浅议煤矿机械的绿色设计与制造

张露

摘要：文章阐述了绿色设计的内涵与特点，然后对绿色设计和绿色加工制造的实现途径进行了论述。煤矿机械实现绿色设计的途径主要可以从材料的选择、产品的可拆卸设计、可回收性设计和使用的安全保護设计等方面来实现；绿色制造的主要途径包括网络化绿色机械加工、信息化绿色机械加工和柔性化绿色机械加工三个方面。

关键词：煤矿机械；绿色设计；绿色制造；机械加工；材料选择；产品可拆卸设计 文献标识码：A

中图分类号：TD402 文章编号：1009-2374（2017）10-0123-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.10.061

改革开放以来，我国的经济建设取得了巨大成就，但是在相当长一段时间内，经济都是粗放型增长，都是以增加投资、消耗资源、污染环境为代价的。21世纪以来，党和国家对环境问题高度重视，提出了绿色发展、环境友好、生态友好、人与自然和谐相处等理念。而同样在这一时期，世界范围内也掀起了一股绿色消费的浪潮。在机械设计与制造方面，也提出了绿色设计这一崭新的理念。下面本文就针对煤矿机械的绿色设计与制造这一课题，谈一点自己的愚见。

1 绿色设计的内涵与特点

绿色设计的概念最早起源于美国。通常认为，绿色设计思想是以减少环境污染、提高资源利用率为核心目的，并通过运用系统工程思想、并行工程思想和现代工程设计方法来实现这一目的的设计思想。在过去的机械设计或是其他工程设计中，设计者关注的主要是产品的用途、质量、成本等问题，对于节约资源、保护环境等方面则考虑甚少。绿色设计则不同，它除了要考虑上述因素以外，还要考虑资源节约、环境保护等。绿色设计追求的是从源头减少或杜绝资源的浪费，减少对环境的危害。它不仅要追求经济效益，还要考虑环境和生态效益。它在设计过程中就已经考虑到了产品使用后的报废、回收再利用等问题。在设计目标方面，绿色设计主要考虑的产品属性包括技术属性、安全属性和环境属性。在产品特点方面，绿色设计的产品一般都具有可拆卸、可维修、可回收、可再利用的特点，其绿色性主要体现在节能环保、技术先进、劳保等方面。

2 煤矿机械实现绿色设计的途径

绿色设计是从根本上实现产品环境友好，以产品的整个生命周期为着眼点，从设计开始就考虑到产品在使用、维修以及报废过程中对资源和环境的影响，从而最大限度地实现减少资源浪费、减少环境污染。具体来讲，实现绿色设计主要可以从材料的选择、产品的可拆卸设计、可回收性设计和使用的安全保护设计等方面来实现。下面具体进行阐述：

2.1 材料的选择

材料是构成产品的原料，合理选择材料是做到绿色设计的第一步。一般来讲，绿色设计中材料的选择应遵守以下两点原则：（1）尽量选择可再生、易回收、环境友好的材料。在选材过程中，要优先选用可再生资源材料、优先选用环境友好材料、优先选用便于回收的材料。例如，选用塑料时，要避免选用不可降解的塑料，在可行的前提下，优先选用可降解塑料。再比如，尽量减少钢材等不可再生资源类材料的选用，可以考虑用塑料、碳纤维复合材料等来替代钢材；（2）建立材料对环境影响的数据库和专家系统。针对可以选用的材料，收集整理每种材料在其生命周期不同时期对环境的影响的相关数据和信息，建立相应的数据库，为材料的正确选用提供有力的依据和支撑。在这一方面，目前正在广泛应用的大数据技术可以为数据的搜集和整理提供有力的支撑。

2.2 产品的可拆卸性设计

所谓可拆卸，是指产品上的零部件可以从产品上面有规律地拆卸下来再重新安装上去而不会对零部件和产品造成损伤的特性。可拆卸的设计是实现资源充分回收再利用的重要手段。因为一个产品上的各个零部件，其寿命是各不相同的，有的甚至差异巨大。使用可拆卸式的设计，方便了零部件的更换与回收，充分发挥每一个零部件的潜力。煤矿机械产品，如采煤机、刮板输送机、液压支架等，大部分都具有体积大、使用原材料多的特点，有的机械产品加工生产过程也颇为复杂，为了做到资源充分利用，必须采用可拆卸式的设计。可拆卸设计主要包括拆卸产品设计、拆卸工艺设计和拆卸系统设计，其设计原则为：易于拆卸，易于分离，减少拆卸工作量，减少零部件的多样性以及可预测产品的结构。

2.3 可回收性设计

可回收性设计是在进行产品设计时，充分考虑产品各零部件的使用寿命，使得设计制造出的产品，在零部件需要回收的时候，可以方便地进行回收，并且回收工程对环境的危害要尽可能小。煤矿机械产品可回收性设计时，需要考虑以下四个方面：（1）哪些材料、哪些零部件可以回收；（2）可回收的零部件或产品的结构；（3）回收工艺；（4）回收的经济性。

煤矿机械产品的回收再利用在其生命周期工程中占有重要的位置，合理设计、合理回收利用能够产生巨大的社会和经济效益。

2.4 使用的安全保护设计

以人为本，安全第一的思想，也是煤矿机械绿色设计中的一个重要思想理念。在我国今年来发生的煤矿事故中，机电事故占据了较大一部分，因此在进行煤矿机电产品设计时，安全保护也是非常重要的一环。

3 煤矿机械绿色加工制造的途径

实施绿色机械加工的主要途径为网络化、信息化和柔性化。

3.1 网络化绿色机械加工

作为机械制造重要基础的绿色机械加工需要大力推进网络化。通过企业局域网将各个分散的加工中心、数控设备等联接起来，可便于机械加工控制中心对整个加工进程进行总体监控，同时还可与企业中的工程设计系统、管理信息系统等各子系统实现集成，便于优化决策。

3.2 信息化绿色机械加工

绿色机械加工的追求目标是实现整体最优化加工，即从系统的观点出发，全面考虑企业和整个社会的综合成本，综合分析不同的材料、零部件、设备等加工因素，优化选择冷却方式、冷却介质及用量、加工参数等，确定最合理的加工方案，以实现加工时间少、生产效益高、环境污染小、综合成本低的目标。信息化是实施绿色机械加工的关键要素及有效手段。为实现整体最优化加工，需要建立加工设备、切削刀具、切削液、切削用量、工件材料、环境、能源等相关资料的机械加工数据库，采用有限元法、神经网络、人工智能等先进技术对各种绿色机械加工方法（如高速切削、干切削、硬切削、MQL等）进行建模、仿真、虚拟加工和决策，实现并行设计与生产。

3.3 柔性化绿色机械加工

科学技术的飞速发展，设备的快速更新，以前那种大批量、单一品种的机械生产制造方式已经越来越不适用，取而代之的是要求企业能够小批量、多品种地生产产品。那些能够快速生产新产品、调整生产线的企业将获得更多的生存机会。这种生产方式对机械加工制造的柔性化提出了更高的要求。柔性化加工是绿色加工制造的一项重要内容。所谓柔性化，就是生产线可以较方便地进行调整、重构，从而生产出新产品的特性。机械加工的柔性主要包括四个方面：工艺柔性、机器柔性、运行柔性和扩展柔性。柔性越大，越能以最小的成本和时间适应加工任务和环境的变化；柔性越大，制造新产品的速度越快，对于产品更新换代也就相应就越快，越能适应市场变化的需求。

4 结语

机械设计与制造是社会发展的基础工业，机械制造水平在一定程度上制约着社会发展的水平与速度。未来的机械设计与制造，必将进一步向着绿色化、智能化的方向发展。特别是现在人工智能技术的飞速发展，相信未来的机械设计与制造一定会与人工智能相结合，从而使设计的机械产品更加智能，也更加环保。

参考文献

[1] 曾立平，郭雪娥.机械产品的绿色设计技术[J].矿山机械，2003，（11）.

[2] 刘冬敏，薛培军，田保全.机械设计在煤矿生产中的应用[J].煤炭技术，2012，（2）.

[3] 罗贞平.Auto CAD技术在机械设计中的应用与实践

[J].煤炭技术，2011，（12）.

（责任编辑：王 波）