机械制造的低碳制造理论及技术应用研究

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摘要：近年来，由于工业污染暴露出了许多环境问题，使人们意识到环保的重要性，也开始思考工业转型，寻找新的发展方向。我国制造业虽发达，但早些年注重“量”忽视了“质”，随着可持续发展战略的提出，机械制造行业面临发展转型，机械制造不能仅仅只注重经济效益。文章主要介绍在新的发展背景下，低碳制造理论在机械制造中的应用。

关键词：低碳制造；机械制造；环保

1机械制造的发展现状

（1）我国目前制造行业的发展历程。古代有“士农工商”，现代有“科技兴国”，自古以来，制造业一直在国民经济占了很大一部分比重。在近代，工业发展水平能决定一个国家的综合国力，并且制造业的发展还能影响其他行业的发展。建国以来，随着“一五计划”、“二五计划”的提出，党和国家高度重视国内制造业的发展，我国的工业发展也因此进入了“黄金时期”。十一届三中全会之后，提出了改革开放的方针政策，同时还在工业生产领域进行了一系列改革，我国的制造业再次迎来了一个发展的黄金时期，在生产、管理、技术革新、对外贸易等各方面取得了显著的成就。在计划经济时代，我国的工业管理，实行的是部门管理，以直接行政指令实行生产管理。这种管理方式弊端太多，产业结构难以有效调整，生产要素难以优化配置，主要是劳动密集型，经营粗放型的产业模式。这种管理方式在初期曾取得很好的效果，经济效益也不错，而且在这个时期完全只重视经济效益，对资源的开采利用完全是野蛮的模式，容易造成浪费，而且并没有考虑过环境污染等相关问题。随着经济发展，改革开放以后，采用企业自主化经营的管理模式，经济增长方式由速度数量型转向质量效益型。至此，党和政府以及社会各界开始关注制造业发展和环境相协调的问题。目前，我国的机械制造业呈现出了“三高”问题，即高排放、高能耗、高污染，始终是发展中的一块顽石。（2）低碳技术提出的背景。1987年，世界环境及发展委员会发表《布伦特兰报告上》，书中首次提到可持续发展和环境保护的问题，这意味着世界各国开始重视环境问题。20世纪80年代，我国首次提出可持续发展战略，包括可持续经济、可持续生态、可持续社会三个方面。可持续发展战略的提出，我国开始重视环境污染问题，加大了污染治理力度，但只有从根源上解决环境问题才能完全治理污染，解决制造业的“三高”问题则是重中之重。近年来在能耗方面也开始了新能源的开发与使用，在生产技术方面也有了突破性的进展，就是将低碳技术运用到机械制造中，实现对资源的最大化利用，减少污染物的排放。

2低碳制造技术的发展及应用

2.1低碳制造技术概述

低碳制造是指以实现节能减排，低碳生产为目的，在生产的全过程当中，包括产品生产、资源使用、物流运输等各个方面，综合考虑资源利用率，减少碳排放，保护环境的一种现代生产模式。低碳技术涉及到电力、交通、建筑、冶金、化工、石化等部门以及在可再生能源及新能源、煤的清洁利用、油气资源和煤层的勘探开发、二氧化碳捕获与埋藏等领域，主要目的是为了有效控制温室气体排放。（1）减碳技术。此项技术的目的是节能减排，主要应用于那些高能耗、高排放的生产领域。比如：煤的清洁利用、油气资源和煤层气的勘探开发等等。主要包括生产源的碳排放控制和生产过程中的碳排放控制。现在工业制造中要用到大量的机械设备，消耗许多能源，同时也会产生大量的废水、废气等污染物。如果设计出更加节能的机器将会降低能耗，有效控制碳排放量。除了设备机器耗能外，在生产环节中，也需要大量的电能、水、空气等等。因此，也需要注意对资源的循环利用，提高资源的利用率，强化节能减排。（2）无碳技术。无碳技术也可以理解为是对新能源，清洁能源的利用技术。传统的化石燃料随着近年来的不断开发，贮备量在不断减少，而且之前注重经济效益的发展经营思路，导致对资源的无节制开采、开发和使用，不仅没有充分利用到资源，还对环境造成巨大的破坏。现在随着科学技术的发展，新研发出来一系列的清洁、可循环、可持续利用的新能源将成为节能减排中的中坚力量。比如风能、太阳能、水能、潮汐发电技术、废弃物循环使用技术、污水处理和废气处理技术等等。主要思路是从能源入手，减少传统化石燃料的使用，从而减少碳排放，循环利用资源。（3）汇碳技术。此项技术主要包括碳掩埋和碳捕获技术，典型的是二氧化碳捕获与埋存（CCS）。前几年的臭氧层空洞让人们开始意识到二氧化碳对大气层中臭氧的破坏性后果，汇碳技术就是通过捕捉空气中的二氧化碳，将其与大气层分离，再利用碳储存技术，将这些分离出来二氧化碳与大气层相隔离，防止破坏大气层。

2.2低碳制造技术在机械制造中的应用

（1）轻量化设计。轻量化设计实际上是一种设备材料的优化设计方法。轻量化设计必须在满足机械产品使用性能和可靠性的前提下进行。比如某些机械设备使用铁这种材料来制作，长期使用下来，设备容易生锈，若将其替换成不锈钢的材质，就会极大地延长设备的使用寿命。目前，这种材质替换设计方法已被广泛运用到机械制造、汽车生产、军事工业等领域。轻量化设计不仅能够减少在生产过程中由于机械设备的原因，而产生的能源消耗，还能在一定程度上降低原材料在生产中所产生的碳排放量，使对资源的利用达到了最大化。（2）模块化设计。模块化设计是一种比较先进的，前沿的机械产品设计方法，它将机械设备根据功能的不同分为许多个模块，再分别对各个模块进行优化组合，得到不同品种和不同规格的产品。如果用相同的测验方法去衡量机械产品中的非功能性单元，势必非常困难。因此，模块化设计的主要作用就是先对机械产品进行模块划分，再量化每个模块，最终在不影响机械设备功能的前提下，提高对能源的利用率，最大化的节约能源消耗。（3）生态化设计。生态化设计是指在保证设备功能完整的前提下，尽量减少能源和原材料的消耗，减少对生态环境破坏的一种设计方法。主张机械产品在选择材料的时候应该首先考虑使用可重复使用、可再生、可降解的材料。自从我国提出可持续发展战略的目标以来，许多制造企业也开始进行生产观念转型，不再只注重生产总产值，而是在生产过程中开始注意环境效益，注重生产的节能减排，更多的考虑到环境和资源成本，减轻环境负荷，更加重视保护生态环境。比如新兴的3D打印技术，通过数字模拟文件，构建物体，再通过特殊的材料将物体打印出来。这项新兴技术摒弃生产线，大幅减少了材料的浪费，还极大地降低了在生产制造过程中产生的成本费用，减少了碳排放。

2.3低碳制造技术的发展趋势

近年来，环境问题始终是一个热点话题，始终不散的雾霾，变色的河水，被破坏的臭氧层，融化的冰川，上升的海平面……。经济发展了，社会进步了，生活水平提高了，生活环境却越来越差了。能源供给与生产需求的矛盾一直存在，社会产品生产与环境污染的矛盾也一直存在。党和国家始终对环境保护保持高度的关注度，自可持续发展战略理念的提出，低碳制造技术开始应用到生产领域，对于未来低碳技术在机械制造领域的发展方向，主要呈现出以下三种趋势：（1）资源的最大化利用。低碳技术运用在制造业中无疑是一个创新。目前能源供需矛盾日益突出，以前只注重生产总值的发展方针，致使不可再生资源被无节制的开采和使用，不仅破坏了环境还造成了严重的污染。低碳技术的应用无疑是从技术层提高对资源的最大化利用效率。（2）能源的最小化消耗。低碳技术在强调使用新能源的同时，也注重对能源的循环使用。在工业制造过程中，水能和电能是必备的能源之一。其中，水既可以作为一种可重复使用的能源，同时，水也是工业生产中最容易产生的污染物之一。现代化的工业生产过程中，都有一套水资源净化和循环利用系统，目的就是为了能最大化的利用资源来完成生产。低碳技术的模块化设计技术就是为了分模块量化机械，达到量化生产，从每个环节开始，减少能耗，从而达到对能源的最小化消耗。（3）减少污染物的排放。低碳技术应用本身就是为了减少碳排放。制造业生产过程中将耗费大量的能源，也会排放大量的二氧化碳等气体。而有些时候，一些无效的生产行为也会产生碳排放。比如在产品营运过程中，在机器设备等待生产的过程中也会造成一定的能源消耗。所以，低碳技术不仅要在生产过程中控制碳排放，还要在生产前后，注重对碳排放的控制。

3结语

节能减排是依据可持续发展战略而提出的新生产理念。目前不可再生能源储量逐渐减少，在今后的社会发展当中，能源的供给与需求的矛盾将会越来越尖锐，因此，在制造业领域进行技术革新，添加低碳加工制造技术具有十分重要的意义。这就要求传统的制造业改变生产理念，在注重经济效益的同时，兼顾环境保护，在生产过程中融入低碳制造技术，做到节能减排，降低能耗。机械制造行业应遵循可持续发展的战略理念，在今后的机械发展过程中进一步探索低碳制造理论及其技术的应用。

参考文献

［1］刘献礼，陈涛.机械制造中的低碳制造理论与技术［J］.哈尔滨理工大学学报，2011，（1）：1-8.

［2］陆明.机械制造中的低碳制造理论与技术应用［J］.才智，2011，（29）：38.

［3］缑玉峰.机械制造中的低碳制造理论与技术［J］.硅谷，2013，（20）：7+175.

［4］陈刚.机械制造中的低碳制造理论及其技术的应用探讨［J］.中小企业管理与科技（下旬刊），2015，（3）：296-297.

［5］付正森.机械制造设计中的低碳制造理论与技术应用［J］.科技展望，2016，（17）：60.

作者:于海丽 单位:新疆农业职业技术学院