铸造工程中的绿色设计与制造(1)

铸造工程中的绿色设计与制造绿色设计(GreenDesign，GD)是一种全新的设计理念，是设计方法和设计工具的有效集成，是从源头对产品进行“绿化”的最有效的途径和方法之一。绿色制造(GreenManufacturing，GM)是人类社会可持续发展战略在现代制造业中的体现。绿色设计和绿色制造技术不仅应用于调控人类各种生产行为及劳动保护方式，而且被引入经济发展、社会管理与决策等更高层次领域内。绿色设计和绿色制造技术的发展是人类文明与进步的体现。在铸造业中的体现就是实行绿色铸造工程，努力实现铸造产品从设计、生产、使用到回收和废弃处理的各个环节都符合特定的环境保护要求，与环境协调一致，并最大限度地利用资源和节约能源。同时通过增加科技投入和资本投放以及精心经营，在资源得到充分利用和保持的基础上，获得最大的产出和效益。目前的绿色铸造产品比例大约为5%～10%；再过10年，所有的铸造产品都将进入绿色设计家庭。就是说，绿色设计和绿色制造将成为铸造业生产行为规范之一。1铸造业中绿色设计的体系结构绿色设计，通常也称生态设计(EcologicalDesign，ED)、环境设计(DesignForEnvironmental，DFE)、生命周期设计(LifeCycleDesign，LCD)或环境意识设计(EnvironmentalConsciousDesign，ECD)等。图1为铸造业中绿色设计的体系结构框图。图1绿色设计的体系结构该体系结构将绿色设计的体系结构，建立一个全面考虑环境影响和资源、能源利用效率的现代铸造生产模式，在这种生产模式下，铸造产品从设计、生产制造、加工运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中，都必须对环境的影响及负作用最小，资源和能源的利用效率最高，经济效益和社会效益同时提高(图2)。可以通过铸造业中绿色设计的具体实施内容来实现(图3)。图2铸造产品多生命周期的物流系统图3铸造业中绿色设计的具体实施内容绿色设计是在产品整个生命周期内，着重考虑产品环境属性(可拆卸性、可回收性、可维护性、可重复利用性等)，并将其作为设计目标，在满足环境目标要求的同时，保证产品应有的功能、使用寿命、质量等。绿色设计在产品整个生命周期中都把产品的绿色程度作为设计目标，在设计过程中，充分考虑产品在原材料获取、生产制造、运输销售、使用及回收处理对环境的各种影响。图4为产品的生命周期的闭环系统。图4产品生命周期的闭环系统2铸造业中绿色制造体系结构绿色制造(GreenManufacturingGM)，又称环境意识制造(EnvironmentalConsciousManufacturingECM)、面向环境的制造(ManufacturingForEnvironmentMFE)等。绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中，对环境的影响(负作用)最小，资源效率最高(图5)。绿色制造领域包括三部分:(1)制造领域，包括产品生命周期全过程；(2)环境领域；(3)资源领域。绿色制造就是这三大领域内容的交叉和集成，如图6所示。图5绿色制造中产品生命周期图6绿色制造集成3绿色铸造生产--清洁生产联合国环境规划署将清洁生产定义为:清洁生产是指将综合预防的环境策略持续应用于生产过程和产品之中，以期减少对人类和环境的风险。在绿色铸造系统工程中，清洁生产就是成品率，直接降低了成本；减少或消除了环境污染。研究在铸造产品的设计和生产过程中，考虑资源优化利用和环境保护的要求，使设计出来的铸造产品在生产和使用过程中消耗的资源最少，使用的能源最少，对环境产生的污染最小，铸件在报废后便于回收和重新利用。有关环保统计表明，用于社会需求的最终产品所耗的原材料不到原材料总量的一半，而另外斗数以上的原材料则转化为废物又排放到环境中。因此，环境污染与资源的浪费是相互共生的，只注意生产末端的废物处理，既浪费资源，也远不能从根本上解决工业污染带来的环境问题。而清洁生产通过“源削减”和“物料循环回用”两大技术，能以尽可能小的环境代价和最少的能源资源消耗，获取最大的经济发展效益。绿色铸造工程系统的核心—清洁生产是对铸造业普遍存在的资源浪费、环境污染从源头开始进行治理，通过回收处理和废弃物利用从根本上予以解决。图7为绿色铸造中清洁生产体系构图。图7绿色铸造中清洁生产体系构4绿色铸造业的可持续发展思想联合国世界环境与发展委员会(WCED)向联合国第42届大会提交的研究报告《我们共同的未来》中正式给出了“可持续发展”的主流定义:“可持续发展就是既满足当代人的需要，又不对子孙后代满足其需要之能力构成危害的发展”，其内涵十分丰富。它将生态环境与经济发展联结为一个互为因果的有机整体，认为经济发展要考虑到自然生态环境的长期承载能力，使资源和环境既能满足经济发展的需要，又使其作为人类生存的要素之一而直接满足人类长远生存的需要，从而形成了一种综合性的发展战略[7]。21世纪铸造业的可持续发展模式就是实施绿色铸造工程，建立优质、高效、低耗、清洁、灵活、敏捷的铸造系统。基于资源优化配置和有效利用及环境保护的要求，最大限度地利用可再生的资源，从产品设计、原辅材料生产到产品生产、销售的全过程，采用先进技术装备和科学管理手段进行优化控制，生产出综合性优质产品(制造中节能降耗、污染小，使用中完全可靠、寿命长、性能稳定的产品)，且生产过程所产生的排放物数量少，无污染，无毒害，并最大限度地再生利用，接近零排放。这些思想把经济发展与环境保护和资源的高效利用紧密结合在一起，是铸造业可持续发展的有效途径和工作条件，提高职工福利待遇，吸引更多的人才投身于铸造业，形成行业的良性循环，促进整个铸造行业的全面发展和进步，为汽车、建筑、电子业提供高品质铸伯，为国民经济的发展做出应的贡献。在以可持续发展为主旋律的21世纪，绿色设计和绿色制造在铸造业中被得到广泛应用，铸造业的生存和发展取决于其环境保护和资源利用的水平，以清洁生产为核心，采用先进的技术、设备和现代化的管理模式，并逐步进行铸造企业的综合产业化改造，实现铸造废弃物的零排放和废旧材料的回收利用，在先进的信息技术和制造网络技术的基础上，在条件成熟的地区，建立绿色铸造企业的广域动态联盟，进一步提高效率和效益，成为真正的绿色产业。5结论综上所述，绿色设计是设计方法和设计工具的有效集成。绿色制造是产品整个生命周期中环境和资源高效利用的现代生产制造模式。应用于铸造方面，就是在铸造业中实现绿色设计和绿色制造并行的绿色铸造工程，对铸造产品设计、生产、使用到回收和废弃处理的各个环节进行设计和生产，最大限度地利用资源和节约能源。并通过清洁化生产方式，对整个铸造生产过程实行全面环境管理。绿色设计和绿色制造是一种新概念，是现代铸造业发展和运行的一种新模式。对现代铸造业的可持续发展起着重要的作用。