第9章-材料經(jīng)濟學(2學時)課件

主要內(nèi)容

1材料經(jīng)濟學的幾個基本概念2材料的循環(huán)3材料的選用與競爭4材料經(jīng)濟分析基本要求:了解材料循環(huán)、綠色材料技術和材料經(jīng)濟分析的基本概念。教學課時:2學時第8章材料經(jīng)濟學UJS—DaiQX主要內(nèi)容第8章材料1材料的五個現(xiàn)代判據(jù)：能源、資源、環(huán)境、經(jīng)濟和質(zhì)量

材料的現(xiàn)代判據(jù)

8.1幾個概念UJS—DaiQX材料的五個現(xiàn)代判據(jù)：材料的現(xiàn)代判據(jù)8.1幾個概念UJS2宏觀材料學

宏觀材料學著眼于從整體上分析材料的問題，即將材料整體作為研究對象，作為一個系統(tǒng)，考察材料與社會環(huán)境之間的相互作用及關系，分析在環(huán)境的影響下材料內(nèi)部宏觀組元的自組織問題。所以，宏觀材料學是討論材料與社會、環(huán)境的關系。主要內(nèi)容是以經(jīng)濟為線索，貫穿材料宏觀現(xiàn)象的研究。UJS—DaiQX宏宏觀材料學著眼于從整體上分析材料的問題，即將材3循環(huán)型材料產(chǎn)業(yè)

循環(huán)經(jīng)濟的三個基本原則：減量（Reduce）、再利用（Reuse）、再循環(huán)（Recycle）,即

三R

原則.材料產(chǎn)業(yè)應適應時代的需要，把生態(tài)環(huán)境意識貫穿于產(chǎn)品和生產(chǎn)工藝的設計之中，提高材料的利用率、降低生產(chǎn)和使用過程中環(huán)境的負擔，并且要研究其評價體系和使用方法。用全生命周期思想考慮材料設計與生產(chǎn)是必然趨勢。

UJS—DaiQX循循環(huán)經(jīng)濟的三個基本原則：UJS—DaiQX4材料經(jīng)濟學

主要的內(nèi)容是對材料的生產(chǎn)、應用、交換、分配、研究、發(fā)展和規(guī)劃等活動進行經(jīng)濟效益和社會效益或潛在應用前景的分析和評價。

應用價值價格理論來分析單個經(jīng)濟的經(jīng)濟活動.材料產(chǎn)品的成本分析,產(chǎn)品銷售的經(jīng)濟評價,材料發(fā)展的經(jīng)濟評價,材料選用的經(jīng)濟分析等.

材料的大循環(huán)；材料工業(yè)的布局、發(fā)展規(guī)劃、技術政策；材料生產(chǎn)結構和消費結構的經(jīng)濟評價等。宏觀材料經(jīng)濟學微觀材料經(jīng)濟學UJS—DaiQX材料主要的內(nèi)容是對材料的生產(chǎn)、應用、交換、58.2材料的循環(huán)1生態(tài)材料

定義生態(tài)材料

（Ecomaterials）是主動開發(fā)的與生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)的材料.

目前主要是生物質(zhì)材料（BiomassMaterials）

主要有四大類：淀粉與可生物降解塑料混煉、二氧化碳共聚物、生物合成可生物降解塑料和生物合成前體再化學聚合生成可生物降解塑料。生物質(zhì)聚合物定義：生物質(zhì)聚合物是由可再生資源（如淀粉、秸桿等）、二氧化碳等為原料生產(chǎn)的聚合物。UJS—DaiQX8.2材料的循環(huán)定生態(tài)材料（Ecomater6傳統(tǒng)材料到生態(tài)材料評價目標的變化重視環(huán)境功能第一耐久性大量消費廢棄個別特殊后處理追求質(zhì)量質(zhì)量適宜分解性節(jié)能省資源回收再利用通用前預防UJS—DaiQX傳統(tǒng)材料到生態(tài)材料評價目標的變化重視環(huán)境功能第一耐久性大量7塑木復合材料（Wood-PlasticComposites，簡稱WPC）是利用自然作物廢棄物的天然纖維填充、增強PVC等熱塑性新料或回收塑料的新型改性材料。自然作物廢棄物很廣，如木材的下腳料、刨花、木粉，花生、稻米等谷物加工后剩余的糠皮，蘆葦、向日葵等農(nóng)作物的莖、桿等都可用于WPC的生產(chǎn)原料。主要應用領域：建筑、汽車裝飾、室內(nèi)裝潢，其它物流、交通等行業(yè)的隔板、儲存箱等。塑木復合材料為人們同時處理農(nóng)林業(yè)廢棄物和工業(yè)廢棄塑料提供了一條新的思路。全球需求量不斷地升高.例8-1塑木復合材料UJS—DaiQX塑木復合材料（Wood-PlasticComp82再生材料未來再生材料產(chǎn)業(yè)將大幅度地替代傳統(tǒng)的原生資源材料產(chǎn)業(yè)，并以采用價值鏈為主要驅動力帶動整個循環(huán)經(jīng)濟的快速發(fā)展。圖循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展模式下的制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈UJS—DaiQX2再生材料未來再生材料產(chǎn)業(yè)將大幅度地替代傳統(tǒng)的原生9我國二次資源的利用率很低，材料的廢品回收總量遠低于國外水平。如再生金屬鉛的比例僅是國外的50%,項目名稱國內(nèi)國外回收率/%消耗煤kg/t鉛85~88500~60095350綜合回收利用情況合金中銻元素回收率僅為60%綜合回收率高，銻回收率在90%以上生產(chǎn)集中度生產(chǎn)能力在1000t以上的極少，大部分為1000t以下生產(chǎn)規(guī)模在2萬噸以上，有的甚至達到幾十萬噸環(huán)境保護熔煉過程中產(chǎn)生大量的SO2氣體及鉛蒸汽，廢氣中鉛含量超過國家標準，煙塵濃度和鉛塵濃度分別達360mg/m3和34mg/m3，整個過程產(chǎn)生的污染遠遠高于國家規(guī)定的排放標準生產(chǎn)過程不產(chǎn)生飛塵，能徹底根除SO2氣體產(chǎn)生；熔煉爐密封性好，煙塵少，基本上不產(chǎn)生鉛蒸汽，無污染，煙塵濃度和鉛塵濃度只有24mg/m3和0.025mg/m3UJS—DaiQX我國二次資源的利用率很低，材料的廢品回收總量遠低于國項103綠色材料技術

在產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)，以產(chǎn)品環(huán)境屬性（可拆卸性，可回收性、可維護性等）作為設計目標，同時要保證產(chǎn)品應有的功能、使用壽命、質(zhì)量等要求。綠色設計原則被公認為“3R”的原則，即Reduce,Reuse,Recycle，減少環(huán)境污染、減小能源消耗，產(chǎn)品和零部件的回收再生循環(huán)或者重新利用。綠色設計（GreenDesign）也稱生態(tài)設計(EcologicalDesign),環(huán)境設計（DesignforEnvironment）,環(huán)境意識設計（EnvironmentConsciousDesign）UJS—DaiQX3綠色材料技術在產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)，以產(chǎn)11

主要強調(diào)要重視傳統(tǒng)工藝和生產(chǎn)流程的改造，材料生產(chǎn)過程中的節(jié)能與環(huán)保。國家政策:從2005年開始，我國將逐步出臺有關政策限制和停止高能耗加工貿(mào)易.并分別停止或下調(diào)了鋼鐵初級產(chǎn)品、稀土金屬、稀土氧化物、煤炭、有色金屬及其制品的出口退稅。

很重要的措施是積極開發(fā)和采用新工藝、新技術，特別是在傳統(tǒng)材料產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)中，潛力很大。

UJS—DaiQX主要強調(diào)要重視傳統(tǒng)工藝和生產(chǎn)流程的改造，材料生12例8-3粉末注射成形

粉末注射成形（PowerInjectionMolding，PIM）是制備三維復雜形狀的近終成形技術，是制造各種零件的高效、節(jié)能、節(jié)材、環(huán)境友好、低成本、大批量生產(chǎn)的工藝

.PIM制備的產(chǎn)品密度高而組織均勻，性能高而各向同性。廣泛用于鐘表、醫(yī)療器械、通用機械、五金工具、電子通信、儀器儀表、紡織機械等許多領域。UJS—DaiQX例8-3粉末注射成形粉末注射成形（Power138.3材料的選用與競爭

8.3.1材料選用的基本原則1)材料使用性能要求→最大限度發(fā)揮材料潛力

2)材料的工藝性能→加工工藝性能良好3)經(jīng)濟性

涉及材料的價格、加工成本、國家資源情況等,零件的總成本與零件壽命的關系5)其它因素毛坯選擇、生產(chǎn)可能性等4)環(huán)境協(xié)調(diào)性

→能源\資源\環(huán)境因素UJS—DaiQX8.3材料的選用與競爭1)材料使用性能要求→最大限148.3.2各類材料的競爭1材料的生命周期珀爾曲線的數(shù)學表達式是新產(chǎn)品銷售量的典型曲線：

戈珀資曲線的數(shù)學表達式為：曲線的拐點位置為：t=(lnb)/k，N=L/e,是不對稱的.

曲線的拐點（d2N/dt2）位于t=(lnb)/k所對應的N=L/2,將曲線分成對稱的兩部分.

UJS—DaiQX8.3.2各類材料的競爭珀爾曲線的數(shù)學表達式是新產(chǎn)品銷售152材料的競爭

材料和事物的生命周期有同樣的變化規(guī)律，也有孕育期、發(fā)展期、成熟期和衰退期.社會總是選擇性價比好的材料，即物美價廉的材料.材料之間的替代曲線類似于生長曲線.材料的競爭歷來有之，只是在現(xiàn)代社會經(jīng)濟中表現(xiàn)得更為突出、更為激烈。

競爭形式各大材料類之間的競爭，材料種類的競爭，傳統(tǒng)材料的改革，新材料、新工藝的開發(fā)等。UJS—DaiQX2材料的競爭材料和事物的生命周期有同樣的變化16各大材料類之間的競爭

例8-6汽車輕量化首先是普通鋼板、管棒材用量明顯減少，高強度鋼和先進高強度鋼的用量增加;其次，鋁合金用量↑↑，它是汽車輕量化的重要材料。車身結構、框架、覆蓋件和車輪等有大量應用;三是塑料及纖維復合材料的應用也日益增加，它是汽車輕量化的有效材料。四是鎂合金用量逐年增加，鋅鑄件不斷地在減少。

汽車工業(yè)三大問題油耗、安全和環(huán)保采用高強度輕量化材料和相關的應用技術UJS—DaiQX各大材料類之間的競爭例8-6汽車輕量化首先是普通鋼17材料種類之間的競爭

例如：金屬材料大類中鋼鐵材料之間的競爭;鋼鐵材料與非鐵金屬材料之間的競爭;各鋼種之間的競爭，如高速鋼類;高分子有機材料的不斷更新與替換;綠色有機材料的崛起;有色金屬材料中的銅、鋁、鋅等之間也都有競爭與替代。UJS—DaiQX材料種類之間的競爭例如：UJS—DaiQX18傳統(tǒng)材料的改進改進措施主要有優(yōu)化材料成分、革新或創(chuàng)新制備工藝。國家標準相應的國家材料標準和有關工藝標準要不斷地更新，特別是有害元素要嚴格地控制。例如，我國在2005年規(guī)定將禁止生產(chǎn)和使用包括低檔建筑涂料在內(nèi)的6大類10種建材產(chǎn)品。在中國加入WTO后，國家制訂的標準更應向國際化靠攏或采用和國際標準相似的標準要求。改進材料制備工藝目的較多，提高材料的性能，或提高生產(chǎn)效率，或降低生產(chǎn)成本，更重要的是有些工藝改進后可大為改善能源、環(huán)境和資源等指標，朝著綠色加工技術的方向發(fā)展。UJS—DaiQX傳統(tǒng)材料的改進改進措施主要有優(yōu)化材料成分、革新或創(chuàng)新制備19例8-7粉末鍛造連桿

粉末鍛造是由粉末冶金和鍛造相結合的一種新的金屬成形工藝或新材料技術。既是新工藝，也是新材料。特點粉末鍛造零件的力學性能高，形狀與尺寸精度好，生產(chǎn)工藝可靠性高，價格可行，受到廣泛的肯定。2005年在美國底特律舉辦的美國汽車工程師學會100周年世界大會上，粉末鍛造與C-70鋼鍛造連桿雙方發(fā)生了激烈的論戰(zhàn).UJS—DaiQX例8-7粉末鍛造連桿粉末鍛造是由粉末冶金和鍛造相20新材料的開發(fā)新材料開發(fā)可以說在世界上是風起云涌。如能源材料、生態(tài)環(huán)境材料、電子信息材料、各種功能材料、生物醫(yī)用材料、航空航天及軍用材料等都是世界上研究開發(fā)的熱點。即使是傳統(tǒng)使用的材料，也進行了巨大的革命，不僅是在傳統(tǒng)理論上有了很大的突破，而且在實際應用方面也取得了杰出的成就。開發(fā)的新材料許多是應用在高新技術上，也有很多是替代了傳統(tǒng)材料。UJS—DaiQX新材料的開發(fā)新材料開發(fā)可以說在世界上是風起云涌。218.3.3材料競爭的國際化如菲利普公司計劃在2006年前采用新的投資戰(zhàn)略，以實現(xiàn)公司的戰(zhàn)略轉型，確保其可持續(xù)發(fā)展的穩(wěn)定性。不僅要保持其核心技術與許多產(chǎn)品的世界領先地位，同時還將通過專利核心技術等措施實現(xiàn)其利益的最大化目標。高新技術經(jīng)濟發(fā)展的核心國家安全的保障材料開發(fā)是關鍵國家實力的競爭材料研究已進入白熱化程度采取新的戰(zhàn)略方針/投資策略UJS—DaiQX8.3.3材料競爭的國際化如菲利普公司計劃在200622例8-10材料生產(chǎn)企業(yè)的競爭策略

合并/重組戰(zhàn)略意圖:提高效益,開拓、分化、壟斷材料市場歐洲鋼鐵集團通過重組,形成了北方、科羅斯、TK和意大利里瓦集團四大家.鋼鐵產(chǎn)業(yè)為例日本將50家鋼鐵企業(yè)合并重組了新日鐵、

NKK、住友、川畸和神戶等五大聯(lián)合企業(yè).而新日鐵又重組了熱軋板、冷軋板、冷軋硅鋼片為主的生產(chǎn)基地UJS—DaiQX例8-10材料生產(chǎn)企業(yè)的競爭策略合并/戰(zhàn)略意圖:23例8-11國家戰(zhàn)略競爭,爭奪制高點

1958年美國國防部就設立了“國防高級研究局”,以新的管理思想和模式鼓勵創(chuàng)新研究,創(chuàng)造軍事技術的新思想、新方法和新技術.敢于承擔風險,愿意資助其他部門淘汰的高風險項目,也支持一些所謂的“瘋子項目”(crazyproject).幾十年的成就表明,這是一個“成功的風險投資者”,是“美軍探索高技術的窗口”.美國總統(tǒng)辦公廳科技政策室在1995年發(fā)布的《國家關鍵技術報告》中明確指出,新材料技術是關系美國國家經(jīng)濟繁榮和國家安全的七大關鍵技術之一.歐洲各國、日本等發(fā)達國家都制定了新材料研究和發(fā)展規(guī)劃,政府在經(jīng)費方面都進行了傾斜.UJS—DaiQX例8-11國家戰(zhàn)略競爭,爭奪制高點1958年美248.4材料經(jīng)濟分析材料商品的經(jīng)濟分析符合一般商品的市場流通規(guī)則，遵循一般商品的價格經(jīng)濟效益規(guī)律，即收益遞減律和商品價格規(guī)律?？梢哉f，有形的產(chǎn)品都是由各種不同的材料制造的。零部件或產(chǎn)品選擇材料的經(jīng)濟分析是指企業(yè)使用材料制造零部件或產(chǎn)品過程的經(jīng)濟分析，零部件材料的選擇涉及因素較多，分析也比較復雜。UJS—DaiQX8.4材料經(jīng)濟分析材料商品的經(jīng)濟分析符合一258.4.1材料經(jīng)濟分析方法1

收益遞減律產(chǎn)出量（g）應是眾多投入因素的函數(shù)：

當其它因素不變時，某因素對產(chǎn)出量g的貢獻可用偏導數(shù)表示，這偏導數(shù)稱為該因素對g的邊際產(chǎn)出。因此，函數(shù)g(x)是其它投入量不變時就產(chǎn)出量g與x的關系，叫做產(chǎn)出函數(shù)或收益函數(shù)。UJS—DaiQX8.4.1材料經(jīng)濟分析方法產(chǎn)出量（g）應是眾多投入因素的26求獲利最大時的投入量x：

即曲線的切線斜率為1時的x,對應圖中的C點。如取平均每投入單位x獲利最大為判據(jù)，則：切點B滿足這個條件.

用投入的平均產(chǎn)出（g/x）及邊際產(chǎn)出（dg/dx）作判據(jù)，兩者所獲最大利潤所對應的x值是不同的。UJS—DaiQX求獲利最大時的投入量x：即曲線的切線斜率為1時的272商品價格

商品價格是由買賣雙方共同確定的。如圖9.16所示，由買方的需求曲線（DD）和賣方的供給曲線（SS）的交點A來確定價格。

設消費者要消耗商品1，2，3，…，n，消費量分別為x1，x2，x3，…，xn,則效用u是它們的函數(shù)，即：類似于前面的投入與產(chǎn)出關系一樣，獲得i商品的效用為UJS—DaiQX2商品價格商品價格是由買賣雙方共同確定的。283

材料的成本效益分析1)材料單位成本分析式中，M為材料的單位成本，F(xiàn)為后道精加工及裝配調(diào)整的單位成本，L為每一件產(chǎn)品對勞務及固定成本所承擔的分額（可用單位時間的成本表示），R為這一批量的生產(chǎn)效率?？偵a(chǎn)成本為P，工具和設備費用為T，N為生產(chǎn)件數(shù)量，與單件有關的成本為X.比較兩種不同的工藝，可得到圖9.17所示的兩條曲線.UJS—DaiQX3材料的成本效益分析式中，M為材料的單位成本，F(xiàn)為后道精加29可得到一臨界值NC：

只有產(chǎn)量達到NC值時，采用先進生產(chǎn)工藝才有經(jīng)濟效益。當批量N很小時，以降低工具設備費用T為選材依據(jù).UJS—DaiQX可得到一臨界值NC：只有產(chǎn)量達到NC值時，采用先進生產(chǎn)工302)材料的價值分析如果設V為價值，F(xiàn)u代表功能，C為成本，則價值分析可表示為：這也就是現(xiàn)在常說的性價比。這里的材料功能Fu是指零件的主要性能技術要求，C是零件材料的成本。上式也用于產(chǎn)品.就機械產(chǎn)品而言，無論是提高產(chǎn)品功能Fu，還是降低成本C，都與材料的選用有直接關系，可根據(jù)不同材料的功能特性和單位成本價格來進行比較決定選擇。

UJS—DaiQX2)材料的價值分析這也就是現(xiàn)在常說的性價比。這313)材料的技術經(jīng)濟評價指標（1）對提高最終產(chǎn)品性能程度的評價（2）材料的直接經(jīng)濟效益評價（3）間接經(jīng)濟效益評價（4）對降低制造成本的評價（5）對節(jié)約能源程度的評價（6）對提高產(chǎn)品生產(chǎn)競爭能力和引進技術的消化吸收能力的評價（7）對促進并提高技術水平的評價（8）對提高資源利用程度的評價（9）對環(huán)境影響程度的評價（10）材料的再生利用循環(huán)程度的評價。UJS—DaiQX3)材料的技術經(jīng)濟評價指標。UJS—DaiQX32材料技術經(jīng)濟評價指標的計算公式為：a評價系數(shù),K權重系數(shù).可根據(jù)實際情況科學而合理地確定。評價方案確定后，就由專家組來打分評定。權重系數(shù)是經(jīng)專家評分后取的平均值，材料技術經(jīng)濟評價體系對預選的幾種材料進行半定量分析，將更能幫助正確地評價和選擇材料，也可用于對某種有發(fā)展前途的材料進行預測評價。UJS—DaiQX材料技術經(jīng)濟評價指標的計算公式為：a評價系數(shù),K338.4.2材料經(jīng)濟的能源與環(huán)境因素

材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性:首先要符合節(jié)約能源、資源的原則其次是減少對環(huán)境的負荷第三是容易回收和循環(huán)再生利用符合人與自然和諧發(fā)展的基本要求的，是材料產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。UJS—DaiQX8.4.2材料經(jīng)濟的能源與環(huán)境因素材料的環(huán)境34例8-12無鉛焊料的研究開發(fā)禁令發(fā)布無鉛焊料研究開發(fā)，國際競爭非常激烈。歐盟發(fā)