机床产品绿色设计主线的主导特性研究

　　乔冰剑赵宇
　　摘要：绿色制造是一种综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式，其目标是使得产品在整个寿命周期中对环境负面影响极小，资源利用率极高，并使企业经济效益和社会效益协调优化。作为资源消耗和环境排放严重的典型行业，机床制造业实施绿色制造是其实现可持续发展的迫切要求，对机床行业的长远发展具有重要的指导意义。
　　关键词：机床产品；绿色设计；主导特性
　　传统的机床设计方法大多只是考虑机床产品某部分的功能，没用从全生命周期的角度去考虑其技术、经济与环境等方面的性能指标。按传统设计生产制造出来的产品，由于缺乏全面系统性的布局设计，往往造成大量的资源浪费，以及较高的环境排放，由此严重影响机床产品的绿色性能。机床的绿色化设计应运而生。
　　一、机床绿色设计概念
　　绿色设计又称为面向环境的设计、可持续设计、生态设计、环境意识设计、生命周期设计等。虽然这些设计概念在提出的初期各有侧重，但随着近年来的发展，基本上都趋于同一概念，即是指在设计阶段就面向产品生命周期全过程，考虑从产品的概念形成到生产制造、使用乃至废弃后的回收、重用及处理处置的各个阶段，以资源消耗和环境影响最小为目标，对产品各阶段进行全面的绿色性能设计，这就是绿色设计的基本思想。
　　机床产品的绿色设计过程是在机床产品的全生命周期过程中，考虑其资源环境属性，如资源利用率、环境友好性等指标，并将其作为设计目标，在机床产品的功能、质量等要求的前提下，以机床产品制造和使用过程的环境影响最小为目标，对机床的各结构参数进行重新设计优化。
　　二、机床产品设计主线的主导特性
　　机床产品设计主线的主导特性为：绿色设计要针对机床产品的整个生命周期，把其绿色性能作为设计目标，充分考虑各阶段对环境的影响。下面基于生命周期思想，从机床产品的原材料获取、生产制造、使用维护、以及废旧机床产品的回收处理等阶段介绍机床产品设计过程主线的主导特性。
　　（一）原材料获取
　　原材料的选择对机床产品制造过程的环境影响相当关键。因此，设计之初，就应该对制造机床所需的各种原材料进行考核评估，除了考虑该材料的物理性能、经济性等因素，还需对其绿色性能加以评估。原材料的绿色性能需满足两个条件：首先是其自身的加工制备过程能耗低且污染少；其次是该种材料的使用过程产生的环境排放少，并且具有可回收、易降解等性能。
　　（二）机床产品制造过程
　　机床产品的制造过程涉及众多工艺，如铸造、机加工、焊接、涂装、热处理等工艺，各工艺过程资源消耗大，且产生大量环境排放，如：大气污染排放（有毒气体、燃煤废气、燃油废气、窒息性气体等），废水排放（含油污水、酸碱污水、含重金属污水等），固体废弃物的排放以及物理性污染排放（振动、激光、热辐射、噪音等）。这些废弃物严重污染生态环境。通过对机床产品制造工艺进行优化设计，可减少机床产品制造过程的环境排放。如：开发环境友好型工艺，干切削技术、金属粉末注射成型工艺、刀具涂层技术等都是具有良好环境特性的新工艺技术；或对现有工艺进行优化，合理安排工艺路线，优化工艺参数等，都可以最大限度地降低机床产品制造过程的环境影响。
　　（三）包装过程
　　机床产品的包装过程是机床产品生命周期中的一个重要环节。机床产品的包装过程一方面消耗大量资源，如木料、塑料等包装材料，同时产生大量废弃物排放。包装材料大多属一次性消费品，资源消耗大，产生的废弃物排放多，包装废弃物对环境的污染物问题日益突出。减量化包装，可有效地减少包装材料的消耗，由此减少包装过程的环境排放。同时，包装材料尽量选用绿色材料，具有可回收利用性，以及对人体和生态环境无害等特性，从而减少包装过程的环境影响。
　　（四）使用维护过程
　　通过对机床的使用和维护阶段产生的环境排放和资源消耗情况进行分析，为机床设计方案的选择提供依据。在机床产品的设计阶段就要充分考虑这些因素从而进行更优化的机床产品设计。如：传统机床使用过程需消耗大量切削液，通过开发干式切削技术，降低机床产品使用过程的切削液消耗；机床使用过程常常伴随着振动、噪声等，而这往往是由于机床传动链结构复杂引起的。因此，缩短其传动链结构，不仅可有效减少噪声、振动的问题，还可提高机床加工精度，同时也便于机床产品的维修和安装。机床的模块化设计可使机床通过组装快速完成多种不同的功能，从而满足用户需求。
　　（五）废旧机床产品的回收处理
　　机床报废后并不意味着所有的零部件均成为废品。机床是一种极具回收再制造价值的典型机电产品，具有较大的再制造潜力。机床产品的众多机械部分具有耐久性，性能稳定等特点，特别是床身、立柱等铸件，时效越长，性能越好，适合于循环再制造。且再制造后的机床性能稳定，可靠性好。再制造机床可完全达到新品的性能水平，而再制造成本仅为同种性能新机床的50左右。所以，在机床产品的设计之初就充分考虑其可回收利用性，可拆卸性等。不仅尽量选用绿色材料，同时采用模块化设计，以方便其报废后的回收处理，同时最大限度减少回收处理过程的资源环境影响，提高资源利用率，获得更大的经济效益。
　　三、结论
　　绿色制造是人类社会可持续发展战略在现代制造业中的体现。机床制造业作为典型的资源消耗大户，实施绿色制造有助于降低制造企业资源消耗和环境污染，提升企业核心竞争能力，实现企业经济效益与可持续发展效益的协调优化。
　　参考文献：
　　〔1〕光复，刘志峰，李钢。绿色设计与绿色制造〔M〕。机械工业出版社，2000。
　　〔2〕黄志斌，刘志峰。当代生态哲学及绿色设计方法论〔M〕。合肥：安徽人民出版社，2004。