先进制造技术 教学课件 ppt 作者 李伟 第9章-绿色制造

1、,第1章 绪论 第2章 制造自动化技术 第3章 微细加工技术 第4章 快速原型技术 第5章 工业机器人 第6章 虚拟制造技术 第7章 纳米技术 第8章 压电驱动与控制技术 第9章 绿色制造技术,第9章 绿色制造技术,中国农业大学,先进制造技术,第9章 绿色制造技术,9.1 绿色制造的基本概念,9.2 绿色设计,9.3 清洁生产,9.4 绿色再制造技术,9.5 虚拟绿色制造技术,9.6 绿色制造的发展趋势,9.1 绿色制造的基本概念,9.1.1 绿色制造的概念,9.1.2 绿色制造的意义,9.1.3 绿色制造的内涵和特征,9.1.4 绿色制造的结构体系,9.1.5 产品生命周期的概念,9.1.1 绿色制造的概念,绿色制造，Green Manufacturing,又称环境意识制造或面向环境的制造； 是一个系统地考虑环境影响和资源效率的现代制造模式； 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产品生命周期中，对环境的负面影响最小，资源效率最高，并使企业经济效益和社会效益协调优化。,9.1.2 绿色制造的意义,1. 绿色制造研究属国际制造科学技术前沿，将有力地推动制造科学的

2、发展。 2. 绿色制造是实现可持续发展的必然需求，具有重要社会效益和生态效益。 3. 国际环境管理标准的提出，更增添了企业对实施绿色制造的需求。 4. 绿色制造为制造企业取得显著的经济效益带来了新的机遇。 5. 实施绿色制造战略将为我国企业突破国际绿色贸易壁垒提供有力支撑。,9.1.3 绿色制造的内涵和特征,绿色制造涉及多个学科领域的理论、技术和方法，具有多学科交叉、技术集成的特点。 绿色制造考虑两个过程：产品的生命周期过程和物流转化过程。通过绿色制造要实现两个目标：减少污染物排放，保护环境；实现资源优化。 绿色制造技术内容广泛，包括绿色设计、清洁生产、绿色再制造等现代设计和制造技术。 绿色制造是一种充分考虑资源、环境的现代制造模式。,绿色制造的内涵要点：,9.1.3 绿色制造的内涵和特征,绿色制造的特征主要表现为： 绿色制造要求在整个产品生命周期过程中，实现减少环境污染、资源优化的目标。 绿色制造是以提高企业经济效益、社会效益和生态效益为目标，强调以人为主本，集成各种先进技术和现代管理技术，实现企业经济效益、社会效益和生态效益的协调与优化。 绿色制造鼓励采用新的技术方法、使用新的材料

3、资源用于制造过程。 绿色制造模式具有社会性。,9.1.4 绿色制造的结构体系,9.1.5 产品生命周期的概念,产品生命周期模型,9.2 绿色设计,9.2.1 绿色设计的概念和内涵,9.2.2 绿色设计策略,9.2.3 绿色设计的基本步骤和方法,9.2.1 绿色设计的概念和内涵,也称为面向环境的设计(Design for Environment)。 是系统地考虑环境影响并集成到产品最初设计过程中的技术和方法。 其核心是从整个产品系统的角度考虑，在整个产品的生命周期内各个阶段对环境产生的影响； 绿色设计要求在满足产品的功能、质量和成本的同时，使产品在整个生命周期过程中对环境的影响减少到最小。,绿色设计(Green Design),9.2.2 绿色设计策略,概念：采用不同的设计方法以满足所设计产品特定环境特性要求的技术方法 。 从不同的角度分析产品的环境特性，提出减少对环境影响的技术方法： 选择低环境影响材料 减少材料的使用量 优化产品生产技术 优化销售系统 减少使用中的环境影响 优化产品寿命 优化产品回收处理系统,1选择低环境影响材料 这种策略主要侧重于材料的选择以及表面处理方式的选择，目

4、的是为产品选择对环境影响最小的材料。 清洁材料 可再生材料 低含能材料 回收的材料 可回收材料,9.2.2 绿色设计策略,2. 减少材料的使用量 该策略的目的是采用最小的产品体积，以便产品在运输和使用过程中占用最小的空间。 减少产品重量 减小产品体积,9.2.2 绿色设计策略,3. 优化产品生产技术 该策略的目的是在生产过程中，最少量地使用辅助材料，减少能源消耗量，降低原材料的损失和废物的产生。 采用绿色制造技术 减少加工步骤 降低能源消耗，使用清洁能源 减少生产过程的废物,9.2.2 绿色设计策略,4优化销售系统 该策略保证产品以最有效的方式从工厂传输到零售商直到最终用户。 减少包装材料，使用清洁和可重复使 用的包装材料。 采用最能效的运输方式。 建立最能效的产品供应系统，也可有 效地减少对环境的影响。,9.2.2 绿色设计策略,5减少使用中的环境影响 该策略是要减少用户在使用中对环境产生的影响。 降低能量消耗。 使用清洁能源。 在满足产品功能的条件下，尽可能减少消费 品的使用。 设计使用最清洁的消费品，并保证在其使用 中， 不产生潜在的、有害的废物。 避免产品和消耗品的误用，设置产

5、品理想工 作状态，减少能源和其它消耗品的浪费。,9.2.2 绿色设计策略,6优化产品寿命 该策略的目的是要延长产品的使用寿命，包括产品的技术寿命和美学寿命，以及它们之间的平衡。 可靠性和耐用性。 易于维护和维修可以保证产品及时地清洁、维护 和修理。 采用模块化产品结构便于产品的升级和更新换代 以及维护和修理。 先进的设计保证产品在一定的时间内不落后，保 持产品技术寿命和美学寿命的平衡。 具有良好的宜人性。,9.2.2 绿色设计策略,7优化产品回收处理系统 该策略的目的是在产品使用寿命结束后，重复使用具有使用价值的产品及元件，确保使用后的产品采取适当、安全的回收和处理方法。 产品的重复使用 重新加工和刷新 材料的回收 安全焚烧,9.2.2 绿色设计策略,9.2.3 绿色设计的基本步骤和方法,绿色设计过程可分为以下三个步骤： 产品选择和产品基本特性分析 产品的环境影响分析 绿色产品的实现,1产品选择和产品基本特性分析 产品的选择：主要由市场需求决定，同时考虑潜在的环境影响和技术可行性； 产品基本特性分析：分析报告应包括以下内容： 产品市场情况 市场上同类产品分析 企业的资源和能力 产品的适

6、应性 产品信息 产品生命周期流程图,9.2.3 绿色设计的基本步骤和方法,2产品的环境影响分析，确立设计目标和方向 根据对所选择产品的环境特性及动力的分析，建立优先发展方向，选择最适合的绿色设计策略用于产品的设计。 生命周期评价LCA (Life Cycle Assessment) 简化LCA过程 绿色设计工作小组,9.2.3 绿色设计的基本步骤和方法,生命周期评价LCA (Life Cycle Assessment) LCA是对产品整个生命周期，从获取原材料、生 产、使用直至最终处置的环境因素及其潜在影响 的研究。 包括以下四个步骤： 目的和范围的确定 清单分析 生命周期影响评价 解释,9.2.3 绿色设计的基本步骤和方法,生命周期评价方法示意图,9.2.3 绿色设计的基本步骤和方法,简化LCA过程 目的：获得产品在生命周期过程中主要的环境影响因素，确定影响因素次序，为设计过程提供参考和建议。 步骤： 建立产品生命周期流程图； 进行有限的产品清单分析 ； 应用LCA分析工具软件进行环境影响分析，确定影响因素的重要性次序。,9.2.3 绿色设计的基本步骤和方法,绿色制造在摩托罗拉,应用

7、举例手机漆的评价 以摩托罗拉公司的某款型号的手机为案例，主要分析评价生产，部成品的手机壳对资源、能源的消耗以及对环境的影响。 研究范围：包括手机壳成型手机漆的生产以及喷涂等过程，以及各过程中原材料和能源的消耗、生产加工以及产品及废弃物的排放。 分析所得结论： 手机喷漆过程中能量及原材料的生产对环境影响最大，其次是喷涂和漆生产过程； 手机喷漆对局部地区的环境影响程度依次为温室效应、大气污染和水污染； 使用水基手机漆对资源和能源消耗要小于使用溶剂漆，其生产和喷涂过程中环境影响也优于溶剂漆。 通过研究，提出改进手机喷涂环境性能的建议，如提高喷涂效率、利用环保水基漆等。,绿色制造在摩托罗拉,图4 使用水基漆时环境影响分布,图3 使用溶剂漆时环境影响分布,图1 生产10000部成品手机壳所需的能耗,图2 生产10000部成品手机壳对环境的影响,3绿色产品的实现 将产品的环境影响因素按优先级分类，确定绿色设计策略； 综合考虑和优化各相关环境目标，确定最佳解决方案； 写出所设计产品的设计大纲，进行产品的详细设计、开发和原型制造。,9.2.3 绿色设计的基本步骤和方法,9.3 清洁生产,9.3.1 清

8、洁生产的内涵,9.3.2 清洁生产的实现方法,9.3.3 绿色包装,9.3.4 小结,9.3.1 清洁生产的内涵,清洁生产(Cleaner Production) 就是在现有的技术和经济条件下，用清洁的 能源和原材料、清洁工艺及无污染或少污染的生产方式，以及科学而严格的管理措施生产清洁的产品。 是一种综合预防的环境保护策略，并持续地应用于生产过程、产品和产品服务的过程中，以期减少对人类和环境的影响和伤害。,对于生产过程来说，清洁生产的目的就是在生产过程中节约原材料、水资源和能源，消除毒害材料的使用，减少毒害物质排放和废弃物的产生； 对于产品来说，清洁生产目标在于减少产品在整个生命周期过程中，对生态环境和人类健康与安全的影响； 对于产品服务而言，清洁生产是指在产品设计和服务中综合考虑环境影响因素，实现绿色设计； 从可持续发展的角度讲，清洁生产是既可满足人们的需要，又可合理使用自然资源和能源，并保护环境的实用生产方法和有效措施。,9.3.1 清洁生产的内涵,清洁生产包含两个过程控制：产品生产过程控制和产品整个生命周期过程控制。 对生产过程而言，清洁生产包括节约原材料和能源，淘汰有毒有害的原

9、材料，并在全部排放物和废物离开生产过程以前，尽最大可能减少它们的排放量和毒性。 对产品而言，清洁生产要减少产品在整个生命周期过程中，从原料的提取、产品使用到产品的最终处置对人类和自然环境的影响。,9.3.1 清洁生产的内涵,清洁生产要实现两个目标： 合理利用自然资源，减缓资源的耗竭。通过资源的综合利用，短缺资源的代用，二次能源的利用，以及节能、降耗、节水，合理利用自然资源，减缓资源的耗竭。 减少工业废弃物和污染物的产生和排放，促进工业产品的生产、消耗过程与环境相容，降低工业活动对人类和环境的风险，促进工业与环境的协调 。,9.3.1 清洁生产的内涵,9.3.2 清洁生产的实现方法,1. 实现清洁生产的基本途径 改进产品设计，调整产品结构，选择绿色原材料，生产原料闭路循环、资源综合利用。不采用对环境有害的原料，不生产对环境有害的产品。 改革生产工艺和设备，开发全新工艺流程，最大限度地提高生产效率，减少污染排放。 加强生产管理，发展环保技术，减少和杜绝生产中的跑、冒、滴、漏。 进行产品的生命周期评价或清洁生产审计，提出清洁生产方案并进行可行性分析。建立企业环境管理体系，为企业持续进行清洁生产提供组织和管理保障。,9.3.2 清洁生产的实现方法,2.绿色制造工艺 绿色制造工艺是指在产品加工过程中，采用的既能提高经济效益，又能减少环境影响的工艺技术。 可划分为三种类型： 节约资源的工艺技术（如干式加工技术） 节省能源的工艺技术 环保型工艺技术（如采用绿色切削液）,绿色制造工艺开发策略框图,9.3.2 清洁生产的实现方法,干式加工节约资源型 1. 干式加工就是在加工过程中不用冷却润滑液的加工工艺。 2. 仅局限于铸铁材料的加工。 3. 采用干式加工方法，逐步取消切削液，可以取得经济和环境两方面的效益。 4. 主要介绍工艺： 干式车削加工 干式滚切加工 干式魔削加工,9.3.2 清洁生产的实现方法,中国农业大学,干式车削加工 关键问题： 选择适合干式车削的刀具； 改进刀具几何形状； 确定干车削加工条件。 应用实例： 如采用GE超硬磨料公司的PCBN刀具进行旋风铣削加工丝杠螺纹，以硬旋风铣削取代软车削和精磨工序，提高效率近100倍。,9.3.2 清洁生产的实现方法,PCBN刀具,干式滚切加工 关键问题： 提高滚切速度； 快速排

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