一個(gè)固定的標(biāo)準(zhǔn)來衡量是非常困難的,使用過程中往往帶來大量的不便和浪費(fèi)能源資源的情況。因此,對(duì)機(jī)械產(chǎn)品各功能單元進(jìn)行模塊化劃分,使用模塊來量化每個(gè)機(jī)械企業(yè)的能源消耗的可改進(jìn)潛力。在設(shè)計(jì)時(shí)通過改變模塊,就可以在不影響設(shè)備功能的前提下,最大化的節(jié)約能源資源。三、 低碳再制造機(jī)械產(chǎn)品的修復(fù)或再制造是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品延壽與制造過程節(jié)能降耗

7、的重要技術(shù)基礎(chǔ)。所有的機(jī)械產(chǎn)品都有一定的使用壽命,當(dāng)產(chǎn)品到達(dá)設(shè)計(jì)壽命后并非所有零部件都會(huì)損壞,簡(jiǎn)單的更換新品,顯然是十分浪費(fèi)的做法,機(jī)械產(chǎn)品修復(fù)或再制造無疑是一種理想的技術(shù)方法。當(dāng)產(chǎn)品達(dá)到設(shè)計(jì)壽命后,進(jìn)行零部件回收和拆卸, 通過對(duì)其零部件的區(qū)分大致可以分成3類:將未損壞且能保持原來性能的部件重新利用; 將可修復(fù)的部件利用再制造技術(shù)進(jìn)行重新加工,使其性能和表面精確度要求達(dá)到甚至超過再制造前的原產(chǎn)品;將磨損嚴(yán)重的部件進(jìn)行回收處理,使能源利用率達(dá)到最大化。四、 生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化在機(jī)械加工過程中,生產(chǎn)調(diào)度的方案不同,不僅會(huì)對(duì)生產(chǎn)過程中的時(shí)間和質(zhì)量以及效率產(chǎn)生影響,而且對(duì)于能源的消耗和環(huán)境污染的程度也有所不

8、同,合理的優(yōu)化調(diào)度能夠有效地利用資源,縮短加工時(shí)間,提高生產(chǎn)效率, 因此需要對(duì)低碳加工制造過程中的調(diào)度優(yōu)化進(jìn)行必要的研究,來減少機(jī)械加工系統(tǒng)生產(chǎn)過程中資源消耗和環(huán)境影響。傳統(tǒng)的生產(chǎn)調(diào)度主要以時(shí)間、質(zhì)量、成本等為調(diào)度優(yōu)化的目標(biāo), 對(duì)加工過程中的生產(chǎn)進(jìn)行合理的安排。而我們所說的低碳加工制造系統(tǒng)的優(yōu)化問題要對(duì)加工任務(wù)、加工時(shí)間、工藝約束等綜合考慮, 還要對(duì)生產(chǎn)對(duì)象的碳排放量和環(huán)境影響進(jìn)行分析。并把資源的利用考慮其中,所示, 將單個(gè)優(yōu)化目標(biāo)與低碳節(jié)能相組合進(jìn)行同步優(yōu)化, 形成部分優(yōu)化模型, 從而為整體優(yōu)化作必要的準(zhǔn)備。追求可持續(xù)發(fā)展的機(jī)械制造可以使制造業(yè)通過有效配置資源、合理利用資源, 最終贏得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。發(fā)展生產(chǎn)和保護(hù)環(huán)境已成為一對(duì)相互對(duì)立的矛盾, 經(jīng)過人們多年探討和大量實(shí)踐, 逐步認(rèn)識(shí)到解決這一矛盾的唯一途徑就是轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式。對(duì)制造業(yè)來說, 就