绿色工艺技术应用策略研究

朱剑、聂蕾、王芸、宋振坤、高春锋 /北京精密机电控制设备研究所

近年来我国制造业快速增长，同时带来了资源的加速消耗、污染的急剧增加及生产事故的显著增长，传统的“先发展、后治理”模式已不能有效控制污染，确保生产安全性。由此，绿色工艺创新、绿色工艺技术应用成为实现制造业转型及绿色发展的有效策略。

以绿色工艺为代表的这类新技术的深入应用和广泛推广，不仅仅是工艺替换、设备更新，还常常伴随生产模式调整、管理模式调整、关联工艺环节调整等，导致短期内经营成本增长、生产效率降低等风险，这也是大部分企业更愿意延用老工艺的主要原因。因此有必要对绿色工艺技术的应用策略开展研究，以此推动企业绿色生产的发展，并为今后更多新工艺、新技术的应用提供借鉴。

一、新技术应用推广模式

新技术的应用及推广是在对新技术完成调研、科学鉴定及适应性检验的基础上，再将成果应用进行扩散的活动，其流程一般如图1 所示。首先，企业根据自身实际生产情况，提出技术发展需求；根据需要可成立专项工作团队，制订详细实施计划，并据此开展调研选型工作；再针对意向技术进行充分地试验论证，通过开展小范围试生产，对技术应用方案进行调整或改进，直至达到较佳效果；同时将试生产点打造为示范工程，以点带面，推广经验，最终实现大规模应用。

本文以北京精密机电控制设备研究所在全所范围内推广安全环保清洗工艺替代汽油清洗为例，探讨绿色新工艺应用策略。

二、汽油清洗替代实践研究

1.明确汽油清洗替代需求

北京精密机电控制设备研究所是一家产研一体化单位，其主要产品伺服机构是集机、电、液于一体的高精度控制系统，对多余物非常敏感，因此产品清洁度要求普遍较高。过去研究所清洗工艺以浸泡、刷洗等手工操作为主，一般采用120#汽油作为清洗剂。汽油因其对有机类污垢具有较强的清洗效果，曾被广泛应用于工业清洗领域。但汽油闪点较低（-50℃至-20℃），属于易燃液体，其蒸汽与空气混合后形成爆炸性混合物，使用后的汽油属于危险废弃物，对于环境有一定的危害性，且处置成本高。鉴于汽油的安全、环保风险，研究所决定开展汽油清洗替代工作，推广安全环保清洗工艺应用。

2.成立专项工作团队，制定方案，落实责任

鉴于伺服机构从最初的零件材料加工到最后的整机装配测试，各阶段、工序、工种均需要进行不同洁净度要求的产品清洗，涉及的工况情况复杂，同时替代后还会导致生产成本变化、生产组织管理变化，是一项庞大复杂的工程项目。为此，研究所成立了“汽油清洗工艺替代”工作项目组，汇集所级安全主管领导、工艺技术人员、安全管理人员、生产管理人员和操作者，以确保工作的顺利开展。

项目组制定了周密详尽的工作方案计划，主要包括：制定“汽油清洗工艺替代率90%以上”的总目标；明确项目组及相关单位职责，制定详细的应用、推广工作计划，并层层落实责任到人；建立奖励与制约机制，对积极试用清洗剂的部门和个人给予奖励。汽油清洗工艺替代工作方案如图2 所示。

3.充分调研，详细论证，系统推进

（1）广泛调研，寻找方向

通过大量调研，详细了解了化学清洗、物理清洗以及微生物清洗的作用原理及技术特点，调研了溶剂型清洗剂、水基清洗剂及微生物清洗剂的清洗机理、环保性、工艺特性、经济性等。在调研的同时试用各类清洗剂，初步体验不同种类清洗剂的清洗效果及物理属性。

伺服机构制造具体有多品种、小批量、产品更新快的生产特点，且部分零部组件结构复杂、洁净度要求较高，生产现场产品清洗以超声波清洗和手工清洗为主，基于上述特点伺服机构目前仍适合延用化学清洗方法。

绿色化学清洗剂的研发，是推动化学清洗技术发展的主要因素。当前普及较广的绿色化学清洗剂主要有两类：碳氢类溶剂型清洗剂和水溶性清洗剂，两类清洗剂性能比较如表1 所示。

综上分析，溶剂型清洗剂能够较好的适应研究所现有生产条件，可作为后序工作试验重点。

（2）充分论证，优选最佳工艺方案

因不同厂家、不同型号清洗剂的物理性能存在一定差别，能否满足伺服产品清洗工艺要求需进行详细论证。

一是分析充分。在开始试验论证前，首先分析不同阶段产品加工现状及清洗污物的主要成分，如机加阶段清洗污物主要为切削油、乳化液、研磨膏、极少量切削屑等，装调阶段清洗污物主要为防锈油、工作油液、机加后残留的多余物等；其次需对过去产品清洗工序中常见质量问题进行总结，并将此纳入后续验证内容；此外，可采用头脑风暴法，请各专业人员分析清洗剂对其他工序质量可能造成的影响，评估是否有必要进行专项试验论证。通过前期的全面分析，为后续设立试验项目及重点论证内容提供输入，使研究及试验工作目标清晰、明确。

二是计划具体，分步实施。依据前期分析，工作小组制定了多项专项研究项目，如图3 所示，同时制定实施方案及详细工作计划。

图3 制定试验项目情况

三是试验验证覆盖全面。为使试验结论更具说服力，试验应尽可能覆盖伺服产品各种生产工况。试验项目，不仅应包含金属类零件的清洗试验，还应包含非金属零件的清洗；不仅包含手工清洗试验，还应包含超声波清洗试验；不仅包含常规零件清洗，还应包含特殊结构零件的清洗，如壳体类零件复杂内腔的清洗、高径深比孔系清洗等。

四是检测手段有效。科学论证过程，不仅要求试验方案合理、可行，还要求试验结果鉴定可靠、有效。对清洗剂性能的验证，专项工作小组采用了多种检测手段，以期充分并多维度地评价其综合性能，详见表2。

表2 清洗剂性能检测方法应用

经充分论证，项目组完成了清洗剂优选工作，最终选定的2 种清洗剂能够满足研究所当前绝大部分工序的产品洁净度要求。经确认，2 种清洗剂均不含《蒙特利尔议定书》规定的ODS 消耗大气臭氧层物质，使用后由生产厂家定期回收，对人体健康危害也远小于120#汽油。

本阶段工作重点是试验及论证，通过大量试用和有针对性地开展工艺研究，验证新工艺能否满足产品需求，同时确认新工艺的安全、环保等特性是否符合企业长远发展。

4.加强培训，推广经验，逐步扩大应用范围

按照“论证、试点、推广、推行、全面替代”的推广方针，在充分论证的同时首先在典型班组开展试用，随后各事业部均建立示范点，再逐步将应用范围扩大至各班组，最后至全部取消汽油清洗工艺。研究所自2015 年应用推广绿色清洗剂概况如图4。

在上述应用推广过程中，除攻克技术和管理问题外，遇到的最大阻力就是一部分操作者对使用清洗剂产生抵触情绪。因为清洗剂挥发较汽油慢，清洗后产品干燥时间相对较长，使得操作者对清洗剂的使用体验感较差。因此在工作初期时，清洗剂的推广速度非常缓慢。为此，各部门多次组织操作者进行交流与培训，提高全员科技素养，帮助操作者深入了解清洗剂的特性及替代汽油的必要性。此外，依据相关激励制度，对积极参与试用和推广的部门和个人及时给予奖励。经过近2 年多的努力，操作者逐渐接受并适应了清洗剂的应用。

三、经验与总结

自2019 年起，绿色清洗剂已在研究所全面应用，该项工作为后续推广绿色新工艺提供了宝贵经验，并带来诸多启示。

1.决策引领，应用绿色技术，推动企业可持续发展。

在各行各业快速发展的今天，企业领导都很重视新工艺新技术的应用；但在选择新技术时，除关注技术性能外，从企业长远发展角度还应重点考虑其环保性及安全性，以帮助企业实现可持续发展。汽油清洗工艺的全面替代，彻底消除了生产现场因汽油存储和使用带来的安全隐患，提升了企业本质安全；绿色清洗剂的应用降低了对操作者身体的危害，减少了对环境的污染，为企业带来良好社会效益和生态效益。

表4 研究所自2015年清洗剂应用推广情况概述

2.强化组织，详细策划，确保新技术应用顺利实施

以新技术应用赋能高质量发展是企业可持续发展的关键，推广应用新技术不仅仅是技术问题，更多的是经济、管理、体制等多方面问题，因此需做到“领导要重视、组织要落实、计划要具体、措施要到位”。汽油清洗替代工作立项初期就受到了所领导的高度重视，制定专项政策，保障技术人员和经费的到位；成立以业务领导为首，由管理、技术、生产等各方面人员组成的技术推广团队；结合研究所现状，制定新工艺应用推广计划和切实可行的措施。同时，制定相应的激励机制，为推广新工艺应用创造良好的环境条件。

3.科学论证，为新技术应用提供保障

在实际工程中，新技术的应用通常不能简单的照搬照抄，需要根据企业产品技术要求、生产环境、经济成本等条件，选择新技术的性能参数及应用范围，才能使得新技术的应用可以为企业带来产品质量的提升及经济效益的增长。而科学论证、充分论证是新技术应用的前提条件和技术保障，在此期间，对试验事实进行归纳、比较、分类、总结，尽可能的发现问题并解决问题，攻克技术应用瓶颈，为后续的新技术推广扫清障碍。

4.培养科技示范单位，以点带面

为确保新技术的顺利推广，不能采用一刀切的方式，否则会引发管理人员或操作者强烈的抵触情绪。为此在调研初期，可选择少量示范点开展试验；随着调研深入及研究工作的全面展开，逐步增加示范点，在各生产部门均建立新技术应用示范班组，除扩大试验范围进而充分试验外，还要为其他班组起到示范带头作用，引导更多人员了解新技术及其应用的必要性，达到以点带面的积极效果。

5.加强队伍建设

日常生产过程中，加大宣传力度，使全员认识到质量、成本、安全、环保等可带来的经济效益和社会效益；以科技为先导，强化全员科技意识，使全员意识到先进技术应用的重要性和必要性；转变观念，树立求质量、要效益的思想，使管理人员、操作人员也自觉投入到科技的学习和科技的运用中来。企业整体科技素质的提高，必然大大有助于新技术的应用推广。