提高數(shù)控設(shè)備資源利用率發(fā)展綠色制造

幺炳唐

（中國質(zhì)量協(xié)會(huì)全國數(shù)控設(shè)備用戶委員會(huì)，北京100088）

所謂綠色制造（Green Manufacturing，GM），就是應(yīng)用綠色設(shè)計(jì)、使用綠色設(shè)備、綠色材料、綠色能源制造綠色產(chǎn)品，一直到產(chǎn)品使用壽命完結(jié)后的綠色處理的全過程。在這個(gè)過程中，要使資源利用率最高，消耗最低，環(huán)境污染最小。

綠色制造技術(shù)涉及到現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)、先進(jìn)制造工藝及設(shè)備、環(huán)境技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)境工程技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)庫支撐技術(shù)、并行工程技術(shù)以及政策法規(guī)等等。而這些技術(shù)又集中體現(xiàn)在充分利用數(shù)控設(shè)備資源方面。因此，充分利用數(shù)控設(shè)備資源，提高數(shù)控設(shè)備資源利用率就成了綠色制造的重中之重。

在綠色制造的產(chǎn)業(yè)鏈中，充分利用數(shù)控設(shè)備資源對(duì)于推進(jìn)綠色制造具有重要意義，受到發(fā)達(dá)國家的重視；雖然我國的數(shù)控設(shè)備的應(yīng)用技術(shù)比發(fā)達(dá)國家落后，但近幾年有了長足的發(fā)展，目前數(shù)控設(shè)備的用量約有100萬臺(tái)，也很可觀。我國軍工行業(yè)進(jìn)行了以提高數(shù)控設(shè)備資源利用率為目標(biāo)的應(yīng)用技術(shù)攻關(guān)，攻關(guān)取得了重大進(jìn)展，試點(diǎn)效果顯著，為探索綠色制造的發(fā)展方向和重點(diǎn)，起到了示范作用。

1 綠色制造的重要意義和國內(nèi)外簡況

隨著世界人口的日益膨脹，對(duì)自然資源的開采利用達(dá)到了無以復(fù)加的地步?？砷_采利用的礦產(chǎn)資源越來越少，制造生產(chǎn)的日用消費(fèi)品和生產(chǎn)資料消費(fèi)品越來越多，環(huán)境污染越來越嚴(yán)重，生存環(huán)境越來越差。如果現(xiàn)在對(duì)制造業(yè)資源不加以充分利用，對(duì)制造過程和制造生產(chǎn)的產(chǎn)品使用過程造成的環(huán)境污染不加以控制和改善，這對(duì)人類來說將是一場(chǎng)災(zāi)難。只有發(fā)展和推進(jìn)綠色制造，充分利用資源，節(jié)省資源（要特別注重節(jié)省不可再生資源），減少制造過程的排放污染，特別是提高數(shù)控設(shè)備資源利用率就成了實(shí)施“綠色制造”的重中之重。

因此，許多國家已經(jīng)開展以保護(hù)環(huán)境為主題的“綠色計(jì)劃”，如日本的“綠色行業(yè)計(jì)劃”、加拿大的“綠色計(jì)劃”等。美、英、德、法等20多個(gè)國家實(shí)施產(chǎn)品“環(huán)境標(biāo)志”，促進(jìn)“綠色產(chǎn)品”發(fā)展。我國也提出了綠色設(shè)計(jì)理論和方法，建立了綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，提出了綠色設(shè)計(jì)工具，并與CAD、CAM、CAE、CAPP等集成，形成集成環(huán)境；建立綠色制造示范點(diǎn)，貫徹ISO14000環(huán)境管理體系標(biāo)準(zhǔn)等。但是，我國數(shù)控設(shè)備的使用效率低下，還不到發(fā)達(dá)國家的1/4。主要原因是我國數(shù)控設(shè)備使用技術(shù)落后。具體表現(xiàn)在兩個(gè)方面：（1）集成制造技術(shù)比較落后，多數(shù)數(shù)控加工車間計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)管理（訂單處理、生產(chǎn)計(jì)劃編制、作業(yè)調(diào)度、任務(wù)分配、工序質(zhì)量控制、現(xiàn)場(chǎng)信息反饋、統(tǒng)計(jì)報(bào)告等）和制造資源管理系統(tǒng)（人員、設(shè)備、刀具、卡具、量具、毛料、成品等）缺乏有機(jī)集成，CAD/CAM/CAPP集成應(yīng)用整體水平還不高，生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間過長；（2）缺乏統(tǒng)一的工藝數(shù)據(jù)庫支持，數(shù)控加工仿真和優(yōu)化能力薄弱，數(shù)控編程一般是利用商品化CAD/CAM軟件系統(tǒng)自動(dòng)生成NC程序，但工藝需要自己編制，因缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和優(yōu)化數(shù)據(jù)庫（如切削數(shù)據(jù)庫、工程數(shù)據(jù)庫等）的支撐，致使數(shù)控編程每一個(gè)工藝員一個(gè)樣，相似零件多樣程序，許多工藝不合理，人為因素影響大，NC程序運(yùn)行效率低，極大地制約了數(shù)控設(shè)備的使用效率。

2 研究提高數(shù)控設(shè)備應(yīng)用效率推進(jìn)綠色制造

針對(duì)我國數(shù)控設(shè)備應(yīng)用技術(shù)落后和應(yīng)用效率低的問題，我國軍工行業(yè)正在實(shí)施“數(shù)控機(jī)床專項(xiàng)增效計(jì)劃”。開展了“高效數(shù)控集成制造技術(shù)攻關(guān)”和“基于切削過程動(dòng)態(tài)力學(xué)仿真的數(shù)控加工工藝優(yōu)化技術(shù)攻關(guān)”。

（1）高效數(shù)控集成制造技術(shù)攻關(guān)。開發(fā)出計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)管理和制造資源管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)計(jì)劃和資源計(jì)劃自動(dòng)生成，以及基于生產(chǎn)計(jì)劃的工裝管理、刀具集中配送和原材料領(lǐng)用發(fā)放管理。通過對(duì)生產(chǎn)管理的合理安排和制造資源的合理配置，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控設(shè)備群的協(xié)同生產(chǎn)，提高了效率和應(yīng)變能力。

（2）開發(fā)了仿真優(yōu)化系統(tǒng)。開發(fā)了一整套工藝參數(shù)力學(xué)動(dòng)態(tài)優(yōu)化仿真、預(yù)測(cè)和計(jì)算數(shù)字化軟硬件系統(tǒng)，建立了優(yōu)化工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫，形成了第一部優(yōu)化高速切削工藝參數(shù)手冊(cè)，從根本上實(shí)現(xiàn)了工藝參數(shù)的選擇由試切摸索到仿真計(jì)算的跨越，提高了加工效率和質(zhì)量。

3 數(shù)控機(jī)床增效試點(diǎn)成效顯著對(duì)綠色制造意義重大

2006年，我國軍工行業(yè)，首先選擇40家重點(diǎn)企業(yè)200臺(tái)數(shù)控設(shè)備進(jìn)行增效試點(diǎn)。目前，已在航天、航空、兵器、電子等20家企業(yè)的74臺(tái)機(jī)床數(shù)百項(xiàng)典型零件加工中實(shí)現(xiàn)了單臺(tái)增效，加工效率平均提高1倍以上。陜西飛機(jī)制造公司應(yīng)用參數(shù)優(yōu)化技術(shù)完成了近100項(xiàng)零件加工應(yīng)用，平均加工效率提高2倍以上；電子第十四研究所，實(shí)現(xiàn)鋁合金零件加工提高功效1.35倍；望江工業(yè)有限公司某火炮零件加工實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床主軸由2000 r/min提高到13000 r/min，切削時(shí)間由18 min縮短到4 min，效率提高4倍以上；昌河飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）公司加工鋁合金效率提高了2.8倍以上，首件加工效率由40%提高到90%以上，使原來最多年產(chǎn)12架份S92型直升飛機(jī)零件能力提升到32架份等等。

在數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)鏈中，如果下游用戶所有數(shù)控設(shè)備的應(yīng)用效率都能提高1倍，產(chǎn)能就可以增加1倍。因此，當(dāng)企業(yè)需要增加產(chǎn)能時(shí)就可以不必為擴(kuò)大生產(chǎn)能力而新增設(shè)備，而數(shù)控設(shè)備用戶就可以少用設(shè)備、少用能源、少排放、少污染、少占用生產(chǎn)面積；產(chǎn)業(yè)鏈中處于中游的數(shù)控行業(yè)生產(chǎn)企業(yè)就可以少產(chǎn)生用戶已擁有的數(shù)控產(chǎn)品，因此就可以節(jié)能、節(jié)材、節(jié)省配套元部件、節(jié)省輔料、節(jié)省設(shè)備、少占用生產(chǎn)面積、少排放、少污染；而處于上游的供應(yīng)方也同樣會(huì)節(jié)省大量的原材料、能源、設(shè)備、生產(chǎn)占地面積和人力資源等，也就少排放、少污染。可見，提高數(shù)控機(jī)床應(yīng)用效率不僅僅使用戶增效、節(jié)能、減排、實(shí)現(xiàn)綠色制造；同樣，也促使整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈大量節(jié)材、節(jié)能、減排和發(fā)展綠色制造。2007年我國生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床12萬多臺(tái)，擁有數(shù)控設(shè)備約70萬臺(tái)（累計(jì)進(jìn)口約23萬臺(tái)）；2008年預(yù)計(jì)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量可以達(dá)到15萬臺(tái)，擁有數(shù)控機(jī)床將達(dá)到約80萬臺(tái)（累計(jì)進(jìn)口約25萬臺(tái)）；2009年擁有數(shù)控機(jī)床將達(dá)到約100萬臺(tái)，價(jià)值約6500億元左右（2007年和2008年，每年約進(jìn)口數(shù)控機(jī)床70億美元）；而這兩年國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床約70億美元左右。如果，由于提高了數(shù)控設(shè)備使用效率，每年都可以淘汰一些舊設(shè)備，如果用戶每年少采購一半新設(shè)備，每年就可以節(jié)省約1000億元。對(duì)于充分利用資源、節(jié)能、節(jié)材、減排、增效，其作用不可低估。這是一件利國、利民、利企的大好事。

4 推進(jìn)綠色制造應(yīng)注意以下方向

（1）繼續(xù)擴(kuò)大數(shù)控設(shè)備增效成果。從軍工行業(yè)擴(kuò)大到民用行業(yè)；從有色金屬加工擴(kuò)大到黑色金屬加工，以達(dá)到充分利用數(shù)控設(shè)備資源，使全產(chǎn)業(yè)鏈實(shí)現(xiàn)“綠色制造”。

（2）在制造產(chǎn)業(yè)中要盡量多采用數(shù)控設(shè)備。因?yàn)?，普通機(jī)床設(shè)備防護(hù)性比較差，漏水、漏油、漏氣（三漏）較嚴(yán)重；數(shù)控機(jī)床設(shè)備防護(hù)和密封效果都比較好，可以大大減少使用制造過程中的污染。

（3）隨著技術(shù)不斷進(jìn)步和數(shù)控技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的使用會(huì)越來越多，越來越普及。但是，隨著使用技術(shù)的發(fā)展和使用效率的提高，需求也會(huì)相對(duì)減少。因此，數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)單位在不斷提高生產(chǎn)的數(shù)控設(shè)備的使用性能、功能、技術(shù)水平的同時(shí)，在生產(chǎn)和銷售數(shù)控設(shè)備的同時(shí)，也應(yīng)該開發(fā)先進(jìn)的使用技術(shù)，開發(fā)生產(chǎn)計(jì)劃和生產(chǎn)資源集成制造系統(tǒng)，優(yōu)化工藝參數(shù)、開發(fā)工藝數(shù)據(jù)庫等等，可隨數(shù)控設(shè)備一起提供給用戶，以增加技術(shù)附加價(jià)值。一方面為綠色制造作出貢獻(xiàn)，一方面為企業(yè)發(fā)展，增加技術(shù)附加值創(chuàng)造條件。

（4）要特別重視數(shù)控設(shè)備大用戶——汽車行業(yè)的需求。中國汽車行業(yè)在“十五”期間，固定資產(chǎn)投入達(dá)到2350億元，其中購買設(shè)備投入1600多億元；“十一五”投資約4000億元，其中購買設(shè)備投入將突破2500億元。目前，這些設(shè)備70%依靠進(jìn)口。中國數(shù)控行業(yè)必須提高供貨的整體技術(shù)水平，要提供柔性制造單元、柔性制造系統(tǒng)、流水生產(chǎn)線、裝配線和集成技術(shù)，以保證制造質(zhì)量和高效率，實(shí)現(xiàn)綠色制造。因?yàn)椋囆袠I(yè)消費(fèi)的數(shù)控設(shè)備最多，占30%以上，所以在汽車行業(yè)提高數(shù)控設(shè)備應(yīng)用技術(shù)水平，提高應(yīng)用效率可以帶動(dòng)某些制造業(yè)應(yīng)用數(shù)控技術(shù)水平的提高，推進(jìn)綠色制造的意義更加重大。

5 結(jié)語

我國涉及到制造業(yè)的各個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中的資源利用率都偏低，因此提高資源利用率就成了發(fā)展綠色制造的焦點(diǎn)和重點(diǎn)。在制造業(yè)中盡量多應(yīng)用數(shù)控設(shè)備，盡量提高數(shù)控設(shè)備資源利用率，對(duì)于實(shí)現(xiàn)綠色制造具有重要推動(dòng)作用。在機(jī)械制造行業(yè)，特別是汽車行業(yè)在制造汽車和使用汽車過程中是耗能、耗材、排放污染的重災(zāi)區(qū)。因此，在機(jī)械制造、特別是汽車制造過程中，要大量采用數(shù)控設(shè)備，要大力研究和提高數(shù)控設(shè)備應(yīng)用技術(shù)水平，要努力提高數(shù)控設(shè)備的使用效率，這是節(jié)能、節(jié)材、減排、推進(jìn)綠色制造的重要任務(wù)。