煤礦機(jī)械綠色設(shè)計(jì)與制造技術(shù)淺析

摘要：煤礦機(jī)械體積大、能耗高、污染嚴(yán)重，因此有必要在煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)與制造中引入“綠色理念”。文章在總結(jié)闡釋煤礦機(jī)械綠色設(shè)計(jì)與制造內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，分別從煤礦機(jī)械綠色設(shè)計(jì)、綠色制造兩個(gè)方面，探索性地提出了一些新理念、新方法。

關(guān)鍵詞：煤礦機(jī)械；綠色設(shè)計(jì)；綠色制造

中圖分類號(hào)：THl22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）17-0089-02

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源需求急劇上升，作為我國(guó)能源主體之一的煤炭，開采量逐年上升，隨之也造成了生態(tài)環(huán)境的惡化；其中煤礦機(jī)械是罪魁禍?zhǔn)字?。煤礦機(jī)械體積大、能耗高、污染嚴(yán)重；為了減小煤炭資源開采、加工過(guò)程中機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的環(huán)境污染，同時(shí)順應(yīng)國(guó)際機(jī)械制造業(yè)發(fā)展新趨勢(shì)，有必要在煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)與制造中引入“綠色理念”，優(yōu)化煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)與制造環(huán)節(jié)，最大限度減少對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的破壞。

1 煤礦機(jī)械綠色設(shè)計(jì)與制造

傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)與制造理念，更多是的滿足功能原則；綠色設(shè)計(jì)與制造，除了要滿足機(jī)械設(shè)備的特定功能外，更要注重設(shè)備功效和所獲利潤(rùn)的持久性，同時(shí)注重滿足人類的精神需求。綠色設(shè)計(jì)與制造同現(xiàn)有設(shè)計(jì)與制造模式有很大不同，它是在現(xiàn)有模式基礎(chǔ)上，融合了環(huán)境保護(hù)學(xué)、人機(jī)工程學(xué)、環(huán)境行為學(xué)和消費(fèi)心理學(xué)等領(lǐng)域知識(shí)的理念和方法，旨在將其滲透到機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造與應(yīng)用整個(gè)生命周期中，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。煤礦機(jī)械綠色設(shè)計(jì)與制造，是一種綜合考慮了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、使用以及回收等整個(gè)生命周期環(huán)境特性、資源效率的先進(jìn)設(shè)計(jì)理論、方法；新穎之處在于系統(tǒng)考慮了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造及其應(yīng)用活動(dòng)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響，最大限度降低機(jī)械生命周期內(nèi)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面影響。受到我國(guó)工業(yè)基礎(chǔ)比較薄弱因素的影響，如果驟然實(shí)現(xiàn)機(jī)械綠色設(shè)計(jì)與制造目標(biāo)，是不現(xiàn)實(shí)的，但從綠色設(shè)計(jì)與制造理念入手，部分地實(shí)現(xiàn)完全是可行的。

2 煤礦機(jī)械的綠色設(shè)計(jì)

2.1 煤礦機(jī)械材料的選擇

煤礦機(jī)械材料選擇涉及選材原則、負(fù)擔(dān)材料環(huán)境的數(shù)據(jù)庫(kù)和專家系統(tǒng)以及評(píng)價(jià)材料生命周期的方法。選材原則，如選擇可再生材料、可回收利用材料、環(huán)境兼容性好的材料、可降解材料等。負(fù)擔(dān)材料環(huán)境的數(shù)據(jù)庫(kù)、專家系統(tǒng)，主要是針對(duì)選擇的材料收集與整理材料生命周期內(nèi)所需各種環(huán)境的數(shù)據(jù)和知識(shí)，為評(píng)價(jià)材料與環(huán)境的生態(tài)協(xié)調(diào)性提供信息支持。評(píng)價(jià)材料生命周期的方法，主要包括原材料到成品過(guò)程間的材料循環(huán)特性、成品到制成品過(guò)程間的材料循環(huán)特性以及產(chǎn)品使用到報(bào)廢物資過(guò)程的材料循環(huán)特性三個(gè)方面；要圍繞“綠色循環(huán)特性”展開。

2.2 煤礦機(jī)械可拆卸性設(shè)計(jì)

拆卸是從產(chǎn)品、部件角度有規(guī)律地拆下仍然可用零部件的過(guò)程；拆卸過(guò)程中要保證零部件不受意外損傷。拆卸是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品有效回收利用的重要手段，也只有拆卸才能實(shí)現(xiàn)材料回收和零部件的再利用；需要在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段將報(bào)廢后的拆卸問(wèn)題考慮進(jìn)來(lái)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品高效回收。煤礦機(jī)械產(chǎn)品體積相對(duì)較大、加工制造過(guò)程復(fù)雜、原材料使用多，為保證報(bào)廢煤礦機(jī)械的合理利用，必須在設(shè)計(jì)中充分考慮其可拆卸性。煤礦機(jī)械可拆卸性設(shè)計(jì)，主要包括拆卸過(guò)程中的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)，所依據(jù)原則為易于拆卸、易于分離、最大限度減少拆卸工作量，減少零部件多樣性以及增加產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可預(yù)測(cè)性。

2.3 煤礦機(jī)械可回收性設(shè)計(jì)

煤礦機(jī)械回收設(shè)計(jì)是在進(jìn)行煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮機(jī)械零部件、所用材料的回收可能性、回收價(jià)值、回收方法和回收處理結(jié)構(gòu)等一系列工藝性問(wèn)題，目的是保證零部件、材料的充分回收再利用，同時(shí)考慮降低機(jī)械回收過(guò)程中對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染的一種設(shè)計(jì)理念、思想與方法。煤礦機(jī)械可回收性設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：可回收材料及其標(biāo)志、可回收工藝及方法、可回收產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝性及回收經(jīng)濟(jì)性等。煤礦機(jī)械回收在整個(gè)機(jī)械綠色設(shè)計(jì)生命周期中占有重要的地位，只有具備了較高的回收、再生特性，才會(huì)產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

2.4 煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)與知識(shí)庫(kù)

數(shù)據(jù)庫(kù)和知識(shí)庫(kù)，在煤礦機(jī)械綠色設(shè)計(jì)中起著舉足輕重的作用；主要包括存放了煤礦機(jī)械生命周期中與環(huán)境、資源、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等有關(guān)的所有的數(shù)據(jù)和知識(shí)；如機(jī)械使用材料的類型，使用材料對(duì)環(huán)境的影響，使用材料的回收利用率，使用材料的自然降解時(shí)間、人工降解時(shí)間、費(fèi)用，機(jī)械生產(chǎn)成本，機(jī)械制造裝配、銷售和使用過(guò)程中所產(chǎn)生的附加物數(shù)量及其對(duì)環(huán)境的影響以及評(píng)估機(jī)械環(huán)境影響所需要的各種標(biāo)準(zhǔn)等。

2.5 煤礦機(jī)械安全保護(hù)設(shè)計(jì)

煤礦機(jī)械大部分工作在井下或者是煤炭加工廠所，其安全保護(hù)設(shè)計(jì)對(duì)保證煤礦機(jī)械運(yùn)行過(guò)程中的安全性非常重要。近些年來(lái)，煤炭礦井事故多是由機(jī)械設(shè)備故障引起，一旦因?yàn)闄C(jī)械設(shè)備問(wèn)題導(dǎo)致事故可能會(huì)造成重大人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。綠色設(shè)計(jì)突出“以人為本”思想，要在煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)中考慮到其安全性設(shè)計(jì)，始終把保證人的生命安全放在首位。

3 煤礦機(jī)械的綠色制造

3.1 實(shí)施綠色的機(jī)械制造程序

公認(rèn)的煤礦機(jī)械綠色制造程序，主要包括預(yù)審、評(píng)審、方案優(yōu)選、方案實(shí)施、持續(xù)綠色機(jī)械加工制造等，核心內(nèi)容是煤礦機(jī)械加工制造過(guò)程中的評(píng)審和綠色加工制造方案優(yōu)選兩個(gè)環(huán)節(jié)。制造程序“綠色”，是煤礦機(jī)械綠色制造的保證。

3.2 實(shí)現(xiàn)綠色的機(jī)械制造途徑

依據(jù)所實(shí)施的綠色機(jī)械加工制造程序，就可以明確煤礦機(jī)械加工制造過(guò)程和加工制造系統(tǒng)中的“非綠色”，就可以按照已經(jīng)選定的方案實(shí)施綠色機(jī)械加工制造，盡量避開那些“非綠色”環(huán)節(jié)；可以嘗試通過(guò)增加煤礦機(jī)械加工過(guò)程與途徑的網(wǎng)絡(luò)化、信息化和柔性化來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.2.1 網(wǎng)絡(luò)化綠色機(jī)械加工制造：綠色機(jī)械加工制造是煤礦機(jī)械綠色制造的重要基礎(chǔ)，為增加其綠色特點(diǎn)，要大力推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)化。利用企業(yè)局域網(wǎng)將各個(gè)分散的機(jī)械加工制造中心、數(shù)控設(shè)備等聯(lián)接起來(lái)，便于總的加工制造控制中心總體監(jiān)控煤礦機(jī)械加工制造過(guò)程與進(jìn)度。同時(shí)，注意與企業(yè)工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)等各子系統(tǒng)的集成，便于實(shí)時(shí)進(jìn)行優(yōu)化決策。

3.2.2 信息化綠色機(jī)械加工制造：綠色機(jī)械加工制造，以整體最優(yōu)化加工制造為追求目標(biāo)，是從系統(tǒng)觀點(diǎn)出發(fā)，對(duì)企業(yè)和整個(gè)社會(huì)成本進(jìn)行綜合考慮，綜合分析不同煤礦機(jī)械材料、零部件、設(shè)備等因素，優(yōu)化冷卻方式、冷卻介質(zhì)及用量和加工參數(shù)等，最終確定合理的加工制造方案，實(shí)現(xiàn)加工制造時(shí)間短、生產(chǎn)效益高、環(huán)境污染小、綜合成本低的目標(biāo)。信息化，為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)提供了可能，是實(shí)施綠色機(jī)械加工制造的關(guān)鍵要素和有效手段。為了實(shí)現(xiàn)整體最優(yōu)化加工，可以嘗試采用有限元法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和人工智能等先進(jìn)技術(shù)對(duì)高速切削、干切削、硬切削、MQL等色機(jī)械加工制造方法進(jìn)行建模、仿真、虛擬加工和決策，實(shí)現(xiàn)并行化的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)。

3.2.3 柔性化綠色機(jī)械加工制造：現(xiàn)代社會(huì)，生產(chǎn)方式已經(jīng)發(fā)生了很大變化，由傳統(tǒng)大批量、單一品種生產(chǎn)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾∨?、多品種生產(chǎn)，這就要求生產(chǎn)企業(yè)要根據(jù)不斷變化的市場(chǎng)形勢(shì)做出迅速反應(yīng)，以適應(yīng)市場(chǎng)需求。柔性綠色機(jī)械加工制造是一種趨勢(shì)，主要包括機(jī)器柔性、工藝柔性、運(yùn)行柔性和擴(kuò)展柔性。面對(duì)這種形勢(shì)，煤礦機(jī)械加工制造系統(tǒng)要積極地進(jìn)行重構(gòu)，提高煤礦機(jī)械制造系統(tǒng)的更新?lián)Q代速度與能力，力爭(zhēng)以最小成本、最短時(shí)間適應(yīng)煤礦機(jī)械加工制造任務(wù)及外部環(huán)境需求變化。

4 結(jié)語(yǔ)

煤礦機(jī)械的綠色設(shè)計(jì)與制造，全面考慮了煤礦機(jī)械整個(gè)生命周期內(nèi)的行為特征，旨在最大限度地提高資源利用效率，最大限度地減輕或者消除煤礦機(jī)械對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的污染破壞，是可持續(xù)發(fā)展理念的具體體現(xiàn)，也是建設(shè)綠色煤礦、實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)的起點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉銘.綠色設(shè)計(jì)引領(lǐng)未來(lái)[J].建筑時(shí)報(bào)，2013，（2）.

[2] 強(qiáng)向紅，張丹.綠色理念在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用

[J].煤炭技術(shù)，2013，（5）.

[3] 陳云信.基于ANSYS的礦山機(jī)械的綠色設(shè)計(jì)[J].煤炭工程，2006，（7）.

作者簡(jiǎn)介：武傳芳（1983—），女，山東東平人，供職于山東能源肥礦集團(tuán)曹莊煤礦，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)。