1低碳制造理论概述

1.1低碳制造理论的含义及其技术内涵

本质上，低碳制造是以对各种资源最大化的利用与能源最小化消耗综合考虑为前提的一种现代制造模式；它是将实现低碳生产，并确保机械生产与保护生态环境相统一作为目的的。为了达到这个目的，在整个生产的过程中，每个生产环节，特别是资源利用、物流运输、生产制造以及机械生产的各个阶段，都必须采取行之有效的策略尽可能地提高资源利用率及强化节能减排。低碳机械制造技术是在传统的机械制造技术上发展而来的。同时，它又将节能、降耗以及环保观念有机结合起来。低碳机械制造技术的出现，对于整个机械制造行业而言，有着重要的意义，起到了改进和优化机械制造的作用。经过近几年的发展，低碳制造技术已取得了一定的成就，其本身的内涵也越来越丰富。目前，低碳制造技术的内涵主要包括以下几个方面：

1.1.1清洁能源技术的应用

目前，清洁能源的利用技术主要包括太阳能技术、沼气能技术、风能技术、水能技术、生物质技术以及潮汐发电技术等。这些技术的利用，不仅减少了以石油、煤炭为主的传统能源的消耗，而且也大大降低了污染的排放量，保护了生态环境。

1.1.2低碳制造设计技术

低碳制造设计技术是以具体生产流程、模型的设计以及方法作为着眼点的，它包含了多个领域。目前，低碳制造设计技术主要包括以下几个方面：低碳制造的设计原则与方法，低碳制造设计的评价基础与流程、低碳制造设计的标准、低碳制造设计的优化模型以及低碳制造设计的数据库等。

1.1.3低碳制造技术

对于发展低碳生产战略而言，低碳制造技术是其关键所在。究其原因，主要是低碳制造技术是针对实际机械生产过程的。目前，低碳制造主要包括的工艺主要有制造工艺低碳化、制造过程中的低碳技术以及车间低碳技术优化等。具体而言，低碳制造技术主要表现为对废弃物的处理和循环利用，其大致由污水、废气以及报废产品等处理技术组成。

1.1.4碳汇技术

所谓“碳汇技术”是指通过碳捕捉技术将大气层中的有关产业所生产的二氧化碳分离出来，并借助相关碳储存手段将其封存到与大气相隔绝的地方的一种技术。目前，我国的碳捕捉技术相对而言较为成熟，但碳储存技术还需要对其进行进一步的研究。碳汇技术主要由两部分组成，即煤炭的捕获技术和煤炭的掩埋技术。

1.2低碳机械制造体系

低碳机械加工制造可以被看成是从系统资源和生产过程中释放浓度较低的二氧化碳的过程。目前，在生产制造、资源利用、物流运输以及产品使用或报废等领域，低碳制造均有涉及。在实际生产过程中，通过采取有效方法提高资源的利用率，并在物流运输、生产制造等环节中强化节能减排，以此来达到最终目标———低碳。低碳制造的综合评估标准指标有三个，即资源的利用率、能源的消耗和碳排放量。低碳制造技术的内容较为丰富，其评价模型主要由低碳设计技术、低碳设计的方法与原则、低碳评价数据库以及低碳技术的评价方案共同构成。低碳制造的体系结构主要由三个方面的内容构成，即产品低碳设计、生产过程低碳化和低碳能源与原材料的开发。其中，低碳产品设计由轻量化设计、模块化设计和生态化设计这三个方面构成，低碳生产过程由加工设备、加工工艺和生产管理这三个方面构成，而低碳资源与原材料开发则由原材料和能源这两个方面构成。

2低碳制造理论

在机械造行业中的技术应用一般情况下，机械产品设计是以实现经济效益的最大化并使产品的功能、性能及质量得以保证来作为设计目标的。但是，随着人们的环境保护意识和资源节约意识的不断提高，对机械产品提出了更高层次的要求。因此，对机械产品进行设计时，还必须尽可能地符合“低碳”的标准。加之，对于降低能源消耗而言，机械产品设计起到了关键性的作用。故而，分析和探讨低碳制造理论中的产品低碳设计，对于降低能源消耗与提高能源利用率和找出环境影响因素与保护生态环境方面而言，有着非常重大的意义。而要想充分发挥低碳机械制造技术应用的作用，就必须将其不断应用到实践中去。同时，只有在实践中，低碳制造技术才能够得到进一步的发展和完善，以此来提高资源的利用率和加强节能减排，从而减少对能源的消耗和环境的污染，进而实现经济的可持续发展。下面，本文主要对产品低碳设计中的三个方面在实践中的应用进行具体的分析：

2.1轻量化设计

轻量化设计是一种将产品的重量、成本、性能以及配套设备等要素综合考虑的优化设计方法。目前，轻量化设计已被广泛应用到机械、船舶、火车、军事及汽车等领域，尤其是在机械产品的设计中应用最为广泛。究其原因，主要是轻量化设计具有无可比拟的优势。其优势具体表现为以下几点：一是，能够减少原材料和产品加工、安装、运输、调试以及产品运行使用过程中的能源消耗，从而有利于提高资源的利用率；二是，能够降低能源资源与原材料在生产过程中所产生的碳排放量和产品在运行使用过程中所产生的污染物排放量，从而有利于生态环境的保护；三是，能够降低噪声，从而极大地减少了噪声污染。同时，在对产品进行轻量化设计时，应注意保证机械产品使用的可靠性和性能。例如，德国汽车厂商奥迪公司于2007年推出的新一代奥迪TT跑车就很好地体现了轻量化设计的优点。在生产这款跑车时，该公司充分应用了新工艺与技术，将钢材的强度与轻质铝合金材料的优点很好地结合起来，从而使得这两种材料的优势均得以充分发挥出来。这不仅大大减轻了车体的重量，而且也提高了公司的经济效益。同时，这还大大减少了跑车在使用过程中所产生的尾气排放量，并有助于能源的节省，带来了较好的环境效益。

2.2模块化设计

机械产品的模块化设计是一种较为先进的机械产品设计方法。先根据功能的不同，我们可以将整个模块化设计系统分为若干个不同的模块。然后再根据具体的实际情况和机械产品设计的需要，通过对不同模块进行优化组合或整合而获得不同品种或规格的机械产品。目前，随着“低碳时代”的到来，机械产品的模块化设计已被广泛应用到机械、军事、电子、航空及航天等领域。之所以要对机械产品各功能单元进行模块划分，其主要原因是因机械产品存在大量的非功能性单元而造成机械资源、能源的大量浪费和产品在实际使用过程中的不便。这不仅对机械的运行和维护造成严重的影响，而且也阻碍了经济的可持续发展。加之，当前很难用一个固定的标准来对机械制造产品中的非功能单位进行衡量。因此，必须对机械产品中的每个功能性单元进行模块化划分，并以评估划分后模块的方式来实现降低能源消耗与资源消耗的目的，从而最终达到在保证设备功能性能和可靠性的基础上实现能源、资源节约的最大化。此外，要想使低碳生产技术得以更新和发展，还必须对企业应用低碳制造技术后的成效进行检查和验收。例如：德国Index公司所开发的复合型生产加工机械设备，通过将不同的模块进行优化组合，完成了钻削、车削、磨削、滚齿、激光热处理以及铣削等多种工序，从而使得复杂零件的全部加工得以实现。由此可知，采用模块化系列产品设计方案，能够实现一机代替多机，大大减少了生产过程中机床的数量，从而大大减少了生产的成本和能源、资源的消耗，取得了较好的经济效益。同时，这也完成了完整的低碳生产流程，实现了低碳化，取得了较好的环境效益。

2.3生态化的设计

生态化设计是指在保证机械产品使用功能性能和可靠性的基础上，最大化地减少能源、资源消耗或浪费以及对生态环境的破坏的一种优化设计方式。目前，生态化设计所涉及的领域相当广泛，基本上涉及了所有的行业和产业，如机械、交通、能源、化工、资源、电子以及建筑等行业。在机械产品设计过程中，在对材料进行选择时应对以下两点内容进行考虑：一是，优先选择可再生、可循环利用以及可生物降解且以节约能源、资源和绿色环保为前提的材料，以此来提高能源、资源的利用效率；二是，尽可能地避免选用污染多、有毒、有害、有辐射特性以及能耗高的材料，以此来保护生态环境。一般情况下，机械制造在生产的过程中必然会产生大量的废气、废水以及废渣等污染物。这不仅对生态环境造成较大的破坏，而且还严重危害到操作者的身体健康。因此，机械制造企业应尽可能地将生态设计应用到产品设计中去，并选用环境污染少、经济效益好、能源利用率与生产效率高以及科技含量高的新工艺和新技术。加之，废品回收对于节约资源和环境保护而言，具有重要的意义。故而，在对机械产品进行设计时，还必须充分考虑产品报废后的回收与再利用问题，以此来实现能源、资源的可重复利用，从而最终实现经济的可持续发展。

3结束语

综上所述，随着社会经济的快速发展，能源供需矛盾日益突出的同时，生态环境也遭受到了前所未有的破坏。因此，在机械制造行业提倡和推行低碳制造技术，有着非常重要的意义。为了真正地落实低碳制造的目标，机械制造行业必须以低碳制造理论取代传统的机械制造理论，并采取行之有效的策略进行低碳改进。同时，这还需要进一步对机械制造中的低碳制造理论及其技术的应用进行探讨。

作者：陈刚单位：嘉兴职业技术学院