绿色制造技术及其发展趋势李海胜海南省高级技工学校 海南省 海口市 571100摘要：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，绿色制造技术的发展为人类社会发展起着非常重要的作用。

本文阐述了绿色制造的概念和特点，介绍了绿色制造的相关技术和关键技术，并展望绿色制造技术的发展动态及趋势。

关键词：绿色制造发展趋势环境、资源、人口是当今世界面临的三大主要问题, 日趋严重的生态问题对人类的生存与发展构成严重威胁。

制造业在将制造资源转变为产品以及产品的使用和处理过程中, 产生的废弃物是污染环境的主要根源。

有效地控制制造业产生的环境污染是当前制造科学亟需解决的问题【1】。

传统的环境治理方法是终端治理,全球生态环境恶化的现实证明,这种治理方法不能从根本上实现对环境的保护。

要想解决该问题,必须要求考虑产品整个生命周期对环境的影响,最大限度地利用原材料、能源,减少有害废弃物和排放物,选用绿色材料,实施绿色设计、绿色工艺、绿色包装、绿色使用和绿色回收。

1、绿色制造的概念绿色制造（Green Manufacturing，GM）【2】，又称环境意识制造（Environmentally Conscious Mannufacturing）、面向环境的制造（Manufacturing For Environment）等。

它是一个综合考虑环境影响和资源效益的先进制造模式，其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中，不产生环境污染或环境污染最小化，对生态环境无害或危害极少，节约资源和能源，资源利用率最高，是实现制造业可持续发展的重要生产方式。

绿色制造具有非常丰富和深刻的内涵。

绿色制造实质上是人类社会可持续发展战略在现代制造业中的体现。

绿色制造是多领域、多学科的交叉和集成,主要涉及产品制造领域、环境领域和资源领域。

其图如下【3】：绿色制造2、绿色制造的特点【1】绿色制造具有以下5 个特点：(1)系统性 绿色制造系统本质特征在于绿色制造系统保证环境污染为最小。

(2)预防性 绿色制造对产品生产过程中的环境污染问题, 强调以预防为主。

(3)适合性 绿色制造结合产品的特点和工艺要求, 使绿色制造目标符合预期发展的需要, 又不损害生态环境且能保持资源的合理使用。

(4)经济性 绿色制造技术的应用, 可节省原材料和能源的消耗, 降低回收处理费用, 降低生产成本,增强市场竞争力。

(5)有效性 绿色制造对产品及生产过程的连续控制, 综合利用再生资源和能源、物料的循环利用技术, 有效地防止二次污染。

3、绿色制造的关键技术3．1 绿色设计技术【4】绿色设计是指在产品生命周期全过程的设计中,充分考虑对环境和资源的影响,在考虑功能、质量、开发周期和成本的同时,优化设计因素,使产品及其制造过程对环境和资源消耗的总体影响减到最小。

绿色设计是将绿色产品的要求作为设计约束的一部分,从可持续发展的高度审视产品的整个生命周期,将3R(Reduce, Reuse, Recycle)直接引入产品研发阶段绿色设计的核心思想是彻底抛弃传统的“先污染,后治理”的环境治理方式,代之以“预防为主,治理为辅”的环境保护策略。

3.2 绿色材料选择技术【5】绿色材料选择技术是一个系统性和综合性很强的复杂问题。

一是绿色材料尚无明确界限,实际中选用很难处理。

二是选用材料,不能仅考虑其绿色性,还必须考虑产品的功能、质量、成本等多方面的要求,这些更增添了面向环境的产品材料选择的复杂性。

选择绿色材料是实现绿色制造的前提和关键因素之一。

绿色材料选择应遵循以下原则: (1)优先选用可再生材料和回收材料；(2)尽量选用低能耗、少污染的材料；(3)尽量选用环境兼容性好的材料,避免选用有毒、有害和有辐射特性的材料。

3．3 绿色制造工艺技术绿色工艺是指物料和能源消耗最小化、废弃物最小化、环境污染最小化的加工工艺。

现在在绿色制造技术的使用中，尤其是我国在机械行业绿色制造中应用较为成熟的工艺技术有如下几种:3.3.1 精密成形制造技术【6】成形制造技术包括铸造、焊接、塑性加工等，目前它正从仿形加工向直接制成工件，即精密成形或净成形方向发展，这样就可以大大减少原材料和能源的消耗。

3.3.2干式加工【7】传统机械加工尤其是在数控机床、加工中心和自动生产线上的切削过程是以使用切削液的湿法方式进行的。

但切削液却是金属切削加工中的主要污染源,切削液不仅对操作工人的身体健康构成威胁,而且废液的排放也对环境造成严重污染,尤其对水资源的污染。

干式加工就是加工过程中不采用任何冷却液的加工方式。

干式加工简化了工艺、减少成本并消除了冷却液带来的一系列问题，如废液排放和回收等等。

3.3.3 工艺模拟技术采用工艺模拟技术将数值模拟、物理模拟和专家系统相结合，确定最佳工艺参数、优化工艺方案，预测加工过程中可能产生的缺陷和防止措施，从而能有效控制和保证加工工件的质量，达到绿色制造的目的。

3.3.4 新型制造技术的出现绿色制造是多学科多领域的交叉，从产品的设计开始，直到产品的加工工艺、加工过程、质量检测、最后装配和包装，逐渐趋向一体化，如现在CAD、CAPP、CAM的出现就使设计和制造成为一体。

现在推出一种新型技术--快速原型零件制造技术（RPM），采用材料“去除”的原则，而采用“添加、累积”的原理。

代表性技术有分层实体制造（LOM），熔化沉积制造（FDM）等等。

3.3.5 网络技术、虚拟现实技术与制造业相结合构成敏捷制造技术【8】虚拟现实技术在制造业中的应用主要包括虚拟制造技术和虚拟公司（VC）两个部分，虚拟制造技术就是在真正产品生产之前，在虚拟制造环境下生成软产品模型（Soft Prototype）来代替传统的硬样品（Hard Prototype）进行实验，对其性能和可制造性进行预测和评估，从而减少损耗，降低成本。

3.4 先进制造设备先进制造设备是绿色制造系统的装备与工艺基础, 是实现优质、高效、低耗、清洁生产的基础, 是保证产品质量和市场竞争的基础, 是绿色制造的重要支柱。

绿色制造设备最主要亮点是机床绿色化。

所谓绿色机床是将毛坯转化为零件的工作母机，在使用过程中不仅消耗能源，还会产生固体、液体和气体废弃物，对工作环境和自然环境造成直接或间接的污染。

机床绿色化的第一个措施，是通过大幅度降低机床重量和减少驱动功率来构建具有生态效益的机床。

绿色机床提出一种全新的概念，大幅减少重量，力求节省材料，同时降低使用能耗。

（1）虚拟机床：通过研发机电一体化的、硬件和软件集成的仿真技术，来实现提高机床的设计水平和使用绩效。

（2）绿色机床：强调节能减排，力求使生产系统的环境负荷达到最小化。

（3）智能机床：提高生产系统的智能化、可靠性、加工精度和综合性能。

（4）e-机床：提高生产系统的独立自主性以及与使用者和管理者的交互能力，使机床不仅是一台加工设备，而是成为企业管理网络中的一个节点。

3.5 绿色包装技术绿色包装技术就是从环境保护的角度,优化产品包装方案,使得资源消耗和废弃物产生最少。

目前这方面的研究很广泛,但大致可以分为包装材料、包装结构和包装废弃物回收处理3个方面。

我国包装行业“九五”至2010年发展的基本任务和目标中提出包装制品向绿色包装技术方向发展,实施绿色包装工程,并把绿色包装技术作为“九五”包装工业发展的重点,发展纸包装制品,开发各种代替塑料薄膜的防潮、保鲜的纸包装制品,适当发展易回收利用的金属包装及高强度薄壁轻量玻璃包装,研究开发塑料的回收再生工艺和产品【9】。

目前我国研究出极具发展潜力的几种绿色包装材料有：纳米包装材料、金属基复合材料、生物高分子材料、有机硅及氟系材料、新型塑料及塑料合金、金属箔材及异型材、功能性高分子材料。

3.6 绿色处理技术【10】绿色处理技术是实现生态工业的先决条件，它在产品的绿色制造中扮演着重要的角色。

评价产品回收处理方案设计主要考察三方面：效益最大化、重新利用的零部件尽可能多、废弃部分尽可能少。

4、绿色制造技术的发展动态和趋势4.1 全球化【11】绿色制造的研究和应用将愈来愈呈现全球化的特征和趋势, 其特征体现在: 制造业对环境的影响是超越空间的; 有关环境管理体系的ISO14000 系列标准的陆续出台为绿色制造的全球化研究和应用奠定了基础; 随着近年来全球化市场的形成, 绿色产品的市场竞争将是全球化的。

绿色制造将为企业提高产品的绿色水平提供技术手段，为企业消除国际贸易壁垒进入国际市场提供有力的支撑。

4.2 社会化【12】绿色制造需要全社会的共同努力和参与。

利用相关法律和行政规定对绿色制造形成有力的支持，对相反行为做出适度惩罚。

其次，政府可制定经济政策，用市场机制引导绿色制造的实施。

4.3 集成化绿色制造的集成功能目标体系、产品和工艺设计与材料选择系统的集成、用户需求与产品使用的集成、绿色制造的问题领域集成、绿色制造 系统中的信息集成、绿色制造 的过程集成等技术将成为绿色制造的重要研究内容。

绿色制造集成化的另一个方面是绿色制造的实施需要一个集成化的制造系统来进行。

4.4 并行化绿色并行工程将可能成为绿色产品开发的有效模式绿色设计今后仍将是绿色制造中的关键技术。

绿色并行工程又称为绿色并行设计,是现代绿色产品设计和开发的新模式。

它是一个系统方法,以集成的、并行的方式设计产品及其生命周期全过程,力求使产品开发人员在设计一开始就考虑到产品整个生命周期中从概念形成到产品报废处理的所有因素,包括质量、成本、进度计划、用户要求、环境影响、资源消耗状况等。

绿色并行工程涉及一系列关键技术,包括绿色并行工程的协同组织模式、协同支撑平台、绿色设计的数据库和知识库、设计过程的评价技术和方法、绿色并行设计的决策支持系统等。

4.5 智能化人工智能和智能制造技术将在绿色制造研究中发挥重要作用。

绿色制造的决策目标体系是现有制造系统TQCS (即产品上市时间T、产品质量Q、产品成本C和为用户提供的服务S)目标体系与环境影响E和资源消耗R的集成,即形成了TQCSRE的决策目标体系【13】。

要优化这些目标，需要用人工智能方法来支撑处理。

基于知识系统、模糊系统和神经网络等的人工智能技术将在绿色制造研究开发中起到重要作用。

4.6 产业化企业实施绿色制造，需要大量实施工具和软件产品，如计算机绿色产品设计系统、绿色工艺规划系统、绿色创造决定系统、产品生产周期评估系统等，这些绿色制造工具的大量需求必将推动新兴绿色软件产业的形成与发展。

5、结束语社会经济的发展必须有利于自然资源的良性利用，有利于生态系统的循环，有利于改善和提高人民的生活水平;而不能以浪费资源、破坏生态环境和降低人民生活质量为代价。

绿色制造在将来的制造生产过程中起着至关重要的作用。

绿色制造技术的发展和应用有利于社会制造业的可持续发展。