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绿色制造 全球共识
20 世纪50年代，作为工业革命发源地的英国，一度是雾霾重灾区，伦敦的雾就和大本钟一样，几乎成为了伦敦的标志。时至今日，当一些欧洲老牌工业国通过产业转型“重归优雅”时，我国却有越来越多的城市被雾霾笼罩。
混浊的空气不仅给环境污染拉响了警报，也给人类“用环境换经济”的发展模式敲醒了警钟。以制造业为例，我国装备制造业增加值约占全国GDP 的1/4，产值居世界第一，其能耗却占到全国能耗的2/3，单位产品能耗高出国际先进水平20%~30%。与此同时，我国正面临日益严峻贸易技术壁垒的挑战。在经济全球化的进程中，技术性贸易壁垒从早期的安全、标志、性能等方面延伸到资源和能源节约、再生利用、保护环境等领域，给我国制造业出口贸易带来了严峻挑战。于是，人们开始意识到，企图征服自然、改造自然的工业文明已不再适合时代发展，在对工业文明带来严重生态问题进行深刻反思基础上逐步形成和正在积极推动的生态文明，才是诸多危机的破解之道，绿色制造成为新一轮国际竞争的热点，转变经济发展方式的重要支撑。
绿色制造概念的提出和有关研究可追溯到20 世纪80年代，学术界认为比较系统地提出绿色制造概念的文献是美国制造工程师学会（SME）于1996年发表的绿色制造蓝皮书《Green Manufacturing》：“绿色制造，又称清洁制造，其目标是使产品从设计、生产、运输到报废处理的全过程对环境的负面影响达到最小。”我国则将其定义为：“现代制造业的可持续发展模式，其目标是使得产品在其整个生命周期中，资源消耗极少，生态环境负面影响极少，人体健康与安全危害极小，并最终实现企业经济效益和社会效益的持续协调优化。”
不难看出，绿色制造的实质是人类社会可持续发展战略和循环经济模式在制造业中的具体体现，其基本思想是实现制造产品全生命周期资源消耗、环境污染以及对人体安全健康危害的减量化和源头控制，并有利于资源循环再利用。
世界各国加大投入 积极推进
美国、加拿大、欧盟和日本等工业发达国家及地区，无论是政府、高校与科研机构，还是有远见的领先企业，都十分重视绿色制造，并将之纳入本国产业或本企业的发展战略目标。尤其是一些大型企业还专门制定了绿色制造实施项目，开展节能、降耗、产品生命周期评估、环境审核及绿色产品开发等具体工作。许多高校也成立了以绿色制造为方向的研究结构，例如美国伯克利加州大学绿色设计与制造联盟，以绿色设计、绿色供应链管理及生命周期评价等为主要研究内容；德国柏林工业大学IWF 围绕制造过程和系统能耗等进行研究；日本先进制造研究院AMRI 围绕微型化和高精度化技术、集成化制造工艺等展开研究。
大连理工大学曾联合国内10余所高校对北美和欧洲地区，以及日本的绿色制造展开调研，发现绿色设计、全生命周期评价技术和制造能效技术是其目前的研究重点。其中，绿色设计涉及材料选择、材料开发、面向回收/拆卸设计、节能性设计和轻量化设计等方面，每个方面都有相应的软件工具作为技术支持。而产品全生命周期评价（Life Cycle Assessment，LCA）技术作为快速、可靠地量化检测和评价产品全生命周期资源消耗和环境影响而提出的一种方法和工具，需要通过LCA建模获取清单分析，并根据清单分析提供的物料、能源消耗数据，以及各种排放数据对产品所造成的环境影响进行评估。目前，国际上已经出现了多种LCA 商业软件，我国也有企业投身这类软件的研发。
我国政府、研究机构和企业对绿色制造也给予了重视和支持。党的十八届三中全会明确提出，要建立系统完整的生态文明制度体系，用制度保护生态环境，为绿色制造创造了有力的政策环境。《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020 年）》明确提出绿色制造是制造业领域发展的３ 大思路之一；《绿色制造科技发展“十二五”专项规划》细化了绿色制造的发展目标和重点任务。国内一些高等院校和研究院所在国家自然科学基金会、科技部等政府有关部门的支持下，对绿色制造相关理论和共性技术进行了研究探索，对绿色制造体系的认识更加清晰，形成了一支从事绿色制造技术研究的专业队伍。如机械科学研究总院中机生产力促进中心系统分析研究所是国内较早开展绿色制造的研究单位之一，在机械工业产排污系数核算、节能减排技术选择方法研究及数据库建设、产品全生命周期碳排放评估软件开发以及绿色标准制修订等方面形成了比较优势。重庆大学在绿色制造理论体系和技术体系、制造系统物料流和能源流系统分析、绿色制造工艺规划、机械加工工艺绿色数据库、工艺评价和决策等方面取得了多项研究成果。装甲兵工程学院和天津工程机械研究院在再制造清洗、修复等表面工程处理技术方面取得了突破，拥有多项专利技术。国内部分企业也通过改进制造工艺，研发节能设备，利用回收再生和复用技术等实施了绿色制造。
显而易见，尽管不同国家对绿色制造的定义、关注侧重点和推进速度不尽相同，但其总体目标是一致的，绿色制造已经成为全球共识。
研究过程复杂漫长 瓶颈有待突破
绿色制造作为现代和未来制造业发展和运行的全新生产模式，虽然已迅速开展，但实施绿色制造是一个极其复杂而漫长的系统工程。因为绿色制造这一概念的提出，不仅是一种理念创新，更是超越了单项技术的创新范畴，需要依托典型产品产业链或工艺链，提出明确的绿色参数目标，通过产品、工艺和生产管理的创新，形成典型绿色产品或生产示范工程，带动制造业绿色化进程，因此许多方面亟待完善，加速突破。
就发达国家而言，目前绿色设计65%以上的理论研究集中于定性的设计原则或设计指导探索，缺乏相应的工程技术支撑；缺乏系统化平台，大部分研究只能结合于具体产品或具体技术；支持软硬件工具研究较少，大规模工程化应用较为困难；需要更多的绿色设计实践，扩大产业影响。产品全生命周期评价技术缺乏离散的机械制造单元过程清单分析的基础数据；缺乏产品全生命周期管理模型与LCA 的集成，效率低；LCA 建模涉及的数据、语义关系十分复杂，理解不一致容易造成分析结果存在差异等问题。而我国虽然在绿色制造领域取得了一批阶段性成果，但由于缺乏大量可靠的数据，在实际应用中大部分技术和产品的绿色型还只是定性分析与评价，适用的产品全生命周期评价方法体系尚未建立，而把环境方面的设计要求转成成特定的、易于应用的设计准则和辅助智能工具还不能大范围推广；随着技术的发展和社会进步，产品的更新换代和废弃速度加快，如何回收利用也是一大难题。
为此，绿色制造产业技术创新联盟常务副秘书长邱城建议，我国在推进绿色制造的过程中应重点关注以下５ 个方面：一是加速绿色制造基础理论与关键共性技术研究；二是提升传统制造业能效与资源利用率的技术与装备；三是发展和培育循环经济新兴产业的技术与装备；四是推动行业及区域绿色制造产业示范工程；五是支持绿色制造人才、基地与联盟建设。
把握良机 实现华丽转身
绿色制造追求以最少的资源投入，实现最高附加值的产出，能将“绿色”与“利润”完美融合，符合时代发展的脉搏。为此，世界各国政府不断加大科技投入，从空间格局、产业结构、生产方式和生活方式等方面入手，大力发展绿色制造，探索可持续循环发展模式。2013年1月，中国工程院启动开展了《制造强国战略研究》重大咨询项目，提出了2020 年进入制造强国行列的指导方针和优先行动，明确了以“创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化”为主要内容的8 项行动计划，力争实现中国制造业在产品、制造技术和产业模式3 个层次的创新。这一规划不仅确立了绿色制造的战略意义，也为其打开了可期的发展前景。未来，我们需要抓住机遇，加强对制造、材料、信息等领域的研发及其相互间的深度融合，提高关键核心制造技术的自主创新能力和资源综合利用能力，让“绿色引擎”爆发无穷动力，助推我国向制造业强国的目标大步迈进。
妙语见真 知高论解迷津
成立于2009年的绿色制造技术创新联盟，旨在通过建立多形式、多层次的组织模式，共同开展绿色制造关键技术与装备的研发，普及和推广绿色制造技术、工艺等创新成果，形成绿色制造技术研究与创新的长效机制，加速产业在节能、减排、降耗及资源再利用等领域的技术进步。谈及我国绿色制造的现状，联盟专家委员会主任委员宋天虎（左）与联盟常务副秘书长邱城（右）表达了自己的见解。
绿色制造的核心是产品，产品的绿色特性70%取决于设计。
———宋天虎
绿色设计是从全寿命周期的角度系统考虑产品技术、经济和环境等综合特性的设计，这意味着不仅要设计产品的功能和结构，还要设计产品的规划、生产、经销、运行、使用及维修保养，直到回收再用处置的全过程。宋天虎指出，目前绿色设计是世界各国政府、学术界和企业界关注的热点之一，也是实现机电产品和机电行业持续发展的根本途径。开展绿色设计研究，将有助于提升中国机电行业的技术水平，突破绿色贸易壁垒，促进国际贸易。
宋天虎同时指出，绿色设计的关键技术应包括：面向环境的原材料选择、面向资源节约的设计、产品的可拆卸性和可回收性设计等。
从材料、设计、工艺，到装配、检测，再到报废、回收、资源再利用，绿色制造应该贯穿于产品的整个生命周期，而我国的绿色制造目前更多体现在末端治理，如减排、防污方面。
———邱城
邱城认为，绿色制造的内涵应包括两方面内容———管理和技术，容易见成效的是在管理方面，因为政府会严抓企业的排放问题，而对于企业的制造流程是否“绿色”并没有硬性要求。而发达国家关于“绿色制造”的概念也有很多，涉及清洁生产、环境管理及循环经济等，且在其工业化革命完成之后，“绿色”的理念已经充分融入到制造技术当中，贯穿于产品的整个生命周期。因此，发达国家一提及“绿色”，往往将其视为一个产品的终身理念去理解，这是我国与发达国家存在较大差距的地方。
对于绿色制造在产品整个生命周期中应如何体现的问题，宋天虎认为可以从产品设计、工艺材料、制造工艺、产品包装以及处理回收等方面入手，即在产品设计方面，建立面向生态化设计的数据库和知识库及相关技术规范和标准，在设计阶段就要考虑结构的易拆解、易回收和易修理；在工艺材料方面，摒弃会给环境带来污染，威胁人身健康的工艺材料；在制造工艺方面，发展零件精确成形技术，将材料利用率提高20%～40%；在产品包装方面，多采用面向环境的产品包装设计、包装材料、包装结构和包装废弃物回收处理；在处理回收方面，以废旧零部件为对象的再制造技术是一种较好的解决思路。
目前在国内，还没有树立起全员绿色意识，能将“绿色”真正作为社会责任来承担的企业也不多。
———邱城
邱城指出，发达国家注重将绿色理念融入到人员的培养与学习中，让他们自然而然地能将“绿色”贯穿于产品全寿命周期，使其人员素质得到提高，而目前在国内，还没有在全员范围内树立绿色意识，包括企业负责人、技术人员和工艺人员，都没有将其上升到社会责任的高度加以认知。
社会责任是指一个组织对社会应负的责任，通常是指组织承担的高于企业目标的社会义务。宋天虎认为，绿色制造不仅是企业的社会形象，更是企业的社会责任。邱城也直言，虽然有企业每年都会发布社会责任报告，但真正将“绿色”作为企业社会责任来承担的并不多，且对社会责任的理解更多是停留在明礼诚信、文化建设和公益慈善等层面。大型企业尚且如此，规模较小企业的情况可想而知。因此，要加速绿色制造在我国的发展，不能仅仅依靠国家强制手段推行，必须从最基础的人员素质入手，加强全员绿色意识的培养；企业也应把目光更多地转移至环境保护和可持续发展，切实承担社会责任。
传统制造工艺中的物耗、能耗和废弃物排放仍较严重，迫切需要开发新技术、新工艺与新装备，实现传统制造工艺的节能减排。
———邱城
邱城介绍，我国铸、锻、热处理等工艺中的能耗比国际平均水平分别高出1.8 倍、2.8倍和1.5 倍，生产过程中环境污染严重，因此对于新工艺的开发迫在眉睫。
宋天虎认为，比起传统的成形工艺, 零件精确成形技术可节约材料与能源，免除或减少成形后续加工，提高零部件的内在质量，是一种极具推广前景的绿色制造工艺。此外，具有材料制备与零件成形一体化短流程特点的粉末冶金技术，也是值得关注与大力推广的绿色制造工艺。
就绿色制造而言，制定统一的标准和规范至关重要。———邱城
我国在绿色制造方面存在的差距之一，是缺乏绿色制造技术规范、标准和法规体系，难以满足绿色制造发展和出口需求。究其原因，在于绿色制造基础技术研究不够，基础数据缺乏，标准制定时绿色属性指标难以定量；缺少统一的标准数据及信息，使得绿色设计、绿色评价工作的开展受到制约。
邱城指出，目前制造业各行业标准多从产品的功能和性能着眼，很少涉及产品的绿色属性。因此，联盟下属的绿色制造技术标准联盟正在积极推进机械产品绿色设计及评价标准、铸件单位产品能耗标准、机械产品再制造及绿色金属加工液标准的研制工作，下一步的工作重点是征求意见和进一步完善标准稿，通过国家标准、行业标准及联盟标准等多种渠道和方式发布，并通过各种信息平台和组织标准培训等方式，扩大标准宣传和推广应用工作。
从国际上看，任何一个领域、任何一个产业都需要一个创新团队，或是一个领军人物来推动。
———宋天虎
宋天虎认为，绿色制造除了强调高效、节能和无污染外，还必须具有以人为中心的发展特性。因为从本质上看，绿色制造是一种以技术进步为基础的人力资源对自然资源的高效利用和部分替代，使人类的生产活动由粗放型走向知识型。因此，在绿色制造的推动过程中，科技人才及其科技创新将居于极为重要的地位。“绿色制造科学技术进步奖”正是为表彰和奖励在绿色制造领域做出优异成绩的科技工作者，鼓励更多人才投身绿色制造而设立的奖项，获奖项目先进性和创新性并举，对我国发展绿色制造也带有方向性的影响。邱城建议，推进绿色制造应以项目为依托，培养青年骨干人才，建设绿色制造研发及推广应用基地和创新联盟平台，支持若干绿色制造研发团队、国家重点实验室、国家工程实验室，以及绿色制造咨询服务推广平台的发展。
明确目标即行动 各尽其力显成效
近年来，国内部分科研院所和企业对绿色制造相关理论和共性技术进行了研究探索，工程机械行业在产品轻量化设计、再制造基础理论和关键技术、绿色制造工艺等方面取得了一定的突破。
“主动再制造”概念的提出
研究机构：合肥工业大学
基于废旧产品服役状态参差不齐，零部件过度使用丧失再制造价值等问题，合肥工业大学提出“主动再制造”概念。研究者认为，产品性能退化规律决定了产品在使用过程中客观存在一个再制造的最佳时间区域，在该区域内进行再制造，恢复原设计功能、性能的技术性和经济性最优；同时，对于同一设计方案、同一批次的产品，在正常的工作状态下，由于再制造时间的主动选择，再制造毛坯状态的差异性得到最大限度地降低，再制造工艺过程可以相对稳定，最终实现再制造的批量生产。
值得注意的是，对于主动再制造时机，要考虑整机性能衰退和关键零部件两方面。当整机性能参数达到某一阈值，产品发生失效时，关键零部件性能必须还没有退化到临界值，即关键件的阈值要高于整机性能的阈值，这在产品设计中要给予充分考虑。
电解加工技术在工程机械再制造中的应用
研究机构：天津工程机械研究院
工程机械损伤件采用表面工程机械方法修复后，表面粗糙，硬度高，耐磨性强，采用常规的机加工方法，刀具磨损快，表面残余应力大，甚至无法加工。为此，天津工程机械研究院围绕电解设备的组成、修复技术、阴极设计、电解液、流场、工艺参数等方面进行系统研究，较好地解决了工程机械零部件修复后硬度高，难以加工这一难题。
电解加工阴极设计是电解加工中的一个核心技术难题，一般都需要针对不同的加工零部件设计不同的加工阴极，以加工到所需要的尺寸和精度。从最开始的正流式阴极到侧面加挡板阴极、侧流式阴极、圆柱状阴极、多孔阴极及一体化阴极，研究者最终确定了适用于双排链轮轴和齿轮的加工工艺参数。试验表明，只要采用合适的电解加工工艺，可以实现零部件的柔性加工，加工效率高，无加工残余应力，加工表面平整光滑，甚至可以达到镜面。
碳纤维符合材料在工程机械上的运用
研究机构：中联重科股份有限公司
臂架作为混凝土泵车的关键部件，其重量决定了整车重量及综合能效。碳纤维复合材料凭借比强度高，寿命长，易整体成型等优点，成为解决上述问题的突破口。
中联重科股份有限公司率先将碳纤维复合材料应用于臂架、液压缸和连杆。与金属材质相比，采用碳纤维复合材料的臂架可减重约40%，液压缸减重约31%，连杆减重约40%。按混凝土泵车年销量3 000台，碳纤维复合材料系列泵车占25%（750台）计算，每年可节油4 266 t，减少CO2排放9 134 t，减少SO2排放46 t。
目前，采用碳纤维复合材料的多款混凝土泵车已出口海外，全面提升了混凝土泵车的高效节能及安全水平，促进了新材料推广。未来，碳纤维复合材料还可以在汽车起重机、高空作业车等多种工程机械上有更多突破，实现工程机械与前沿材料科学的完美结合。
绿色成形工艺研究
研究机构：机械科学研究总院先进成形技术与装备国家重点实验室、郑州机械研究院
先进的成形技术是先进制造技术的重要组成部分，是衡量一个国家制造技术水平和能力的重要标志。为此，机械科学研究总院先进成形技术与装备国家重点实验室与郑州机械研究院在汲取国外研究成果的基础上，对铸锻焊等受迫成形技术、表面改性技术、去除成形等切削加工技术、成形材料和无模成形技术等进行了深入研究。
研究认为，面对单件、小批量产品的客户化定制，将成为未来主要的供货模式，成形制造技术向无模化、快速化方向发展；为实现节能节材和高质量，金属成形制造向近净成形发展；进一步减少加工余量，成形制造技术向高精化方向发展；为提高产品制造柔性化及产品质量，成形制造技术向数控化、智能化方向发展；为实现基本无废弃物，低耗生产，成形制造技术向清洁化方向发展。
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