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我國發(fā)展機床綠色制造的四個途徑
來源: | 作者:nbwtjs | 發(fā)布時間: 2016-09-14 | 2846 次瀏覽 | 分享到:
    “十二五”期間,我國將大力推進兩化深度融合,大力發(fā)展高端制造裝備,其戰(zhàn)略目標是實現(xiàn)制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,實現(xiàn)制造業(yè)向資源節(jié)約型和環(huán)境友好型轉(zhuǎn)型。

  作為裝備制造業(yè)“母機”的高檔數(shù)控機床或基礎(chǔ)制造裝備,是高端制造裝備的重要組成部分,也是實現(xiàn)兩化深度融合的重要載體,不僅在機床的設(shè)計、生產(chǎn)過程中應(yīng)實現(xiàn)綠色,而且所生產(chǎn)的機床工具產(chǎn)品也應(yīng)做到高效率、高精度、低能耗,并應(yīng)從設(shè)計階段就考慮使機床工具產(chǎn)品具備良好的再制造性能。


  實施機床行業(yè)的綠色制造,重點應(yīng)從四個途徑入手,首先是機床的綠色設(shè)計,第二,發(fā)展新工藝及新產(chǎn)品,第三,機床再制造,第四,機床的數(shù)控化和智能化。


  機床的綠色設(shè)計


  傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計,通常主要考慮的是產(chǎn)品的基本屬性,如功能、質(zhì)量、壽命、成本等,很少考慮環(huán)境屬性。按照這種方式生產(chǎn)出來的產(chǎn)品,很可能在其使用壽命結(jié)束后,回收利用率低,資源浪費嚴重,造成環(huán)境污染。綠色設(shè)計是從可持續(xù)發(fā)展的高度審視產(chǎn)品的整個生命周期,強調(diào)在產(chǎn)品開發(fā)階段按照全生命周期的觀點進行系統(tǒng)性的分析與評價,消除潛在的、對環(huán)境的負面影響。


  綠色設(shè)計是機床綠色制造的首要環(huán)節(jié),一般包括機床結(jié)構(gòu)設(shè)計、綠色材料選擇、制造環(huán)境設(shè)計、工藝設(shè)計、機床包裝方案設(shè)計和機床回收處理方案設(shè)計等步驟。此外,為保證綠色設(shè)計的有效性,在設(shè)計方案完成后還應(yīng)對資源消耗和環(huán)境影響等進行綜合評價。


  機床的綠色設(shè)計應(yīng)建立面向能源和碳排放模型的生態(tài)化設(shè)計的知識庫和數(shù)據(jù)庫及相關(guān)技術(shù)規(guī)范和標準,充分考慮機床產(chǎn)品使用過程中的能耗和可維護性,選擇綠色材料,使用多功能部件及模塊化的部件來簡化產(chǎn)品設(shè)計結(jié)構(gòu),做到既節(jié)省原材料,又減少浪費和環(huán)境污染,同時降低機床使用時的能源消耗;在除塵、潤滑、液壓和冷卻系統(tǒng)的改進、廢棄物的處理等方面盡可能考慮采用高新技術(shù)和先進適用技術(shù)、少無切削術(shù)、干式切削技術(shù)、油氣液凈化技術(shù)及其它潔凈技術(shù)等,提高資源利用率控制和減少廢棄物,實現(xiàn)節(jié)能、節(jié)材、無污染,發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟;為了適應(yīng)對廢舊機床產(chǎn)品回收、再制造的要求,在設(shè)計階段就應(yīng)考慮產(chǎn)品的易拆解、易回收和易修理;同時,應(yīng)注意產(chǎn)品的可擴展和升級性,留足功能擴展空間,方便用戶通過更換功能部件或使用標準化的產(chǎn)品接口等方式,對產(chǎn)品進行升級或添加功能,延長機床的使用壽命,提高利用率。


  發(fā)展新工藝及新產(chǎn)品


  機械工業(yè)在制造過程中是消耗鋼材大戶,而機械產(chǎn)品在使用過程中則是消耗能源的大戶。機械產(chǎn)品使用過程的能源消費強度遠高于生產(chǎn)過程,據(jù)統(tǒng)計,量大面廣、耗能高的21類機電產(chǎn)品,電力消耗約占全國發(fā)電量的60%,煤炭消耗約占全國煤炭產(chǎn)量的50%,汽油消耗約占全國汽油產(chǎn)量的58%,柴油消耗約占全國柴油產(chǎn)量的40%。


  機械產(chǎn)品生產(chǎn)過程消耗鋼材約占全國的39%,因此發(fā)展新工藝,并研發(fā)體現(xiàn)新工藝的機床裝備,對提高材料利用率、節(jié)能節(jié)材有著重要意義,是發(fā)展機床綠色制造的另一個主要途徑。新工藝的主要發(fā)展趨勢是通過“精確成形+精密磨削”,減少加工過程中的材料耗費和加工過程,同時減少污染物排放。


  大力發(fā)展凈成形/近凈成形的工藝及設(shè)備。采用零件精確成形技術(shù),材料利用率可較傳統(tǒng)的成形工藝提高20%-40%,冷精鍛精確成形可使材料利用率提高到98%以上,精確鑄造成形技術(shù)也可達到90%以上。精確塑性成形技術(shù)大多是在室溫下實施的,免除了加熱工序,節(jié)約了加熱能量,大大減少了零件生產(chǎn)過程中的能量消耗。凈成形零件成形后不需要加工或者需要很少的加工,可取消或大大減少加工工時,實現(xiàn)節(jié)能、降耗的目標;此外,在成形過程中還可同時考慮通過控制溫度、壓力、流體場、電磁場等外部載荷的施加,提高零件的內(nèi)在質(zhì)量。發(fā)展零件精確成形技術(shù)及相關(guān)裝備,對機械工業(yè)節(jié)約資源、能源和環(huán)境友好,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展意義重大。


  發(fā)展加工過程的新工藝。如采用干切削和微量潤滑技術(shù)可以節(jié)省成本并替代高成本、高污染和有害健康的濕切削過程,促進機床的綠色化。磨床的磨削工藝對環(huán)境影響很大,新型的快速點磨削技術(shù)具有磨削區(qū)域小,磨削力小、砂輪使用壽命長、磨削溫度低、冷卻簡單,這對實現(xiàn)綠色制造具有重要意義。


  采用新的加工方法。通過發(fā)展增量制造技術(shù),在不用模具和工具的條件下生成復雜零部件,解決從設(shè)計到制造的快速對接問題,滿足產(chǎn)品快速開發(fā)和快速制造的要求。


  機床再制造


  再制造是指以廢舊產(chǎn)品作為生產(chǎn)毛坯,通過專業(yè)化修復或升級改造的方法來使其質(zhì)量特性不低于原有新品水平的制造過程。再制造是制造產(chǎn)業(yè)鏈的延伸,也是先進制造和綠色制造的重要組成部分。再制造產(chǎn)品在產(chǎn)品功能、技術(shù)性能、綠色性、經(jīng)濟性等質(zhì)量特性方面不低于原型新品,其成本僅是新品的約50%,可實現(xiàn)節(jié)能60%、節(jié)材70%,對環(huán)境的不良影響顯著降低。


  根據(jù)我國目前的機床保有量和預計每年報廢機床的情況,機床的再制造是我國實施機床綠色制造的關(guān)鍵技術(shù)和重要趨勢。機床再制造過程一般包括廢舊機床回收、拆卸、清洗、檢測分類、機床及零部件再設(shè)計、再制造生產(chǎn)加工、整機再裝配、調(diào)試、檢驗及銷售等過程。一般來講,機床再制造可分為產(chǎn)品級再制造和零部件級再制造兩種形式。機床產(chǎn)品級再制造是對機床整體性能進行提升,包括機床功能化再造、數(shù)控化升級、節(jié)能化提升等。機床零部件級再制造主要是根據(jù)零部件的不同對其進行再利用、再修復、再資源化及廢棄處理。


  對舊機床進行再制造,可以充分利用機床原有的床身、導軌、工作臺、立柱、底座等零部件,大大節(jié)約資源和能源,實現(xiàn)節(jié)能、節(jié)材,減少重新生產(chǎn)鑄鐵件對環(huán)境的污染,一次性投入資金少,供貨周期短。同時,機床再制造可以根據(jù)機床的狀態(tài)及工藝要求選擇增加數(shù)控系統(tǒng)或其他功能,進一步提升機床性能、節(jié)省成本、提高生產(chǎn)效率。


  目前,機床再制造主要集中在重型和超重型機床。一般而言,重型、超重型機床對鋼鐵資源的消耗非常巨大,再制造對部分機床的能耗節(jié)約高達60%以上:重型機床的再制造周期一般為3~6個月,可以利用70%以上的殘留價值,再制造機床的費用比同類新機床要低70%左右,再制造周期短、成本低的特性體現(xiàn)得分外明顯;重型機床大量的基礎(chǔ)件具有耐久穩(wěn)定性,特別是床身、立柱等部件,使得再制造機床在基礎(chǔ)性能穩(wěn)定方面有了很好的保證。因此,重型機床再制造在節(jié)約資源,發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟方面的優(yōu)勢尤為明顯。


  目前我國機床再制造存在一些問題,比如機床再制造缺乏政策性的定義和行業(yè)標準;市場競爭不規(guī)范;個性


  化的客戶需求造成了機床再制造業(yè)務(wù)單品種、小批量的特點,產(chǎn)業(yè)化較為困難:我國廢舊機床的物流體系建設(shè)仍然處于初級階段,舊機床的回收和再制造機床的銷售沒有順暢的渠道,再制造業(yè)務(wù)和新品業(yè)務(wù)的矛盾日益明顯等等。


  國家工信部近年選擇了一些再制造企業(yè)和項目進行了試點支持,對制定再制造行業(yè)標準、提升用戶對再制造產(chǎn)品的使用信心、促進再制造業(yè)務(wù)發(fā)展等方面起到了一定的示范試點作用和效果。下一步希望國家有關(guān)部門能夠繼續(xù)加快推進機床再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展,鼓勵更多的企業(yè)進入再制造市場,采用稅收、補貼等支持手段,加大對機床再制造企業(yè)的扶持力度。


  機床的數(shù)控化和智能化


  我國作為后發(fā)展的國家,其工業(yè)化進程與已完成工業(yè)化的國家不盡相同,是在信息技術(shù)快速發(fā)展的環(huán)境下進行的,因此,推行機床綠色制造很重要的是借助信息技術(shù),使信息技術(shù)與機械制造技術(shù)密切結(jié)合、深度融合。


  1.加強機床數(shù)控化


  20世紀50年代誕生的數(shù)控技術(shù),以及隨后出現(xiàn)的機器人技術(shù)和計算機輔助設(shè)計技術(shù),開創(chuàng)了數(shù)字化制造的先河,加速了制造技術(shù)與信息技術(shù)的融合,也解決了制造產(chǎn)品多樣化對柔性制造的要求。


  當前數(shù)控技術(shù)及系統(tǒng)已越來越成熟,應(yīng)大力推廣到各種機床和熱加工設(shè)備上去。


  2.發(fā)展機床智能化


  從新的發(fā)展趨勢來看,當今的數(shù)控機床已越來越難滿足市場的要求,具有更高加工質(zhì)量、更高加工效率、更強自適應(yīng)控制和補償功能、更高可靠性、更宜人的人機交互模式、更強網(wǎng)絡(luò)集成能力等智能化特征的數(shù)控機床,將會成為未來20年高端數(shù)控機床發(fā)展的趨勢,因此要進一步加強機床數(shù)控化的研究和應(yīng)用。


  數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備的智能化可以提高能源和原材料的利用效率、降低污染排放水平,提升產(chǎn)品的性能、文化/知識含量以及技術(shù)附加值,增強企業(yè)的市場響應(yīng)能力,提高生產(chǎn)質(zhì)量、效率和安全性。


  發(fā)展智能制造裝備需要解決的關(guān)鍵技術(shù)是:面向制造過程狀況監(jiān)控和裝備性能預測的感知與分析技術(shù),基于幾何與物理約束的智能化工藝規(guī)劃和數(shù)控編程技術(shù),智能數(shù)控系統(tǒng)與伺服控制技術(shù),智能控制技術(shù)。


  目前,智能制造裝備已列入我國培育和發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)規(guī)劃之中,近期國家科技部、工信部、發(fā)改委等聯(lián)合啟動的《“數(shù)控一代”機械產(chǎn)品創(chuàng)新應(yīng)用示范工程》,國家發(fā)改委、財政部、工信部進行的“智能制造裝備發(fā)展專項”等都說明國家將“數(shù)控一代”機械產(chǎn)品和智能制造裝備作為發(fā)展重點方向給予了高度重視,而數(shù)控機床和基礎(chǔ)制造裝備是其重點。預計到2020年,我國將把智能制造裝備產(chǎn)業(yè)培育成為具有國際競爭力的先導產(chǎn)業(yè),總體技術(shù)水平邁入國際先進行列。


  3.車間/工廠的數(shù)字化


  實現(xiàn)機床的綠色制造,還應(yīng)在數(shù)控化、智能化的基礎(chǔ)上,大力實現(xiàn)機械加工車間或工廠的數(shù)字化。數(shù)字化的車間或工廠可以利用數(shù)字化技術(shù),特別是泛在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(包括互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和無線網(wǎng))技術(shù),實時獲取工廠內(nèi)外相關(guān)數(shù)據(jù)和信息,集成相關(guān)人員知識,智慧地進行產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)、管理、銷售和服務(wù),實現(xiàn)使供應(yīng)鏈、工廠和加工單元的效率最高、對環(huán)境的不良影響最小、員工和用戶滿意度最高的目標。

 
 
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