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1、绿色制造理论与技术网绿色制造理论与技术机械CAD/CAM摘要绿色制造是 21 世纪的制造业可持续发展模式，是解决制造业资源消耗和环境污染问题，实现生态环境恶化源头控制的根本方法和关键途径之一。我们在阅读大量论文的基础上，分析了国内外绿色制造的研究进展。目前，国外对绿色制造的研究投入较大。从国家重点实验室到国家研究中心，从全球知名高校到一些企业，均展开了较多研究，且互有合作，取得了较多成果。国内研究相对较晚，且主要集中在国内一批高等院校和科研院所，而各种企业对其投入力度却远远不够，一定程度上反映了中国企业环境意识的欠缺。随着对绿色制造理论与技术的研究，绿色制造的发展趋势也趋向全球化、社会化、集成

2、化、并行化、智能化、产业化和网络化等多元性的方向。其研究重点主要集中在绿色设计，绿色材料选择，绿色工艺方法和清洁生产技术，绿色包装和运输技术，绿色处理技术等。在平时的制造过程中，也会展开对绿色制造环境评价的研究，从源头上及全过程控制环境问题的产生。最后，本论文列举了两个实例。介绍了重庆力帆汽车针对汽车制造过程中产生污染物，汽车生命终期处理采取的措施。重庆机床集团废旧机床再制造则充分利用现有的废旧机床资源，再制造出功能更强、性能指标更优并且节能节材、绿色环保的新机床。在采用绿色制造技术后，两家公司均取得了较好的有益效果。关键词：绿色制造 可持续发展模式 多元趋势 终期处理 废旧机床再制造The

3、Theory and Technology of Green ManufacturingAbstractGreen manufacturing is a model for sustainable development of manufacture in the 21st century. It is one of the method and critical path to solve the resource consumption and environmental pollution problems of manufacturing，and eventually control

4、the source of the environment deterioration.Currently, the overseas have already invested much capital in the research of green manufacturing. Such as some national key laboratory, National Research Center, famous universities and social enterprise, they all focus on the green manufacturing and many

5、 achievements were obtained. However, domestic research is relatively late and most of the researchers are higherteaching institutions and scientific research institutes. Litter work have been done by the social enterprise. The gap between us and foreign countries can be seen clearly.With the theory

6、 and technology of green manufacturing developing, globalization, socialization, integration, parallelism, intelligent, industrialization and networked are the development trend of green manufacturing. The research will mainly focus on green design, green material selection, green process method and

7、 cleaner production technology, green packaging and transportation technology, green processing technology and so on. And the green manufacturing environment evaluation also will be done in the usual manufacturing process. It can control the environmental problems which .occur in the source and the

8、whole process.Key Words: green manufacturing; sustainable development; manufacturing environment evaluation第1章 发展历程与研究进展“绿色制造”实际上是企业实施可持续发展战略的一种生产方式。绿色制造要求产品从研发、生产、包装、运输、使用直到报废处理的整个产品生命周期中,对环境的负面影响最小,资源利用效率最高,并使企业经济效益和社会效益形成一致。1.1绿色制造的产生制造业是创造社会财富的支柱产业,同时也是人类社会最大的污染源之一。如何使制造业减少资源消耗并尽可能少地产生环境污染是当前环境科

9、学与制造科学研究的一个重要学科交叉领域。绿色制造是可持续发展战略在制造业中的体现,它是制造业的可持续发展模式,也是一种低能耗的生产制造模式,是现代企业发展的必由之路。然而,绿色制造概念产生以来,许多发达国家对绿色制造技术的研究,主要侧重在绿色制造的概念和理论的阐述及具体应用方面,而对绿色制造环境评价的研究就很少了,在我国对于绿色制造战略环境评价的研究也尚属空白。 制造业是将可用资源(包括能源)通过制造过程,转化为可供人们使用和利用的工业品或生活消费品的产业。它涉及到国民经济的大量行业,如机械、电子、化工、食品、军工等等。制造业是创造人类财富的支柱产业,是人类社会物质文明和精神文明的基础;但另一

10、方面,制造业在将资源转变为产品的制造过程中以及产品的使用和处理过程中,消耗掉了大量人类社会有限的资源,同时产生废物(废物是制造资源中未被利用的部份,所以也称废弃资源),废物是制造业对环境污染的主要根源。由于制造业量大面广,因而对环境的总体影响很大,造成严重的环境污染。据统计,造成环境污染的排放物有70%以上来自制造业,它们每年约产生55亿吨无害废物和7亿吨有害废物。可以说,制造业一方面是创造人类财富的支柱产业,但同时又是当前环境污染的主要源头。要想彻底解决制造业所带来的环境污染,就要求考虑产品整个生命周期对环境的影响,最大限度地利用原材料、能源,减少有害废物和固体、液体、气体的排放物,改进操作

11、安全,减轻对环境的污染。因此,如何使制造业减少资源消耗并尽可能少地产生环境污染是当前制造科学面临解决的重大问题。于是一个新的概念绿色制造(Green Manufacturing)由此产生。1.2绿色制造的演进绿色制造概念是以现代可持续发展理论为基础的,1996年美国制造工程师学会(SME)发表的关于绿色制造的专门蓝皮书(Green Manufacturing)中给出的绿色制造概念被理论界视为较为全面的定义,即:绿色制造实际上是企业实施可持续发展战略的一种生产方式,其要求产品从研发、生产、包装、运输、使用直到报废处理的整个产品生命周期中,对环境的负面影响最小,资源利用效率最高,并使企业经济效益和

12、社会效益一致。制造业发展绿色制造是企业发展的方向,也是市场竞争、资源利用发展到一定阶段的产物。归纳起来,绿色制造演进经历了以下几个阶段: (1)早期绿色制造发展战略思想(二十世纪50年代-70年代) 企业绿色制造起源于绿色发展战略,基础理论是可持续发展理论。在这个阶段,处在二战后各国努力恢复本国经济,世界经济复苏,各国工业化规模日渐扩大,生产过程中,人们为求发展规模,肆意开采资源与滥用资源的现象越来越多,对生产废料也缺乏有效的处理,导致许多国家和地区发生了严重的工业污染,造成了恶劣的影响,自20世纪50-60年代震惊世界的“八大公害”事件以来,西方学者、专家投入到环境问题的研究中,对现代可持续

13、发展思想和理论形成了积极的影响。 (2)可持续发展与环境的初步融合(二十世纪70年代末-80年代) 1972年,联合国在斯德哥尔摩召开人类环境研讨会,会上针对保护环境与经济发展的关系提出和讨论了 “可持续发展”概念;1973年,美国经济学家舒马赫提出了小型化经济发展模式,认为小型化发展模式是保护环境的有效途径;1977年,美国环境经济学家佩奇在环境保护与经济效率一书提出:资源开发技术与环境保护存在不对称性;成立于1983年的世界环境与发展委员会,1987年正式提出可持续发展模式。 (3)从可持续发展到绿色制造发展雏形(20世纪90年代) 1992年6月,在巴西里约召幵的联合国环境与发展大会上提

14、出并通过了全球的可持续发展战略-21世纪议程,标志着现代可持续发展理论的最终形成;1996年美国制造工程师学会(SME)发表了关于绿色制造的专门蓝皮书(Green Manufacturing),提出绿色制造概念;1996年国际标准化组织(ISO)提出了关于坏竟管理的ISO14000系列标准,推动了绿色制造研究的发展。 (4)绿色制造发展战略逐步走向成熟阶段(21世纪以来) 近年来,绿色制造及相关问题的研究非常活跃,特别是在美国、西欧、日本等发达国家和地区,对绿色制造及相关问题进行了大量的研究,例如,美国政府提出了可持续制造促进计划(Sustainable Manufacturing Initi

15、ative, SMI),并出台了可持续制造度量标准;欧盟第7框架计划设立了 “未来工厂(The Factories of the Future)重大项目,开展新型生态工厂模型(New Eco-Factory Model)和绿色产品研发是其中的重要内容;日本公布绿色革命与社会变革的政策草案,提出至2015年将环境产业打造成日本重要的支柱产业和经济增长核心驱动力量。1.3绿色制造的研究进展 “绿色制造(Green Manufacturing,MG)是近几年来提出的一个新概念。由于它迎合了“可持续发展”这一全球关注的问题,所以,国内外对它广泛涉及的理论与实践问题,正在积极进行越来越深入的研究。1.3

16、.1国外绿色制造的研究进展 绿色制造,又称环境意识制造(Environmentally Conscious Manufacturing， ECM)、面向环境的制造(Manufacturing for Environment ,MFE)等。国际上有关绿色制造有关内容的研究可追溯到20世纪80年代，但比较系统的提出绿色制造的概念、内涵和主要内容的文献是美国制造工程师学会于1996年发表的关于绿色制造的专门蓝皮书Green Manufacturing,这可视作绿色制造研究的开始。1998年SME又在国际互联网上发表了绿色制造的发展趋势的网上主题报告,对绿色制造研究的重要性和有关问题又作了进一步的强调

17、和介绍。绿色制造及其相关问题的研究近年来非常活跃。特别是在美国、加拿大、西欧等一些发达国家,对绿色制造及相关问题进行了大量的研究。 在美国,从一些国家重点实验室到国家研究中心,从东部海岸的麻省理工学院到西部海岸的Berkeley加州大学,大量的研究工作正在进行。如Berkeley加州大学不仅设立了关于环境意识设计和制造的研究机构,而且还在国际互联网上建立了可系统查询的绿色制造专门网页。卡奈基美隆大学的绿色设计研究所从事绿色设计、管理、制造、法规制定等的研究和教育工作,并与政府、企业、基金会等广泛合作。不少企业还以企业行为投入了大量研究,如1996年美国SME学会关于绿色制造研究的圆桌会议的大多

18、数骨干是来自企业界的负责人或代表。美国AT&T公司还在企业技术学报上发表了不少关于绿色制造的研究论文。1997年底,美国乔治华盛顿大学的一个专门小组,对20012030年新兴技术的预测,在其与制造领域有关的6项新兴技术中,绿色制造就是其中一项。美国国家科学基金会也对绿色制造中的相关问题的研究给予了高度重视和支持,如美国国家科学基金会1999年资助课题报告会(NSF Design & Manufacturing Grantees Conference)所报告的与绿色制造相关的研究课题就有十余项。在此届大会上,NFS设计与制造学部主任Martin一Vega博士在大会主题报告中还指出了未来制造业20

19、00年面临的六大挑战性问题,环境相容性问题就是其中之一,而且指出目标就是减少制造过程中的废弃物和产品环境影响降到最低限度;随后,Martin一Vega博士又提出未来的“十大关键技术”,其中“废弃物最小化加工工艺”又是其中之一。加拿大Windsor大学建立了环境意识设计和制造实验室(ECDMlab)和基于WWW的网上信息库,发行了International Journal of Environmentally Conscious Design and Manufacturing杂志。对环境意识制造中的环境性设计、生命周期分析(Life Cycle Analysis LCA）等进行了深入的研究。E

20、CDMlab1995年开发了一套有关环境性设计的设计软件EDIT(Environmental Design Industrial Template）。在欧洲,国际生产工学会CIRP近几年每年均有不少论文对环境意识制造多生命周期工程等与绿色制造本质一致的问题进行了研究。英国CFSD(The Centre for Sustainable Design)对生态设计、可持续性产品设计等进行了集中研究,并开展了有关的教育工作,发行了The Journal of Sustainable Product Design杂志。总之,绿色制造的研究正在国际上迅速开展。特别是近年来,国际标准化组ISO发布了有关环境

21、管理体系的ISO14000系列标准,如ISO4001,ISO14040等后,推动着绿色制造的研究更加活跃和迅速发展。1.3.2国内绿色制造的研究进展 我国对绿色制造的研究相对较晚,从90年代开始逐步重视可持续发展战略,并加紧绿色制造方面的研究,进入21世纪以后,我国加大了对绿色制造的研究,并逐渐向技术和操作层面推进。1994年7月,国务院发布中国21世纪人口、环境与发展白皮书将可持续发展战略首次作为国家层面重点发展战略; 2006年和2011年国家分别出台国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)、国家“十二五”科学和技术发展规划均明确提出在高端装备制造业方面积极发展绿色制造;2

22、008年我国成立全国绿色制造技术标准化技术委员会(简称“绿标委” National Technical Committee 337 on Green Manufacturing Technology of Equipment Manufacturing Industry of Standardization Administration of China),负责装备制造业领域绿色设计方法、绿色制造工艺规划、绿色机加工工艺、自修复与再制造等共性技术领域的标准化工作;2012年科技部出台绿色制造科技发展“十二五”专项规划,规划提出发展和培育煤矿机械(包括液压支架控制阀、支架立柱等)关键零部件高效再

23、制造技术与装备,使绿色制造涉及行业更加具体,煤矿机械被列为绿色制造发展及实施的重点行业。在我国,近年来在绿色制造及相关问题方面也进行了大量的研究,国内一批高等院校和科研院所(如重庆大学、清华大学、合肥工业大学、上海交通大学、华中理工大学、武汉科技大学、)也对绿色制造的理论体系、专题技术等都进行了大量的研究,取得了不少成果。重庆大学是国内最早从事绿色制造研究的高等学校之一。在国际国内都有一定的影响,并且在这一领域取得了显著的成果。重庆大学绿色制造研究的一个显著特点是:从理论、方法、工程应用到参与国家立法,形成了一个系统体系。重庆大学在绿色制造领域承担和完成了包括国家863计划项目、国家自然科学基

24、金项目等大量的科研课题;获得了国家级和部委省市级大量的奖励,其中包括国家科技进步奖2项和省部级科技进步奖4项;发表了大量的论文和专著。应邀在国际国内学术会议多次做有关绿色制造的学术报告。另外,国家863/CIMS主题将绿色制造作为重点跟踪领域之一,并将“现代集成制造系统网络”中的“绿色制造专题”定在重庆大学主持。在国家立法方面,参与了中华人民共和国资源综合利用法的起草工作。 国家环保局于1996年1月批准成立了国家环保总局华夏环境管理体系审核中心,专门负责ISO14000系列标准的在我国的实施、培训工作以及同国际有关机构的交流。并建立了专门的网站中国环境管理体系认证信息网。ISO14000环境

25、管理体系标准引起了我国众多企业的重视,根据最新统计,截至1999年9月2日,厦门ABB开关有限公司、上海高桥巴斯夫分散体有限公司、青岛海尔电冰箱股份有限公司等117家企业获得工5014000标准认证。 另外,清华大学还将绿色工程及其技术列为建设全国第一所绿色大学的关键研究课题。清华大学制造工程研究所在美国“China Bridge”基金和国家自然科学基金委员会的支持下,已经和美国德克萨斯理工大学先进制造实验室建立了国际合作关系,共同对绿色制造理论和应用技术进行深入的研究。 我国关于绿色制造的理论研究著作主要有:刘永涛(1997)的“从绿色管理的兴起看企业可持续发展”,曹华军(2004年)的“面

26、向绿色制造的工艺规划技术研究”,刘飞(2005年)的“绿色制造的理论与技术”,李聪波(2011年)的绿色制造运行模式及其实施方法,王永靖(2008年)汽车制造企业绿色制造模式及关键支持系统研究朱拥(2003)的“企业绿色发展战略及体系研究”,吴作伦、陈金来(2008)的“机械制造业中绿色制造若干问题研究”等主要体现理论研究等,体现了我国绿色制造从理论研究阶段逐渐过渡到方案设计和操作层面上来。 国内研究院所、重点企业在国家科委、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。机械科学研究院承担国家科委“九五”攻关项目一清洁生产技术项目及绿色设计技术发展研究,在国内首次提出

27、适合机械工业的绿色设计技术发展体系;清华大学与美国“Texas Tech University先进制造实验室建立绿色设计技术研究的国际合作关系;上海交通大学与Ford公司合作,研究中国轿车可回收性绿色设计技术合肥工业大学开展了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;重庆大学承担了国家自然科学基金和国家863项目,主要研究可持续发展CIMS (S-CIMS)及清洁化生产管理信息系统等;中国工程院院士、装甲兵工程学院教授徐滨士成立了装备再制造技术国防科技重点实验室,积极开展再制造工程的研究中国机械工业集团公司、中国煤矿机械装备有限公司正在加紧研究绿色制造及评价体系建设。总的来说,

28、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。国内外关于绿色制造己进行了大量研究。一方面体现在关于绿色制造的认识问题,绿色制造涉及的政府行为,绿色制造的概念理论体系及并行运行模式等战略性研究和总体技术研究十分活跃;一方面,对绿色设计、绿色材料、绿色生产过程、绿色包装、绿色处理等专题技术的研究逐渐深入;最近,对绿色制造的技术支撑系统、应用支撑系统以及社会支撑系统的研究也成为绿色制造的热点。第2章 未来发展方向和研究重点2.1绿色制造的发展趋势2.1.1绿色制造研究和制造的全球化趋势绿色制造的全球化特征体现在以下几个方面：（1）制造业对环境的影响往往是超越空间的

29、，人类需要团结起来，保护我们共同的唯一的生态圈；（2）ISO 14000系列标准的陆续出台为绿色制造的全球化研究和应用奠基了很好的基础，但一些标准尚需要进一步完善，这些标准需要全世界的制造业在未来的发展中共同去发现和协商制定；（3）随着近年国际化市场的扩张，绿色产品的市场竞争同属全球；（4）近年来，许多国家对进口产品进行绿色化认定，制定了极为苛刻的产品环境指标来限制非绿色化产品的流通，这标志着制造业的立足之本除了产品绿色化外，还需全球化。2.1.2绿色制造研究和制造的社会化趋势绿色制造的研究和实施需要全社会的共同了努力和参与，以建立绿色制造所必需的社会支撑系统，具体体现如下几个方面：（1）立法

30、和行政规定问题，当前这方面的法律和行政规定对绿色制造行为还不能形成有力的支持，对相反行为的惩罚力度还不够，立法问题现在愈来愈受到各个国家的重视；（2）政府可制定经济政策，用市场经济机制对绿色制造实施向导，例如，制定有效的资源价格政策，利用经济手段对不可再生资源和虽可再生资源但开采后会对环境产生影响的资源严加控制，使得企业和人们不得不尽可能的减少直接使用这类资源，转而寻求开发可替代的环保节能型的新型资源，犹如汽车的废气排放污染问题，对相关高排汽车进行法律或金钱限制，减少其销路，迫使制造商将制造核心放在绿色汽车上，促进绿色制造行业的新兴发展；（3）企业要真正有效的实施绿色制造，必须考虑产品寿命终结

31、后的处理，这就可能导致企业、产品、用户之间的新型集成关系，例如，有的产品需要厂家回收处理，如汽车、冰箱、空调、电视机等，用户只购买了使用权，而且企业拥有所有权，有责任进行产品报废后的回收利用处理；（4）对于立法和行政规定问题、政府可制定经济政策、企业要真正有效的实施绿色制造需要协调进行，如何协调还需要深入研究，以形成绿色制造所需要的社会支撑系统。2.1.3绿色制造研究和制造的集成化趋势要真正有效的实施绿色制造，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，具体体现如下几个方面：（1）当前，以下绿色制造的集成功能目标体系将成为绿色制造的重要研究内容： 产品和工艺设计与材料选择系统

32、的集成； 用户需求与产品使用的集成； 绿色制造的问题集成； 绿色制造系统中的信息集成； 绿色制造的过程集成化；（2）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，为此绿色集成制造系统包括管理信息系统、绿色设计系统、制作过程系统、质量保证系统、物能资源系统、环境影响评估系统以及计算机通讯网络系统和数据库知识库等以及与外部的联系；（3）绿色制造集成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。2.1.4绿色制造研究和制造的并行化趋势（1）绿色设计今后仍将是绿色制造中的关键技术，绿色设计今后的一个重要趋势就是与并行工程的的结合,从而形成一种新的产品设计和开发模式绿色并行工程； （2）绿色并行工程又称为绿色并行设计,是现代绿色产品设计和开发的新模式。它是一个系统方法,以集成的、并行的方式设计产品及其生命周期全过程,力求使产品开发人员在设计一开始就考虑到产品整个生命周期中从概念形成到产品报废处理的所有因素,包括质量、成本、进度计划、用户要求、环境影响、资源消耗状况等； （3）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