实施绿色制造技术 保障人类生活质量

林占光

现代机器制造业在两百多年的发展中为人们的衣、食、住、行提供了许多性能不同的机械产品，有力地推动了社会的发展。然而，机械制造业，特别是 微电子技术、大规模集成电子技术和机械工业相结合，在产品制造过程中产生的废弃物，以及使用淘汰和报废产品产生的废弃物，也给地球环境造成了很大的污染。

为了改变这种状况，从90年代起，一些西方国家首先掀起了“绿色浪潮”。在这种浪潮推动下，“绿色产品”不断涌现，人们越来越崇高绿色产品，相应的绿色制造技术就成为现代技术研究的热点问题。 绿色制造技术，是指在从产品设计、制造、运输、使用、报废以处理的整个产品生命周期的过程中综合考虑环境影响的现代制造模式，目的是将产品在生命周期中对环境的破坏或危害降到最小。绿色制造技术强调在产品生命周期中的所有过程中都要考虑对环境的影响，它涉及现代设计技术、先进制造工艺和设备、环境技术、能源技术、材料科学、网络技术、并行工程和系统工程，以及环境标准和立法。

20世纪90年代以来，我国制造业技术水平不断提高。但是，在绿色制造技术方面研究甚少，不但资源和原材料消耗较大，而且生产噪声，废气，切削液、冷却液等废液的排放对环境的污染相当严重，因而影响了制造业的综合效益。鉴于此，制造行业必须采用绿色制造技术，降低环境风险。绿色设计也称为环境设计(Design for Environment)，绿色设计就是以绿色技术为原则所进行的产品设计。其主要内容包括：绿色产品设计的材料选择与管理；产品的可拆卸性设计；产品的可回收性设计。由于设计阶段是产品生命周期的源头，而从源头控制环境要素无疑是最有效的方法。搞好了绿色设计，意味着从源头控制了废弃物的最小化或污染预防，特别是几乎决定了产品设计之后的其他过程走向，因此绿色设计是绿色制造技术的核心。

一、在筹备阶段材料的环境协调性的绿色设计

主要表现在材料的选择，材料选用是绿色产品设计中的重要环节，材料的环境协调特性评估是绿色产品设计过程中材料选择的重要依据之一。其内容应包括：

1、 能源的最佳利用的材料：材料生命周期中应尽可能采用清洁型可再生能源(也称绿色能源)，如太阳能、风能、水能、地热能等或所耗能源最少。

2、 污染最小的材料：材料生命周期全过程中产出的环境污染最小。严重的环境污染会给人类乃至整个生物圈造成巨大的损害。

3、 损害最小的材料：材料生命周期全过程中对人体健康的损害最小。材料选择必须考虑其对人体健康的损害，通常应注意材料的辐射强度、腐蚀性、毒性等。

二、在制造阶段面向环境的绿色设计

环境问题主要是由于产品制造过程中产生的废气、废液、废渣等造成的，因此在制造过程面向环境的绿色设计内容主要包括：

1、按设计确定的绿色工艺和设备进行加工，重点控制生产加工过程中的废水、废气、废渣、尘埃和固体废弃物（不良品率）的产生，治理噪声和防止辐射

2、当有害物质无法避免时，可以采取在生产过程中实施有毒介质随时随地生产使用的新方法。比如，美国电信业巨头AT＆T在生产砷化氢(该物质在电子元器件生产中广泛使用)时，就采用了现场按要求合成砷化氢的方法。

3、 在产品设计时，进行合理的结构设计，减小噪声。例如在电机设计中，可以通过合理地设计风扇叶片的形状及尺寸、通风口的形状和大小、风道的形状，提高关键零部件的精度。

4、 尽量采用少废无废工艺，减少污染源，如机械加工行业中干式加工工艺（干切削加工、干磨削加工等等）开始得到应用，可以消除了冷却液带来的一系列污染问题。

5、尽量避免使用有毒有害的介质，避免有害废液和废气的产生。如电路板的焊接采用无铅焊接工艺；再如机加工时冷却液的选择和使用。有的工厂在滚齿、插齿、铣削等加工时，使用极压切削油。这种切削油冷却能力不足、挥发性大，使车间里充满挥发的油雾，造成车间的空气污染。

6、选用高品质的辅助材料，如机加工时冷却液的选择和使用。

7、采用高效设备，减少污染排放；例如，机械在喷涂过程中往往会排放出许多有害物质、释放出刺激性气味，对操作者身心造成极大的损害。当采用全封闭的自动化涂装生产线后，就可以将喷涂过程中形成的漆雾在高温下裂解为无害的气体，大大减小污染物对环境的影响。

三、在包装运输阶段面向环境的绿色设计

包装材料选择应该尽量选择对环境影响小的，寿命长的，在其生命周期内消耗能量少，且便于回收再生利用的包装材料。

１、尽量选用可以或易于回收的材料：可回收再利用材料（纸制品、玻璃、金属。线性高分子、可降解材料）；可自然分化回归材料（纸制品、可降解材料、可食性材料）；可焚烧回收能量材料（部份不可回收的线性高分子材料、网状高分子材料、部份复合型材料）。

２、尽量使用回收得到的材料用于产品包装。

３、尽量选用无毒性材料，减少危险材料的使用。

四、在使用报废回收阶段面向环境的绿色设计

产品在使用过程中，常常会产生大量的固体废物，废水，废气，电磁辐射以及噪声和振动等，从而对环境造成污染。随着技术的发展和社会进步，产品新换代和废弃速度加快，如何加以回收利用也是一个大问题，因此在产品设计过程中应充分考虑到使用报废中产生的环境污染，以便能在设计时采取必要措施加以降少或消除污染。下面针对机械产品进行分析。

１、废气

许多产品在使用中，都不可避免会产生废气，特别是那些以常规燃料为动力的产品，更是如此。因此为减少产品使用造成的大气污染，应该对产品的设计作出调整或改进。一般采用改进产品结构的方法减少废气的产生和增加必要的废气处理装置，减小废气污染的危害。例如对汽油车来说，CO、HC和 NOx是主要的有害成分，减少汽车尾气排放的设计方法可用废气再循环（EGR）、改进点火系统、燃料供给系统、防止汽油蒸汽措施等方法。

２、废水

产品使用过程中，排放的废水和废液主要有洁净废水和污染废水两种。洁净废水，如冷却水应该循环利用；污染的废水和废液则应进行综合防治。在设计阶段，对在使用过程中产生废水的产品应增加必要的结构或装置，尽量减少废水中的有害物质。例如可采用如下的一些结构或方法：（1）过滤，可采用格栅或筛网。格栅用以阻截水中粗大的悬浮物和飘浮物；筛网过滤可作为废水的预处理或重复利用的深度处理。（2）除油装置，如油水分离器等。（3）蒸发，通过加热或减压，使水分子气化，从而对其中的溶质进行处理。（4）离心，利用杂质和水的质量不同的特点，在高速旋转时所受离心力不同进行水质分离。（5）物理吸附，采用活性炭、粉煤灰等吸附剂除去废水中的有机物和色素等。（6）中和，根据废水的酸碱性，投加相应的碱性或酸性物质和凝聚剂，经中和反应后生成盐类物质和水，盐经凝聚沉淀后再分离脱水形成污泥，净化后的水回收再用。（7）氧化，去处废水中难以生物降解的有机物。（8）水解，生成水解产物，去处有害物。（9）电解，除去重金属离子。

３、固体废弃物

固体废弃物往往是许多污染成分的终极状态。又是大气、水体和土壤环境的污染“源头”。因此控制“源头”、处理好“终态物”是固体废物污染控制的关键。对产品设计来讲，要消除或减少固体废弃物的产生，主要有两个途径：（1）采用物质循环利用技术，将其中的有用物质尽可能的重复使用，使废弃物减至最少，可利用价值最低。（2）对于最后因限于技术经济因素难以直接重用的废弃物应根据废弃物的成分选用物理（粉碎；分选；压缩；脱水）化学（焚烧；热分解；溶剂浸出；高温烧结；固化法）和生物化学（高温堆肥；沼气法）等不同设备和处理方法进行最终处理。目前日本和欧洲对家电产品的回收处理大多应用了磁吸附等选拣技术。

４、噪声

噪声对人体的影响和危害是多方面的。降低噪声最有效的办法是在设计阶段减少和消除噪声源，常用的方法有：（1）选择合理的原材料，减小噪声：一般金属材料，消耗振动能量较少，其构件表面会辐射较强的噪声，而采用消耗能量大的高分子材料或高阻尼合金就不同了。如某棉织厂将1511型织机的36牙传动齿轮改用尼龙代替铸铁使噪声降低4～5dB。（2）改进产品结构，减小噪声：通过改进设备的结构减小噪声，其潜力是很大的。以电机为例，合理地设计风扇叶片的形状及尺寸、通风口的形状和大小、风道的形状。改进后的电机，噪声降至88.5dB(A)。（3）提高关键零部件的质量：电机转速很高，适当提高关键零件的加工精度和关键部件的装配精度，将明显改善降噪效果，如选择高精度等级的轴承。（4）安装消声器：消声器要体积小、重量轻，便于安装与拆卸，维修要方便。如以电机，在其靠近出入风口处安装消声器，是控制电机噪声的最有效的方法。（5）合理安装，减小噪声：设备安装不合理，也会产生噪声。例如电动机的防护罩及盖板等如果安装不当，会与电机产生共振，发生刺耳的噪声。

５、振动

振动也是产品使用中经常产生的现象。按所采用的抑制振动手段区分，振动控制方法有五种：（1）消振或减弱振源：如对高烟囱、热交换器等结构，由于卡门涡引起的流激振动，可通过加扰流器的方法。另外，还可采取抵消振动的方法。（2）隔振：在振源与受控对象之间串联隔振器，可以减小受控对象对振源激励的响应。如动力机械通过隔振器与基础相连，从而减小机械运转时产生的交变扰力和力矩向基础的传递。（3）吸振：在受控对象上附加一个动力吸振器，用它产生吸振力以减小受控对象对振源激励的响应。（4）阻振：在受控对象上附加阻尼器或阻尼元件，通过消耗能量而使响应减小，如粘贴阻尼材料的汽车壁板能有效地降低车辆在不平路面上行驶引起的随机激励响应。（5）结构修改：通过修改受控对象的动力学特性参数使振动满足预定的要求，这是一种不需附加任何子系统的振动控制方案，目前是非常引人注目的。

在当前越来越重视绿色产品的国际形势下，我国的制造业应该实施绿色制造技术，这既是提高企业竞争力的最佳途径，也是保护生态环境，保障人类生活的质量，实现社会可持续发展的要求。