我國制造業的高速發展導致了資源、能源、環境生態以及可持續發展等方面的許多問題。特別是在機械制造工業中與資源(含能源)和環境密切相關的原材料開采方式、使用方法以及對制造裝備設計、零件材料的合理選取等問題，一直受著人們關注，但尚未完全解決。因此，材料的合理使用、管理及整個產品的設計、制造和使用過程按照可持續發展目標，統一在節約資源和防止污染的綠色生產意識之下，乃是本世紀我國制造業的一項主要戰略任務。

　　制造業的迅猛發展，對自然資源造成極大污染和浪費，在國內機械制造領域中隨處可見，因而綠色生產技術的推廣，宜從防止生態環境污染、節約資源兩方面出發，充分考慮產品的生命周期從零件材料選取直到設計、制造、管理使用和回收等各個方面，提高產品零部件及其材料的可更新率、可回收率和可重用率。

　　機械制造業的生產模式

　　分析我國制造業的現狀，可歸納為如下兩種生產模式。

　　(1)傳統生產模式

　　目前，機械制造業大多數采用傳統生產模式，是一個開環生產系統。社會財富主要通過掠奪自然資源累積起來，從原材料到機械設備的整個生產過程及其生命周期如圖1所示。

　　圖1 傳統生產模式

　　傳統生產模式的典型特征是從自然界獲取資源，經提煉后成為各種工程材料。在此過程中大量廢氣、廢水和殘余雜質等污染性物質進入環境。在毛坯成型過程中同樣存在大量污染問題。對產品設計一般還需投入大量的人力物力，在產品的制造過程中，不僅有大量的廢物歸于自然，而且由于生產制造中缺乏柔性，造成了設備資源利用上的嚴重浪費。在產品使用過程中噪聲、廢氣、廢物等的污染問題仍然是破壞環境的主要因素。特別是在部件和設備損壞后，往往成為廢棄物造成資源的極大浪費，同時許多有毒有害及無法回收的材料，對環境及主宰環境的人也會造成極大的傷害。

　　(2)綠色生產模式

　　綠色生產模式是一種閉環生產系統，如圖2所示。它是一種清潔生產方式和廢棄物循環利用的生產模式。欲達到這種生產模式，就必須從原料開采到產品報廢的整個產品生命周期對材料的回收、利用、處理等全部過程進行考慮。諸如在冶煉時考慮廢氣、廢水的徹底凈化，在材料選擇時要詳細考慮到產品報廢時的材料回收重用及處理之類的問題。在綠色生產模式中這些問題可通過特定的工藝手段和技術措施對整個過程中的每個環節逐一安排解決。比如在零件的設計和制造中標注出它們材料類型和回收方式的代碼，便于成組歸類處理，實施科學管理，做到有效地利用資源。

　　圖2 綠色生產過程

　　綠色生產中主要階段的模式

　　(1)材料選用及綠色材料選擇模式

　　長期以來，由于人們在產品設計中的材料選擇上過多地考慮了材料的性能和作用而忽視了其對環境的影響，因而在產品的制造和使用中對環境產生了極大的危害，并且也由于較少考慮到材料的回收及循環利用等問題，致使產品成為廢品后的回收利用率很低，造成了資源的嚴重浪費以及對環境的污染。為此，怎樣選擇材料、選擇何種材料是實現綠色產品設計和制造的一個關鍵。

　　解決傳統加工中的材料選擇問題，就是使用綠色材料(Green Material)，即選材時在滿足設計要求的基本性能外，盡量選擇加工中無污染或少污染且易回收的材料，以減輕對環境的壓力，著環境的惡化和人們環保意識的增強，這方面的要求將越來越突出。圖3為選擇工業材料時應考慮的問題。

　　圖3 綠色生產中的材料選擇

　　(2)產品設計及綠色設計模式

　　傳統設計方式的出發點是“為制造而設計”、“為產品的功能而設計”，很少考慮產品的消耗、資源的再生與利用以及對環境的影響。綠色設計的著眼點是將“為生產而設計”和“為環境而設計”兩者緊密相連，綜合地考慮了產品的可行性及回收性。綠色設計是綠色生產中至關重要的一環在這個階段就應考慮產品生命周期全過程的無污染資源低耗和回收性好和對環境的適應性等問題。綠色設計中我們至少應考慮到如下幾個問題：

　　① 產品的簡化

　　復雜的產品結構將導致生產工藝、產品運輸及管理上的復雜化，還將造成生產、時間和材料上更多的浪費。因此在設計時，盡量簡化那些僅僅起裝飾作用的部件，盡量使用多功能部件來簡化產品結構，做到既節省原材料，又減少浪費和環境污染。

　　② 工藝方法

　　工藝設計應盡量避免一些會產生危害作用和產生危害物質的方法，盡量避免采用那些零件再生使用時材料難處理的工藝方法。例如，鍍層或涂復層的金屬難于處理，高分子材料在燃燒時會產生有毒氣體，電鍍時產生含鉻(或其它金屬)的電鍍液也會嚴重污染環境等。所以在綠色設計中考慮的工藝方法就要注意到產品零件在廢棄后帶來難處理的工藝問題，從而減少對環境的影響及材料的浪費。

　　③ 產品的可拆卸性

　　產品設計時，不僅要考慮零件易于裝配，在結構設計中還要考慮零部件設計的可拆卸性，應選用易于連接與分離的方式來代替傳統的連接方式( 如改焊接結構為嵌接結構等)，以保證拆卸過程中所要求重用或回收的零件能安全分離，毫無損傷。若拆卸性不好，將造成產品中能回收重復利用的零部件減少，或可能造成零部件的拆卸費用大于零部件的回收價值，使回收變得得不償失。因此，綜合各種因素，無需增加任何成本，在設計階段時考慮到產品的可拆卸性是完全必要的。

　　④ 回收再利用

　　回收再利用設計就是在產品設計時就充分考慮產品報廢后能回收再利用。實現回收再利用工程，其核心內容要做到原材料的循環使用和零部件的再利用。設計人員在產品開發和設計階段就綜合考慮零部件及材料回收再利用的可能性和可行性回收價值分析、回收處理方法、回收結構工藝性和回收再制造系統模式等問題，以達到材料資源充分有效利用、環境負面影響最小的綠色設計目的。

　　一般廢棄產品的回收處理可以分為圖4所示的幾個層次，即整臺產品整修翻新后重用;零部件整修翻新后的重用;材料回爐重新熔煉后再用。顯然回收利用的經濟效益大小如同上述層次的敘述順序。無法利用被掩埋的材料純屬資源浪費，至于被焚燒掉的，還可以作為能源被再次開發使用。一般來說，經過產品零部件的回收再利用可使產品成本下降10%～30%左右。

　　圖4 綠色生產模式中的回收利用方式

　　⑤ 產品遠輸方便性

　　在不減少產品任何功能、不增加其成本的情況下，產品設計時注意到運輸的方便性也是至關重要的，因為運輸方式的復雜和運輸過程中的不當之處可能造成產品損壞報廢。

　　總之，設計階段考慮環境問題，提高資源利用率控制與減少廢物排放的總量，不但可以解決環境問題還可以提高經濟效益。

　　(3)制造工藝及綠色制造模式

　　在現階段，許多產品的生產，基本上仍沿用以消耗資源為特征的生產方式，機械制造過程中，自動化和先進制造技術采用程度的不高，不但浪費了大量的原材料，產品質量難以保證，使廢品率提高，而且還會帶來環境的污染。凈化環境和減少污染的要求日益嚴格，使綠色制造過程日趨重要，它將成為本世紀制造業的一個特征標志。目前我國的資源尚不豐富，并且環境污染問題又非常突出，我國制造業不僅要解決生產過程中的污染和資源浪費問題，更重要的是為社會提供在全生命周期內沒有污染、節約資源的各類產品。圖5所示是綠色生產中的內容及其分層結構，其中涉及的各項制造技術，目前已得到應用，有必要引起關注和重視。

　　圖5 綠色生產中的內容及其分層結構

　　(4)管理和綠色管理模式

　　為開創經濟與環境協調發展的途徑，綠色管理模式也是不容忽視的。在管理方面，政府已頒布和推行必要的質量標準和法規條文，迫使一些企業采取必要的措施來減少廢物的產生，并對環保業提出了以預防為主、防治并重的新要求。現有的ISO14000系列的環境管理體系標準，也是著眼于提高綠色管理水平來達到提高經濟效益和減少環境污染的目的。

　　目前，各企業也根據自己的實際情況，推出一系列環境保護措施，圖6就是環境管理方面的一種Plan-Do-Check-Action的管理模式，它是貫徹綠色管理的一種有效方式，可根據企業中環保措施的實施結果，不斷改進，予以完善。

　　圖6 綠色管理模式

　　結論

　　面向環境和生態的綠色生產是現代工程設計的一種發展趨勢。我國的資源并不豐富，環境污染問題已非常突出，推行綠色生產技術是一個非常迫切的課題，況且綠色設計和綠色制造是一個比較新的理念，目前還沒有形成一個比較系統、比較完整的設計制造規范和理論體系。這就需要我們先從產品材料的選擇、產品的設計、制造、管理等各個方面綜合來考慮，促進綠色生產技術的發展。