机械制造中的低碳制造理论与技术应用-机械论文

进人21世纪以来，我国制造业虽然取得了巨大成就，但在取得重大成就的同时，我国制造业还存在着很多问题。其中制造行业的高能耗高排放等能源问题依然尤为突出，主要是由我国节能减排技术水平较低，能源管理的产业链分散等现状决定的。2009年11月26日中国政府正式对外宣布控制温室气体排放的行动目标，决定到2020年国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40-45，这样对机械加工制造业提出了更高的要求。此行业迫切需要一种新的制造模式，即低能耗、低排放、低污染为基础的生产制造模式一低碳机械加工制造模式，这是保证我国机械加工制造业可持续发展。另外充分利用企业转型和创新能力的优势，争取率先突破低碳技术，被认为是我国走出中国式低碳道路、由大变强的必要途径。
一、低碳制造
1、低碳制造概述
低碳制造是指在生产全过程中所有的生产环节，包括生产制造、资源利用、物流运输等，以及产品生产的各个时期都要求节能、减排，提高对资源的利用率，以实现低碳的目的。低碳制造是一种综合考虑资源利用率和能源消耗，以及碳排放对环境影响的现代制造模式。
2、低碳制造技术
低碳制造技术具有丰富的内涵。低碳制造技术体系主要包括：
〔1〕清洁能源技术：包括太阳能技术、水能技术、潮汐发电技术、风能技术、气能技术、生物质能技术等等。低碳设计技术：包括低碳设计原则及方法、低碳设计评价模型及优化模型、低碳设计标准体系、低碳评价的数据库、低碳化的经济分析模型等等。〔3〕低碳制造技术：包括制造过程中的低碳化技术，其中有厂区及车间布置优化，制造工艺优化，设备利用优化；废弃物处理及其循环使用技术，其中有污水处理技术，废气处理技术，报废产品处理技术等等。
〔3〕碳汇技术：包括碳掩埋技术；碳捕获技术等等。
二、机械制造中的低碳技术应用
通常情况下，机械产品设计以生产费用最低，获得的经济效益最高为目的，同时要保证产品的功能、性能、质量合格，但随着人们对环境和资源意识的提高，设计产品时还应当做到符合“低碳”的要求。面向低碳制造的机械产品的设计主要有以下几种。
1、轻量化设计
轻量化设计是一种综合了性能、成本、重量和配套设备等因素的优化设计方案。轻量化设计主要的优点有：一方面，能够减少生产过程带来的能源消耗，降低原材料和资源在生产中所产生的碳排放量。另一方面，能够降低产品在运行使用过程中污染物的排放以及能源消耗，降低噪声，提高资源的利用效率。例如：德国汽车厂商奥迪公司在2007年提出技术创新，对汽车的生产进行改造。在生产新一代的奥迪几跑车时，首先采用轻质铝合金材料，将铝材料质量轻与钢材的强度的特点结合起来。另夕车体的基础上，结合新技术的高强度钢材，通过巧妙的结构设计，两种材质的优势均得到充分发挥，让第二代几的车体重量减少了69，公司因此获得了巨大的经济效益，另外从环境的角度来看，轻量化的车身设计还有助于降低油耗与污染物的排放。
2、模块化设计
机械产品的模块化设计是一种比较先进的机械产品设计方法，根据不同的功能将系统分解为若干模块，通过模块的优化组合，从而得到不同规格和不同品种的产品。但是在机械产品往往存在很多非功能性单元，而这些非功能性单元如果用同一个标准来衡量是相当困难的，并且给机械运行使用带来很大不便，还会造成能源资源的浪费。因此，对机械产品各功能单元应该进行必要的模块划分，使用模块来量化每个机械企业的能源消耗的可改进潜力。例如：德国公司开发的复合性加工设备，通过不同模块组合能够完成铣削、钻削、车削、磨削、滚齿、激光热处理等许多工序，实现所有零件的全部加工。采用了模块化设计实现了一机代替多机，减少机床数量，从而最大限度的降低了能源消耗，实现低碳化。
3、生态化设计
生态化设计是在满足产品使用功能的前提下，尽量减少能源和原材料的巨大消耗及降低生态环境破坏的一种设计方法。一般情况下，机械生产过程中都会产生不同程度的废气、废水、废渣等污染物，对生态环境造成危害。因此应当尽量推行产品的生态设计，选用生产效率高、科技含量高、经济效益好、环境污染少的新技术，在产品在运行使用阶段降低原材料的消耗、能源的消耗和污染物排放。此外在设计产品时要考虑到废物的回收和再利用，以实现循环使用，减少投资成本，实现资源的再利用。
二、结语
面对能源供需矛盾日益突显，在机械加工制造领域添加低碳加工制造技术的意义十分重大。对传统的制造技术进行低碳改造，是一个多领域学科的相互融合，需要综合考虑产品各个生产阶段资源利用率的技术，是对传统制造技术的一个全面的提升。从而实现资源的有效利用，降低生产成本，实现制造业低碳目的。