我國制造業(yè)的高速發(fā)展導(dǎo)致了資源、能源、環(huán)境生態(tài)以及可持續(xù)發(fā)展等方面的許多問題。特別是在機(jī)械制造工業(yè)中與資源(含能源)和環(huán)境密切相關(guān)的原材料開采方式、使用方法以及對制造裝備設(shè)計、零件材料的合理選取等問題，一直受著人們關(guān)注，但尚未完全解決。因此，材料的合理使用、管理及整個產(chǎn)品的設(shè)計、制造和使用過程按照可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，統(tǒng)一在節(jié)約資源和防止污染的綠色生產(chǎn)意識之下，乃是本世紀(jì)我國制造業(yè)的一項主要戰(zhàn)略任務(wù)。

　　制造業(yè)的迅猛發(fā)展，對自然資源造成極大污染和浪費(fèi)，在國內(nèi)機(jī)械制造領(lǐng)域中隨處可見，因而綠色生產(chǎn)技術(shù)的推廣，宜從防止生態(tài)環(huán)境污染、節(jié)約資源兩方面出發(fā)，充分考慮產(chǎn)品的生命周期從零件材料選取直到設(shè)計、制造、管理使用和回收等各個方面，提高產(chǎn)品零部件及其材料的可更新率、可回收率和可重用率。

　　機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)模式

　　分析我國制造業(yè)的現(xiàn)狀，可歸納為如下兩種生產(chǎn)模式。

　　(1)傳統(tǒng)生產(chǎn)模式

　　目前，機(jī)械制造業(yè)大多數(shù)采用傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，是一個開環(huán)生產(chǎn)系統(tǒng)。社會財富主要通過掠奪自然資源累積起來，從原材料到機(jī)械設(shè)備的整個生產(chǎn)過程及其生命周期如圖1所示。

　　圖1 傳統(tǒng)生產(chǎn)模式

　　傳統(tǒng)生產(chǎn)模式的典型特征是從自然界獲取資源，經(jīng)提煉后成為各種工程材料。在此過程中大量廢氣、廢水和殘余雜質(zhì)等污染性物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境。在毛坯成型過程中同樣存在大量污染問題。對產(chǎn)品設(shè)計一般還需投入大量的人力物力，在產(chǎn)品的制造過程中，不僅有大量的廢物歸于自然，而且由于生產(chǎn)制造中缺乏柔性，造成了設(shè)備資源利用上的嚴(yán)重浪費(fèi)。在產(chǎn)品使用過程中噪聲、廢氣、廢物等的污染問題仍然是破壞環(huán)境的主要因素。特別是在部件和設(shè)備損壞后，往往成為廢棄物造成資源的極大浪費(fèi)，同時許多有毒有害及無法回收的材料，對環(huán)境及主宰環(huán)境的人也會造成極大的傷害。

　　(2)綠色生產(chǎn)模式

　　綠色生產(chǎn)模式是一種閉環(huán)生產(chǎn)系統(tǒng)，如圖2所示。它是一種清潔生產(chǎn)方式和廢棄物循環(huán)利用的生產(chǎn)模式。欲達(dá)到這種生產(chǎn)模式，就必須從原料開采到產(chǎn)品報廢的整個產(chǎn)品生命周期對材料的回收、利用、處理等全部過程進(jìn)行考慮。諸如在冶煉時考慮廢氣、廢水的徹底凈化，在材料選擇時要詳細(xì)考慮到產(chǎn)品報廢時的材料回收重用及處理之類的問題。在綠色生產(chǎn)模式中這些問題可通過特定的工藝手段和技術(shù)措施對整個過程中的每個環(huán)節(jié)逐一安排解決。比如在零件的設(shè)計和制造中標(biāo)注出它們材料類型和回收方式的代碼，便于成組歸類處理，實(shí)施科學(xué)管理，做到有效地利用資源。

　　圖2 綠色生產(chǎn)過程

　　綠色生產(chǎn)中主要階段的模式

　　(1)材料選用及綠色材料選擇模式

　　長期以來，由于人們在產(chǎn)品設(shè)計中的材料選擇上過多地考慮了材料的性能和作用而忽視了其對環(huán)境的影響，因而在產(chǎn)品的制造和使用中對環(huán)境產(chǎn)生了極大的危害，并且也由于較少考慮到材料的回收及循環(huán)利用等問題，致使產(chǎn)品成為廢品后的回收利用率很低，造成了資源的嚴(yán)重浪費(fèi)以及對環(huán)境的污染。為此，怎樣選擇材料、選擇何種材料是實(shí)現(xiàn)綠色產(chǎn)品設(shè)計和制造的一個關(guān)鍵。

　　解決傳統(tǒng)加工中的材料選擇問題，就是使用綠色材料(Green Material)，即選材時在滿足設(shè)計要求的基本性能外，盡量選擇加工中無污染或少污染且易回收的材料，以減輕對環(huán)境的壓力，著環(huán)境的惡化和人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，這方面的要求將越來越突出。圖3為選擇工業(yè)材料時應(yīng)考慮的問題。

　　圖3 綠色生產(chǎn)中的材料選擇

　　(2)產(chǎn)品設(shè)計及綠色設(shè)計模式

　　傳統(tǒng)設(shè)計方式的出發(fā)點(diǎn)是“為制造而設(shè)計”、“為產(chǎn)品的功能而設(shè)計”，很少考慮產(chǎn)品的消耗、資源的再生與利用以及對環(huán)境的影響。綠色設(shè)計的著眼點(diǎn)是將“為生產(chǎn)而設(shè)計”和“為環(huán)境而設(shè)計”兩者緊密相連，綜合地考慮了產(chǎn)品的可行性及回收性。綠色設(shè)計是綠色生產(chǎn)中至關(guān)重要的一環(huán)在這個階段就應(yīng)考慮產(chǎn)品生命周期全過程的無污染資源低耗和回收性好和對環(huán)境的適應(yīng)性等問題。綠色設(shè)計中我們至少應(yīng)考慮到如下幾個問題：

　　① 產(chǎn)品的簡化

　　復(fù)雜的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)將導(dǎo)致生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品運(yùn)輸及管理上的復(fù)雜化，還將造成生產(chǎn)、時間和材料上更多的浪費(fèi)。因此在設(shè)計時，盡量簡化那些僅僅起裝飾作用的部件，盡量使用多功能部件來簡化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，做到既節(jié)省原材料，又減少浪費(fèi)和環(huán)境污染。

　　② 工藝方法

　　工藝設(shè)計應(yīng)盡量避免一些會產(chǎn)生危害作用和產(chǎn)生危害物質(zhì)的方法，盡量避免采用那些零件再生使用時材料難處理的工藝方法。例如，鍍層或涂復(fù)層的金屬難于處理，高分子材料在燃燒時會產(chǎn)生有毒氣體，電鍍時產(chǎn)生含鉻(或其它金屬)的電鍍液也會嚴(yán)重污染環(huán)境等。所以在綠色設(shè)計中考慮的工藝方法就要注意到產(chǎn)品零件在廢棄后帶來難處理的工藝問題，從而減少對環(huán)境的影響及材料的浪費(fèi)。

　　③ 產(chǎn)品的可拆卸性

　　產(chǎn)品設(shè)計時，不僅要考慮零件易于裝配，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中還要考慮零部件設(shè)計的可拆卸性，應(yīng)選用易于連接與分離的方式來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的連接方式( 如改焊接結(jié)構(gòu)為嵌接結(jié)構(gòu)等)，以保證拆卸過程中所要求重用或回收的零件能安全分離，毫無損傷。若拆卸性不好，將造成產(chǎn)品中能回收重復(fù)利用的零部件減少，或可能造成零部件的拆卸費(fèi)用大于零部件的回收價值，使回收變得得不償失。因此，綜合各種因素，無需增加任何成本，在設(shè)計階段時考慮到產(chǎn)品的可拆卸性是完全必要的。

　　④ 回收再利用

　　回收再利用設(shè)計就是在產(chǎn)品設(shè)計時就充分考慮產(chǎn)品報廢后能回收再利用。實(shí)現(xiàn)回收再利用工程，其核心內(nèi)容要做到原材料的循環(huán)使用和零部件的再利用。設(shè)計人員在產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計階段就綜合考慮零部件及材料回收再利用的可能性和可行性回收價值分析、回收處理方法、回收結(jié)構(gòu)工藝性和回收再制造系統(tǒng)模式等問題，以達(dá)到材料資源充分有效利用、環(huán)境負(fù)面影響最小的綠色設(shè)計目的。

　　一般廢棄產(chǎn)品的回收處理可以分為圖4所示的幾個層次，即整臺產(chǎn)品整修翻新后重用;零部件整修翻新后的重用;材料回爐重新熔煉后再用。顯然回收利用的經(jīng)濟(jì)效益大小如同上述層次的敘述順序。無法利用被掩埋的材料純屬資源浪費(fèi)，至于被焚燒掉的，還可以作為能源被再次開發(fā)使用。一般來說，經(jīng)過產(chǎn)品零部件的回收再利用可使產(chǎn)品成本下降10%～30%左右。

　　圖4 綠色生產(chǎn)模式中的回收利用方式

　　⑤ 產(chǎn)品遠(yuǎn)輸方便性

　　在不減少產(chǎn)品任何功能、不增加其成本的情況下，產(chǎn)品設(shè)計時注意到運(yùn)輸?shù)姆奖阈砸彩侵陵P(guān)重要的，因為運(yùn)輸方式的復(fù)雜和運(yùn)輸過程中的不當(dāng)之處可能造成產(chǎn)品損壞報廢。

　　總之，設(shè)計階段考慮環(huán)境問題，提高資源利用率控制與減少廢物排放的總量，不但可以解決環(huán)境問題還可以提高經(jīng)濟(jì)效益。

　　(3)制造工藝及綠色制造模式

　　在現(xiàn)階段，許多產(chǎn)品的生產(chǎn)，基本上仍沿用以消耗資源為特征的生產(chǎn)方式，機(jī)械制造過程中，自動化和先進(jìn)制造技術(shù)采用程度的不高，不但浪費(fèi)了大量的原材料，產(chǎn)品質(zhì)量難以保證，使廢品率提高，而且還會帶來環(huán)境的污染。凈化環(huán)境和減少污染的要求日益嚴(yán)格，使綠色制造過程日趨重要，它將成為本世紀(jì)制造業(yè)的一個特征標(biāo)志。目前我國的資源尚不豐富，并且環(huán)境污染問題又非常突出，我國制造業(yè)不僅要解決生產(chǎn)過程中的污染和資源浪費(fèi)問題，更重要的是為社會提供在全生命周期內(nèi)沒有污染、節(jié)約資源的各類產(chǎn)品。圖5所示是綠色生產(chǎn)中的內(nèi)容及其分層結(jié)構(gòu)，其中涉及的各項制造技術(shù)，目前已得到應(yīng)用，有必要引起關(guān)注和重視。

　　圖5 綠色生產(chǎn)中的內(nèi)容及其分層結(jié)構(gòu)

　　(4)管理和綠色管理模式

　　為開創(chuàng)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的途徑，綠色管理模式也是不容忽視的。在管理方面，政府已頒布和推行必要的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)條文，迫使一些企業(yè)采取必要的措施來減少廢物的產(chǎn)生，并對環(huán)保業(yè)提出了以預(yù)防為主、防治并重的新要求。現(xiàn)有的ISO14000系列的環(huán)境管理體系標(biāo)準(zhǔn)，也是著眼于提高綠色管理水平來達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益和減少環(huán)境污染的目的。

　　目前，各企業(yè)也根據(jù)自己的實(shí)際情況，推出一系列環(huán)境保護(hù)措施，圖6就是環(huán)境管理方面的一種Plan-Do-Check-Action的管理模式，它是貫徹綠色管理的一種有效方式，可根據(jù)企業(yè)中環(huán)保措施的實(shí)施結(jié)果，不斷改進(jìn)，予以完善。

　　圖6 綠色管理模式

　　結(jié)論

　　面向環(huán)境和生態(tài)的綠色生產(chǎn)是現(xiàn)代工程設(shè)計的一種發(fā)展趨勢。我國的資源并不豐富，環(huán)境污染問題已非常突出，推行綠色生產(chǎn)技術(shù)是一個非常迫切的課題，況且綠色設(shè)計和綠色制造是一個比較新的理念，目前還沒有形成一個比較系統(tǒng)、比較完整的設(shè)計制造規(guī)范和理論體系。這就需要我們先從產(chǎn)品材料的選擇、產(chǎn)品的設(shè)計、制造、管理等各個方面綜合來考慮，促進(jìn)綠色生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展。