綠色製造(現代化製造模式):技術概要,技術發展趨勢,全球化,社會化,集成化,並行化

綠色製造也稱為環境意識製造（Environmentally Conscious Manufacturing）、面向環境的製造（Manufacturing For Environment）等，是一個綜合考慮環境影響和資源效益的現代化製造模式。

其目標是使產品從設計、製造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個產品全壽命周期中，對環境的影響（負作用）最小，資源利用率最高，並使企業經濟效益和社會效益協調最佳化。

基本介紹

中文名：綠色製造
外文名：Environmentally Conscious Manufacturing
別名：環境意識製造
定義：考慮環境影響和效益現的製造模式

技術概要,技術發展趨勢,全球化,社會化,集成化,並行化,產業化,國外現狀,國內研究基礎,技術組成,工藝規劃,材料選擇,產品包裝,回收處理,綠色管理,設備利用,研究內容,相關技術,存在問題,製造工藝,思想精髓,

技術概要

綠色製造技術是指在保證產品的功能、質量、成本的前提下，綜合考慮環境影響和資源效率的現代製造模式。它使產品從設計、製造、使用到報廢整個產品生命周期中不產生環境污染或環境污染最小化，符合環境保護要求，對生態環境無害或危害極少，節約資源和能源，使資源利用率最高，能源消耗最低。

綠色製造模式是一個閉環系統，也是一種低熵的生產製造模式，即原料－工業生產－產品使用－報廢－二次原料資源，從設計、製造、使用一直到產品報廢回收整個壽命周期對環境影響最小，資源效率最高，也就是說要在產品整個生命周期內，以系統集成的觀點考慮產品環境屬性，改變了原來末端處理的環境保護辦法，對環境保護從源頭抓起，並考慮產品的基本屬性，使產品在滿足環境目標要求的同時，保證產品應有的基本性能、使用壽命、質量等。

技術發展趨勢

當前，世界上掀起一股“綠色浪潮”，環境問題已經成為世界各國關注的熱點，並列入世界議事日程，製造業將改變傳統製造模式，推行綠色製造技術，發展相關的綠色材料、綠色能源和綠色設計資料庫、知識庫等基礎技術，生產出保護環境、提高資源效率的綠色產品，如綠色汽車、綠色冰櫃等，並用法律、法規規範企業行為，隨著人們環保意識的增強，那些不推行綠色製造技術和不生產綠色產品的企業，將會在市場競爭中被淘汰，使發展綠色製造技術勢在必行。

全球化

綠色製造的研究和套用將愈來愈體現全球化的特徵和趨勢綠色製造的全球化特徵體許多方面，

例如:

(1) 製造業對環境的影響往往是超越空間的，人類需要團結起來，保護我們共同擁有的唯一的地球。

(2)ISO14000系列標準的陸續出台為綠色製造的全球化研究和套用奠定了很好的基礎，但一些標準尚需進一步完善，許多標準還有待於研究和制定。

(3) 隨著近年來全球化市場的形成，綠色產品的市場競爭將是全球化的。

(4) 近年來許多國家要求進口產品要進行綠色性認定，要有“綠色標誌”。特別是有些國家以保護本國環境為由，制定了極為苛刻的產品環境指標來限制國際產品進入本國市場，即設定“綠色貿易壁壘”。綠色製造將為我國企業提高產品綠色性提供技術手段，從而為我國企業消除國際貿易壁壘進入國際市場提供有力的支撐。這也從另外一個角度說明了全球化的特點。

社會化

——綠色製造的社會支撐系統需要形成。綠色製造的研究和實施需要全社會的共同努力和參與，以建立綠色製造所必需的社會支撐系統。

綠色製造涉及的社會支撐系統首先是立法和行政規定問題。當前，這方面的法律和行政規定對綠色製造行為還不能形成有利的支持，對相反行為的懲罰力度不夠。已愈來愈受到各個國家的重視。

其次，政府可制定經濟政策，用市場經濟的機制對綠色製造實施導向。例如：制定有效的資源價格政策，利用經濟手段對不可再生資源和雖然是可再生資源但開採後會對環境產生影響的資源（如樹木）嚴加控制，使得企業和人們不得不儘可能減少直接使用這類資源，轉而尋求開發替代資源。又如：城市的汽車廢氣污染是一個十分嚴重的問題，政府可以對每輛汽車年檢時，測定廢氣排放水平，收取高額的污染廢氣排放費。這樣，廢氣排放量大的汽車自然沒有銷路，市場機制將迫使汽車製造廠生產綠色汽車。企業要真正有效地實施綠色製造，必須考慮產品壽命終結後的處理，這就可能導致企業、產品、用戶三者之間的新型集成關係的形成。例如：有人就建議，需要回收處理的主要產品，如汽車、冰櫃、空調、電視機等，用戶只買了其使用權，而企業擁有其所有權，有責任進行產品報廢后的回收處理。

無論是綠色製造涉及的立法和行政規定以及需要制定的經濟政策，還是綠色製造所需要建立的企業、產品、用戶三者之間新型的集成關係，均是十分複雜的問題，其中又包含大量的相關技術問題，均有待於深入研究，以形成綠色製造所需要的社會支撐系統。這些也是綠色製造今後研究內容的重要組成部分。

集成化

——將更加注重系統技術和集成技術的研究

綠色製造涉及到產品生命周期全過程，涉及到企業生產經營活動的各個方面，因而是一個複雜的系統工程問題。因此要真正有效地實施綠色製造，必須從系統的角度和集成的角度來考慮和研究綠色製造中的有關問題。

當前，綠色製造的集成功能目標體系、產品和工藝設計與材料選擇系統的集成、用戶需求與產品使用的集成、綠色製造的問題領域集成、綠色製造系統中的信息集成、綠色製造的過程集成等集成技術的研究將成為綠色製造的重要研究內容。

綠色製造集成化的另一個方面是綠色製造的實施需要一個集成化的製造系統來進行。為此，文獻[11]提出了綠色集成製造系統的概念，並建立了一種綠色集成製造系統的體系框架：該系統包括管理信息系統、綠色設計系統、製造過程系統、質量保證系統、物能資源系統、環境影響評估系統等6個功能分系統，計算機通訊網路系統和資料庫/知識庫系統等2個支持分系統以及與外部的聯繫。

綠色集成製造技術和綠色集成製造系統將可能成為今後綠色製造研究的熱點。

並行化

——綠色並行工程將可能成為綠色產品開發的有效模式

綠色設計今後仍將是綠色製造中的關鍵技術。綠色設計今後的一個重要趨勢就是與並行工程的的結合，從而形成一種新的產品設計和開發模式綠色並行工程。

綠色並行工程又稱為綠色並行設計，是現代綠色產品設計和開發的新模式。它是一個系統方法，以集成的、並行的方式設計產品及其生命周期全過程，力求使產品開發人員在設計一開始就考慮到產品整個生命周期中從概念形成到產品報廢處理的所有因素，包括質量、成本、進度計畫、用戶要求、環境影響、資源消耗狀況等。

5、智慧型化——人工智慧和智慧型製造技術將在綠色製造研究中發揮重要作用

綠色並行工程涉及一系列關鍵技術，包括綠色並行工程的協同組織模式、協同支撐平台、綠色設計的資料庫和知識庫、設計過程的評價技術和方法、綠色並行設計的決策支持系統等。許多技術有待於今後的深入研究。

綠色製造的決策目標體系是現有製造系統TQCS（即產品上市時間T、產品質量Q、產品成本C和為用戶提供的服務S ）目標體系與環境影響E和資源消耗R的集成，即形成了 TQCSRE的決策目標體系。要最佳化這些目標，是一個難於用一般數學方法處理的十分複雜的多目標最佳化問題，需要用人工智慧方法來支撐處理。另外，在綠色產品評估指標體系及評估專家系統，均需要人工智慧和智慧型製造技術。

基於知識系統、模糊系統和神經網路等的人工智慧技術將在綠色製造研究開發中起到重要作用。如：在製造過程中套用專家系統識別和量化產品設計、材料消耗和廢棄物產生之間的關係；套用這些關係來比較產品的設計和製造對環境的影響；使用基於知識的原則來選擇實用的材料等。

產業化

——綠色製造的實施將導致一批新興產業的形成

綠色製造將導致一批新興產業的形成。除了大家已注意到的廢棄物回收處理裝備製造業和廢棄物回收處理的服務產業外，另有兩大類產業值得特別注意：

（1）綠色產品製造業

製造業不斷研究、設計和開發各種綠色產品以取代傳統的資源消耗和環境影響較大的產品，將使這方面的產業持續興旺發展。

（2）實施綠色製造的軟體產業

企業實施綠色製造，需要大量實施工具和軟體產品，如綠色設計的支撐軟體（計算機輔助綠色產品設計系統、綠色工藝規劃系統、綠色製造的決策系統、產品生命周期評估系統、ISO14000國際認證的支撐系統等），將會推動一類新興軟體產業的形成。

國外現狀

國外不少國家的政府部門已推出了以保護環境為主題的“綠色計畫”。1991年日本推出了“綠色行業計畫”，加拿大政府已開始實施環境保護“綠色計畫”。美國、英國、德國也推出類似計畫。在一些已開發國家，除政府採取一系列環境保護措施外，廣大消費者已熱衷於購買環境無害產品的綠色消費的新動向，促進了綠色製造的發展。產品的綠色標誌制度相繼建立，凡產品標有“綠色標誌”圖形的，表明該產品從生產到使用以及回收的整個過程都符合環境保護的要求，對生態環境無害或危害極少，並利於資源的再生和回收，這為企業打開銷路、參與國際市場競爭提供了條件。如德國水溶油漆自1981年開始被授於環境標誌（綠色標誌）以來，其貿易額已增加20%。德國已有60種類型3500個產品授予環境標誌，法國、瑞士、芬蘭和澳大利亞等國於1991年對產品實施環境標誌，日本於1992年對產品實施環境標誌，新加坡和馬來西亞也在1992年開始實施環境標誌。已有20多個國家對產品實施環境標誌，從而促進了這些國家“綠色產品”的發展，在國際市場競爭中取得更多的地位和份額。國際經濟專家分析認為，“綠色產品”比例大約為5－10%，再過10年，所有產品都將進入綠色設計家族，可回收、易拆卸，部件或整機可翻新和循環利用。也就是說，在未來10年內綠色產品有可能成為世界商品市場的主導產品。

國內研究基礎

國內一些高等院校和研究院所在國家科委、國家自然科學基金會和有關部門的支持下對綠色製造技術進行了廣泛的研究探索。

機械科學研究院已完成了國家科委“九五”攻關項目－－清潔生產技術選擇與資料庫的建立、機械工業基金項目－－綠色設計技術發展趨勢及對策研究。圍繞機械工業中九個行業對綠色技術需求和綠色設計技術自身發展趨勢進行了調研，在國內首次提出適合機械工業的綠色設計技術發展體系，同時還進行了車輛的拆卸和回收技術的研究。正在開展國家自然科學基金項目“環境綠色技術評價體系的研究”。以環境保護綠色技術評價體系為研究載體，將ETV評價技術導入機械製造業的綠色設計、綠色製造，建立製造業的綠色概念、描述方法和ETV評價體系。

清華大學為創建綠色大學，已將綠色工程技術列為優先發展和支持項目，在美國“China Bridge”基金和國家自然科學基金會的支持下，已與美國“Texas Tech University”先進制造實驗室建立了關於綠色設計技術研究的國際合作關係，對全生命周期建模等綠色設計理論和方法進行系統研究，取得一定進展。

上海交通大學針對汽車開展可回收性綠色設計技術的研究，與Ford公司合作，研究中國轎車的回收工程問題；與內貿部中國物資再生利用華東分公司合作，撰寫了“探討中國汽車銷售、維修、二手車交易及回收利用一條龍管理模式的可行性報告”；與德國柏林工業大學IWF研究所建立了合作關係，在廢棄工業品回收方面展開了研究工作。

合肥工業大學開展了機械產品可回收設計理論和關鍵技術及回收指標評價體系的研究。

重慶大學承擔了國家自然科學基金和國家863/CIMS主題資助的關於綠色製造技術的研究項目，主要研究可持續發展CIMS（S－CIMS）的體系結構研究、清潔化生產系統和體系結構及實施策略、清潔化生產管理信息系統等。

華中科技大學、浙江大學、北京航空航天大學等高院校也開展了綠色製造技術研究。

國內已形成了一支從事綠色製造技術研究的專業隊伍，為我國發展綠色製造技術奠定了基礎。

技術組成

綠色設計　綠色設計是指在產品及其生命周期全過程的設計中，充分考慮對資源和環境的影響，在充分考慮產品的功能、質量、開發周期和成本的同時，最佳化各有關設計因素，使得產品及其製造過程對環境的總體影響和資源消耗減到最小。這要求設計人員必須具有良好的環境意識，既綜合考慮了產品的TQCS（Time，Quality，Cost，Service）屬性，還要注重產品的E（Environment）屬性，即產品使用的綠色度。

工藝規劃

產品製造過程的工藝方案不一樣，物料和能源的消耗將不一樣，對環境的影響也不一樣。綠色工藝規劃就是要根據製造系統的實際，儘量研究和採用物料和能源消耗少、廢棄物少、噪聲低、對環境污染小的工藝方案和工藝路線。

材料選擇

綠色材料選擇技術是一個很複雜的問題。綠色材料尚無明確界限，實際中選用很難處理。在選用材料的時候，不能要考慮其綠色性，還必須考慮產品的功能、質量、成本、噪聲等多方面的要求。減少不可再生資源和短缺資源的使用量，儘量採用各種替代物質和技術。

產品包裝

綠色包裝技術就是從環境保護的角度，最佳化產品包裝方案，使得資源消耗和廢棄物產生最少。這方面的研究很廣泛，但大致可以分為包裝材料、包裝結構和包裝廢棄物回收處理3個方面。當今世界主要工業國要求包裝應做到“3R1D”(Reduce減量化、Reuse回收重用、Re cycle循環再生和Degradable可降解)原則。我國包裝行業“九五”至2010年發展的基本任務和目標中提出包裝製品向綠色包裝技術方向發展，實施綠色包裝工程，並把綠色包裝技術作為"九五"包裝工業發展的重點，發展紙包裝製品，開發各種代替塑膠薄膜的防潮、保鮮的紙包裝製品，適當發展易回收利用的金屬包裝及高強度薄壁輕量玻璃包裝，研究開發塑膠的回收再生工藝和產品。

回收處理

產品生命周期終結後，若不回收處理，將造成資源浪費並導致環境污染，研究認為面向環境的產品回收處理是個系統工程，從產品設計開始就要充分考慮這個問題，並作系統分類處理。產品壽命終結後，可以有多種不同的處理方案，如再使用、再利用、廢棄等，各種方案的處理成本和回收價值都不一樣，需要對各種方案進行分析與評估，確定出最佳的回收處理方案，從而以最少的成本代價，獲得最高的回收價值。

綠色管理

儘量採用模組化、標準化的零部件，加強對噪聲的動態測試、分析和控制，在國際環保標準ISO14000正式頒布和實施以後，它會成為衡量產品性能的一個重要因素，企業內部建立一套科學、合理的綠色管理體系勢在必行。

設備利用

北京工商管理大學教授梁小民曾經舉過這樣一個例子：你有一台普通工具機價值10萬元，後來你資本增加到100萬元買了10台同樣的工具機，但你這種工具機使用就不充分了，你的資本收益就遞減了；技術發展使你在擁有100萬元資本時，你擁有的就不是那種普通工具機而是數控工具機，效率提高了幾百倍，這個時候資本收益就不是遞減而是遞增了。這就是技術進步在物質資本上的體現。遺留的問題是，當我們擁有了數控工具機後，原來的普通車床怎么辦？走進國內許多工廠，都可以看見許多閒置、廢棄的設備堆在那裡，繡跡斑斑。如何處理好這些設備，成了企業面臨的一大難題，通過改造使它們重新發揮作用，做到資源最大化利用。很多大的生產廠家來說，來自機器的折舊費用仍占據了很大一部分成本。

研究內容

綠色設計

（1）提出綠色設計理論和方法，建立綠色產品設計指標評價體系，提出綠色設計工具，並與其它設計工具（如CAD、CAE、CAPP等）集成，形成集成環境。

（2）與企業結合選擇若干典型產品，建立產品綠色製造示範點。

（3）以汽車為對象，提供可回收、可拆卸成套技術，並與企業結合，建立示範點。

主要研究內容　

（1）綠色產品設計評價系統模型的建立

①綠色產品設計理論和方法

從壽命周期角度對綠色產品的內涵進行全面系統的研究，提出綠色產品設計理論和方法。

②綠色產品的描述和建模技術

在綠色產品設計理論和方法的基礎上，對綠色產品進行描述，建立綠色產品評價體系，在產品生命周期中，對所有與環境相關的過程輸入輸出進行量化和評價，並對產品生命周期中經濟性和環境影響的關係進行綜合評價，建立數學模型。

③綠色產品設計資料庫

建立與綠色產品有關的材料、能源及空氣、水、土、噪聲排放的基礎資料庫，為綠色產品設計提供依據。

④典型產品綠色設計系統集成

針對具體產品，收集、整理面向環境設計的資料，形成指導設計的設計指南，建立綠色產品系統設計工具平台，並與其它設計工具（如CAD、CAE、CAPP等）集成，形成集成的設計環境。

（2）綠色產品清潔生產技術

①節省資源的生產技術

本項目主要從減少生產過程中消耗的能量、減少原材料的消耗和減少生產過程中的其他消耗三方面著手研究。

②面向環保的生產技術

主要研究減少生產過程中的污染，包括減少生產過程的廢料、減少有毒有害物質（廢水、廢氣、固體廢棄物等）、降低噪聲和振動等。

③產品包裝技術

包裝是產品生產過程中的最後一個環節，產品包裝形式、包裝材料、以及產品貯存、運輸等方面都要考慮環境影響的因素。

（3）綠色產品回收利用技術

①產品可卸性技術

提出產品可卸性評價方法，提出產品可卸性評價指標體系，進行可拆卸結構模組劃分和接口技術研究。

②產品可回收技術

提出可回收零件及材料識別與分類系統，並開展零件再使用技術研究，包括可回收零部件的修復、檢測，使其符合產品設計要求，進行再使用（再使用包括同化再使用和異化再使用）技術、材料再利用技術的研究（包括同化再利用和異化再利用）。

（4）機電產品噪聲控制技術

①聲源識別、噪聲與聲場測量以及動態測試、分析與顯示技術；

②機器結構聲輻射計算方法與程式；

③機器結構振動和振動控制技術；

④低噪聲最佳化設計技術；

⑤低噪聲結構和材料；

⑥新型減振降噪技術

（5）面向環境、面向能源、面向材料的綠色製造技術

①面向環境的綠色製造技術

研究使產品在使用過程中能滿足水、氣、固體三種廢棄物減量化、降低振動與噪聲等環境保護要求的相關技術。

②面向能源的綠色製造技術

研究能源消耗最佳化技術、能源控制過程最佳化技術等以達到節約能源、減少污染的目的。

③面向材料的綠色製造技術

研究材料無毒、無害化技術，針對高分子材料，研究廢舊高分子材料回收的綠色技術，高分子過濾材料－－功能膜材料，玻璃纖維氈增強熱塑性複合材料等。對現有材料的環境性能改進技術等。

存在問題

1、舊工具機的更新與改造

舊工具機處理方面尤為突出問題是廢舊或閒置設備回收和再利用率較差，許多工廠廠房內常見有滿身銹跡廢棄的舊設備，數控工具機、加工中心、FMS、CIMS甚至網路加工等先進制造系統和大批的20世紀五六十年代的舊工具機並存，改造和利用好這些舊設備是我們面臨的課題；

2、材料與能源的浪費

機械製造業中能源和原材料的浪費現象較為明顯，滿地的切屑、小零件與油污，中國在由原料到產品所消耗的能源和原材料比美國和日本等先進國家高出數十倍之多；

3、環境保護意識淡薄

一些中小企業對環境的污染還比較嚴重；

4、產品的回收利用率低

長期以來我們沿襲的生產模式是：生產!流通!消費!廢棄的開式循環，綠色製造提倡閉式循環的生產模式，即在原來的生產模式中增加一個“回收”環節，廠家在產品的設計和製造過程中要充分考慮回收問題。

製造工藝

1、少無切削工藝

利用精密鑄造、冷擠壓、直接沉積等成型技術，從接近零件形狀向精密成形、仿形發展，用自由成形製造代替切削加工，這樣節約了傳統毛坯製造時的能耗、物耗，也節約了大量的原材料，同時也縮短了生產周期。

2、乾式切削工藝

乾式切削就是在加工過程中不使用冷卻潤滑油的加工方法。這樣可以消除加工時切削液帶來的大量的污染問題，獲得潔淨無污染的切屑，節省了大量的切削液，同時也省去了處理切削液造成污染的大量費用。

3、先進的製造技術

採用先進的現代製造技術，是實現綠色製造的有效途徑。如精益生產(LP)、敏捷製造(AM)、虛擬製造(VM)和數字製造(DM)等。

4、噪聲的消減和控制

機械製造車間特別是鍛壓車間，生產過程中產生強烈的噪聲是環境污染的一個大問題，因此必須對噪聲加以控制和消減。技術措施有：做好飛輪等剛轉體的動平衡；在軸承和軸承座之間加彈性襯套，採用熱模鍛壓力機，淘汰蒸汽錘鍛壓力機；在壓力機產生噪聲的主要部位加蓋隔聲罩t採用具有油減震器的無衝擊模架等等。

5、綠色包裝的研究

綠色包裝是指採用對環境和人體無污染，可回收重用或可再生的包裝材料及其製品的包裝。首先必須儘可能簡化產品包裝，避免過度包裝。使包裝可以多次重複使用或便於回收。且不會產生二次污染。在重視環境保護的世界氛圍里，綠色包裝在銷售中的作用也越來越重要。

綠色包裝技術就是從環境保護的角度最佳化產品包裝方案，使得資源消耗和廢棄物產生最少。綠色包裝技術主要研究包裝材料選擇、改進包裝結構和包裝廢棄物回收處理三個方面。

6、產品使用及其用後處置的研究

主要集中在延長產品的使用周期和減少使用中的能源浪費及環境污染。面向節省能源的設計有利於減少產品使用中的能源浪費及環境污染。德國聯邦環境署研究表明德國家庭和辦公室消耗的電力，至少有11%是披處於待機方式的設備消耗掉。美國能源部估計，美國每年要為待機的電視機和錄像機支付約10億美元的電費。待機功耗已經引起社會的廣泛醺視。因此在產品的設計階段，對其使用造成的能源消耗問題應給予足夠的重視。目前對家電類產品的待機功耗問題，人們已研究了新型開關電源和“綠色晶片”，它們以綠色設計為目標，可以使許多電源在轉入閒置待機方式時功耗大大減少。

思想精髓

綠色製造涉及三部分領域的問題：一是製造問題，包括產品生命周期全過程；二是環境保護問題；三是資源最佳化利用問題。

首先．綠色製造是“從搖籃到墳墓”的製造方式，它強調在產品的整個生命周期的每一個階段並行、全面地考慮資源因素和環境因素，體現了現代製造科學的“大製造、大過程、學科交叉”的特點。綠色製造倡導高效、清潔製造方法的開發及套用，達到綠色設計目標的要求。這些目標包括提高各種資源的轉換效率、減少所產生的污染物類型及數量、材料的有效回收利用等。

其次．綠色製造強調生產製造過程的“綠色性”．這意味著它不僅要求對環境的負影響最小，而且要達到保護環境的目的。

第三．綠色製造對輸入製造系統的一切資源的利用達到最大化。粗放式的能源消耗導致的資源枯竭是人類可持續發展面臨的最大難題，如何最有效地利用有限的資源獲得最大的效益，使子孫後代有資源可用是人類生產活動亟待解決的重大問題。

綠色製造(現代化製造模式)