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我国发展机床绿色制造的四个途径

发布时间:2016-09-22   点击率:945

  “十二五”期间,我国将大力推进两化深度融合,大力发展高端制造装备,其战略目标是实现制造业的可持续发展,实现制造业向资源节约型和环境友好型转型。

  作为装备制造业“母机”的高档数控机床或基础制造装备,是高端制造装备的重要组成部分,也是实现两化深度融合的重要载体,不仅在机床的设计、生产过程中应实现绿色,而且所生产的机床工具产品也应做到高效率、高精度、低能耗,并应从设计阶段就考虑使机床工具产品具备良好的再制造性能。

  实施机床行业的绿色制造,重点应从四个途径入手,首先是机床的绿色设计,第二,发展新工艺及新产品,第三,机床再制造,第四,机床的数控化和智能化。

  机床的绿色设计

  传统的产品设计,通常主要考虑的是产品的基本属性,如功能、质量、寿命、成本等,很少考虑环境属性。按照这种方式生产出来的产品,很可能在其使用寿命结束后,回收利用率低,资源浪费严重,造成环境污染。绿色设计是从可持续发展的高度审视产品的整个生命周期,强调在产品开发阶段按照全生命周期的观点进行系统性的分析与评价,消除潜在的、对环境的负面影响。

  绿色设计是机床绿色制造的首要环节,一般包括机床结构设计、绿色材料选择、制造环境设计、工艺设计、机床包装方案设计和机床回收处理方案设计等步骤。此外,为保证绿色设计的有效性,在设计方案完成后还应对资源消耗和环境影响等进行综合评价。

  机床的绿色设计应建立面向能源和碳排放模型的生态化设计的知识库和数据库及相关技术规范和标准,充分考虑机床产品使用过程中的能耗和可维护性,选择绿色材料,使用多功能部件及模块化的部件来简化产品设计结构,做到既节省原材料,又减少浪费和环境污染,同时降低机床使用时的能源消耗;在除尘、润滑、液压和冷却系统的改进、废弃物的处理等方面尽可能考虑采用高新技术和先进适用技术、少无切削术、干式切削技术、油气液净化技术及其它洁净技术等,提高资源利用率控制和减少废弃物,实现节能、节材、无污染,发展循环经济;为了适应对废旧机床产品回收、再制造的要求,在设计阶段就应考虑产品的易拆解、易回收和易修理;同时,应注意产品的可扩展和升级性,留足功能扩展空间,方便用户通过更换功能部件或使用标准化的产品接口等方式,对产品进行升级或添加功能,延长机床的使用寿命,提高利用率。

  发展新工艺及新产品

  机械工业在制造过程中是消耗钢材大户,而机械产品在使用过程中则是消耗能源的大户。机械产品使用过程的能源消费强度远高于生产过程,据统计,量大面广、耗能高的21类机电产品,电力消耗约占全国发电量的60%,煤炭消耗约占全国煤炭产量的50%,汽油消耗约占全国汽油产量的58%,柴油消耗约占全国柴油产量的40%。

  机械产品生产过程消耗钢材约占全国的39%,因此发展新工艺,并研发体现新工艺的机床装备,对提高材料利用率、节能节材有着重要意义,是发展机床绿色制造的另一个主要途径。新工艺的主要发展趋势是通过“精确成形+精密磨削”,减少加工过程中的材料耗费和加工过程,同时减少污染物排放。

  大力发展净成形/近净成形的工艺及设备。采用零件精确成形技术,材料利用率可较传统的成形工艺提高20%-40%,冷精锻精确成形可使材料利用率提高到98%以上,精确铸造成形技术也可达到90%以上。精确塑性成形技术大多是在室温下实施的,免除了加热工序,节约了加热能量,大大减少了零件生产过程中的能量消耗。净成形零件成形后不需要加工或者需要很少的加工,可取消或大大减少加工工时,实现节能、降耗的目标;此外,在成形过程中还可同时考虑通过控制温度、压力、流体场、电磁场等外部载荷的施加,提高零件的内在质量。发展零件精确成形技术及相关装备,对机械工业节约资源、能源和环境友好,实现可持续发展意义重大。

  发展加工过程的新工艺。如采用干切削和微量润滑技术可以节省成本并替代高成本、高污染和有害健康的湿切削过程,促进机床的绿色化。磨床的磨削工艺对环境影响很大,新型的快速点磨削技术具有磨削区域小,磨削力小、砂轮使用寿命长、磨削温度低、冷却简单,这对实现绿色制造具有重要意义。

  采用新的加工方法。通过发展增量制造技术,在不用模具和工具的条件下生成复杂零部件,解决从设计到制造的快速对接问题,满足产品快速开发和快速制造的要求。

  机床再制造

  再制造是指以废旧产品作为生产毛坯,通过专业化修复或升级改造的方法来使其质量特性不低于原有新品水平的制造过程。再制造是制造产业链的延伸,也是先进制造和绿色制造的重要组成部分。再制造产品在产品功能、技术性能、绿色性、经济性等质量特性方面不低于原型新品,其成本仅是新品的约50%,可实现节能60%、节材70%,对环境的不良影响显着降低。

  根据我国目前的机床保有量和预计每年报废机床的情况,机床的再制造是我国实施机床绿色制造的关键技术和重要趋势。机床再制造过程一般包括废旧机床回收、拆卸、清洗、检测分类、机床及零部件再设计、再制造生产加工、整机再装配、调试、检验及销售等过程。一般来讲,机床再制造可分为产品级再制造和零部件级再制造两种形式。机床产品级再制造是对机床整体性能进行提升,包括机床功能化再造、数控化升级、节能化提升等。机床零部件级再制造主要是根据零部件的不同对其进行再利用、再修复、再资源化及废弃处理。

  对旧机床进行再制造,可以充分利用机床原有的床身、导轨、工作台、立柱、底座等零部件,大大节约资源和能源,实现节能、节材,减少重新生产铸铁件对环境的污染,一次性投入资金少,供货周期短。同时,机床再制造可以根据机床的状态及工艺要求选择增加数控系统或其他功能,进一步提升机床性能、节省成本、提高生产效率。

  目前,机床再制造主要集中在重型和超重型机床。一般而言,重型、超重型机床对钢铁资源的消耗非常巨大,再制造对部分机床的能耗节约高达60%以上:重型机床的再制造周期一般为3~6个月,可以利用70%以上的残留价值,再制造机床的费用比同类新机床要低70%左右,再制造周期短、成本低的特性体现得分外明显;重型机床大量的基础件具有耐久稳定性,特别是床身、立柱等部件,使得再制造机床在基础性能稳定方面有了很好的保证。因此,重型机床再制造在节约资源,发展循环经济方面的优势尤为明显。

  目前我国机床再制造存在一些问题,比如机床再制造缺乏政策性的定义和行业标准;市场竞争不规范;个性

  化的客户需求造成了机床再制造业务单品种、小批量的特点,产业化较为困难:我国废旧机床的物流体系建设仍然处于初级阶段,旧机床的回收和再制造机床的销售没有顺畅的渠道,再制造业务和新品业务的矛盾日益明显等等。

  国家工信部近年选择了一些再制造企业和项目进行了试点支持,对制定再制造行业标准、提升用户对再制造产品的使用信心、促进再制造业务发展等方面起到了一定的示范试点作用和效果。下一步希望国家有关部门能够继续加快推进机床再制造产业发展,鼓励更多的企业进入再制造市场,采用税收、补贴等支持手段,加大对机床再制造企业的扶持力度。

  机床的数控化和智能化

  我国作为后发展的国家,其工业化进程与已完成工业化的国家不尽相同,是在信息技术快速发展的环境下进行的,因此,推行机床绿色制造很重要的是借助信息技术,使信息技术与机械制造技术密切结合、深度融合。

  1.加强机床数控化

  20世纪50年代诞生的数控技术,以及随后出现的机器人技术和计算机辅助设计技术,开创了数字化制造的先河,加速了制造技术与信息技术的融合,也解决了制造产品多样化对柔性制造的要求。

  当前数控技术及系统已越来越成熟,应大力推广到各种机床和热加工设备上去。

  2.发展机床智能化

  从新的发展趋势来看,当今的数控机床已越来越难满足市场的要求,具有更高加工质量、更高加工效率、更强自适应控制和补偿功能、更高可靠性、更宜人的人机交互模式、更强网络集成能力等智能化特征的数控机床,将会成为未来20年高端数控机床发展的趋势,因此要进一步加强机床数控化的研究和应用。

  数控机床与基础制造装备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,提升产品的性能、文化/知识含量以及技术附加值,增强企业的市场响应能力,提高生产质量、效率和安全性。

  发展智能制造装备需要解决的关键技术是:面向制造过程状况监控和装备性能预测的感知与分析技术,基于几何与物理约束的智能化工艺规划和数控编程技术,智能数控系统与伺服控制技术,智能控制技术。

  目前,智能制造装备已列入我国培育和发展的战略性新兴产业规划之中,近期国家科技部、工信部、发改委等联合启动的《“数控一代”机械产品创新应用示范工程》,国家发改委、财政部、工信部进行的“智能制造装备发展专项”等都说明国家将“数控一代”机械产品和智能制造装备作为发展重点方向给予了高度重视,而数控机床和基础制造装备是其重点。预计到2020年,我国将把智能制造装备产业培育成为具有国际竞争力的先导产业,总体技术水平迈入国际先进行列。

  3.车间/工厂的数字化

  实现机床的绿色制造,还应在数控化、智能化的基础上,大力实现机械加工车间或工厂的数字化。数字化的车间或工厂可以利用数字化技术,特别是泛在网络技术(包括互联网、物联网和无线网)技术,实时获取工厂内外相关数据和信息,集成相关人员知识,智慧地进行产品设计、生产、管理、销售和服务,实现使供应链、工厂和加工单元的效率最高、对环境的不良影响最小、员工和用户满意度最高的目标。


信息来源:互联网

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