实现零部件的绿色制造

作者:符星 张平 曹卫新 张永祥 文章来源:万向集团 点击数:525 发布时间:2013-03-18


图1  汽车底盘件柔性试验系统

本文从设计、制造、工艺、维修和回收再利用等方面介绍了实施绿色制造的基本方法,探讨了在现有技术条件下实现资源节约、环境友好和能源节省的绿色制造的基本途径。

绿色制造,又称为“环境意识制造”或面向环境的制造等,是一种综合考虑环境影响和资源效益的现代化制造模式。近年来,为使我国经济步入人和自然相互协调的可持续发展轨道,国家相继出台了一系列相关法规和文件,绿色制造正逐步成为制造企业发展战略的重要推动力。作为我国国民经济的一个重要支柱产业,汽车行业已开始实施绿色制造工程,研究节能减排的新材料、新工艺和新装备,推广资源节约型、能源节省型和环境友好型的新型工艺技术,以期在节能降耗、提供绿色产品的同时,提升产品的盈利能力和企业的竞争力。汽车零部件生产企业如何在现有技术、设备和工艺条件下实施绿色制造,这是摆在我们每一个制造工程师面前的现实问题。作为国内汽车零部件重点配套企业,我们也在不断地努力和探索。

本文以浙江万向系统有限公司海南分公司为例,从设计、制造、工艺、维修和回收再利用等方面介绍该公司实施绿色制造的基本方法,探讨在现有技术条件下实现资源节约、环境友好和能源节省的绿色制造的基本途径。

项目背景

浙江万向系统有限公司海南分公司专门从事汽车底盘系统及其零部件产品的开发,主要生产转向节、等速驱动轴、制动器总成、前后副车架和摆臂等汽车零部件产品。公司拥有数控车床、数控铣床加工中心等先进加工设备数十台,拥有2条前轴总成装配线、3条后轴总成装配线和12个焊接机器人工作站,还有一条喷漆烘干线及一条电泳线。

在绿色制造的实施及推进方面,公司主要存在以下几个问题:

1.绿色制造意识不强

绿色制造作为一种新型的制造理念和生产模式,尽管很早就已经被提出,但在企业内部却未能有效实施。具体表现在:由于长期以来养成的工作习惯,并在企业自身没有统一的绿色制造发展规划条件下,设计人员通常只是沿用过去一贯采用的设计思想,在工装、检具和夹具的设计方面,全生命周期的绿色设计思想还没有真正形成;在制造和维修维护方面,由于没有进行顶层设计,因此技术人员的环境保护意识不强,如维修过程经常以换代修,既增加了企业的经营成本又造成了污染和浪费。


图2  基于绿色制造而设计完成的工装

2.辅助工装的回收利用率低

由于长期以来遵循“设计→制造→使用→废弃”的生产模式,在设计和制造过程中没有充分考虑“回收再利用”这一关键要素,因此,各种工模夹具的回收利用率不高,多数没有回收再利用标识。

3.技术装备尚处于转型阶段

近年来,尽管拥有数控机床、加工中心等较为先进的加工设备,CAD/CAM等先进设计和制造技术在公司中也得到了推广和应用,但将其改造或升级为全面支持绿色制造的先进生产设备和系统,如FMS、CIMS、网络加工系统及智能机器人等,则需要一定的时间和过程,这就决定了在一定时期内实施绿色制造需要充分考虑现有技术和装备条件。

方法和途径

为了能在现有技术条件下减少生产过程对环境的负面影响,同时提高产品合格率、减少资源浪费并降低能耗,技术和管理人员在公司领导层的倡导和部署下,进行了认真的总结和反思。公司在绿色制造生产模式的推广方面,采取了一些新举措,全公司范围内全面推行绿色生产过程管理,尽最大努力实现包括设计、制造、工艺、设备和管理在内的绿色制造过程,最大限度地减少制造过程对环境的负面影响。

1.设计方面

(1)协助主机厂实现绿色产品的建模 为使汽车零部件产品在满足使用要求的前提下,达到重量最轻、体积最小且用材最少,主机厂采用各种优化设计工具对模型进行了优化。但是,由于汽车产品的安全性要求较高,采用优化工具优化后的模型不能马上投入批量生产,通常还需要进行模拟检测。为此,公司从国外引进先进检测和模拟设备,对试制品以及成品进行多方面的检测,减少了废品率。

图1所示试验设备是公司2012年初从日本鹭宫引进的汽车底盘类产品柔性试验系统。该试验系统主要用于汽车前、后桥类产品(如前后车桥桥壳总成、车架、转向节及悬架系统等)进行垂向、纵向和横向的加载试验,可有效模拟进行X、Y和Z方向的刚性、强度和弯曲疲劳等试验项目,并可完成弹性元件(如钢板弹簧、螺旋弹簧油气弹簧和空气弹簧等)、阻尼元件(如减振器等)的性能和疲劳试验任务。

(2)采用可拆卸、模块化设计,提高工装夹具利用率 以往的工装夹具采用不可拆卸设计,此种设计模式不仅会造成大量可重复利用零部件材料的浪费,而且因废弃物不好处置,还会严重污染环境。当今,可拆卸性已成为机械设计的重要内容,它要求在产品设计的初级阶段就将可拆卸性作为结构设计的一个评价准则。可拆卸设计是在进行结构设计时改变传统的连接方式,以易于拆卸的连接方式来替代。为此,我们建立了相应的评价指标体系和评价方法以及拆卸结构设计准则。在结构设计上尽量简单,采用新型连接,如采用螺栓联接、销钉联接、键联结及过盈配合替代以往整体式结构和焊接结构等。这种模块化、可拆卸的设计思想,目前在公司内已广为设计人员接受,并逐步成为工程技术人员的设计理念,使公司从源头上杜绝了材料和资源的浪费。

如图2所示,定位座或夹紧座设计成基座与使用面分开的结构,再通过螺栓将两者紧固联接在一起。这样只需要对垫块进行热处理即可保证工装使用要求,并且在工装磨损后,只需更换垫块即可,无需整体更换。

2.制造方面

(1)改进工艺和管理手段,减少排放 焊接、喷涂、电泳和切削等生产过程都会产生大量的固体、液体和气体废物。在这些排放物中,废油、废橡胶和废塑料等还含有大量的有毒、有害物质,若不经妥善处理会对环境产生污染,并直接影响员工和周围居民的身体健康。通过研究,公司决定对生产工艺进行优化改进,简化产品加工流程,减少加工工序,使生产过程中产生的废料控制到最少,并减少产品生产过程中的污染物排放。

工艺改进的同时,重点在刀具及排放方面细作文章:①制造过程使用的刀具全部改采用进口镶嵌式刀片,这种刀片体积小,并可承受较高的温度,减少了对切削液的需求,刀具使用后集中回收处理。对刀具的这种改进,不仅提高了生产效率,节省了大量工时,而且有利于生产过程标准化,大大降低了废品率。②对于生产过程中的废气,采取新工艺手段以减少排放;对于生产过程中不可避免的废液和废渣,通过集中收集,能回收利用的回收利用,不能回收利用的将其集中销售给专业回收机构处理。

(2)倡导绿色维修理念 汽车零部件生产设备的维护和维修过程涉及众多的配件、辅助材料和清洗润滑材料等。长期以来,我们的维修人员养成了“以换代修”的维修观念。修理工变成了地道的装配工,大量可维修利用的配件被当作废物处理,不仅造成了浪费,增加了企业的设备维护维修成本,而且也造成了一定程度的污染。为此,需要改变维修观念,提高检测维修手段。

我们在维修队伍中开展“绿色维修行动”,主要做到以下几个方面:①在维修人员中倡导“以修为主,能不换就不换”的科学维修理念,维修前进行设备状态监测与故障诊断的研究,实行状态维修。②修理过程中,采用新工艺、新技术,提高维修效率。同时,采取环保设施和手段降低维修过程中有害废物的排放,并进行适当处理,维修完成后保持好维修现场环境;③建立故障维修的环境准则,把对环境的损害作为生产设备故障的主要判断依据,并把对环境的影响作为维修质量及验收的标准。通过各种技术手段进行鉴别和分析,适当延长大修的时间间隔。

(3)进行绿色生产的成本分析 实施绿色设计、绿色制造和绿色维修生产模式对企业各项经济指标会产生或多或少的影响,需要进行相应的成本分析。成本分析时,必须考虑污染物的替代、产品拆卸、重复利用成本和特殊产品相应的环境成本等,是否支出环保费用等。为此,公司组成了专门的团队,对重要的设计、制造工艺和装备等开展绿色生产的成本分析,确保各种绿色工艺手段既能满足绿色生产,又能实现企业的各项经济目标。

通过上述种种措施,绿色制造的理念在我公司得到了较好的传播,从企业高层到管理层,从管理层到生产基层,节能降耗、低碳生产的观念逐渐深入人心,为我公司进一步提高绿色制造水平奠定了扎实的基础。

结语

绿色制造是一种先进的生产制造模式,它从预先设法防止产品及工艺对环境产生的负作用就开始考虑产品的设计、制造、维护和回收再利用,而不是等到产生了不良的环境后果才采取防治措施,从而从根本上防止污染,节约资源和能源。在设计及制造等方面,需要全盘考虑产品的可拆卸性、可回收性、可重复利用性和可维护性,需要不断研究和探索新型绿色制造工艺和技术。

当前,汽车行业的领先企业已开始全面实施绿色制造工程,以实现在节能降耗、提供绿色产品的同时全面提升企业的盈利能力。因此,作为汽车零部件制造企业,不能仅满足于通过ISO/TS16949质量管理体系认证及ISO14001环境管理体系认证,而应在现有的技术条件下,结合自身的生产特点,通过不断的研究和探索,寻找合适的方法,采用合适的工艺,有效节能减排,提高企业的综合竞争力,实现企业的可持续发展。