绿色理念在机械设计制造中的应用

马博闻

(SEW-传动设备(苏州)有限公司，江苏 苏州 215000)

0 引言

在世界环境中，资源、环境和人口是各个国家面临的主要问题。目前，提出了新的产品质量管理体系与环境管理体系，世界面临的主要问题是减少工业生产过程中对环境的破坏与资源浪费，这就要求将绿色理念融入生产制造中，形成一种新的制造过程，以适应可持续发展战略的绿色制造。由于各项产品需求的增长和供应的限制，能源和资源的成本不断上升，另一方面，产品价格趋势很难预测，因此，目前相关企业公司的主要生产发展目标是在能源和资源的大价格区间内成功生产，这种适应价格波动的策略是将加价转嫁给用户，或者，稳定的价格可以通过提高生产效率来促进，这就要求通过减少资源消耗和改善制造系统的技术体系来实现生产的可持续发展[1]。

制造业是一个国家国民经济的物质基础和主体，可以反映一个国家的综合国力。然而，机械制造业的增加正在加重世界能源资源的负担。在生产过程中，废水、废气和残渣不断产生，对生态环境的影响很大，不利于生态环境的可持续发展[2]。目前，经济利益不再是制造业的唯一目标，加强生态环境保护和科学开发利用资源已成为新的生产目标，为了实现这一目标，将绿色理念融入机械设计与制造，鼓励绿色制造的蓬勃发展，对于实现机械设计制造业的可持续发展具有重要意义。绿色技术是应用环境科学、绿色化学、环境监测和电子设备的一种或多种手段来监测、模拟和保护自然环境和资源，大力发展可持续能源发电技术，如光伏、风力涡轮机、生物反应器、生物过滤、生物修复、海水淡化等。

通过分析绿色理念在机械设计制造中的主要发展意义与研究方向，提出目前在机械设计制造中存在的主要环境问题与资源浪费，提出绿色理念在机械设计制造中的主要发展方向与发展重点，为绿色理念下的机械设计制造业的发展提供建议。

1 绿色机械制造的内涵与发展意义

绿色制造又称环保意识制造，是一种现代化制造模式，综合考虑了制造过程中物质资源的消耗和生产过程中对环境的影响。绿色制造对于促进人类社会的可持续发展和现代制造业循环经济模式的发展具有重要作用[3]。机械设计制造产品的整个生命周期包括产品设计、产品加工制造、产品包装、产品使用和废料处理。在产品的整个生命周期中，绿色制造的主要目标是减少对环境的负面影响，提高资源利用率，提高综合效益。目前，我国绿色理念主要应用范围如图1所示，主要应用在机械设计与制造、资源优化配制与环境保护等方面。

图1 绿色理念主要应用模式

2 绿色理念的主要应用范围

2.1 在机械产品设计过程中运用绿色方法

绿色方法是一种综合考虑环境因素、产品质量、产品功能和产品可回收性的现代设计方法。绿色的机械设计制造方法要求设计师做出一个对机械产品的整个生命周期进行合理地综合分析，既保证了产品质量和产品功能，又保证了环境污染小或无污染，便于回收利用，提高了资源的利用率。摒弃传统机械制造手段中不合理的工艺和方法，合理控制绿色产品生产的时间，从而尽可能提高机械产品的质量，促进制造业的“绿色”发展，促进绿色生产体系的建立。我国已经相继建立了多家绿色制造示范企业与园区，截至2021年，我国绿色企业园区点如图2所示。广东省是我国目前绿色产业生产制造企业建立最多的地区，其次依次为山东省、江苏省及浙江省。这些都是我国机械制造业、农业机械制造、电子产品的主要生产地区，因此，加快生产制造绿色转型，实现生产过程清洁化与资源合理化利用是保障各个地区生产制造产业可持续发展的重要保障。

图2 截至2021年我国各地区绿色制造工厂数量

2.2 机械产品制造中使用的绿色材料

绿色材料是指在机械产品的原材料采用、制造和使用过程中，对环境污染少或无污染，对人体无害的材料。绿色材料虽成本较高但可以回收利用，既降低了生产成本和材料消耗，又减少了环境污染，从而促进了绿色制造业的发展。

2.3 绿色技术在机械产品生产中的应用

绿色技术要求在产品生产过程中减少环境污染，提高能源利用率。例如将废旧物料、废液等回收加工成产品，提高资源的利用率，实现资源的回收利用。绿色技术的重点应该是改变传统技术不合理和不完善的方面，特别是在污染过程和资源浪费过程。

2.4 通过绿色治理减少环境污染

在传统的机械制造过程中，必然会产生大量的废物和污染物，处理不当会对环境造成巨大的污染。如果垃圾和污染物无法回收利用，应采取合理的绿色处理方法，最大限度地减少对环境的污染。总的来说，在产品的整个生命周期中，绿色制造的应用可以减少环境污染和资源浪费，提高材料的利用率，对促进可持续发展具有重要意义。如，燃料是世界上生产面临的主要问题，在我们的日常生活中使用的燃料属于不可再生资源，由于燃料的使用在社会发展与人类生存中必不可少，因此，世界各国正在逐步发展一些可再生资源进行替代，如太阳能、风能、潮汐能、生物柴油等，这些都属于绿色能源[4]。水的净化是人类生活面临另一个问题，因为水是我们赖以生存的重要资源，因此，减少水源污染与水资源净化也是绿色生产的重要技术。

2.5 绿色理念在农业机械加工中的应用

农业机械属于机械设计与制造的关键组成部分，由多种关键零部件组装完成，在农业机械制造中，存在环境污染的主要技术体系包括机床加工、机械切削、特种加工等技术。其中，在机床加工中使用一些污染较低、资源消耗低及绿色环保材料，防止加工时出现污染，另外，将车床制作成倾斜式与立式，并且利用相关技术降低机床切削过程中产生的热量；在机械切削时，采用新型切削液替代传统的油性切削液，对机械切削过程中的废弃物进行回收，发展低温切削技术，主要是在切削过程中加入冷却装置，对切削过程中产生的污染物与热量进行及时吸收、冷却与排放，该技术在日本已经进行了广泛应用，目前我国正在持续研究该技术。

3 绿色理念在机械设计制造应用发展趋势及建议

绿色制造作为未来制造技术和制造模式发展的重要方向，将成为未来产业的重要挑战和竞争领域。未来，绿色制造将吸收其他领域的先进技术，促进绿色制造和可持续发展，为建设资源节约型和环境友好型社会发挥巨大作用。

3.1 大力推进绿色制造基础研究进程

加强国际合作与交流，支持绿色制造相关研究项目，努力提高绿色制造水平;吸收纳米技术、神经网络、新能源技术、信息技术等各学科的优势，加强与绿色制造相关的基础科学研究，攻克难点问题；加大对绿色制造相关研究项目的投资。目前，我国中部经济较为发展地区绿色制造发展较为先进，主要以江苏省、湖南省、浙江省及安徽省为主。有学者在2020年对我国相关地区绿色制造发展进行体系评价如表1所示。其中江苏省发展较为先进，江苏省是我国电子产品及农业机械制造大省，制造业发达，因此，在发展制造业的同时加大绿色理念的投入与发展，促进绿色产业的发展，在提升我国制造业发展的同时促进资源合理配置与能源高效利用是保障我国绿色发展的重要条件与基础。

表1 我国部分地区绿色制造发展对比分析(家)

3.2 积极将绿色制造研究成果转化为产品

加大对绿色制造技术、绿色设计技术、绿色生产技术、绿色回收技术和再制造技术的研究。与其他学科相结合，突破一系列关键技术，开发一批具有自主知识产权的典型绿色工艺和关键装备，形成具有特色的绿色制造产业体系，从而降低环境污染和能源消耗，促进发展。制造业可持续发展。完善相关绿色制造体系的共享平台，利用相关网络宣传平台，提高各个地区技术互相交流与帮助发展，利用网络，如抖音、微信公众平台、政府官方平台等起到技术交流与绿色技术宣传的效果。

3.3 完善法律体系和行业标准，为绿色制造护航

根据绿色制造的发展特点和国情，应逐步建立废旧产品回收体系，完善相关领域的法律体系，制定绿色制造领域的行业标准，加强专业技术人才的培养[5]。要普及可持续制造的概念和知识，提高全民的环保意识和资源意识，推动可持续制造体系的建立。目前，我国绿色制造评价体系主要依据我国颁布的相关体系标准，但是根据相关研究学者研究方向与研究重点不同，适用范围也不同，目前主要绿色评价体系标准主要如表2所示。另一方面，政府等相关部门可以通过颁布适合本地区发展的主要环境政策与绿色发展技术完善本地区的绿色制造与发展体系，运用相关法律法规对相关制造企业中存在的污染问题进行治理，为了提高绿色产业的发展，加大对相关技术企业的财政支持，并在各个研究院校进行相关技术的深入研究，起到积极带头作用，再逐步将相关技术推广到企业，从而促进各个地区绿色制造产业的发展。

表2 相关绿色制造评价体系

3.4 健全市场机制起到引导作用

完善的市场机制可以为各个企业绿色制造发展提供指导方向，为绿色发展提供一个有力的环境，市场需求可以为各个企业研究方向提供技术方向指导，提高绿色制造产业发展的市场竞争力，加强用户对绿色制造产业的发展需求，通过市场提升各个区域绿色制造产业的发展。

4 结论

绿色制造是可持续发展的重要组成部分，在提高有限资源的利用率，降低生产成本和环境污染方面发挥着巨大的作用。绿色制造促进循环经济模式的形成，促进人类社会的可持续发展，这是中国可持续发展战略的重要组成部分。推广绿色制造，需要将“绿色”理念融入产品的生命周期，在机械产品设计过程中使用绿色的方法，在机械产品制造过程中使用绿色的材料，在机械产品生产中应用绿色技术，并采用绿色处理方法，减少环境污染。未来应该继续扩大绿色生产制造体系在我国的覆盖范围，完善各个地区相关绿色制造管理体系与制度，加强绿色机械制造业的基础创新与研发力度，并逐步将先进技术进行产业化发展。研究结果对于提高我国绿色生产与机械设计产业的可持续发展提供技术参考与借鉴。

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