提高数控设备资源利用率发展绿色制造

幺炳唐

（中国质量协会全国数控设备用户委员会，北京100088）

所谓绿色制造（Green Manufacturing，GM），就是应用绿色设计、使用绿色设备、绿色材料、绿色能源制造绿色产品，一直到产品使用寿命完结后的绿色处理的全过程。在这个过程中，要使资源利用率最高，消耗最低，环境污染最小。

绿色制造技术涉及到现代设计技术、先进制造工艺及设备、环境技术标准、环境工程技术、系统工程技术、通信网络及数据库支撑技术、并行工程技术以及政策法规等等。而这些技术又集中体现在充分利用数控设备资源方面。因此，充分利用数控设备资源，提高数控设备资源利用率就成了绿色制造的重中之重。

在绿色制造的产业链中，充分利用数控设备资源对于推进绿色制造具有重要意义，受到发达国家的重视；虽然我国的数控设备的应用技术比发达国家落后，但近几年有了长足的发展，目前数控设备的用量约有100万台，也很可观。我国军工行业进行了以提高数控设备资源利用率为目标的应用技术攻关，攻关取得了重大进展，试点效果显著，为探索绿色制造的发展方向和重点，起到了示范作用。

1 绿色制造的重要意义和国内外简况

随着世界人口的日益膨胀，对自然资源的开采利用达到了无以复加的地步。可开采利用的矿产资源越来越少，制造生产的日用消费品和生产资料消费品越来越多，环境污染越来越严重，生存环境越来越差。如果现在对制造业资源不加以充分利用，对制造过程和制造生产的产品使用过程造成的环境污染不加以控制和改善，这对人类来说将是一场灾难。只有发展和推进绿色制造，充分利用资源，节省资源（要特别注重节省不可再生资源），减少制造过程的排放污染，特别是提高数控设备资源利用率就成了实施“绿色制造”的重中之重。

因此，许多国家已经开展以保护环境为主题的“绿色计划”，如日本的“绿色行业计划”、加拿大的“绿色计划”等。美、英、德、法等20多个国家实施产品“环境标志”，促进“绿色产品”发展。我国也提出了绿色设计理论和方法，建立了绿色产品设计指标评价体系，提出了绿色设计工具，并与CAD、CAM、CAE、CAPP等集成，形成集成环境；建立绿色制造示范点，贯彻ISO14000环境管理体系标准等。但是，我国数控设备的使用效率低下，还不到发达国家的1/4。主要原因是我国数控设备使用技术落后。具体表现在两个方面：（1）集成制造技术比较落后，多数数控加工车间计算机辅助生产管理（订单处理、生产计划编制、作业调度、任务分配、工序质量控制、现场信息反馈、统计报告等）和制造资源管理系统（人员、设备、刀具、卡具、量具、毛料、成品等）缺乏有机集成，CAD/CAM/CAPP集成应用整体水平还不高，生产准备时间过长；（2）缺乏统一的工艺数据库支持，数控加工仿真和优化能力薄弱，数控编程一般是利用商品化CAD/CAM软件系统自动生成NC程序，但工艺需要自己编制，因缺乏统一的标准和优化数据库（如切削数据库、工程数据库等）的支撑，致使数控编程每一个工艺员一个样，相似零件多样程序，许多工艺不合理，人为因素影响大，NC程序运行效率低，极大地制约了数控设备的使用效率。

2 研究提高数控设备应用效率推进绿色制造

针对我国数控设备应用技术落后和应用效率低的问题，我国军工行业正在实施“数控机床专项增效计划”。开展了“高效数控集成制造技术攻关”和“基于切削过程动态力学仿真的数控加工工艺优化技术攻关”。

（1）高效数控集成制造技术攻关。开发出计算机辅助生产管理和制造资源管理系统，实现了生产计划和资源计划自动生成，以及基于生产计划的工装管理、刀具集中配送和原材料领用发放管理。通过对生产管理的合理安排和制造资源的合理配置，实现了数控设备群的协同生产，提高了效率和应变能力。

（2）开发了仿真优化系统。开发了一整套工艺参数力学动态优化仿真、预测和计算数字化软硬件系统，建立了优化工艺参数数据库，形成了第一部优化高速切削工艺参数手册，从根本上实现了工艺参数的选择由试切摸索到仿真计算的跨越，提高了加工效率和质量。

3 数控机床增效试点成效显著对绿色制造意义重大

2006年，我国军工行业，首先选择40家重点企业200台数控设备进行增效试点。目前，已在航天、航空、兵器、电子等20家企业的74台机床数百项典型零件加工中实现了单台增效，加工效率平均提高1倍以上。陕西飞机制造公司应用参数优化技术完成了近100项零件加工应用，平均加工效率提高2倍以上；电子第十四研究所，实现铝合金零件加工提高功效1.35倍；望江工业有限公司某火炮零件加工实现数控机床主轴由2000 r/min提高到13000 r/min，切削时间由18 min缩短到4 min，效率提高4倍以上；昌河飞机工业（集团）公司加工铝合金效率提高了2.8倍以上，首件加工效率由40%提高到90%以上，使原来最多年产12架份S92型直升飞机零件能力提升到32架份等等。

在数控机床产业链中，如果下游用户所有数控设备的应用效率都能提高1倍，产能就可以增加1倍。因此，当企业需要增加产能时就可以不必为扩大生产能力而新增设备，而数控设备用户就可以少用设备、少用能源、少排放、少污染、少占用生产面积；产业链中处于中游的数控行业生产企业就可以少产生用户已拥有的数控产品，因此就可以节能、节材、节省配套元部件、节省辅料、节省设备、少占用生产面积、少排放、少污染；而处于上游的供应方也同样会节省大量的原材料、能源、设备、生产占地面积和人力资源等，也就少排放、少污染。可见，提高数控机床应用效率不仅仅使用户增效、节能、减排、实现绿色制造；同样，也促使整个产业链大量节材、节能、减排和发展绿色制造。2007年我国生产数控机床12万多台，拥有数控设备约70万台（累计进口约23万台）；2008年预计数控机床产量可以达到15万台，拥有数控机床将达到约80万台（累计进口约25万台）；2009年拥有数控机床将达到约100万台，价值约6500亿元左右（2007年和2008年，每年约进口数控机床70亿美元）；而这两年国产数控机床约70亿美元左右。如果，由于提高了数控设备使用效率，每年都可以淘汰一些旧设备，如果用户每年少采购一半新设备，每年就可以节省约1000亿元。对于充分利用资源、节能、节材、减排、增效，其作用不可低估。这是一件利国、利民、利企的大好事。

4 推进绿色制造应注意以下方向

（1）继续扩大数控设备增效成果。从军工行业扩大到民用行业；从有色金属加工扩大到黑色金属加工，以达到充分利用数控设备资源，使全产业链实现“绿色制造”。

（2）在制造产业中要尽量多采用数控设备。因为，普通机床设备防护性比较差，漏水、漏油、漏气（三漏）较严重；数控机床设备防护和密封效果都比较好，可以大大减少使用制造过程中的污染。

（3）随着技术不断进步和数控技术的快速发展，数控机床的使用会越来越多，越来越普及。但是，随着使用技术的发展和使用效率的提高，需求也会相对减少。因此，数控设备生产单位在不断提高生产的数控设备的使用性能、功能、技术水平的同时，在生产和销售数控设备的同时，也应该开发先进的使用技术，开发生产计划和生产资源集成制造系统，优化工艺参数、开发工艺数据库等等，可随数控设备一起提供给用户，以增加技术附加价值。一方面为绿色制造作出贡献，一方面为企业发展，增加技术附加值创造条件。

（4）要特别重视数控设备大用户——汽车行业的需求。中国汽车行业在“十五”期间，固定资产投入达到2350亿元，其中购买设备投入1600多亿元；“十一五”投资约4000亿元，其中购买设备投入将突破2500亿元。目前，这些设备70%依靠进口。中国数控行业必须提高供货的整体技术水平，要提供柔性制造单元、柔性制造系统、流水生产线、装配线和集成技术，以保证制造质量和高效率，实现绿色制造。因为，汽车行业消费的数控设备最多，占30%以上，所以在汽车行业提高数控设备应用技术水平，提高应用效率可以带动某些制造业应用数控技术水平的提高，推进绿色制造的意义更加重大。

5 结语

我国涉及到制造业的各个产业链中的资源利用率都偏低，因此提高资源利用率就成了发展绿色制造的焦点和重点。在制造业中尽量多应用数控设备，尽量提高数控设备资源利用率，对于实现绿色制造具有重要推动作用。在机械制造行业，特别是汽车行业在制造汽车和使用汽车过程中是耗能、耗材、排放污染的重灾区。因此，在机械制造、特别是汽车制造过程中，要大量采用数控设备，要大力研究和提高数控设备应用技术水平，要努力提高数控设备的使用效率，这是节能、节材、减排、推进绿色制造的重要任务。