绿色设计及制造发展情况.docx

1、绿色设计及制造发展情况2013级 先进制造技术（作业）绿色设计及制造发展情况Green design and manufacturing development 小 组 3班01组 年 级 2013 专 业 电气工程及其自动化 系（院） 汽车学院 指导教师 赵 琳 2014年 5月 15日小组成员及分工完成情况1、组长：张清兵具体工作：论文构思，做好任务分工，统筹排版；2、副组长：胡岩钢具体工作：整理组员收集的资料，形成论文初稿；3、成员：赵伟强具体工作：收集相关课题需要插入的图片；4、成员：王日健具体工作：收集相关绿色设计及制造的介绍资料；5、成员：赵圣芳具体工作：收集相关物质材料对环境污染

2、的资料；6、成员：陆新秀具体工作：收集相关洋垃圾污染的资料；7、成员：颜洁具体工作：收集相关绿色设计的方法资料；8、成员：张斌具体工作：收集相关绿色设计的发展资料；摘 要绿色制造，又称环境意识制造（Environmentally Conscious Manufacturing）、面向环境的制造（Manufacturing For Environment）等。它是指在保证产品的功能、质量、成本的前提下，综合考虑环境影响和资源效益的现代化制造模式，其目标是使产品从设计、制造、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

3、源利用率最高，能源消耗最低，并使企业经济效益和社会效益协调优化。关键词：绿色制造 效益 协调优化目录第一章 绪论 11.1 绿色制造概述 11.2 国外现状及研究基础 31.3 绿色设计技术组成 41.4 绿色产品的研究内容 5第二章 物质材料对环境的污染 72.1 灾难性的污染事件 72.2 带毒的空气 82.3 酸雨的到来 8第三章 洋垃圾的污染 93.1 电子污染 93.2 服装洋垃圾 103.3 社会评论及治理措施 11第四章 绿色设计的方法及发展 124.1 汽车方面的绿色设计 124.2 用电设备的绿色改良 134.3 绿色设计的应用 144.4 绿色设计的发展方向 15结论 16

4、参考文献 17第一章 绪论1.1 绿色制造概述绿色制造，又称环境意识制造（Environmentally Conscious Manufacturing）、面向环境的制造（Manufacturing For Environment）等。它是一个综合考虑环境影响和资源效益的现代化制造模式，其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中，对环境的影响（负作用）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1。绿色制造这种现代化制造模式，是人类可持续发展战略在现代制造业中的体现。绿色制造技术是指在保证产品的功能、质量、成本的前提下，综合考虑环境影响和资源效率的现

5、代制造模式。它使产品从设计、制造、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。绿色制造业发展如图1-1所示： 图1-1 绿色制造业发展图绿色制造模式是一个闭环系统，也是一种低的生产制造模式，即原料工业生产产品使用报废二次原料资源，从设计、制造、使用一直到产品报废回收整个寿命周期对环境影响最小，资源效率最高，也就是说要在产品整个生命周期内，以系统集成的观点考虑产品环境属性，改变了原来末端处理的环境保护办法，对环境保护从源头抓起，并考虑产品的基本属性，使产品在满足环境目标要求的同时，保证产品

6、应有的基本性能、使用寿命、质量等。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。1、 全球化绿色制造的研究和应用将愈来愈体现全球化的特征和趋势 绿色制造的全球化特征体现在许多方面，例如：制造业对环境的影响往往是超越空间的，人类需要团结

7、起来，保护我们共同拥有的唯一的地球；ISO14000系列标准的陆续出台为绿色制造的全球化研究和应用奠定了很好的基础，但一些标准尚需进一步完 善，许多标准还有待于研究和制定；随着近年来全球化市场的形成，绿色产品的市场竞争将是全球化的；近年来许多国家要求进口产品要进行绿色性认定，要有“绿色标志”。有些国家以保护本国环境为由，制定了极为苛刻的产品环境指标来限制国际产品进入本国市场，即设置“绿色贸易壁垒”。绿色制造将为我国企业提高产品绿色性提供技术手段，从而为我国企业消除国际贸易壁垒进入国际市场提供有力的支撑。这也从另外 一个角度说明了全球化的特点。2、集成化将更加注重系统技术和集成技术的研究绿色制造

8、涉及到产品生命周期全过程，涉及到企业生产经营活动的各个方面，因而是一个复杂的系统工程问题。因此要真正有效地实施绿色制造，必须从系统的角度和集成的角度来考虑和研究绿色制造中的有关问题。当前，绿色制造的集成功能目标体系、产品和工艺设计与材料选择系统的集成、用户需求与产品使用的集成、绿色制造的问题领域集成、绿色制造系统中的信息集成、绿色制造的过程集成等集成技术的研究将成为绿色制造的重要研究内容。绿色制造集成化的另一个方面是绿色制造的实施需要一个集成化的制造系统来进行。为此，文献提出了绿色集成制造系统的概念，并建立了一种绿色集成制造系统的体系框架：该系统包括管理信息系统、绿色设计系统、制造过程系统、质

9、量保证系统、物能资源系统、环境影响评估系统等6个功能分系统，计算机通讯网络系统和数据库/知识库系统等2个支持分系统以及与外部的联系。绿色集成制造技术和绿色集成制造系统将可能成为今后绿色制造研究的热点2。3、智能化人工智能和智能制造技术将在绿色制造研究中发挥重要作用绿色并行工程涉及一系列关键技术，包括绿色并行工程的协同组织模式、协同支撑平台、绿色设计的数据库和知识库、设计过程的评价技术和方法、绿色并行设计的决策支持系统等。许多技术有待于今后的深入研究。绿色制造的决策目标体系是现有制造系统TQCS（即产品上市时间T、产品质量Q、产品成本C和为用户提供的服务S ）目标体系与环境影响E和资源消耗R的集

10、成，即形成了 TQCSRE的决策目标体系。要优化这些目标，是一个难于用一般数学方法处理的十分复杂的多目标优化问题，需要用人工智能方法来支撑处理。另外，在绿色产品评估指标体系及评估专家系统，均需要人工智能和智能制造技术。基于知识系统、模糊系统和神经网络等的人工智能技术将在绿色制造研究开发中起到重要作用。如：在制造过程中应用专家系统识别和量化产品设计、材料消耗和废弃物产生之间的关系；应用这些关系来比较产品的设计和制造对环境的影响；使用基于知识的原则来选择实用的材料等。1.2 国外现状及研究基础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

11、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。绿色标志如图1-2所示：图1-2 绿色产品标志图国际经济专家分析认为，目前“绿色产品”比例大约为510%，再过10年，所有产品都将进入绿色设计家族，可回收、易拆卸，部件或整机可翻新和循环

12、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。国内一些高等院校和研究院所在国家科委、国家自然科学基金会和有关部门的支持下对绿色制造技术进行了广泛的研究探索。机械科学研究院已完成了国家科委“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-绿色设计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。目前正在开展国家自然科学基金项目“环境绿色技术评价体系的研究” 3。以环境保护绿色技术评价体系为研究载体，将ETV评价技术导

13、入机械制造业的绿色设计、绿色制造，建立制造业的绿色概念、描述方法和ETV评价体系。清华大学为创建绿色大学，已将绿色工程技术列为优先发展和支持项目，在美国“China Bridge”基金和国家自然科学基金会的支持下，已与美国“Texas Tech University”先进制造实验室建立了关于绿色设计技术研究的国际合作关系，对全生命周期建模等绿色设计理论和方法进行系统研究，取得一定进展。华中理工大学、浙江大学、北京航空航天大学等高院校也开展了绿色制造技术研究。国内已形成了一支从事绿色制造技术研究的专业队伍，为我国发展绿色制造技术奠定了基础。1.3 绿色设计技术组成绿色设计是指在产品及其生命周期全

14、过程的设计中，充分考虑对资源和环境的影响，在充分考虑产品的功能、质量、开发周期和成本的同时，优化各有关设计因素，使得产品及其制造过程对环境的总体影响和资源消耗减到最小。这要求设计人员必须具有良好的环境意识，既综合考虑了产品的TQCS（Time，Quality，Cost，Service）属性，还要注重产品的E（Environment）属性，即产品使用的绿色度。模块化驱动合力刹车绿色设计如图1-3所示：图1-3 模块化驱动合力刹车绿色设计图(1)工艺规划产品制造过程的工艺方案不一样，物料和能源的消耗将不一样，对环境的影响也不一样。绿色工艺规划就是要根据制造系统的实际，尽量研究和采用物料和能源消耗少

15、、废弃物少、噪声低、对环境污染小的工艺方案和工艺路线。(2)材料选择绿色材料选择技术是一个很复杂的问题。绿色材料尚无明确界限，实际中选用很难处理。在选用材料的时候，不能要考虑其绿色性，还必须考虑产品的功能、质量、成本、噪声等多方面的要求。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技术。(3)回收处理产品生命周期终结后，若不回收处理，将造成资源浪费并导致环境污染。目前的研究认为面向环境的产品回收处理是个系统工程，从产品设计开始就要充分考虑这个问题，并作系统分类处理。产品寿命终结后，可以有多种不同的处理方案，如再使用、再利用、废弃等，各种方案的处理成本和回收价值都不一样，需要对各种

16、方案进行分析与评估，确定出最佳的回收处理方案，从而以最少的成本代价，获得最高的回收价值。(4)绿色管理尽量采用模块化、标准化的零部件，加强对噪声的动态测试、分析和控制，在国际环保标准ISO14000正式颁布和实施以后，它会成为衡量产品性能的一个重要因素，企业内部建立一套科学、合理的绿色管理体系势在必行。(5)设备利用北京工商管理大学教授梁小民曾经举过这样一个例子：你有一台普通机床价值10万元，后来资本增加到100万元买了10台同样的机床，但你这种机床使用就不充分了，你的资本收益就递减了；但现在的技术发展使你在拥有100万元资本时，你拥有的就不是那种普通机床而是数控机床，效率提高了几百倍，这个时

17、候资本收益就不是递减而是递增了。这就是技术进步在物质资本上的体现4。遗留的问题是，当我们拥有了数控机床后，原来的普通车床怎么办？走进国内许多工厂，都可以看见许多闲置、废弃的设备堆在那里，绣迹斑斑。如何处理好这些设备，成了企业面临的一大难题，通过改造使它们重新发挥作用，做到资源最大化利用。目前对我们很多大的生产厂家来说，来自机器的折旧费用仍占据了很大一部分成本。1.4 绿色产品的研究内容（1）绿色产品设计评价系统模型的建立绿色产品设计理论和方法从寿命周期角度对绿色产品的内涵进行全面系统的研究，提出绿色产品设计理论和方法。绿色产品的描述和建模技术在绿色产品设计理论和方法的基础上，对绿色产品进行描述

18、，建立绿色产品评价体系，在产品生命周期中，对所有与环境相关的过程输入输出进行量化和评价，并对产品生命周期中经济性和环境影响的关系进行综合评价，建立数学模型。绿色产品设计数据库建立与绿色产品有关的材料、能源及空气、水、土、噪声排放的基础数据库，为绿色产品设计提供依据。典型产品绿色设计系统集成针对具体产品，收集、整理面向环境设计的资料，形成指导设计的设计指南，建立绿色产品系统设计工具平台，并与其它设计工具（如CAD、CAE、CAPP等）集成，形成集成的设计环境。（2）绿色产品清洁生产技术节省资源的生产技术本项目主要从减少生产过程中消耗的能量、减少原材料的消耗和减少生产过程中的其他消耗三方面着手研究

19、。面向环保的生产技术主要研究减少生产过程中的污染，包括减少生产过程的废料、减少有毒有害物质（废水、废气、固体废弃物等）、降低噪声和振动等。产品包装技术包装是产品生产过程中的最后一个环节，产品包装形式、包装材料、以及产品贮存、运输等方面都要考虑环境影响的因素。（3）进行再使用技术产品可拆卸性技术提出产品可拆卸性技术方法，提出产品可拆卸性评价指标体系，进行可拆卸结构模块划分和接口技术研究。产品可回收技术提出可回收零件及材料识别与分类系统，并开展零件再使用技术研究，包括可回收零部件的修复、检测，使其符合产品设计要求，进行再使用（再使用包括同化使用和异化再使用）技术、材料再利用技术的研究（包括同化利用

20、和异化再利用）。（4）面向环境、面向能源、面向材料的绿色制造技术面向环境的绿色制造技术研究使产品在使用过程中能满足水、气、固体三种废弃物减量化、降低振动与噪声等环境保护要求的相关技术5。面向能源的绿色制造技术研究能源消耗优化技术、能源控制过程优化技术等以达到节约能源、减少污染的目的。第二章 物质材料对环境的污染2.1 灾难性的污染事件（1）美国三哩岛核事故震惊世界核能界一直不愿意面对的反应器炉心，熔坏事件发生了！所幸作为最后一道防线的围阻体，发挥功能，将辐射物质封住。事件直接原因为运转人员操作失误，但背后的电厂安全管理问题更值得探讨。此事件促成了核能界全面检讨核电厂的安全运作模式，提升了核电厂

21、的安全。三哩岛核事故如图2-1所示：图2-1 三哩岛核事故（2）前苏联核电厂车诺比灾变事件1986年4月，乌克兰车诺比地区发生了全世界最严重的一次核能事件，其中一个核子反应炉爆炸，辐射从燃烧的外壳中外泄，并随着风势，吹向许多欧洲国家。切尔诺贝利核电站事故带来的损失是惨重的，爆炸时泄漏的核燃料浓度高达60，且直至事故发生10昼夜后反应堆被封存，放射性元素一直超量释放。事故发生3天后，附近的居民才被匆匆撤走，但这3天的时间已使很多人饱受了放射性物质的污染。在这场事故中当场死亡2人，至1992年，已有700O多人死于这次事故的核污染。这次事故造成的放射性污染遍及前苏联15万平方公里的地区，那里居住着

22、6945万人。（3）工业剧毒外泄事件美国设在印度波帕尔市的一所跨国公司，泄漏出4600吨剧毒的制药品，造成20万居民中毒，其中重伤四万人，残废10万人，死亡3000人。剧毒外泄，遗毒二十年未歇。波帕尔一群学童2004年11月29日参加一年一度的运动会时，打扮成印度某部电影中的外星人模样。国际特赦组织表示此灾难事件至今仍持续摧毁周遭社区民众的生活。台湾RCA污染事件地点：桃园八德乡前美国RCA电子工厂。污染物：高毒性含氯挥发性有机溶剂。原因：工厂为减少处理成本，直接将废溶剂注入厂内深井中。结果：造成土壤及地下水污染，工厂歇业后，原员工及附近住户陆续发现异常高的罹癌率，厂区土地被禁止再开发。2.2

23、 带毒的空气20世纪70年代后，面对空气污染造成的一系列灾难，人们开始醒悟，各国政府投放了大量的人力物力，开始净化空气。“空气环境道德”的新观念开始在人们的头脑中形成。尽管如此，当前空气质量的情况仍不容乐观。请看下列数字：目前人类每年向天空排放的有毒气体是：二氧化硫1亿吨，氮氧化物7000万吨，烟尘1亿吨，一氧化碳800万吨，碳氢类化合物3000万吨。全球环境污染造成的经济损失约为970亿美元，我国约为860亿元人民币。这些经济损失中40是大气污染造成的6。我国是世界上能源生产和消费大国，无论生产还是发电，使用的主要是煤炭资源。燃煤排放的二氧化硫是我国空气污染的首要祸根，煤烟型污染是我国空气污

24、染的主要特征。我国每年燃煤向天空排放的二氧化硫在数万吨以上，一些城市烟雾锁城，空气质量十分低劣，因此上了世界城市空气污染严重的排行榜。2.3 酸雨的到来中国在突如其来的酸雨面前同样不能逃脱劫难。20世纪60年代后，我国南方一些地区出现小范围酸雨，近些年一些地区酸雨状况已非常严重。西南、华南和东南沿海地区频降酸雨，重庆、贵阳、长沙、柳州、厦门等地的雨水平均pH值为44.5，许多地区甚至小于3.5。我国的福建省23个城市里97的城市下酸雨，广西南宁每年酸雨率超过40，最高达到77，春季达到100。产生酸雨的另一个原因是汽车的尾气。据科学家检测，汽车大国美国空气污染中60到90的污染源来自汽车尾气。

25、我国自改革开放以来，汽车工业迅猛发展，十几年里汽车保有量均以每年10以上的速度增长。由于我国的汽车制造和维修保养手段落后，目前我国汽车尾气单车排放量是发达国家同类单车排放量的十几倍。据有关部门对全国汽车保有量最多的北京市的汽车尾气监测，全北京汽车数量190万辆以上，是日本东京和美国洛杉矶的1/10左右，但由于保养、尾气治理、城市交通设施不合理等因素，汽车尾气排放的碳氢化合物、氮氧化合物的总量超过了东京和洛杉矶。虽然现在北京市加大了对汽车尾气的治理力度，但汽车尾部冒黑烟的现象依旧可见。此外，北京、上海、广州等大城市进行了汽车尾气治理，但许多中小城市依旧没有将汽车尾气治理纳入计划。颗粒物杀人这样的

26、研究结果在我国也可以得到证实。我国空气污染最重的地方在山西省。山西的空气污染全世界出名。山西的省会太原则是全省空气污染最严重的城市。太原盛产煤，污染物多为燃烧后的烟尘。烟尘中含有大量可吸入颗粒物，有毒空气飘荡在城市的每一个角落，侵蚀着人们的呼吸系统。人们长期生活在这样的环境里，因而太原的肺癌死亡率居山西省第一位。可吸入颗粒物的另一来源还是出自汽车尾气。卫生专家提醒说，城市居民肺癌患者的增多，汽车尾气“功不可没”。酸雨的产生如图2-2所示：图2-2 酸雨的产生图如何控制空气中的可吸入颗粒物？世界各国都在努力想办法，人们力图通过合理利用能源来减少可吸入颗粒物的产生。通过治理与控制，这一“恶魔”已有

27、所收敛，但它仍然没有得到根除。我国是煤炭消费大国，燃煤又是可吸入颗粒物的来源之一。如何利用脱硫和除尘装置来治理可吸入颗粒物，让老百姓呼吸到纯洁清新的空气，我们还有很长的路要走。第三章 洋垃圾的污染3.1 电子污染电子洋垃圾是电子固体废物的俗称，包括各种废旧电脑、通信设备、电视机、电冰箱、空调以及被淘汰的精密电子仪器仪表等。目前全球每年产生约5亿吨电子洋垃圾，主要产于发达国家。全球有七成电子垃圾倾倒到中国，中国正在成为世界上最主要的电子垃圾场！在全国八大电子洋垃圾集散地中，广东汕头贵屿镇、清远龙塘镇、南海大沥镇名列前茅，占全国电子洋垃圾进口市场的半壁江山！电子洋垃圾所含的有毒物质在经过简单拆解后

28、，产生的废水废气及二次废物给环境造成的污染，是“100年也恢复不了的”！对人体的危害虽然并不显见，但其毒质将对儿童的脑发育造成严重影响！ 2007年6月龙塘镇位于清远市区东面，距市中心20公里路程。这个只有10万人的小镇，目前竟有超过1000家非法拆解厂，超过5万人的拆解队伍每天在不停地劳作，每年拆解的电子洋垃圾近百万吨之巨！记者在龙塘镇看到，这里几乎所有的农家小院都是各类电子废物的回收作坊，而在这些作坊中，不乏妇女和儿童的身影。他们大多是赤手空拳地拆解，用锤子和煤炉解体电脑、复印机，根本没有任何防护措施。”当地一位村民告诉记者，处理电子废物的平均工资为每天约20元。为了微薄的薪水，来自湖南、

29、湖北等地的农民工与本地人一起，加入了这个原始的拆解行业。由于没有任何防护措施，很多人皮肤溃烂，并患了呼吸道疾病、肾结石等。电子垃圾如图3-1所示：图3-1 电子垃圾图近三年来，随着铜、铝等金属价格的飞涨，龙塘镇每月处理的电子洋垃圾达到2000个标准集装箱，有时甚至超过3000个，每个集装箱重达25吨！拆解处理电子洋垃圾已成为当地的一大主要产业和收入来源。3.2 服装洋垃圾原本就是旧货，加之挤压，不少服装的纽扣都已脱落，店老板们早已采购了形形色色的纽扣7。某些贴身穿的服装，由于被其“一手用户”较长时间的汗水侵蚀，后脖部位商标上的字样已经非常模糊。店老板们早就采购了形形色色的商标布块，重新拆缝。一

30、般的服装经过以上翻新流程，即可销售；那些“无可救药”的，只能当作垃圾抛弃。但价格稍贵的毛料上衣和牛仔裤等，却还需额外的电熨。在一家专卖牛仔裤的店铺里，记者看到以下一幕店员们忙碌地熨烫着一大堆皱纹满布、毫无裤型的牛仔裤；另一侧是已经熨烫好的、叠放整齐的、用统一塑料袋包装的“新裤子”。店员们说，牛仔裤原本就不易区分新旧，不少年轻人还喜欢“怀旧的感觉”，所以只要臀部和大腿部位的布料不被明显地磨薄磨滑，充当新裤卖不成问题。不管什么档次、什么价位的衣服，在翻新流程中有一点是相同的，那就是：不消毒。这些“洋垃圾”服装来自何方、又去往何处？知情人给记者引见了一位行内人胡明（化名）。他说：“香港有个大老板，承

31、包了大量美国、韩国等国家淘汰下来的服装。服装埋到地底下很难化掉，烧了又污染空气，这对重视环保的发达国家来说是个沉重的负担，他们就倒贴钱找人帮忙处理掉。这个老板两头赚钱，一手拿外国政府的钱，一手倒卖到中国内地。”“碣石人做这个已有十多年，有两个本地人是最大的批发商，从香港拿货后倒卖给镇上的老百姓。洋垃圾服装如图3-2所示：图3-2 洋垃圾服装图洋垃圾服装中不乏世界顶级名牌的正装，一般按件数卖；档次低的，就称斤两卖。1998年全国打击走私专项行动之后，碣石的洋垃圾服装已经少了很多，但近年来，尤其是2009年7月份以后，又满大街都是。我不知道店铺的确切数量，估计有1万家左右。” “从碣石出去的服装无所不在，东莞、深圳的市面上都有得卖，部分卖相好的甚至进了专业服装市场。而在省外，湖南、四川几乎都有买家。好货进城卖，差货下乡卖。”3.3 社会评论及治理措施中国环境问题突出，已经成为制约国民经济发展的“瓶颈”。在环境问题中，“洋垃圾”频频闯关成功，是一个不容小觑的问题。据中国环境保护部相关负责人透露，2010年，中国废纸、废塑料、废五金、废钢铁、铝废碎料、铜废碎料等可用作原料的固体废物实际进口达4000多万吨。这是固体废物，