機械制造中的低碳制造理論與技術(shù)應(yīng)用

進人21世紀以來，我國制造業(yè)雖然取得了巨大成就，但在取得重大成就的同時，我國制造業(yè)還存在著很多問題。其中制造行業(yè)的高能耗高排放等能源問題依然尤為突出，主要是由我國節(jié)能減排技術(shù)水平較低，能源管理的產(chǎn)業(yè)鏈分散等現(xiàn)狀決定的。2009年11月26日中國政府正式對外宣布控制溫室氣體排放的行動目標，決定到2020年國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40-45，這樣對機械加工制造業(yè)提出了更高的要求。此行業(yè)迫切需要一種新的制造模式，即低能耗、低排放、低污染為基礎(chǔ)的生產(chǎn)制造模式一低碳機械加工制造模式，這是保證我國機械加工制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展。另外充分利用企業(yè)轉(zhuǎn)型和創(chuàng)新能力的優(yōu)勢，爭取率先突破低碳技術(shù)，被認為是我國走出中國式低碳道路、由大變強的必要途徑。
一、低碳制造
1、低碳制造概述
低碳制造是指在生產(chǎn)全過程中所有的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，包括生產(chǎn)制造、資源利用、物流運輸?shù)龋约爱a(chǎn)品生產(chǎn)的各個時期都要求節(jié)能、減排，提高對資源的利用率，以實現(xiàn)低碳的目的。低碳制造是一種綜合考慮資源利用率和能源消耗，以及碳排放對環(huán)境影響的現(xiàn)代制造模式。
2、低碳制造技術(shù)
低碳制造技術(shù)具有豐富的內(nèi)涵。低碳制造技術(shù)體系主要包括：
〔1〕清潔能源技術(shù)：包括太陽能技術(shù)、水能技術(shù)、潮汐發(fā)電技術(shù)、風能技術(shù)、氣能技術(shù)、生物質(zhì)能技術(shù)等等。低碳設(shè)計技術(shù)：包括低碳設(shè)計原則及方法、低碳設(shè)計評價模型及優(yōu)化模型、低碳設(shè)計標準體系、低碳評價的數(shù)據(jù)庫、低碳化的經(jīng)濟分析模型等等?！?〕低碳制造技術(shù)：包括制造過程中的低碳化技術(shù)，其中有廠區(qū)及車間布置優(yōu)化，制造工藝優(yōu)化，設(shè)備利用優(yōu)化；廢棄物處理及其循環(huán)使用技術(shù)，其中有污水處理技術(shù)，廢氣處理技術(shù)，報廢產(chǎn)品處理技術(shù)等等。
〔3〕碳匯技術(shù)：包括碳掩埋技術(shù)；碳捕獲技術(shù)等等。
二、機械制造中的低碳技術(shù)應(yīng)用
通常情況下，機械產(chǎn)品設(shè)計以生產(chǎn)費用最低，獲得的經(jīng)濟效益最高為目的，同時要保證產(chǎn)品的功能、性能、質(zhì)量合格，但隨著人們對環(huán)境和資源意識的提高，設(shè)計產(chǎn)品時還應(yīng)當做到符合“低碳”的要求。面向低碳制造的機械產(chǎn)品的設(shè)計主要有以下幾種。
1、輕量化設(shè)計
輕量化設(shè)計是一種綜合了性能、成本、重量和配套設(shè)備等因素的優(yōu)化設(shè)計方案。輕量化設(shè)計主要的優(yōu)點有：一方面，能夠減少生產(chǎn)過程帶來的能源消耗，降低原材料和資源在生產(chǎn)中所產(chǎn)生的碳排放量。另一方面，能夠降低產(chǎn)品在運行使用過程中污染物的排放以及能源消耗，降低噪聲，提高資源的利用效率。例如：德國汽車廠商奧迪公司在2007年提出技術(shù)創(chuàng)新，對汽車的生產(chǎn)進行改造。在生產(chǎn)新一代的奧迪幾跑車時，首先采用輕質(zhì)鋁合金材料，將鋁材料質(zhì)量輕與鋼材的強度的特點結(jié)合起來。另夕車體的基礎(chǔ)上，結(jié)合新技術(shù)的高強度鋼材，通過巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計，兩種材質(zhì)的優(yōu)勢均得到充分發(fā)揮，讓第二代幾的車體重量減少了69，公司因此獲得了巨大的經(jīng)濟效益，另外從環(huán)境的角度來看，輕量化的車身設(shè)計還有助于降低油耗與污染物的排放。
2、模塊化設(shè)計
機械產(chǎn)品的模塊化設(shè)計是一種比較先進的機械產(chǎn)品設(shè)計方法，根據(jù)不同的功能將系統(tǒng)分解為若干模塊，通過模塊的優(yōu)化組合，從而得到不同規(guī)格和不同品種的產(chǎn)品。但是在機械產(chǎn)品往往存在很多非功能性單元，而這些非功能性單元如果用同一個標準來衡量是相當困難的，并且給機械運行使用帶來很大不便，還會造成能源資源的浪費。因此，對機械產(chǎn)品各功能單元應(yīng)該進行必要的模塊劃分，使用模塊來量化每個機械企業(yè)的能源消耗的可改進潛力。例如：德國公司開發(fā)的復(fù)合性加工設(shè)備，通過不同模塊組合能夠完成銑削、鉆削、車削、磨削、滾齒、激光熱處理等許多工序，實現(xiàn)所有零件的全部加工。采用了模塊化設(shè)計實現(xiàn)了一機代替多機，減少機床數(shù)量，從而最大限度的降低了能源消耗，實現(xiàn)低碳化。
3、生態(tài)化設(shè)計
生態(tài)化設(shè)計是在滿足產(chǎn)品使用功能的前提下，盡量減少能源和原材料的巨大消耗及降低生態(tài)環(huán)境破壞的一種設(shè)計方法。一般情況下，機械生產(chǎn)過程中都會產(chǎn)生不同程度的廢氣、廢水、廢渣等污染物，對生態(tài)環(huán)境造成危害。因此應(yīng)當盡量推行產(chǎn)品的生態(tài)設(shè)計，選用生產(chǎn)效率高、科技含量高、經(jīng)濟效益好、環(huán)境污染少的新技術(shù)，在產(chǎn)品在運行使用階段降低原材料的消耗、能源的消耗和污染物排放。此外在設(shè)計產(chǎn)品時要考慮到廢物的回收和再利用，以實現(xiàn)循環(huán)使用，減少投資成本，實現(xiàn)資源的再利用。
二、結(jié)語
面對能源供需矛盾日益突顯，在機械加工制造領(lǐng)域添加低碳加工制造技術(shù)的意義十分重大。對傳統(tǒng)的制造技術(shù)進行低碳改造，是一個多領(lǐng)域?qū)W科的相互融合，需要綜合考慮產(chǎn)品各個生產(chǎn)階段資源利用率的技術(shù)，是對傳統(tǒng)制造技術(shù)的一個全面的提升。從而實現(xiàn)資源的有效利用，降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)制造業(yè)低碳目的。