绿色制造与可持续发展e-works涂彬王阳黄菊锋前言绿色制造与可持续发展强调社会、经济、资源和环境协调发展，是一个密不可分的系统，既要达到发展经济的目的，又要保护好人类赖以生存的环境。

在实现绿色制造与可持续发展的道路上，中国面临着严峻的挑战。

中国有2亿亩土地因为矿产开发等因素而废弃，占总耕地面积10%；中国90%的地下水被污染，60%的地下水污染严重；在中国盲目发展水电过程中，还造成了对生态环境的永久性破坏。

2008年中国消耗的煤炭这一高污染能源，占能源消费总量的68.7%，高于世界平均水平一倍以上，中国资源利用效率居世界59个主要国家的倒数第6位，中国1吨煤所产生的效率仅相当于美国的28.6%，欧盟的16.8%，日本的10.3%。

面对这些令人震撼的数据，实现绿色制造与可持续发展迫在眉睫，e-works在2010中国制造业产品创新数字化国际峰会，重点就中国制造企业如何实现“绿色制造与可持续发展”这一主题展开了深入的讨论，通过业内专家产品创新理论实践的分析、行业提供商绿色解决方案的分享，绿色设计典型应用企业案例的剖析，为当前中国制造业企业实现绿色制造与可持续发展提供了丰富的实践经验。

一、绿色化的产品创新1、产品创新过程管理的发展与应用趋势在本次峰会上，清华大学莫欣农教授从产品全生命周期的“价值创新”，灵活、快速、高效的“管理创新”，智能化、服务化、绿色化的“产品创新”三个方面深入剖析了中国企业如何实现走向世界的重大转型，并对产品全生命周期进行了全新的诠释。

莫教授指出：产品全生命周期可以分解成为八个阶段，从开始预研策划、立项、开发设计、验证测试到工艺与量产，接着进入产品的生产销售和使用维修阶段，最后进入产品的报废阶段。

在这几个阶段中，分别解决的是设计、制造、使用和回收问题。

如果企业纯粹以制造为中心，那么形成的曲线就是苦笑曲线；如果企业是以设计、开发新产品与后期服务为中心，那么形成的就是微笑曲线。

这就是创新、服务的转变，也正是企业转型的核心。

制造业未来的发展方向正是不仅要考虑新产品的开发，还要将生产型制造转变为服务型制造，通过最少的资源消耗，获得利润的最大化。

信息化在这个过程中发挥了巨大的作用，通过更加灵活、快速的信息获取方式，推动了产品全生命周期（PLM）技术不断发展，也给制造业带来了很多革命性的变化。

从手工设计到CAD设计，从静态数据管理到动态数据管理；通过变形设计直接面向产品对象，完成从电子文件管理到面向对象管理的转变，再到协同制造，形成了完整的设计生命周期的管理。

在生命周期的各个阶段中，如果要进行数据传递就需要将所有数据都放入PLM系统中，建立统一的平台，这样各个阶段的数据都可以从这个平台中提取，不但解决了数据传递问题也解决了数据的唯一性，通过单一数据源和统一的系统构架，将企业的数据进行统一管理。

在产品的全生命周期中，很多环节都会产生垃圾以及资源的浪费。

随着信息化不断发展，制造业需要把报废这个阶段变成回收再利用，这就需要利用PLM平台管理这些数据，快速准确的查看产品的设计、制造、使用、维修的相关信息。

通过这些数据的有效管理，就能够为绿色制造与可持续发展打下坚实基础。

2、P LM与机械产品模块化技术在绿色设计与可持续发展中，模块化设计具有非常重要的意义和作用，不但能够缩短上市周期、降低产品成本、提高产品质量，还可以在资源最优利用率下充分满足客户的个性化需求。

浙江大学纪杨健教授在主题为《PLM与机械产品模块化技术》的演讲中谈到：从应用深度上，模块化技术经历了从几何模型/单学科到多学科/集成的发展，在产品基础上做模块化；接着发展到组织/过程的模块化，到与IT技术融合的模块化技术；从空间角度来说，模块化一开始是针对特定的零件来做模块化，后来发展到需要对一个部件做模块化，最后需要对整个产品和整个产品平台做模块化；从时间角度来说，过去在做模块化的时候，更多关注的是产品的研发阶段，后来发展到如何把制造过程考虑进去，最后发展到建立服务/维修和设计模块化之间的关系。

模块化技术要想良好的应用必须要与IT技术进行相应的融合，通过建立优质的数据模型，使模块化技术与IT技术最终走向融合之路。

PLM技术和模块化技术融合会有很多的问题需要处理，比如技术对象树产品树、零件树、文档树如何建立，模块如何划分等等。

针对企业常见的问题，对已由零件进行模块化设计主要有以下几方面的工作：第一、建立编码体系，这里有两类码：1、分类码，2、识别码，这两类码可以平行使用，也可以联合起来使用。

第二、做好零部件名称规范化。

企业零部件名称杂乱会对模块化带来很多不利因素。

必须要仔细分析零部件命名情况，比如按照功能、位置、形状命名等情况。

第三、层次式分类框架。

零部件分类有很多操作方法和步骤，推荐使用的架构是层次式分类方法。

比如根据企业实际选择标准，企标或国标等，确定第一层。

例如环、套、销、轴、管、圈等。

第二是根据功能划分、功能—-主特征映射与组合，确定第二层，例如衬套零件，主要功能语义为润滑、导向等，因此可映射为润滑孔、台阶等功能特征。

第三就是细分功能结构—特征，例如同样是润滑孔但可能是椭圆型的油孔、或者腰型油孔、重复第二步。

第四、做ABC的分析。

A类件是专用零部件。

B类件是企业标准零部件，C类件是标准件和外购件。

最后即将模块化系列扩展，零部件模块扩展需要按照一定的级别进行扩展。

总结来说，模块化和PLM技术的相互融合，关键就是要解决数据模型的问题。

3、产品研发设计体系建设在当前制造业发展趋势下，经济增长方式已经逐渐从资源资本要素投入型向知识技术投入型、增强产业核心竞争力方向转变，以规模扩展为中心的科技产业结构调整成为发展中国家的核心要素。

而如何建立有效的产品研发设计体系建设，成为信息化增效的关键。

在本次峰会上，上海市信息化专家委员会委员、博士生导师明新国教授在《产品研发设计及其信息化体系建设》主题演讲中指出：“先进制造业竞争已由资源和劳动力竞争转向技术和人才竞争，竞争的界面前移到技术和产品的研究开发、产业化乃至基础性研究和应用研究开发阶段，使科技竞争成为先进制造业竞争的关键因素。

”本着以提升企业创新产品研发设计的核心能力为目标，明教授提出了“以创造价值为目标、消除浪费”的精益思想。

当然，精益产品研发设计给企业提出了很高的要求：首先，要求企业在产品的平台设计，结构设计，和详细设计中充分考虑各个相关利益方的价值目标，提升相关利益方的价值；同时，要求企业要有高效的产品开发流程，应用精益的思想消除流程中的浪费，改进流程的时间和质量。

另外，建立合适的产品研发设计体系，需要集成产品开发团队来完成。

集成产品开发团队是企业为了完成特定的产品开发任务而组成的多功能型团队，它包括来自市场、设计、工艺、生产技术准备、制造、采购、销售、维修、服务等各部门的人员，有时还包括顾客、供应商或协作厂的代表。

通过团队的建设，团队的成员技能互补，为了共同的绩效目标，共同承担责任；同时能够大大提高产品生命周期各阶段人员之间的信息交流，促进协同工作；而且，建立在履行多种任务、行使内部控制的工作团体基础上的企业，经常能够超越以个人、单一任务和受外部控制为基础的组织形式；其次，人们有能力决定自己的行为方法，而且团体内部控制比主管的外部控制更加有效，这就是IPT能产生高质量、高效率的根本原因。

二、产品创新数字化技术在产品研发领域，利用CAD/CAM/CAE/PDM等软件辅助产品研制，可实现减少图纸或无图纸设计、加工，提升产品研发效率，达到节省成本、节约资源的目的。

在本届峰会上，来自软件厂商的演讲嘉宾也分享了各自致力于“绿色制造与可持续发展”解决方案。

1、CAD/CAM技术对于比较成熟的3D CAD技术，为了契合节能环保和低碳的诸多产品发展趋势，增加相应的功能尤为必要。

在本届峰会上，来自于3D CAD领域提供商诸如PTC、Siemens PLM 分享了它们致力于产品级环保法规、机电一体化概念设计等解决方案。

PTC在2008年底收购了Synapsis Technology公司，这是一家为制造业提供物质、材料、零部件和产品级环保法规合规性管理解决方案EMARS的公司，从此完善了自己对于环保合规和绿色设计的领域的解决方案；Siemens PLM的3D CAD产品——NX融合了机电一体化概念设计解决方案（MCD），以功能设计方法为基础，以机电一体化产品的概念设计阶段为目标，这不仅包括定义多体物理学，而且还包括集成机电一体化产品中常见的与自动化相关的行为。

另外，在CAM领域，来自英国的CAM软件公司DELCAM也在本次产品创新数字化峰会上展示了其专业的软件解决方案：PowerMILL、FeatureCAM、PartMaker、ArtCAM。

作为优秀的高级加工软件，PowerMILL面向复杂型面加工中最小机床加工时间和最佳表面加工质量的需求；作为基于特征的自动化编程工具，FeatureCAM面向铣削、车削、车铣复合、线切割加工中最少编程时间的需求；作为专业的瑞士型纵切加工及多轴多刀塔车铣复合加工编程系统，PartMaker满足精密零件加工中最少机床工艺准备时间和加工时间的需求；同时，ArtCAM提供设计与加工一体的三位浮雕加工编程系统。

在CAD/CAM领域，通过采用先进的工具软件，利用高速铣削进行粗加工和半精加工，利用高速切削加工模具的复杂曲面，而电加工只作为精加工。

既可减少相关材料的损耗、同时极大缩短了加工周期，提高加工效率，继而降低成本。

2、CAE技术众所周知，CAE诞生之初是为了减少物理试验，降低成本。

而随着CAE技术的发展，虚拟仿真技术的作用不仅仅在于减少试验上，而融合到了产品创新、品质提升、节能环保等各个阶段。

结合本次产品创新数字化峰会的“绿色制造与可持续发展”主题，来自MSC、Abaqus、NUMECA等CAE软件提供商也分享了自己的解决方案。

以MSC为例，通过提供“碰撞、多体动力学、CFD、结构和耐久性、NVH”等学科的虚拟仿真分析，为产品研发提供有效的支撑手段。

同时，MSC还建立了CAE知识平台，结合MSC技术中心的研发特点和现状出发，充分体现和纳入技术中心在长期的CAE实践中取得的成果、经验、规范，形成一个基于成熟架构的CAE知识平台，这一平台将仿真知识（数据）管理、仿真流程管理、权限和分析任务管理等功能融于一体，建立并不断积累技术中心仿真分析的知识库，协助项目质量保障，从而支持企业的产品研发和创新工作。

在电子散热仿真分析领域，明导公司的Mechanical Analysis部门介绍了其提供EDA领域的电子设计自动化工具、并对电子产品结构领域进行仿真分析的解决方案。

通过同步CFD 技术，实现了CAD工具与CFD工具之间的无缝集成，FloEFD工程师可以直接在Solidworks、Pro/E、CATIA等CAD里面做专业的热仿真、流体仿真。