绿色制造理论方法及应用

Preface前言

资源枯竭和环境污染已经成为制约经济社会发展的重要问题。过去几十年，我国制造业的高速发展主要是以资源、环境、低人力成本等要素投入为代价，这种粗放式的发展模式也造成能源浪费、资源大量消耗、生态环境不断恶化的后果，如雾霾、黑臭水体、气候异常等，严重制约了经济社会的健康发展和人们生活质量的持续提升。

近年来，随着一系列法规政策的陆续出台以及人们绿色环保意识的不断增强，新发展理念已经逐渐深入人心。制造业的绿色转型升级已经刻不容缓，这不仅仅要求充分展开环境污染的末端治理，通过先进的水处理技术、大气治理技术、再资源化技术减少废水、废气、固废的直接排放，更重要的是通过应用绿色制造技术，在产品全生命周期的各个阶段减少资源、能源的消耗及废弃物的产生与排放。

绿色制造也称为环境意识制造（environmentally conscious manufacturing）、面向环境的制造（manufacturing for environment）等，是一个综合考虑环境影响和资源效益的现代化制造模式，其目标是通过绿色制造的理论、方法及技术，使产品在设计、制造、包装、运输、使用、废弃处理的全生命周期中提高资源能源利用效率，减少环境负荷，实现经济效益、社会效益和环境效益的协调优化，促进制造业持续健康发展。绿色制造也是实现“两个一百年”重要战略目标的关键支撑技术。

本书在总结作者团队20多年从事绿色制造领域研究成果的基础上，结合国内外同行的研究积累撰写而成。全书分为7章，第1章分析绿色制造产生的背景、绿色制造的概念及国内外研究动态； 第2章介绍工业生态学理论、可持续发展理论、循环经济理论、清洁生产理论及绿色制造体系； 第3章探讨绿色设计的概念及理论方法，并对其关键技术进行了分析； 第4章介绍产品生命周期评价与评估方法，并列举了一些应用案例； 第5章介绍干切削、增材制造等绿色制造工艺，并给出相关案例； 第6章介绍产品的绿色包装与运输； 第7章介绍绿色工厂的概念及实践。

本书由刘志峰教授编写大纲、撰写初稿并完成了第1章的修改，黄海鸿教授完成第2章的撰写，李新宇副教授参与第3~7章的撰写并完成统稿工作； 宋守许教授、张雷教授、柯庆镝副教授分别参与了第1章、第3章、第5章的撰写工作； 南京工程学院的成焕波博士也参与了部分章节的修改完善工作。李磊博士、朱立斌博士、张城博士在前期文献资料的准备中做了大量工作。

本书既包含对绿色制造理论、方法与技术的探讨，也在相关章节给出部分应用案例，力求做到有一定的专业深度，同时兼顾相关人员的阅读参考。本书可作为高等学校机械工程、车辆工程、环境工程等相关专业本科生和研究生的教材或课外读物，也可作为制造企业的管理人员或工程技术人员了解和学习绿色制造的参考资料。

本书在撰写过程中参考了大量的文献资料，由于精力所限，不能保证这些参考文献都是所引内容的原始出处，若有不妥之处，敬请原作者及读者谅解。
本书的完成得益于国家出版基金资助，以及团队多年来承担或参与的多项国家自然科学基金项目、“973”项目、“863”项目、国家重点研发计划项目的资助，特此表示感谢！
虽然绿色制造的概念从提出至今取得了长足发展，但仍然处在不断发展之中，其内涵也远不止书中所述。本书以团队前期研究及所涉及研究领域为基础，难免存在对绿色制造的领域覆盖不全，甚至存在一些错误或争议之处，恳请各位读者予以批评指正。

作者
2020年3月

本书针对绿色设计与制造的主要研究内容及方法技术进行专业介绍，包括绿色设计与制造的理论基础与研究现状，绿色设计的主要方法与工具，绿色制造的关键工艺技术，绿色工厂的应用实践等。

合肥工业大学机械与汽车工程学院教授、工学博士，享受国务院政府津贴专家，中国机械工程学会高级会员，机械设计分会理事，再制造委员会委员，安徽省机械工程学会常务理事、副秘书长，安徽省中青年教师骨干。1990年毕业于山东工业大学机械系，获硕士学位，2004年毕业于合肥工业大学，获工学博士学位，2000年应邀在香港城市大学进行合作研究。主要从事机电产品绿色设计理论与方法、绿色制造工艺技术、废旧产品再制造与回收工艺及装备等研究，先后主持或了参加国家"十?五"攻关计划、国家科技支撑计划、863国家高技术研究发展计划、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金面上项目及企业合作等多个项目的研究工作。在国内外期刊及各种学术会议上发表研究论文200多篇，出版《绿色设计与绿色制造》、《干切削加工技术及应用》等8部学术专著，获国家科技进步二等奖1项、国家教学成果二等奖1项、安徽省科技进步一等奖1项、上海市科技进步二等奖1项。

第1章概述

1.1制造业与资源、环境

1.1.1制造、制造业与制造技术

1.1.2资源与环境

1.1.3制造业与资源、能源、环境的关系

1.2绿色制造是制造业可持续发展的必由之路

1.2.1越来越严格的法律法规引导促进了绿色制造发展

1.2.2绿色消费需求助推了绿色制造发展

1.2.3企业是实施绿色制造的主体

1.3绿色制造的发展及现状分析

1.3.1绿色制造的发展历程

1.3.2绿色制造的研究现状

1.3.3绿色制造的企业应用

1.4绿色制造在我国的发展状况

1.4.1政策引导支持

1.4.2绿色制造的研究与实践

参考文献

第2章绿色制造的理论基础

2.1工业生态学

2.1.1工业生态学的基本概念

2.1.2工业生态系统的描述

2.1.3工业生态学的实践

2.1.4工业生态学与绿色制造

2.2可持续发展

2.2.1可持续发展理论的形成

2.2.2可持续发展理论主要内容

2.2.3可持续发展理论应用案例

2.2.4可持续发展与绿色制造

2.3循环经济

2.3.1循环经济的概念

2.3.2循环经济的实现

2.3.3循环经济的应用案例

2.3.4循环经济与绿色制造

2.4清洁生产

2.4.1清洁生产的基本概念

2.4.2清洁生产的具体实施

2.4.3清洁生产的应用

2.4.4清洁生产与绿色制造

2.5绿色制造体系

参考文献

第3章绿色设计

3.1绿色设计的特点

3.1.1绿色设计的概念

3.1.2绿色设计的特点

3.1.3绿色设计准则及基础环境的建立

3.2绿色设计的流程

3.2.1绿色设计的准备

3.2.2绿色设计目标的确定与需求分析

3.2.3绿色设计策略的确定

3.2.4绿色设计总体方案的制定

3.2.5产品详细设计

3.2.6设计分析与评价

3.2.7绿色设计的实施与完善

3.3绿色设计的关键技术

3.3.1绿色设计客户需求分析

3.3.2绿色材料选择及管理

3.3.3面向拆卸的设计

3.3.4面向回收的设计

3.3.5绿色设计的评价

3.3.6绿色设计支持工具

参考文献

第4章生命周期评价与评估

4.1生命周期评价的起源与概念

4.1.1LCA的起源

4.1.2LCA的概念、目的及意义

4.2生命周期评价的技术框架与分析方法

4.2.1LCA的技术框架

4.2.2LCA的工具软件及特点

4.3生命周期评价的应用

4.3.1汽车行业的LCA案例

4.3.2家电行业的LCA案例

4.3.3其他行业案例——电缆的生命周期评价

4.3.4碳排放LCA案例

参考文献

第5章绿色制造工艺

5.1绿色制造工艺的内涵

5.2典型绿色制造工艺技术

5.2.1干切削及亚(准)干切削工艺技术

5.2.2增材制造

5.2.3无铅制造工艺

5.2.4绿色热处理工艺

5.3绿色制造装备

5.3.1机床绿色化技术

5.3.2高端成形装备的低碳设计优化

5.4绿色车间

5.4.1绿色车间调度

5.4.2工艺规划

5.4.3工艺规划与车间调度的集成优化

5.4.4成形制造车间的节能调度优化案例

参考文献

第6章绿色包装与运输

6.1绿色包装

6.1.1绿色包装的提出

6.1.2绿色包装的概念与特点

6.1.3绿色包装设计

6.2绿色运输

6.2.1绿色运输的提出

6.2.2绿色运输规划

参考文献

第7章绿色工厂实践

7.1绿色工厂的概念及内涵

7.1.1绿色工厂的概念

7.1.2创建绿色工厂的必要性

7.2绿色工厂的实现方式

7.3绿色工厂案例

参考文献

本书针对绿色设计与制造的主要研究内容及方法技术进行专业介绍，包括绿色设计与制造的理论基础与研究现状，绿色设计的主要方法与工具，绿色制造的关键工艺技术，绿色工厂的应用实践等。

合肥工业大学机械与汽车工程学院教授、工学博士，享受国务院政府津贴专家，中国机械工程学会高级会员，机械设计分会理事，再制造委员会委员，安徽省机械工程学会常务理事、副秘书长，安徽省中青年教师骨干。1990年毕业于山东工业大学机械系，获硕士学位，2004年毕业于合肥工业大学，获工学博士学位，2000年应邀在香港城市大学进行合作研究。主要从事机电产品绿色设计理论与方法、绿色制造工艺技术、废旧产品再制造与回收工艺及装备等研究，先后主持或了参加国家"十?五"攻关计划、国家科技支撑计划、863国家高技术研究发展计划、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金面上项目及企业合作等多个项目的研究工作。在国内外期刊及各种学术会议上发表研究论文200多篇，出版《绿色设计与绿色制造》、《干切削加工技术及应用》等8部学术专著，获国家科技进步二等奖1项、国家教学成果二等奖1项、安徽省科技进步一等奖1项、上海市科技进步二等奖1项。