機械工程領(lǐng)域中的可持續(xù)發(fā)展

1、機械工程領(lǐng)域中的可持續(xù)發(fā)展我國的環(huán)境問題不容樂觀，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在中國實施更有特殊意義，在這一背景下，我國機械工業(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?？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, 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。可持續(xù)發(fā)展的機械制造體現(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)和人員組成的一個具有特定功能的統(tǒng)一的有機整體。它包括制造生產(chǎn)運行全過程,包括市場分析、產(chǎn)品設(shè)計、工藝規(guī)劃、制造裝配、檢驗出廠、產(chǎn)品銷售及售后服務(wù)、回收處理等各個環(huán)節(jié)。研究系統(tǒng)問題時,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,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)的有機融合。機械產(chǎn)品設(shè)計目標(biāo)是產(chǎn)品生產(chǎn)費用最小,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,但隨著人們對環(huán)境和資源意識的提高設(shè)計產(chǎn)品時還應(yīng)盡量做到符合/低碳0的要求。產(chǎn)品設(shè)計對能源消耗起著至關(guān)重要的作用。 因此, 分析產(chǎn)品設(shè)計對能源消耗和環(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)計方法,對提高能源

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)計生態(tài)化設(shè)計是在滿足產(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及對生態(tài)環(huán)境的破壞的一種設(shè)計方法。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、機械、化工、交通、建筑、電子等行業(yè). 機械產(chǎn)品設(shè)計過程中選擇材料時應(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)品對環(huán)境的破壞. 一般的,機械生產(chǎn)過程中都會不同程度的產(chǎn)生廢水、廢氣、廢渣等污染物, 會對環(huán)境和操作者造成危害。盡量推行產(chǎn)品的生態(tài)設(shè)計,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)計產(chǎn)品時要考慮到報廢后的回收和再利用。盡量將產(chǎn)品設(shè)計為廢后能翻新、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)計機械產(chǎn)品的模塊化設(shè)計是

6、一種先進(jìn)的機械產(chǎn)品設(shè)計方法,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)代提倡低碳的時代更是得到廣泛的應(yīng)用。模塊化設(shè)計已被廣泛應(yīng)用于機械、電子、軍事、航天、航空等設(shè)計領(lǐng)域.機械產(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能源資源的情況。因此,對機械產(chǎn)品各功能單元進(jìn)行模塊化劃分,使用模塊來量化每個機械企業(yè)的能源消耗的可改進(jìn)潛力。在設(shè)計時通過改變模塊,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、 低碳再制造機械產(chǎn)品的修復(fù)或再制造是實現(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)。所有的機械產(chǎn)品都有一定的使用壽命,當(dāng)產(chǎn)品到達(dá)設(shè)計壽命后并非所有零部件都會損壞,簡單的更換新品,顯然是十分浪費的做法,機械產(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)計壽命后,進(jìn)行零部件回收和拆卸, 通過對其零部件的區(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)化在機械加工過程中,生產(chǎn)調(diào)度的方案不同,不僅會對生產(chǎn)過程中的時間和質(zhì)量以及效率產(chǎn)生影響,而且對于能源的消耗和環(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,縮短加工時間,提高生產(chǎn)效率, 因此需要對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)度主要以時間、質(zhì)量、成本等為調(diào)度優(yōu)化的目標(biāo), 對加工過程中的生產(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)化問題要對加工任務(wù)、加工時間、工藝約束等綜合考慮, 還要對生產(chǎn)對象的碳排放量和環(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, 最終贏得市場競爭,獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。發(fā)展生產(chǎn)和保護(hù)環(huán)境已成為一對相互對立的矛盾, 經(jīng)過人們多年探討和大量實踐, 逐步認(rèn)識到解決這一矛盾的唯一途徑就是轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長方式。對制造業(yè)來說, 就