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机械产品绿色设计毕业论文

摘要

绿色设计与绿色制造是一种全新的设计与制造理念,它们是人类社会可持续发展在现代制造业中的体现。

从分析实施机械产品绿色设计与绿色制造的意义出发,论述了绿色设计、绿色制造以及绿色机械产品的定义,给出了机械产品绿色设计与绿色制造的实质和内容,并提出了绿色设计的体系结构和机电产品的绿色设计原则,指出了机械产品绿色设计与制造是机械产品机械制造业的发展趋势。

从机械产品绿色设计与制造的全球化、社会化、集成化、并行化、智能化、产业化等方面论述了机械产品绿色设计与制造的发展趋势。

关键词：

机械产品绿色制造现状发展趋势毕业设计

目录

摘要1

目录2

1.引言3

2.绿色制造的概念4

3.绿色设计5

3.1绿色设计的概念5

3.2机械产品绿色设计的方法5

3.2.1机械产品的结构设计...................................5

3.2.2机械产品的环境性能设计...............................5

3.2.3机械产品资源性能设计.................................6

3.3绿色设计的原则............................................6

4.机械产品的绿色制造技术的研究..............................7

4.1绿色制造技术的概念和设计要求..............................7

4.2绿色制造技术的内容及在机械加工中的应用....................8

4.2.1机床技术...............................................8

4.2.2工艺技术...............................................8

4.3国内外绿色制造技术的研究现状...............................9

5绿色制造在刀具领域的研究.......................................10

5.1面向绿色制造刀具的选择目标体系.............................10

5.1面向绿色制造刀具选择的决策模型创建.........................11

6机械产品的绿色制造的发展趋势...................................13

致谢............................................................14

参考文献.......................................................15

引言

据通信等多种技术，是机械加工领域中典型的机电一体化设备，适用于多品种、中小批量的复杂零件的加工。

数控机床作为实现柔性制造系统、计算机集成制造系统和未来工厂自动化的基础已成为现代制造技术中不可缺少的设备，因此得到了巨大的发展。

科学技术的发展，对机械产品提出了高精度、高复杂性的要求，而且产品的更新换代也在加快，这对机床设备不仅提出了精度和效率的要求，而且也对其提出了通用性和灵活性的要求。

数控机床就是针对这种要求而产生的一种新型自动化机床。

数控机床集微电子技术、计算机技术、自动控制技术及伺服驱动技术、精密机械技术于一体，是高度机电一体化的典型产品。

它本身又是机电一体化的重要组成部分，是现代机床技术水平的重要标志。

数控机床体现了当前世界机床技术进步的主流，是衡量机械制造工艺水平的重要指标，在柔性生产和计算机集成制造等先进制造技术中起着重要的基础核心作用。

因此，如何更好的使用数控机床是一个很重要的问题。

由于数控机床是一种价格昂贵的精密设备，因此，其维护更是不容忽视。

数控机床的故障诊断与维修是数控机床使用过程中重要的组成部分，也是目前制约数控机床发挥作用的因素之一。

本人以严谨务实的认真态度进行了此次设计，但由于知识水平与实际经验有限。

在设计中难免会出现一些错误、缺点和疏漏，诚请各位评审老师提出批评和指正。

绿色制造的概念

对于机械产品机械制造技术是研究产品设计、生产、加工制造、销售使用、维修服务乃至回收再生的整个过程的工程学科,是以提高质量、效益、竞争力为目标,包含物质流、信息流和能量流的完整的系统工程。

随着社会的发展,人们对产品的要求也发生了很大变化,要求品种要多样、更新要快捷、质量要高档、使用要方便、价格要合理、外形要美观、自动化程度要高、售后服务要好、要满足人们越来越高的要求,就必须采用先进的机械制造技术。

绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式，其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中，对环境负面影响最小，资源利用率最高，并使企业经济效益和社会效益协调优化。

绿色制造具有非常丰富和深刻的内涵。

绿色制造实质上是人类社会可持续发展战略在现代制造业中的体现。

　　绿色制造的“制造”涉及到产品整个生命周期，是一个“大制造”的概念，并且涉及到多学科的交叉和集成，因此体现了现代制造科学的“大制造、大过程、学科交叉”的特点。

绿色设计

3.1绿色设计的概念

绿色设计的含义就是在产品的整个寿命周期内（包括设计、制造、运输、销售、使用或消费、废弃处理），着重考虑环境属性，即将产品自然资源的利用、对环境和人的影响、可拆卸性、可回收性、可重复利用性等作为设计目标，在满足环境目标要求的同时，并行地考虑保证产品应有的基本功能、使用寿命、经济性和质量等。

绿色设计主要应考虑两方面的内容:

（1）是产品本身的绿色设计。

采用绿色材料，实现零部件的标准化、模块化，提高产品的可拆卸性，便于产品的回收和重复使用，在产品全寿命周期内，实现产品的再循环利用。

（2）二是减少废气、废水、噪声的排放，降低制造、使用过程的资源消耗，加强工程机械产品对能源的综合利用效率，满足工程机械产品在生产和使用过程中不给社会带来危害的社会要求。

绿色工程机械产品的设计应遵循环境准则、技术准则、经济性准则和人机工程准则。

同时，还应创立网络化、协同化、开放式工程机械产品创新设计理论与技术，研发具有生产率分析、可制造性、可预测性、能源分析、环境分析、经济分析的智能化设计与制造开发系统。

3.2机械产品绿色设计的方法

3.2.1机械产品的结构设计

除了满足普通产品的基本要求外，主要考虑结构的易于拆卸与回收处理。

拆卸是废弃物回收的前提，回收则是废弃物再利用的保证。

其研究内容包括：

（1）产品拆卸设计方法研究；

（2）拆卸评价指标体系的建立

（3）拆卸结构模块的划分及其结构设计；

（4）回收工艺及方式的研究。

3.2.2机械产品的环境性能设计

不同的产品可能对环境有不同的影响，设计是应根据产品的性能、尽可能满足对环境的要求。

如生产电冰箱要求不用氟类的制冷剂和发泡剂减少或消除酸洗、磷化过程中产生的环境污染物，降低能耗，减少噪音等。

3.2.3机械产品资源性能设计

为了使产品的资源得到合理利用和配置，其设计的主要内容是：

（1）产品生命周期的资源消耗模型建立；

（2）产品生产过程的资源消耗特性分析等。

3.3绿色设计的原则

机械产品的绿色设计要求环保与节能并行，它要求在整个生命周期内把机械产品的基本属性和环境属性紧密结合。

子啊进行设计决策时，除了满足产品的物理目标外，还应满足环境目标，考虑回收利用率，资源和能源的有效利用等，以达到环境保护和资源优化应用的效果。

机械产品绿色设计与制造就是以环境保护核心来进行机械产品的制造，其绿色设计原则如下：

机械产品的绿色制造技术的研究

4.1绿色制造技术的概念和设计要求

绿色制造技术又称“面向环境的制造技术”，是指在保证产品的功能、质量、成本的前提下，综合考虑环境和资源效率的现代制造模式。

它使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废整个产品生命周期中不产生环境污染或环境污染最小化，符合环境保护要求，对生态环境无害或危害极少，节约资源和能源，使资源利用率最高，能源消耗最低，绿色制造可用下图概括：

绿色制造技术的使用要求：

（1）设计人员必须具有良好的环境意识，既要综合考虑产品的寿命、质量、成本和使用TQCS属性，又要注重考虑产品的环境和资源属性，即产品使用的绿色度。

（2）广泛采用标准化、模块化的零部件，设计时就充分考虑产品报废时的回收利用，及产品报废后，容易拆卸和分解，并可加以回收或再生。

（3）尽量简化工艺，优化配置，提高系统运行效率，使原材料和能源的消耗最少。

（4）减少不可再生资源和短缺资源的使用量，尽量采用各种替代物质和先进技术。

4.2绿色制造技术的内容及在机械加工中的应用

从节约资源的工艺技术方面来说，在机械加工中，绿色制造工艺技术主要应用在少量切削加工技术、干式加工技术、新型特种加工技术三个方面。

在机械加工中，绿色制造工艺技术主要是在切削和磨削上采用干切削和干磨削的方法来进行加工。

常规的加工方法例如车削、洗削、磨削等，都需要切削液来帮助加工，切削液在加工中的作用主要有冷却、润滑、排屑和清洗的作用。

但是，随着高速加工技术的迅猛发展，加工过程中使用的切削液用量越来越大。

其流量有时高达80—100L/min。

大量切削液的使用造成了很多有害影响，如零件的生产成本大幅度提高，环境污染严重，对工人的身体健康造成伤害等。

干式加工是在加工过程中不采用切削液的一种加工方法。

这种加工方法从原理上来讲并不陌生，比如铸铁的干铣削加工就在实际生产中使用了很长时间。

目前，德国在干式加工方面的研究和应用处于国际领先地位。

4.2.1机床技术

干式加工在切削区域会产生大量的切削热，如果不及时散热，会使机床受热不均而产生热变形，这个热变形就成为影响工作加工精度的一个重要因素，因此机床应配置循环冷却系统，带走切削热量，并在结构上有良好的隔热措施。

实验表明，干式切削理想的条件应该是在高速切削条件下进行，这样可以减少传到工作、刀具、和机床上的热量。

干切削时产生的切削是干燥的，这样可以尽可能的将干切削机床设计成立轴和倾斜式床身。

工作台上的倾斜盖板用绝热材料制成，在机床上配置过滤系统排出灰尘，对机床主要部位进行隔离。

现在切削加工已朝高速、超高速方向发展。

对于精密切削机床，可在机床上安装监控系统，以检测切削区域的温度变化、切削力的变化以及刀具的磨损，并配以机床补偿装置。

4.2.2工艺技术

对机械加工来说，要实现干切削，工件材料在很大程度上起着决定性的作用。

经研究表明，超硬合金最难进行干切削，钢次之，而铸铁的干切削性能最好。

铝合金在加工过程中产生的切削很容易与刀具发生“咬焊”式粘连，采用高速干切削这种方法可以解决这种问题，实验表明在高速切削中95%—98%的切削热都传给了切削，切削与刀具前刀面接触的部分被局部熔化，很容易被切离工作表面，减少了切削瘤的产生，可提供铝合金的加工精度和表面质量。

为了减少高温条件下工具和工件之间材料的粘结和扩散，要注意刀具材料和工件之间的搭配，还可以采用硬车和激光辅助切削等方法对不适合进行磨削加工的零件和抗拉强度极高的零件进行加工。

采用干切削和干磨削技术能够节约资源，降低能耗，就目前来看其加工范围还比较有限，对于干切削来说，应该利用现有的刀具材料探索新的加工条件，以达到干切削的要求：

干磨削会使磨削液的作用完全丧失掉，在实际应用中还不太多，在研究干磨削方式的同时，还应该积极探索新的磨削方式以达到绿色制造的要求。

4.3国内外绿色制造技术的研究现状

当前，世界上掀起一股“绿色浪潮”，环境问题已经成为世界各国关注的热点，并列入世界议事日程，制造业将改变传统制造模式，推行绿色制造技术，发展相关绿色材料、绿色能源和绿色设计数据库、知识库等基础技术，生产出保护环境、提高资源效率的绿色产品，并用法律、法规规范企业行为。

美国、日本、德国等发达国家在这方面都取得了不少成果。

美国国际贸易及工业部对工业产品环境问题进行了研究，着手开展了“生态工厂技术”等协作项目，该项目的主要研究范围是产品技术、生产技术、拆卸技术、回收技术等。

1996年，美国制造工程师学会发表了关于绿色制造的蓝皮书，日本通产省从1992年开始实施“生态工厂”的10年计划。

1991年德国政府开始实施环境保护“绿色计划”。

也就是说在未来10年内绿色产品有可能成为世界商品市场的主导产品。

我国对该领域的研究相对滞后，还处在起步阶段。

机械科学研究所已完成了国家科委“九五”攻关项目—清洁生产技术选择与数据库的建立、机械工业基金项目—绿色技术发展趋势及对策研究。

围绕机械工业中九个行业对绿色技术需求和绿色设计技术自身发展趋势进行了调研，在国内首次提出适合机械工业的绿色设计技术发展体系，同时还进行了车辆的拆卸和回收技术的研究。

国内已形成了一支从事绿色制造技术研究的专业队伍，为我国绿色制造技术产业的发展取得了一定的人才和技术支持。

绿色制造在刀具领域的研究

5.1面向绿色制造刀具的选择目标体系

面向绿色制造的刀具的综合选择问题实际上是一个多目标的、定性与定量相结合的复杂决策问题。

通常，对刀具选择，切削过程的优化以最高生产率（或最短生产时间）、最低单件成本和最高利润率作为判据。

随着21世纪制造业可持续发展的要求，刀具制造业将由主要追求经济效益的单一目标模式转变为追求经济效益与社会效益、环境效益协调发展的多目标模式。

影响刀具产业发展的要素将由传统刀具产业的功能、质量、成本、服务拓展为功能、质量成本、时间、环境和资源。

面向绿色制造的刀具选择决策目标体系把时间（T）、质量（Q）、成本（C）、资源（R）、环境（E）作为重要因素加以考虑，相应的目标函数为加工时间T（X）、加工质量Q（X）、生产成本C（X）、资源消耗R（X）、环境影响E（X）。

对这五个目标变量追求的变化结果，即加工时间希望越少越好，加工质量希望越高越好，生产成本希望越低越好，资源消耗越少越好，环境影响希望越小越好。

以上五个决策目标之间存在着密切的联系，它们共同构成了面向绿色制造的刀具决策目标体系。

相应的决策目标向量分解如图所示:

刀具的环境影响主要包括生态环境影响、职业健康安全与卫生管理的影响、生产安全影响等方面内容。

5.1面向绿色制造刀具选择的决策模型创建

专家从80年代初以来已对绿色制造直接相关的制造系统中的资源问题和能源问题进行了长期研究，并提出了绿色制造的T（时间）、Q（质量）、C（成本）、E（环境影响）、R（资源消耗）等5大决策目标变量的决策目标体系以及相应的决策框架模型。

绿色制造中的任何一个决策问题都或多或少与上述5个决策目标变量中的某些或全部有关。

结合刀具选用的具体问题，提出了面向绿色制造的刀具决策目标体系，并在此基础上建立刀具的可操作性综合选择模型。

刀具的优选决策问题为使用方案优化问题，即从若干可能的方案中选出其中最优或相对较优的方案。

对刀具的使用方案优化问题，其变量可用一个n维向量来描述，即:

X=[x1，x2，…，xn]T

其中，n为可能的加工方案数;xi（i=1，2，…，n）代表第个加工方案，并有xi=0不采用第i个方案或1采用第i个方案

因此，对刀具的使用方案优化问题，其涉及的所有变量均可用一个n维向量来表示。

1决策框架模型

基于以上分析，可建立面向绿色制造的刀具决策框架的数学模型（I）。

其中T（X）描述时间决策目标，Q（X）描述质量决策目标，C（X）描述成本决策目标，R（X）描述资源消耗决策目标，E（X）描述环境决策目标。

对于某一刀具优选决策总是:

X=[x1，x2，…，xn]T

求:

X*=[x*1，x*2，…，x*n]T

满足：

gu（x）≤0（u=1，2，…，k）

hv（x）=0（v=1，2，…，p

使得O:

ptimun[T（X），Q（X），C（X），R（X），E（X）]=[T（X8），Q（X*），C（X*），R（X*），E（X*）]其中：

X∈Rn，x1，x2，…，代表可选方案，X*为最优刀具选择方案，gu（X）不等式约束条件hv（X）等式约束条件

在生产实际中，切削速度和进给量的数值是不可能任意选择的，它们要受到生产条件的种种限制。

例如最大进给量不但受到刀具耐用度的限制，还会受到加工表面粗糙度、工件刚性、刀具强度和刚度以及夹紧机构可靠性的影响。

上述选择模型是一个在给定的环境条件（即系统约束边界，如有限资源控制，分别为质量目标约束、成本目标约束、环境目标约束及原材料约束，以及满足加工工艺要求）以及目标下建立系统的多目标规划模型，此模型有两个约束条件，其中gu（X）为模型的不等式约束条件，hv（X）为模型的等式约束条件。

在现代切削加工中，刀具是切削加工中保证加工质量、提高生产效率、减少环境污染的一个重要因素，刀具的合理选择是提高切削加工绿色性能的重要途径之一。

建立了面向绿色制造的刀具优选决策多目标体系，包括时间T、质量Q、成本C、资源消耗R、环境影响E等五大决策目标，并对目标体系中决策向量进行分解。

在此基础上，建立了面向绿色制造的刀具综合选择模型，并建议采用模糊聚类综合评价的定量分析和专家系统的定性推理相结合的方法进行模型求解方法。

用实例对上述模型和方法进行了验证，说明该模型和求解方法的应用是可行的。

机械产品的绿色制造的发展趋势

当前，世界上掀起一股"绿色浪潮"，环境问题已经成为世界各国关注的热点，并列入世界议事日程，制造业将改变传统制造模式，推行绿色制造技术，发展相关的绿色材料、绿色能源和绿色设计数据库、知识库等基础技术，生产出保护环境、提高资源效率的绿色产品，如绿色汽车、绿色冰箱等，并用法律、法规规范企业行为。

随着人们环保意识的增强，那些不推行绿色制造技术和不生产绿色产品的企业，将会在市场竞争中被淘汰，使发展绿色制造技术势在必行。

6.1国外现状与趋势

国外不少国家的政府部门已推出了以保护环境为主题的"绿色计划"。

1991年日本推出了"绿色行业计划"，加拿大政府已开始实施环境保护"绿色计划"。

美国、英国、德国也推出类似计划。

目前，在一些发达国家，除政府采取一系

列环境保护措施外，广大消费者已热衷于购买环境无害产品的绿色消费的新动向，促进了绿色制造的发展。

产品的绿色标志制度相继建立，凡产品标有"绿色标志"图形的，表明该产品从生产到使用以及回收的整个过程都符合环境保护的要求，对生态环境无害或危害极少，并利于资源的再生和回收，这为企业打开销路、参与国际市场竞争提供了条件。

如德国目前已有60种类型3500个产品授予环境标志，法国、瑞士、芬兰和澳大利亚等国家于1991年对产品实施环境标志，日本也于1992年对产品实施环境标志，新加坡和马来西亚也在1992年开始实施环境标志。

目前已有20多个国家对产品实施环境标志，从而促进了这些国家"绿色产品"的发展，在国际市场竞争中取得更多的地位和份额。

据相关数据显示，目前世界上"绿色产品"比例大约为5％~10％，再过10年，所有产品都将进入绿色设计家族，可回收、易拆卸和循环利用。

也就是说，在未来10年内绿色产品有可能成为世界商品市场的主导产品。

6.2国内相关研究的进展

我国在国家科学技术部和有关部门的支持下对绿色制造技术进行了广泛的研究与探索。

目前已完成了"清洁生产技术选择与数据库的建立"、"绿色设计技术发展趋势及对策研究"等专项研究。

围绕机械工业中九个行业对绿色技术需求和绿色设计技术自身发展趋势进行了调研，在国内首次提出适合机械工业的绿色设计技术发展体系，同时还进行了车辆的拆卸和回收技术的研究，并且开展了"环境绿色技术评价体系的研究"，以环境保护绿色技术评价体系为研究载体，建立制造业的绿色概念、描述方法和评价体系。

在许多大专院校相继开展了全生命周期建模等绿色设计理论和方法的系统研究、针对汽车开展可回收性绿色设计技术的研究、废弃工业品回收研究工作、机械产品可回收设计理论和关键技术及回收指标评价体系的研究、以及清洁化生产系统和体系结构及实施策略的研究等专项课题，并取得一定进展。

国内已形成了一支从事绿色制造技术研究的专业队伍，为我国发展绿色制造技术奠定了基础。

6.3我国"十二五"期间绿色制造技术的发展任务

在《机械工业"十二五"科技发展规划》中提出：

要加速发展绿色制造技术及节能环保技术装备，促进产业产品优化升级。

"十二五"国家科技计划先进制造技术领域中提出，将加强绿色制造基础理论与共性技术的基础研究，其中包括绿色制造基础理论、产品寿命预测与安全服役基础理论的研究。

并加强绿色制造基础数据库与标准、基于全生命周期的产品设计工具应用、绿色生产工艺关键技术与装备、制造过程碳效优化技术、产品寿命预测与安全服役关键技术、低碳烯烃及衍生物关键工艺、技术及装备等前沿技术研究。

形成应用开发及集成示范模式，即行业、区域绿色制造产业应用示范。

同时，《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》的发布，使高端装备制造业概念成为领衔"十二五"规划的关键字眼。

"十二五"期间，发展高端装备制造业的总体思路是面向我国工业转型升级和战略性新兴产业发展的迫切需求，其中绿色制造是重点发展领域之一。

"十二五"时期，我国既面临着重大的发展挑战，也拥有前所未有的发展机遇。

国家"十二五"规划的首要任务是实现绿色发展，推动绿色革命，创建资源节约型和环境友好型社会，全面降低能耗，减少温室气体排放，促进发展模式的转型。

绿色发展不仅仅是国家的重要发展目标，同时也是中国积极参与国际治理、提供国际公共物品的主要途径之一。

"十二五"规划的整体思路就是以绿色发展为基本要求，要把生态环境建设作为主要的发展思路和基本原则，促进绿色发展，建设绿色中国。

可以说，"十二五"规划是中国的首个绿色发展规划。

绿色发展和生态建设，在总体设计上包括五个方面的战略内涵，即建设资源节约型社会、建设环境友好型社会、发展循环经济、建设气候适应型社会、实施国家综合防灾减灾战略，总体成为"十二五"规划期间的绿色规划设计。

总之，"十二五"规划是中国绿色现代化的重要起点。

7.结束语

绿色制造技术是综合考虑环境污染、资源利用、能源消耗和经济社会效益的先进生产技术，是解决环境问题和实现可持续发展战略的必经之路。

在机械制造过程中，采用绿色制造技术实现了环境保护和资源优化的生产制造模式，重视绿色制造技术在机械制造过程中的应用，提高机械生产技术，能够促进我国机械工业的快速发展，增强机械产品在国际市场的竞争力。

致谢

在本次毕业论文的整个过程中，以及毕业论文的写作、修改和定稿过程中，曾经得到了许多老师和同学们的热心帮助，在这里向他们表示最诚挚的谢意。

在这里，我要特别提出感谢的是我的指导老师周亚焱对我的关心和帮助。

同时，身边很多同学也给予了我很多不可磨灭的帮助，才使我在规定的时间内顺利完成本次毕业论文。

在完成这次毕业论文的过程中，我通过多种途径学习到了很多机械方面的知识，尤其是机械产品在绿色制造这一方面，虽然我是机制专业的，但是作为一个机械类学生来说，未来世界的发展趋势也是一个不能不关心的问题。

而通过这次学习，使我了解到机械产品的绿色制造的研究现状与发展趋势的更多知识。

我相信，在以后我将在此基础上不断的学习，不懈的努力，提升这方面的知识，并提高自己的实际动手能力。

也能满足未来世界发展趋势的需要。

不会忘记这难忘的几个月的时间。

毕业论文的制作给了我难忘的回忆。

在