淺議煤礦機械的綠色設(shè)計與制造

張露

摘要：文章闡述了綠色設(shè)計的內(nèi)涵與特點，然后對綠色設(shè)計和綠色加工制造的實現(xiàn)途徑進行了論述。煤礦機械實現(xiàn)綠色設(shè)計的途徑主要可以從材料的選擇、產(chǎn)品的可拆卸設(shè)計、可回收性設(shè)計和使用的安全保護設(shè)計等方面來實現(xiàn)；綠色制造的主要途徑包括網(wǎng)絡(luò)化綠色機械加工、信息化綠色機械加工和柔性化綠色機械加工三個方面。

關(guān)鍵詞：煤礦機械；綠色設(shè)計；綠色制造；機械加工；材料選擇；產(chǎn)品可拆卸設(shè)計 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TD402 文章編號：1009-2374（2017）10-0123-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.10.061

改革開放以來，我國的經(jīng)濟建設(shè)取得了巨大成就，但是在相當(dāng)長一段時間內(nèi)，經(jīng)濟都是粗放型增長，都是以增加投資、消耗資源、污染環(huán)境為代價的。21世紀(jì)以來，黨和國家對環(huán)境問題高度重視，提出了綠色發(fā)展、環(huán)境友好、生態(tài)友好、人與自然和諧相處等理念。而同樣在這一時期，世界范圍內(nèi)也掀起了一股綠色消費的浪潮。在機械設(shè)計與制造方面，也提出了綠色設(shè)計這一嶄新的理念。下面本文就針對煤礦機械的綠色設(shè)計與制造這一課題，談一點自己的愚見。

1 綠色設(shè)計的內(nèi)涵與特點

綠色設(shè)計的概念最早起源于美國。通常認(rèn)為，綠色設(shè)計思想是以減少環(huán)境污染、提高資源利用率為核心目的，并通過運用系統(tǒng)工程思想、并行工程思想和現(xiàn)代工程設(shè)計方法來實現(xiàn)這一目的的設(shè)計思想。在過去的機械設(shè)計或是其他工程設(shè)計中，設(shè)計者關(guān)注的主要是產(chǎn)品的用途、質(zhì)量、成本等問題，對于節(jié)約資源、保護環(huán)境等方面則考慮甚少。綠色設(shè)計則不同，它除了要考慮上述因素以外，還要考慮資源節(jié)約、環(huán)境保護等。綠色設(shè)計追求的是從源頭減少或杜絕資源的浪費，減少對環(huán)境的危害。它不僅要追求經(jīng)濟效益，還要考慮環(huán)境和生態(tài)效益。它在設(shè)計過程中就已經(jīng)考慮到了產(chǎn)品使用后的報廢、回收再利用等問題。在設(shè)計目標(biāo)方面，綠色設(shè)計主要考慮的產(chǎn)品屬性包括技術(shù)屬性、安全屬性和環(huán)境屬性。在產(chǎn)品特點方面，綠色設(shè)計的產(chǎn)品一般都具有可拆卸、可維修、可回收、可再利用的特點，其綠色性主要體現(xiàn)在節(jié)能環(huán)保、技術(shù)先進、勞保等方面。

2 煤礦機械實現(xiàn)綠色設(shè)計的途徑

綠色設(shè)計是從根本上實現(xiàn)產(chǎn)品環(huán)境友好，以產(chǎn)品的整個生命周期為著眼點，從設(shè)計開始就考慮到產(chǎn)品在使用、維修以及報廢過程中對資源和環(huán)境的影響，從而最大限度地實現(xiàn)減少資源浪費、減少環(huán)境污染。具體來講，實現(xiàn)綠色設(shè)計主要可以從材料的選擇、產(chǎn)品的可拆卸設(shè)計、可回收性設(shè)計和使用的安全保護設(shè)計等方面來實現(xiàn)。下面具體進行闡述：

2.1 材料的選擇

材料是構(gòu)成產(chǎn)品的原料，合理選擇材料是做到綠色設(shè)計的第一步。一般來講，綠色設(shè)計中材料的選擇應(yīng)遵守以下兩點原則：（1）盡量選擇可再生、易回收、環(huán)境友好的材料。在選材過程中，要優(yōu)先選用可再生資源材料、優(yōu)先選用環(huán)境友好材料、優(yōu)先選用便于回收的材料。例如，選用塑料時，要避免選用不可降解的塑料，在可行的前提下，優(yōu)先選用可降解塑料。再比如，盡量減少鋼材等不可再生資源類材料的選用，可以考慮用塑料、碳纖維復(fù)合材料等來替代鋼材；（2）建立材料對環(huán)境影響的數(shù)據(jù)庫和專家系統(tǒng)。針對可以選用的材料，收集整理每種材料在其生命周期不同時期對環(huán)境的影響的相關(guān)數(shù)據(jù)和信息，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，為材料的正確選用提供有力的依據(jù)和支撐。在這一方面，目前正在廣泛應(yīng)用的大數(shù)據(jù)技術(shù)可以為數(shù)據(jù)的搜集和整理提供有力的支撐。

2.2 產(chǎn)品的可拆卸性設(shè)計

所謂可拆卸，是指產(chǎn)品上的零部件可以從產(chǎn)品上面有規(guī)律地拆卸下來再重新安裝上去而不會對零部件和產(chǎn)品造成損傷的特性?？刹鹦兜脑O(shè)計是實現(xiàn)資源充分回收再利用的重要手段。因為一個產(chǎn)品上的各個零部件，其壽命是各不相同的，有的甚至差異巨大。使用可拆卸式的設(shè)計，方便了零部件的更換與回收，充分發(fā)揮每一個零部件的潛力。煤礦機械產(chǎn)品，如采煤機、刮板輸送機、液壓支架等，大部分都具有體積大、使用原材料多的特點，有的機械產(chǎn)品加工生產(chǎn)過程也頗為復(fù)雜，為了做到資源充分利用，必須采用可拆卸式的設(shè)計?？刹鹦对O(shè)計主要包括拆卸產(chǎn)品設(shè)計、拆卸工藝設(shè)計和拆卸系統(tǒng)設(shè)計，其設(shè)計原則為：易于拆卸，易于分離，減少拆卸工作量，減少零部件的多樣性以及可預(yù)測產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。

2.3 可回收性設(shè)計

可回收性設(shè)計是在進行產(chǎn)品設(shè)計時，充分考慮產(chǎn)品各零部件的使用壽命，使得設(shè)計制造出的產(chǎn)品，在零部件需要回收的時候，可以方便地進行回收，并且回收工程對環(huán)境的危害要盡可能小。煤礦機械產(chǎn)品可回收性設(shè)計時，需要考慮以下四個方面：（1）哪些材料、哪些零部件可以回收；（2）可回收的零部件或產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)；（3）回收工藝；（4）回收的經(jīng)濟性。

煤礦機械產(chǎn)品的回收再利用在其生命周期工程中占有重要的位置，合理設(shè)計、合理回收利用能夠產(chǎn)生巨大的社會和經(jīng)濟效益。

2.4 使用的安全保護設(shè)計

以人為本，安全第一的思想，也是煤礦機械綠色設(shè)計中的一個重要思想理念。在我國今年來發(fā)生的煤礦事故中，機電事故占據(jù)了較大一部分，因此在進行煤礦機電產(chǎn)品設(shè)計時，安全保護也是非常重要的一環(huán)。

3 煤礦機械綠色加工制造的途徑

實施綠色機械加工的主要途徑為網(wǎng)絡(luò)化、信息化和柔性化。

3.1 網(wǎng)絡(luò)化綠色機械加工

作為機械制造重要基礎(chǔ)的綠色機械加工需要大力推進網(wǎng)絡(luò)化。通過企業(yè)局域網(wǎng)將各個分散的加工中心、數(shù)控設(shè)備等聯(lián)接起來，可便于機械加工控制中心對整個加工進程進行總體監(jiān)控，同時還可與企業(yè)中的工程設(shè)計系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)等各子系統(tǒng)實現(xiàn)集成，便于優(yōu)化決策。

3.2 信息化綠色機械加工

綠色機械加工的追求目標(biāo)是實現(xiàn)整體最優(yōu)化加工，即從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，全面考慮企業(yè)和整個社會的綜合成本，綜合分析不同的材料、零部件、設(shè)備等加工因素，優(yōu)化選擇冷卻方式、冷卻介質(zhì)及用量、加工參數(shù)等，確定最合理的加工方案，以實現(xiàn)加工時間少、生產(chǎn)效益高、環(huán)境污染小、綜合成本低的目標(biāo)。信息化是實施綠色機械加工的關(guān)鍵要素及有效手段。為實現(xiàn)整體最優(yōu)化加工，需要建立加工設(shè)備、切削刀具、切削液、切削用量、工件材料、環(huán)境、能源等相關(guān)資料的機械加工數(shù)據(jù)庫，采用有限元法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人工智能等先進技術(shù)對各種綠色機械加工方法（如高速切削、干切削、硬切削、MQL等）進行建模、仿真、虛擬加工和決策，實現(xiàn)并行設(shè)計與生產(chǎn)。

3.3 柔性化綠色機械加工

科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，設(shè)備的快速更新，以前那種大批量、單一品種的機械生產(chǎn)制造方式已經(jīng)越來越不適用，取而代之的是要求企業(yè)能夠小批量、多品種地生產(chǎn)產(chǎn)品。那些能夠快速生產(chǎn)新產(chǎn)品、調(diào)整生產(chǎn)線的企業(yè)將獲得更多的生存機會。這種生產(chǎn)方式對機械加工制造的柔性化提出了更高的要求。柔性化加工是綠色加工制造的一項重要內(nèi)容。所謂柔性化，就是生產(chǎn)線可以較方便地進行調(diào)整、重構(gòu)，從而生產(chǎn)出新產(chǎn)品的特性。機械加工的柔性主要包括四個方面：工藝柔性、機器柔性、運行柔性和擴展柔性。柔性越大，越能以最小的成本和時間適應(yīng)加工任務(wù)和環(huán)境的變化；柔性越大，制造新產(chǎn)品的速度越快，對于產(chǎn)品更新?lián)Q代也就相應(yīng)就越快，越能適應(yīng)市場變化的需求。

4 結(jié)語

機械設(shè)計與制造是社會發(fā)展的基礎(chǔ)工業(yè)，機械制造水平在一定程度上制約著社會發(fā)展的水平與速度。未來的機械設(shè)計與制造，必將進一步向著綠色化、智能化的方向發(fā)展。特別是現(xiàn)在人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，相信未來的機械設(shè)計與制造一定會與人工智能相結(jié)合，從而使設(shè)計的機械產(chǎn)品更加智能，也更加環(huán)保。

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（責(zé)任編輯：王 波）