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。文中分析了制造业对环境的影响。介绍了绿色制造的概念及内涵,研究了产品设计、材料选择、生产、包装、使用到废弃处理整个生命周期中的绿色制造关键技术,并以实例说明了绿色制造实施的可行性。

l 绿色制造的概念

       制造业在将制造资源转变为产品的制造过程中,产品在其使用和废弃处理过程中,都会产生废弃物。由于制造业涉及范围广泛,因而其对环境造成的影响可想而知,如图l所示。可以说,制造业一方面是创造人类财富的支柱产业,另一方面又是环境污染的主要源头。




     20世纪80年代以来,随着全球性环境污染和生态破坏的日益严重。一些发达国家在经历了几十年的末端治理之后,重新审视了它们的环境保护历程,发现虽然在大气、水污染控制和有害废弃物处置方面取得了显著进展。但仍有许多环境问题令人困扰,如全球气候变暖、重金属和农药等污染物在环境介质间的转移等。人们逐渐认识到,仅仅依靠开发更有效的污染控制技术所能实现的环境改善是有限的,关心产品和生产过程对环境的影响,依靠改进生产工艺和加强管理等措施来消除污染可能更为有效,于是提出了有关“绿色制造”的概念。

   绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式,其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中,对环境的负面影响大大降低,资源效率增高,并使企业经济效益和社会效益协调优化。而真正促使绿色制造走向市场,却是多种因素共同作用的结果,如图2所示。从当前社会积极实行可持续发展战略的氛围来看,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。




2 绿色制造的关键技术

   从“大制造”的概念来讲,制造的全过程一般包括:产品设计、工艺规划、材料选择、生产制造、包装运输、使用和报废处理等阶段。如果在每个阶段都考虑到有关绿色的因素,就会产生相应的绿色制造技术。

2.1 绿色设计

   传统的产品设计,通常主要考虑的是产品的基本属性,如功能、质量、寿命、成本等,很少考虑环境属性。按这种方式生产出来的产品,在其使用寿命结束后,回收利用率低,资源浪费严重,毒性物质严重污染生态环境,形成一个“从摇篮到坟墓”的过程。绿色设计的基本思想就是要在设计阶段就将环境因素和预防污染的措施纳入产品设计之中,将环境性能作为产品的设计目标和出发点,力求使产品对环境的影响达减小。从这一点来说,绿色设计是从可持续发展的高度审视产品的整个生命周期,强调在产品开发阶段按照全生命周期的观点进行系统性的分析与评价,消除潜在的、对环境的负面影响,力求形成“从摇篮到再现”的过程。其与传统设计的主要区别如表1所示。绿色设计主要可以通过生命周期设计、并行设计、模块化设计等几种方法来实现。



 

2.2 绿色材料选择

   绿色产品首先要求构成产品的材料具有绿色特性,即在产品的整个生命周期内,这类材料应有利于降低能耗,环境负荷减小。具体地说,在绿色设计时,材料选择应从以下几方面来考虑。

   (1)减少所用材料种类使用较少的材料种类,不仅可以简化产品结构,便于零件的生产、管理和材料的标识、分类,而且在相同的产品数量下,可以得到更多的某种回收材料。

   (2)选用可回收或再生材料使用可回收材料不仅可以减少资源的消耗,还可以减少原材料在提炼加工过程中对环境的污染。宝马(BMW)公司生产的z1型汽车,其车身全部由塑料制成,可在2O分钟内从金属底盘上拆除。车上的门、保险杠和前、后、侧面的操纵板都由通用公司生产的可回收利用的热塑性塑料制成。

   (3)选用能自然降解的材料福州塑料科学技术研究所与福建省测试技术研究所已成功研制出由可控光塑料复合添加剂生产的一种新型塑料薄膜。这种薄膜在使用后的一定时间内即可降解成碎片,溶解在土壤中被微生物吃掉,从而起到净化环境的作用。

   (4)选用无毒材料在汽车和电子工业中,常用的是含铅和锡的焊料。但是铅的毒性极大,所以近年来,已经在油漆、汽油和其他诸多产品中限制或禁止使用它。

2.3 清洁生产

   相对于真正的清洁生产技术而言,这里所提到的清洁生产仅仅指生产加工过程。在这一环节,要想为绿色制造做出贡献,需从绿色制造工艺技术、绿色制造工艺设备与装备等人手。

   在实质性的机械加工中,在铸造、锻造冲压、焊接、热处理、表面保护等过程中都可以实行绿色制造工艺。具体可以从以下几方面人手:改进工艺,提高产品合格率;采用合理工艺,简化产品加工流程,减少加工工序,谋求生产过程的废料减少化,避免不安全因素;减少产品生产过程中的污染物排放,如减少切削液的使用等。目前多通过干式切削技术来实现这一目标。

2.4 绿色包装

   据羿戓制造所了解,现代商品的营销有五大要素,即产品、价格、渠道、促销和包装。而在重视环境保护的世界氛围里,绿色包装在销售中的作用也越来越重要。消费者更是对商品包装提出了4R1D的原则,即Reduce(减少包装材料消耗),Reuse(包装容器的再充填使用),Recycle(包装材料的循环利用),Recover(能源的再生),及De-gradable(包装材料的可降解性)。

   绿色包装是指采用对环境和人体无污染,可回收重用或可再生的包装材料及其制品的包装。首先必须尽可能简化产品包装,避免过度包装;使包装可以多次重复使用或便于回收,且不会产生二次污染。如在摩托罗拉的标准包装盒项目方面,其做法是缩小包装盒尺寸,提高包装盒利用率,并采用再生纸浆内包装取代原木浆,进而提高经济效益。

2.5 绿色处理技术

   在传统的观念中,产品寿命结束后,就再也没有使用价值了。事实上,如果将废弃的产品中有用的部分再合理地利用起来,既能节约资源,又可有效的保护环境,这也正是有些文献中所提到的绿色产品的可回收性及可拆卸性设计问题儿。如此一来,整个制造过程也会形成一个闭环的系统.能有效减轻对环境的危害,这也正是与传统制造过程开环特性不同的一点,见图3。上海交通大学就针对汽车开展了可回收性绿色设计技术的研究,与Ford公司合作,研究中国轿车的回收工程问题。





3 总结与展望

   绿色制造是一个复杂的过程,绿色意识也是一个长期的目标。要实现这一目标,在对各项行为进行监控时就需要更多更好地考虑到环境属性成本的问题。在未来的日子里,还有以下几方面的技术需要进一步研究。

   (1)电子产品生命周期短,又难于回收。因此,有关电子产品的回收利用问题,依然需要进一步研究。

   (2)必须加强有关危险性材料和工艺工程的监控。监控时要能自动获得有关过程、质量及辐射程度的信息。

   (3)必须进一步开发以提高回收利用性、减少剩余量为目的的材料回收工艺及更有效的废弃物管理系统。

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