機(jī)械制造的低碳制造理論及技術(shù)應(yīng)用分析

于海麗

（新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 昌吉 831100）

機(jī)械制造的低碳制造理論及技術(shù)應(yīng)用分析

于海麗

（新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 昌吉 831100）

近年來，由于工業(yè)污染暴露出了許多環(huán)境問題，使人們意識(shí)到環(huán)保的重要性，也開始思考工業(yè)轉(zhuǎn)型，尋找新的發(fā)展方向。我國制造業(yè)雖發(fā)達(dá)，但早些年注重“量”忽視了“質(zhì)”，隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，機(jī)械制造行業(yè)面臨發(fā)展轉(zhuǎn)型，機(jī)械制造不能僅僅只注重經(jīng)濟(jì)效益。文章主要介紹在新的發(fā)展背景下，低碳制造理論在機(jī)械制造中的應(yīng)用。

低碳制造；機(jī)械制造；環(huán)保

1 機(jī)械制造的發(fā)展現(xiàn)狀

（1）我國目前制造行業(yè)的發(fā)展歷程。古代有“士農(nóng)工商”，現(xiàn)代有“科技興國”，自古以來，制造業(yè)一直在國民經(jīng)濟(jì)占了很大一部分比重。在近代，工業(yè)發(fā)展水平能決定一個(gè)國家的綜合國力，并且制造業(yè)的發(fā)展還能影響其他行業(yè)的發(fā)展。建國以來，隨著“一五計(jì)劃”、“二五計(jì)劃”的提出，黨和國家高度重視國內(nèi)制造業(yè)的發(fā)展，我國的工業(yè)發(fā)展也因此進(jìn)入了“黃金時(shí)期”。十一屆三中全會(huì)之后，提出了改革開放的方針政策，同時(shí)還在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域進(jìn)行了一系列改革，我國的制造業(yè)再次迎來了一個(gè)發(fā)展的黃金時(shí)期，在生產(chǎn)、管理、技術(shù)革新、對(duì)外貿(mào)易等各方面取得了顯著的成就。

在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代，我國的工業(yè)管理，實(shí)行的是部門管理，以直接行政指令實(shí)行生產(chǎn)管理。這種管理方式弊端太多，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)難以有效調(diào)整，生產(chǎn)要素難以優(yōu)化配置，主要是勞動(dòng)密集型，經(jīng)營粗放型的產(chǎn)業(yè)模式。這種管理方式在初期曾取得很好的效果，經(jīng)濟(jì)效益也不錯(cuò)，而且在這個(gè)時(shí)期完全只重視經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)資源的開采利用完全是野蠻的模式，容易造成浪費(fèi)，而且并沒有考慮過環(huán)境污染等相關(guān)問題。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，改革開放以后，采用企業(yè)自主化經(jīng)營的管理模式，經(jīng)濟(jì)增長方式由速度數(shù)量型轉(zhuǎn)向質(zhì)量效益型。至此，黨和政府以及社會(huì)各界開始關(guān)注制造業(yè)發(fā)展和環(huán)境相協(xié)調(diào)的問題。目前，我國的機(jī)械制造業(yè)呈現(xiàn)出了“三高”問題，即高排放、高能耗、高污染，始終是發(fā)展中的一塊頑石。

（2）低碳技術(shù)提出的背景。1987年，世界環(huán)境及發(fā)展委員會(huì)發(fā)表《布倫特蘭報(bào)告上》，書中首次提到可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的問題，這意味著世界各國開始重視環(huán)境問題。20世紀(jì)80年代，我國首次提出可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，包括可持續(xù)經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)生態(tài)、可持續(xù)社會(huì)三個(gè)方面。

可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，我國開始重視環(huán)境污染問題，加大了污染治理力度，但只有從根源上解決環(huán)境問題才能完全治理污染，解決制造業(yè)的“三高”問題則是重中之重。近年來在能耗方面也開始了新能源的開發(fā)與使用，在生產(chǎn)技術(shù)方面也有了突破性的進(jìn)展，就是將低碳技術(shù)運(yùn)用到機(jī)械制造中，實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的最大化利用，減少污染物的排放。

2 低碳制造技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

2.1 低碳制造技術(shù)概述

低碳制造是指以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，低碳生產(chǎn)為目的，在生產(chǎn)的全過程當(dāng)中，包括產(chǎn)品生產(chǎn)、資源使用、物流運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)方面，綜合考慮資源利用率，減少碳排放，保護(hù)環(huán)境的一種現(xiàn)代生產(chǎn)模式。低碳技術(shù)涉及到電力、交通、建筑、冶金、化工、石化等部門以及在可再生能源及新能源、煤的清潔利用、油氣資源和煤層的勘探開發(fā)、二氧化碳捕獲與埋藏等領(lǐng)域，主要目的是為了有效控制溫室氣體排放。

（1）減碳技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)的目的是節(jié)能減排，主要應(yīng)用于那些高能耗、高排放的生產(chǎn)領(lǐng)域。比如：煤的清潔利用、油氣資源和煤層氣的勘探開發(fā)等等。主要包括生產(chǎn)源的碳排放控制和生產(chǎn)過程中的碳排放控制?，F(xiàn)在工業(yè)制造中要用到大量的機(jī)械設(shè)備，消耗許多能源，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大量的廢水、廢氣等污染物。如果設(shè)計(jì)出更加節(jié)能的機(jī)器將會(huì)降低能耗，有效控制碳排放量。除了設(shè)備機(jī)器耗能外，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，也需要大量的電能、水、空氣等等。因此，也需要注意對(duì)資源的循環(huán)利用，提高資源的利用率，強(qiáng)化節(jié)能減排。

（2）無碳技術(shù)。無碳技術(shù)也可以理解為是對(duì)新能源，清潔能源的利用技術(shù)。傳統(tǒng)的化石燃料隨著近年來的不斷開發(fā)，貯備量在不斷減少，而且之前注重經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)展經(jīng)營思路，導(dǎo)致對(duì)資源的無節(jié)制開采、開發(fā)和使用，不僅沒有充分利用到資源，還對(duì)環(huán)境造成巨大的破壞?，F(xiàn)在隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新研發(fā)出來一系列的清潔、可循環(huán)、可持續(xù)利用的新能源將成為節(jié)能減排中的中堅(jiān)力量。比如風(fēng)能、太陽能、水能、潮汐發(fā)電技術(shù)、廢棄物循環(huán)使用技術(shù)、污水處理和廢氣處理技術(shù)等等。主要思路是從能源入手，減少傳統(tǒng)化石燃料的使用，從而減少碳排放，循環(huán)利用資源。

（3）匯碳技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)主要包括碳掩埋和碳捕獲技術(shù)，典型的是二氧化碳捕獲與埋存（CCS）。前幾年的臭氧層空洞讓人們開始意識(shí)到二氧化碳對(duì)大氣層中臭氧的破壞性后果，匯碳技術(shù)就是通過捕捉空氣中的二氧化碳，將其與大氣層分離，再利用碳儲(chǔ)存技術(shù)，將這些分離出來二氧化碳與大氣層相隔離，防止破壞大氣層。

2.2 低碳制造技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用

（1）輕量化設(shè)計(jì)。輕量化設(shè)計(jì)實(shí)際上是一種設(shè)備材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。輕量化設(shè)計(jì)必須在滿足機(jī)械產(chǎn)品使用性能和可靠性的前提下進(jìn)行。比如某些機(jī)械設(shè)備使用鐵這種材料來制作，長期使用下來，設(shè)備容易生銹，若將其替換成不銹鋼的材質(zhì)，就會(huì)極大地延長設(shè)備的使用壽命。目前，這種材質(zhì)替換設(shè)計(jì)方法已被廣泛運(yùn)用到機(jī)械制造、汽車生產(chǎn)、軍事工業(yè)等領(lǐng)域。輕量化設(shè)計(jì)不僅能夠減少在生產(chǎn)過程中由于機(jī)械設(shè)備的原因，而產(chǎn)生的能源消耗，還能在一定程度上降低原材料在生產(chǎn)中所產(chǎn)生的碳排放量，使對(duì)資源的利用達(dá)到了最大化。

（2）模塊化設(shè)計(jì)。模塊化設(shè)計(jì)是一種比較先進(jìn)的，前沿的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法，它將機(jī)械設(shè)備根據(jù)功能的不同分為許多個(gè)模塊，再分別對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行優(yōu)化組合，得到不同品種和不同規(guī)格的產(chǎn)品。如果用相同的測驗(yàn)方法去衡量機(jī)械產(chǎn)品中的非功能性單元，勢必非常困難。因此，模塊化設(shè)計(jì)的主要作用就是先對(duì)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行模塊劃分，再量化每個(gè)模塊，最終在不影響機(jī)械設(shè)備功能的前提下，提高對(duì)能源的利用率，最大化的節(jié)約能源消耗。

（3）生態(tài)化設(shè)計(jì)。生態(tài)化設(shè)計(jì)是指在保證設(shè)備功能完整的前提下，盡量減少能源和原材料的消耗，減少對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞的一種設(shè)計(jì)方法。主張機(jī)械產(chǎn)品在選擇材料的時(shí)候應(yīng)該首先考慮使用可重復(fù)使用、可再生、可降解的材料。自從我國提出可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的目標(biāo)以來，許多制造企業(yè)也開始進(jìn)行生產(chǎn)觀念轉(zhuǎn)型，不再只注重生產(chǎn)總產(chǎn)值，而是在生產(chǎn)過程中開始注意環(huán)境效益，注重生產(chǎn)的節(jié)能減排，更多的考慮到環(huán)境和資源成本，減輕環(huán)境負(fù)荷，更加重視保護(hù)生態(tài)環(huán)境。比如新興的3D打印技術(shù)，通過數(shù)字模擬文件，構(gòu)建物體，再通過特殊的材料將物體打印出來。這項(xiàng)新興技術(shù)摒棄生產(chǎn)線，大幅減少了材料的浪費(fèi)，還極大地降低了在生產(chǎn)制造過程中產(chǎn)生的成本費(fèi)用，減少了碳排放。

2.3 低碳制造技術(shù)的發(fā)展趨勢

近年來，環(huán)境問題始終是一個(gè)熱點(diǎn)話題，始終不散的霧霾，變色的河水，被破壞的臭氧層，融化的冰川，上升的海平面……。經(jīng)濟(jì)發(fā)展了，社會(huì)進(jìn)步了，生活水平提高了，生活環(huán)境卻越來越差了。能源供給與生產(chǎn)需求的矛盾一直存在，社會(huì)產(chǎn)品生產(chǎn)與環(huán)境污染的矛盾也一直存在。黨和國家始終對(duì)環(huán)境保護(hù)保持高度的關(guān)注度，自可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略理念的提出，低碳制造技術(shù)開始應(yīng)用到生產(chǎn)領(lǐng)域，對(duì)于未來低碳技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域的發(fā)展方向，主要呈現(xiàn)出以下三種趨勢：

（1）資源的最大化利用。低碳技術(shù)運(yùn)用在制造業(yè)中無疑是一個(gè)創(chuàng)新。目前能源供需矛盾日益突出，以前只注重生產(chǎn)總值的發(fā)展方針，致使不可再生資源被無節(jié)制的開采和使用，不僅破壞了環(huán)境還造成了嚴(yán)重的污染。低碳技術(shù)的應(yīng)用無疑是從技術(shù)層提高對(duì)資源的最大化利用效率。

（2）能源的最小化消耗。低碳技術(shù)在強(qiáng)調(diào)使用新能源的同時(shí)，也注重對(duì)能源的循環(huán)使用。在工業(yè)制造過程中，水能和電能是必備的能源之一。其中，水既可以作為一種可重復(fù)使用的能源，同時(shí)，水也是工業(yè)生產(chǎn)中最容易產(chǎn)生的污染物之一?，F(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)過程中，都有一套水資源凈化和循環(huán)利用系統(tǒng)，目的就是為了能最大化的利用資源來完成生產(chǎn)。低碳技術(shù)的模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)就是為了分模塊量化機(jī)械，達(dá)到量化生產(chǎn)，從每個(gè)環(huán)節(jié)開始，減少能耗，從而達(dá)到對(duì)能源的最小化消耗。

（3）減少污染物的排放。低碳技術(shù)應(yīng)用本身就是為了減少碳排放。制造業(yè)生產(chǎn)過程中將耗費(fèi)大量的能源，也會(huì)排放大量的二氧化碳等氣體。而有些時(shí)候，一些無效的生產(chǎn)行為也會(huì)產(chǎn)生碳排放。比如在產(chǎn)品營運(yùn)過程中，在機(jī)器設(shè)備等待生產(chǎn)的過程中也會(huì)造成一定的能源消耗。所以，低碳技術(shù)不僅要在生產(chǎn)過程中控制碳排放，還要在生產(chǎn)前后，注重對(duì)碳排放的控制。

3 結(jié)語

節(jié)能減排是依據(jù)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略而提出的新生產(chǎn)理念。目前不可再生能源儲(chǔ)量逐漸減少，在今后的社會(huì)發(fā)展當(dāng)中，能源的供給與需求的矛盾將會(huì)越來越尖銳，因此，在制造業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行技術(shù)革新，添加低碳加工制造技術(shù)具有十分重要的意義。這就要求傳統(tǒng)的制造業(yè)改變生產(chǎn)理念，在注重經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，兼顧環(huán)境保護(hù)，在生產(chǎn)過程中融入低碳制造技術(shù)，做到節(jié)能減排，降低能耗。機(jī)械制造行業(yè)應(yīng)遵循可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略理念，在今后的機(jī)械發(fā)展過程中進(jìn)一步探索低碳制造理論及其技術(shù)的應(yīng)用。

［1］劉獻(xiàn)禮，陳濤.機(jī)械制造中的低碳制造理論與技術(shù)［J］.哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，（1）：1-8.

［2］陸明.機(jī)械制造中的低碳制造理論與技術(shù)應(yīng)用［J］.才智，2011，（29）：38.

［3］緱玉峰.機(jī)械制造中的低碳制造理論與技術(shù)［J］.硅谷，2013，（20）：7+175.

［4］陳剛.機(jī)械制造中的低碳制造理論及其技術(shù)的應(yīng)用探討［J］.中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2015，（3）：296-297.

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Analysis of Low-carbon Manufacturing Theory and Technology Application in Machinery Manufacturing

YU Hai-li
（Xinjiang Agricultural Vocational and Technical College，Changji，Xinjiang 831100，China）

In recent years，because industrial pollution has exposed many environmental problems，people realize the importance of environmental protection，and begin to think about industrial restructuring，and find a new direction of development.China's manufacturing industry is developed，but earlier years focused on“quantity”and ignored the“quality”.With the sustainable development strategy，the machinery manufacturing industry is facing development and transformation，machinery manufacturing can not just focus on economic efficiency.This paper mainly introduces the application of low carbon manufacturing theory in mechanical manufacturing under the background of new development.

low-carbon manufacturing；machinery manufacturing；environmental protection

TH16

A

2095-980X（2017）02-0018-02

2017-01-18

于海麗（1979-），女，甘肅人，大學(xué)本科，講師。