走向绿色和智能制造——路甬祥在装备制造业振兴专家论坛上的主旨报告（节选）

路甬祥

当前,环境对制造业提出了更高的要求，能源紧缺对制造业的制约日益加剧，中国制造业必须要增强自主创新能力,以人为本,实现人与自然协调发展，提升附加值和国际品牌竞争力,实现由制造大国向制造强国的历史跨越。而发展绿色和智能制造则是实现该历史跨越的关键所在。

1 绿色制造

绿色制造(Green Manufacturing-GM)，指在保证产品的功能、质量和成本的前提下，综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式。它使产品从设计、制造、使用到报废的整个产品生命周期中不产生环境污染或使环境污染最小化，符合环保要求；节约资源和能源，使资源利用率最高，能源消耗最低，并使企业经济效益和社会生态效益协调最优化。

绿色制造已成为21世纪机械制造业的发展趋势，是实现资源能源高效清洁循环利用与环境影响的最小化，有效保障我国现代化进程与装备制造的有效供给与有效利用，建立资源节约型、环境友好型社会的重要途径，且具有相当的紧迫性。

(1)改进制造工艺，实现少废或无废生产

改革制造工艺，开发新的工艺技术，采用能够使资源和能源利用率高、原材料转化率高、污染物产生量少的新工艺，减少制造过程中资源浪费和污染物的产生，使中间废弃物能够回收再利用、最终废弃物可以分解处理，尽最大限度实现少废或无废生产。在机械加工中，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入手：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最少化，避免不安全因素，减少产品生产过程中污染物排放，如减少切削液的使用或使用绿色切削液等。目前干式切削技术得到较大发展。

示例：南汽集团公司通过改革工艺技术实现节能降耗

南汽集团公司以前老工艺的生产过程为：先锻造成型，然后进行常规热处理，即把锻件从常温加热到淬火温度860℃。为满足履带链节的淬火需要，锻造公司专门准备了2台热处理炉：1台为长杆件炉，此炉的功率为280 kW，另1台为链板淬火专用炉，此炉功率为380 kW。现工艺改为余热淬火，其工艺过程为：通过一系列的工艺参数控制，把锻后的热锻件直接放入淬火油槽，完成淬火工序。为此,公司投资了专用余热淬火油槽、用于锻件加热高温、合适、低温控制的三路分选装备、1台大功率的中频感应加热装置、为整个系统配套了排油烟通风装置，总投资约250万元。按原工艺，每吨锻件淬火需耗能583 kWh，现仅需1台油循环泵，每吨锻件耗电能15 kWh，以年180万件计,每件4.5 kg，年节约电能460万kWh，节约电费322万元，不到1年即可收回工艺改造设备投资。

(2)研发节能设备或改造老设备，减少资源消耗

要在生产加工过程中实施清洁生产,也需要从绿色制造设计与装备等入手。采用节能设备，研发新设备或改造老设备，实现节能降耗。

示例：采用新设备实现节能

在机械设备中，电气传动系统所耗费的电能占到了60%～70%，采用节能的传动系统可以为机械设备降低更多的能源消耗。通过采用变频器产品调速改变电机、风机及水泵的控制方式，能够产生十分可观的节能效果，也成为当前广泛使用的节能方式。例如在一条纺织机械生产线上,变频器除调节生产线的电机运行速度外，还可以对生产环境进行恒温及恒湿控制，这种对工艺流程的改变不仅提高生产质量，还减少了故障率，减少了能耗。

示例：改造设备实现节能降耗

新飞改造了成型冷却水系统，可实现每年节水18万t；北京松下彩管公司改造了涂屏工序的清洗系统，每年可节水12.7万t。大连三洋家电公司更新了旧的空压机，每年可节电1万度，而且解决了噪音问题。大连三洋公司改造了蒸汽输送系统，每年可节约蒸汽300 t，锅炉冷凝水2000 t，柴油2万升。

在改造设备方面效果最为突出的是宝山钢铁公司，宝钢是我国的超大型企业,是耗能耗材大户。为降低资源和能源消耗，宝钢制定了19项节能降耗的环境目标和7项节约材料的目标，使本来管理和技术水平已经属世界先进水平的宝钢又上了一个台阶。宝钢实施上述管理和技术体系的11个月与上年同期相比，降低原材料消耗的效益达3700万元；节能的效益为1.25亿元,使吨钢综合煤耗水平在原来已达世界先进水平的基础上再降29 kg。

(3)采用绿色设计与全生命周期评价方法，减轻环境负荷

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，为求形成“从摇篮到再生”的过程。

产品全生命周期评价(LCA: Life Cycle Assessment)技术正在成为绿色设计和绿色制造实施的重要工具，是绿色制造前沿技术领域之一，同时也是实施绿色设计和制造的关键和共性基础技术。根据ISO的定义，产品全生命周期评价是对某一产品系统全生命周期的输入、输出及其潜在环境影响进行评价的过程。

示例：Nokia 3G手机生命周期评价

Nokia对其一款3G手机进行了生命周期分析。在此次生命周期分析中，针对一次能源消耗(PEC)、全球变暖指数(GWP)、臭氧破坏潜力指数(ODP)、酸雨指数(AP)、人体健康损害指数(HTP)、光化氧化污染潜力(POCP)等环境影响方面对一款3G手机进行了生命周期评价。其分析结果如下：

在产品制造阶段，对于适度使用的手机来说，一次能源消耗占产品全生命周期能耗的60%；对于过度使用的手机来说，则占54%。

在使用阶段，适度使用的手机一次能源消耗占全生命周期能耗的29%，过度使用的手机一次能源消耗占全生命周期能耗的35%。在使用阶段的能源消耗中，充电器待机能耗占重要比例。

在运输阶段，零部件运输到装配厂的一次能源消耗占总能源消耗的6%，成品运输到消费者手中的一次能源消耗占总能源消耗的5%。

印刷电路板(PWB)的制造是手机中一次能源消耗最多的部件,PWB原材料的消耗和制造消耗一次能耗占总能耗的40%。IC材料消耗和制造能源消耗也占有很大的比重。

生命周期评价提供了产品整个生命周期的能源、资源消耗和环境排放物的广泛信息，并可提出环境负荷改善的措施和建议,是一种具有巨大潜力的环境影响评价理论工具。

(4)利用回收再生和复用技术，实现可再生循环

可再生循环的制造过程主要应用拆卸技术和循环再利用技术。拆卸技术指依据最小附加成本及产品被拆卸后所能获取最大综合利用价值的原则，开发最佳的拆卸程序和方法。通过二次制造将已用过产品的性能特征恢复到接近于新产品的状态,不仅延长产品寿命而且促进部件和材料的循环再利用。循环再利用技术是对拆卸下来的零部件或者分解、还原的材料进行二次利用的技术，在产品的设计制造中考虑两个因素：回收和分解。回收设计致力于开发材料回收技术，如废弃金属粉碎重熔。分解设计是指通过将产品分解为最基本的组分，而尽可能地使产品中几乎所有的材料能够循环利用，金属和非金属材料可通过分解而回收，避免废物产生污染环境。

示例：日本富士施乐的成功经验

富士施乐在日本的循环利用率高达99.99%，在亚太地区为99.3%。2007财年，富士施乐在日本及亚太地区运营的整合资源循环系统成功削减使用新资源3860 t，降低二氧化碳排放达2.5万t。同年，富士施乐减少了全新零部件的使用，利用循环使用的零部件生产的设备由2005财年的1.1万台增加到2007财年的1.7万台。

通过整合资源循环系统，富士施乐将从用户处回收使用过的复印机和数码多功能设备拆解成零部件，经过严格的质量检验后，符合标准的零部件被送到生产线，而那些不能再利用的零部件则被拆分成44种(日本)或74种(亚太)部件，通过循环处理将其转化为原材料，作为新资源进行再利用，其中包括通常认为最难循环利用的金属、橡胶、玻璃等。

示例：重庆机床(集团)“机床绿色再制造成套技术研究与应用工程”

2009年2月，由重庆机床(集团)有限责任公司与重庆大学共同完成的“机床绿色再制造成套技术研究与应用工程”项目通过了重庆市科委组织的科技成果鉴定。从2006年至今，该项目已完成350多台废旧装备的提升改造，实现了销售收入1200余万元，为相应企业盘活存量资产价值达3000多万元，节省购置同类数控设备的费用达1800万元以上。该项目已获得2项国家授权发明专利,1项软件著作权,起草并报批国家标准1项，并应邀参加了4次国际、国内“节能减排”主题展。

(5)构建一体化循环经济产业链，促进资源节约和再利用

我国高度重视循环经济的发展，目前已被批准建立的国家生态工业示范园有24个。以长沙黄兴生态工业园为例，该生态工业园是我国第一个全新规划的综合类生态工业园，主要发展电子信息产业、新材料产业、生物医药产业和环保产业。目前园内共有企业34家，分为物质生产者、技术生产者、消费者、分解者及虚拟企业。构建的多条产业链使园区内四大行业通过物质流、能量流和信息流相互联接在一起，形成了多种物质能量链接的生态链网络。在这个生态链网上，四大核心企业、附属企业和虚拟企业之间通过物质流，形成了一个虚实结合的生态工业园区，每个核心行业的产业链以企业群落为主体，通过中间产品的交换，加强了工业小区中各个企业间的相互联系，有效延长产品链。同时四大行业间的物质流构成了横向连接，形成了产业链网，通过信息流加强同工业区外虚拟企业产业链条的对接，使物质集成的空间尺度扩大。

示例：亿利资源集团一体化的循环经济产业链

2002年，亿利资源集团大胆地构筑了煤炭、电力、PVC化工、水泥一体化的循环经济产业链战略，并按照节能减排、资源综合利用和循环发展的要求，规划了1000万t/年煤炭开采、100万kW煤矸石发电、100万t/年环保电石、100万t/年精制盐、100万t/年PVC、100万t/年离子膜烧碱、100万t/年煤基多联产项目、100万t/年工业废渣制水泥等“八个一”的循环经济产业链。按照这个循环产业链模式和细分战略目标，亿利资源集团分别和神华集团、上海华谊集团、河北冀东水泥集团共投资150亿元，在亿利能源达拉特循环经济园区内建设了1500万t/年煤矿开采项目、4×20万kW煤矸石发电项目、120万t/年工业废渣制水泥项目、40万吨PVC和配套的36万t离子膜烧碱项目等四大项目，形成了“煤—煤矸石发电—离子膜烧碱—PVC—工业废渣制水泥”的一体化循环产业链，成功打造了内蒙古地区首屈一指的能源化工循环经济产业园区，该园区被内蒙古自治区人民政府确定为第一批工业循环经济示范园区，胡锦涛总书记2007年考察了园区，对企业采用的一体化循环产业链的做法给予了高度评价。

(6)加快对节能减排核心技术的突破,实现节能降耗

采用绿色制造技术，在提高产品质量和附加值的同时努力降低资源的能耗，是未来制造业的发展方向。为此，我们需要加紧研制具有先进技术性能的能源技术装备，包括：煤的清洁高效开发利用、液化及多联产；复杂地质油气资源勘探开发利用；第三代20万kW级高温气冷堆核电厂；提高可再生能源技术研发能力和产业化水平，包括风电机组、太阳能发电、生物质发电、地热利用等关键技术；节能工业设备和终端用能设备。

示例：由清华大学、太原锅炉集团联合开发制造的节能型环保循环流化床锅炉

由清华大学、太源锅炉集团联合开发制造的节能型环保循环流化床锅炉,吃粗粮、用电少、效率高，可燃烧煤矸石、洗中煤、垃圾等劣质燃料,节省煤耗6%以上,节电30%以上的特点,达到了国际先进水平。数据证实，每台锅炉每年可节约热值3000大卡的原煤7500 t，价值110多万元；可节电700万度，价值350万元；节省设备检修费用10%以上。节约价值相当于1台锅炉1年可以发13个月的电力，一举克服了第一代循环流化床锅炉用电高和磨损严重两大难题。如果在全国推广这项技术,按照当前循环流化床锅炉发电能力，每年至少可节电25亿kWh，节约标准煤约700万t，减少二氧化碳排放约3000万t，对我国节能降耗具有重要意义。

示例：三一重机推出首台国产混合动力挖掘机

2009年，三一重机推出首台国产混合动力挖掘机，这一产品集中了混合动力、发动机功率优化控制、电子控制正流量系统、工作装置轻量化等各种节能技术,可有效减少能量消耗，实现能量回收。该产品整机动作协调性好、安全性高,比传统挖掘机节能30%以上、作业效率提高25%以上。三一重机在国内首次将混合动力概念引入到工程机械的节能研究中。

2 智能制造

智能制造(Intel l igent Manufactur ing，IM)是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统,它在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。它把制造自动化的概念更新,扩展到柔性化、智能化和高度集成化。智能制造系统最终要从以人为主要决策核心的人机和谐系统向以机器为主体的自主运行转变。

(1)智能化能够提升传统制造水平

智能化将进一步提高制造系统的柔性化和自动化水平，使生产系统具有更完善的判断与适应能力，也将会显著减少制造过程物耗、能耗,提升传统制造业的水平。

示例：智能化钻井技术

目前，智能化自动化钻井的雏形已经形成，正在逐步成熟完善，并取得了初步的效果：薄油层钻井已经可以达到0.8 m以下。以随钻地质参数测量，包括已经研制成功的近钻头井斜、方位伽马、方位电阻率和正在攻关的随钻中子、密度、孔隙度等参数为“眼睛”，使钻头学会自己找油层；以随钻地震等参数为“探照灯”，让钻头“看”得更远、看到的信息更丰富；以地质导向钻井技术、旋转导向钻井技术和自动垂直钻井系统为“方向盘”，让钻头自动朝着油层打；以信息技术为“望远镜”，对井场综合信息的实时采集、分析、处理，实现钻井远程专家实时诊断与指挥。

示例：智能化来实现分散采矿、集中选冶的规模化大生产格局

2009年，由北京矿冶研究总院作为自动化工程项目总承包的焦家金矿选矿厂正式投入生产。焦家金矿选矿厂是我国最大的黄金选矿厂之一。焦家金矿选矿厂自动化工程采用先进的在线检测仪表、电气控制设备和现场总线控制系统(FCS)，集选矿系统智能控制技术、通讯技术、信息技术、网络技术、计算机技术于一体，实现了黄金选矿生产过程的自动化、控制智能化，选矿厂的自控技术水平达到了国际先进水平。北京矿冶研究总院开发成功的黄金选矿自动控制技术及系统成功的应用，有利于提高我国黄金资源的综合回收和选矿厂的技术水平，也有利于实现分散采矿、集中选冶的规模化大生产格局。

(2)智能化能够满足高技术发展要求

伴随着机械制造业用户行业的技术不断发展，对产品的质量要求也越来越高，对机械制造业提出了更高的要求。计算机技术、网络通讯技术在装备上的迅速应用，使用户行业的工艺技术不断集成在装备中，与装备制造业的产品技术相结合，形成了新的装备，满足了用户不断增长的需求。装备制造业的产品技术正向信息集成、接口集成、系统集成的方向发展，同时生产过程自动化、智能化水平不断提高。

示例：智能化应用于轧制过程

目前，传统的轧制力计算公式已经不能适应高精度的要求，数学模型方法则是一种比较理想的方法，应用于轧制过程操作和轧机设备的设计。我国近年来开展了“热轧工艺的模拟和优化”、“人工智能在轧钢中的应用”等研发工作，提出连轧数模参数智能优化的思想，开发了连轧过程数学模型解析工具，使数学模型的维护与参数优化由个人行为变为计算机的智能行为，形成具有我国特色的轧制过程数模调优理论体系和实用方法。目前，国内正在开发热连轧精轧机组负荷分配智能优化技术，既可以对压下量的分配进行优化，以实现板形控制和负荷均衡的目标；也可以通过智能算法从实际生产积累的大量数据中提炼出最优的工艺参数，从而稳定和优化产品质量。

(3)智能化有助于缓解环境和能源对机械制造业的制约

智能化在提高专业化分工与协作配套，促进生产要素的有效集聚和优化配置，降低成本以及节约社会资源、能源等方面具有重要作用。例如，日本的ICT创新战略，实际上是信息化、智能化促进节能，推进绿色高附加值制造。

示例：智能电网

2009年5月，国家电网公司发布了以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础，以信息化、自动化、互动化为特征的坚强智能电网概念，并明确了公司建设坚强智能电网的战略目标和发展路线。智能电网现已成为世界电网发展的共同趋势。世界各国特别是欧美等发达国家，根据各自的国情及电力工业特点提出了不同的智能电网定义，其核心理念都是利用现代信息通信、控制等先进技术，提升电网的智能化水平，适应可再生能源接入、双向互动等多元化电网服务要求，提供安全可靠、经济高效的可持续电力供应。坚强智能电网通过提升发电利用率、输电效率和电能在终端用户的使用效率，以及推动水电、核电、风能及太阳能等清洁能源开发利用，每年可以带来巨大的节能减排和化石能源替代效益。

(4)信息化、智能化技术将推动机械制造业生产方式发生全新的改变

未来的机械制造将是由信息主导的，并采用先进生产模式、先进制造系统、先进制造技术和先进组织管理方式的全新的机械制造业。我国的离散型制造主要集中在机械加工、电子元器件制造、汽车等行业，信息化为具有离散特点的机械制造业进行协同制造创造了条件。信息技术将促进设计技术的现代化，加工制造的精密化、快速化，自动化技术的柔性化、智能化，整个制造过程的网络化、智能化、全球化。各种先进生产模式也无不以智能信息技术的发展为支撑。智能信息技术将改变机械制造业的设计方式、生产方式、管理方式和服务方式。

(5)信息化、智能化技术为现代制造服务业提供了技术保障

现代制造服务业是面向制造业的生产性社会化的服务业，已成为制造业增加值的主要来源。开展增值服务是机械制造业转型升级的重要途径。在德国机械设备制造企业中，服务在营业额中的比重从1999年的13%升至2005年的20%，如蒂森克虏伯集团2007年的服务收入为167亿欧元，占集团销售收的比例达32.3%，而我国的制造服务业尚处于起步阶段。借助信息化技术手段，制造业服务的模式得以不断改进和优化，服务得以向业务链的前后端延伸，能够不断优化服务内容，持续改进服务质量。

示例：信息化、智能化在数控机床服务中的应用

未来数控机床的一种趋势是网络化，通过开放式的CNC同网络的联接，车间能够从跟踪到收集企业的机床生产情况等更多的信息。机床数据也能够在用户与设备供应商之间共享。当数控系统产生故障时，数控系统生产厂家可以通过Internet对用户的数控系统进行快速诊断与维护，可以大大减少维护的盲目性，提高设备完好率。满足用户对数控机床的远程故障监控、故障诊断、故障修复的要求。

进入21世纪以来，发达国家纷纷调整其产业政策与技术政策，将高新技术的重点和科技发展的热点转向产业技术主要是智能化制造技术领域，使智能化制造技术由传统意义上的单纯机械加工技术转变为集机械、电子、材料、信息和管理等诸多技术于一体的先进制造技术，并加速用现代智能化制造技术改造和提升传统制造业，实现制造业的高技术化。

当前，国际智能化制造业采用或准备采用的先进制造技术主要体现在：(1)新型(非常规)加工方法的发展，包括激光加工技术、电磁加工技术、超塑加工技术及两种以上加工方法复合应用等;(2)专业、科学间交叉融合，冷热加工、加工过程、检测过程、物流过程、设计、材料应用、制造等方面，界限逐渐淡化;(3)工艺研究由“经验”走向“定量分析”;(4)高新技术与传统工艺紧密结合，使传统工艺产生显著的、本质的变化，极大地提高生产效率和产品质量;(5)常规制造工艺的优化，以形成优质高效、低耗、少污染的制造技术为主要目标;(6)以计算机与网络技术为核心。

(6)智能化与智理化

智能制造系统最终要从以人为主要决策核心的人机和谐系统向以机器为主体的自主运行转变，这就要求智能系统最终必须能够像人一样具备做出符合人文伦理和生态环境伦理的行为。因此，当前，在我国智能化发展初期就应当明确智理化(既智能又符合伦理标准)发展的大方向。

3 绿色和智能制造也要面向大多数人

收入结构决定了我国在发展绿色和智能制造的过程中，既要注重高端、高附加值产品的开发，同时也要大力发展面向大多数中低收入人群的高质量、低成本的产品开发。2007年，我国的基尼系数为0.48，已经超过了国际上0.4的警戒线。同时，研究发现，目前我国的收入结构是呈倒丁字形，上部是高收入和中高收入的人群，底部是大量的低收入和中低收入者。按照世界银行的划分标准，2008年，我国人均国民总收入为2770美元，我国仍处于世界中等偏下收入国家行列。因此，制造业发展要有市场需求并且能为消费能力所接受，就不能只注重高端产品的开发，而忽视了大多数人的需求。

4 完善绿色和智能制造方面的相关政策措施

从各国的做法来看，绿色和智能制造成为机械制造业产业结构升级和优化的必由之路。要推动绿色和智能制造的发展，为其营造良好的政策环境是关键：首先是采取措施大力发展绿色和智能工程教育。创新是工程教育的本质属性，当前中国的工程教育多重知识的传授，而忽视工程训练、解决问题和创新能力的培养，导致工程教育与市场需求脱节。可以在重点大学及其他工程技术教育单位建立培养创新能力的工程实验室和创新设计机构，作为学生工程创新基地。要鼓励企业建立工程教育基地，为学生提供优良的工程实践场所。其次，通过金融、税收和信贷政策方面的支持来鼓励绿色和智能方面的技术研发和创新。同时，应在绿色和智能制造方面，逐步建立和完善产学研相结合、以企业为主的自主创新体系，并建立产学研合作的工程创新中心，加快行业的技术与产品的升级换代。

5 绿色制造、智能制造是未来战略性新兴产业的“关键词”

绿色制造和战略性新兴产业密不可分。首先，战略性新兴产业离不开绿色制造技术，战略性新兴产业必须绿色化。在当前环境和能源约束趋紧的大趋势下，只有具备了资源和能源消耗低的特征，才能可能成为新兴产业，才具有生命力。反过来，绿色制造技术从一定程度上催生和拉动了战略性新兴产业的发展。智能制造是发展战略性新兴产业的重要支撑。战略性新兴产业要发展，具备国际竞争力，智能制造技术是支撑发展和提升竞争力的核心。

目前，一些工业发达国家都把争夺经济制高点作为本国的战略重点，把科技创新投资作为重要的战略投资，把发展以高科技为主要特征的战略性新兴产业作为带动经济社会发展的战略突破口。高技术及其新兴产业将成为推动世界经济发展的主导力量。

发展战略性新兴产业是我国转变发展方式、调整产业结构，抢占新一轮发展制高点的根本途径，也是立足当前、渡过难关，着眼长远、上水平的重大战略选择。发展战略性新兴产业，必须选择正确的方向，要选择具有市场前景、资源消耗低、带动系数大、就业机会多、综合效益好的产业。发展战略性新兴产业必须掌握核心关键技术，而绿色、智能制造与战略性新兴产业密不可分，智能制造又是发展战略性新兴产业的重要支撑！为此，走向绿色和智能制造，是中国制造业发展的必由之路！