煤矿机械的绿色设计制造

【摘　要】煤矿机械体积大、耗能高、污染严重,并且与地面、水、空气等环境结合紧密.因此,在煤矿机械的设计过程中要考虑其能源消耗和环境污染,将环境、安全、能源、技术、经济等因素集成到产品的设计活动之中,煤矿机械绿色设计与绿色制造势在必行.

【关 键 词】设计；制造；主要内容

煤矿机械体积大、耗能高、污染严重,并且与地面、水、空气等环境结合紧密.因此,在煤矿机械的设计过程中要考虑其能源消耗和环境污染,将环境、安全、能源、技术、经济等因素集成到产品的设计活动之中,煤矿机械绿色设计与绿色制造势在必行.

煤矿机械的绿色设计绿色设计是一种综合考虑了产品设计、制造、使用和回收等整个生命周期的环境特性和资源效率的先进设计理论和方法.

它系统考虑产品开发、制造及其活动对环境的影响,从而使得产品在整个生命周期中对环境的负面影响最小,资源利用率最高.

煤矿机械的绿色设计的主要内容包括：煤矿机械绿色设计建模；煤矿机械材料的选择；煤矿机械产品的可拆卸性设计；煤矿机械产品的可回收性设计；煤矿机械产品的成本设计；煤矿机械产品设计数据库和知识库；煤矿机械产品使用的安全保护设计.

煤矿机械材料的选择研究绿色设计中的选材准则.如有限选用可再生材料,尽量选用回收材料,尽量选择环境兼容性好的材料,尽量选用可降解材料等准则.建立材料的环境负担数据库和专家系统.针对现有材料,收集整理其生命周期的各种环境数据和知识,为材料的环境协调性评价提供信息支持.

研究材料生命周期评价的方法.包括从原材料到成品材料的资源循环流程、从成品材料到制成品的材料循环流程以及从产品使用到报废后的物资循环流程这三个过程.材料的绿色特性评估就是针对这些流程进行能源、资源、环保、劳保几方面的评价.

煤矿机械产品的可拆卸性设计拆卸是指从产品和部件上有规律地拆下可用的零部件的过程.同时保证不因拆卸过程而造成零部件的损伤.它是实现有效回收策略的重要手段,只有拆卸才能实现完全的材料回收和可能的零部件再利用,而只有在产品设计的初始阶段,就将报废后的拆卸问题考虑进来,才能实现产品最终的高效回收.

煤矿机械产品体积大,制造复杂,使用原材料多,煤矿机械产品绿色设计中必须考虑可拆卸设计.可拆卸设计主要包括拆卸产品设计、拆卸工艺设计和拆卸系统设计,其设计原则为：易于拆卸,易于分离,减少拆卸工作量,减少零部件的多样性以及可预测产品的结构.

煤矿机械产品的可回收性设计回收设计是在进行产品设计时,充分考虑产品零部件及材料的回收可能性、回收价值、回收处理方法、回收处理结构工艺性等一系列问题,以达到零部件及材料资源充分有效的再利用,并考虑回收过程对环境污染最小的一种设计思想和方法.煤矿机械产品可回收性设计的主要内容包括：可回收材料及其标志,可回收工艺及方法,可回收产品结构工艺性及回收的经济性.

煤矿机械产品的回收在其绿色设计生命周期工程中占有重要的位置,合理的回收再生会产生巨大的社会和经济效益.

煤矿机械产品使用的安全保护设计煤矿机械大部分在井下工作,所以安全保护设计在煤矿机械产品中显得尤为重要.近年来,大部分矿井事故都是由设备故障造成的,而且一旦发生事故就可能造成人员伤亡.绿色设计要突出以人为本的思想,首先确保产品的安全可靠.

煤矿机械绿色设计方法绿色设计是产品"由摇篮到再现"的全过程控制设计.煤矿机械的绿色设计方法是现代设计方法的集成,是以系统工程和并行工程思想为指导,以产品生命周期为手段,集现代工程设计方法为一体的系统化、集成化设计方法.煤矿机械的绿色设计全面考虑产品在整个生命周期的行为特征,使资源得到最大限度的利用,减轻或消除废弃产品对环境所造成的污染,是可持续发展的具体体现,是建设绿色煤矿、实现绿色生产的起点.

绿色机械的绿色制造：实施绿色机械制造的基本程序实施绿色机械制造基本程序:预审→评审→方案优选→方案实施→持续绿色机械制造,其核心内容是机械制造过程评审和绿色机械制造方案优选两个基本环节.

实现绿色机械制造的主要途径按照实施绿色机械制造的基本程序,确定了机械制造过程和制造系统中的"非绿色部位",就可以按照选定方案实施绿色机械制造.实施绿色机械制造的主要途径为网络化、信息化和柔性化.

网络化绿色机械制造作为机械制造重要基础的绿色机械制造需要大力推进网络化.通过企业局域网将各个分散的制造中心、数控设备等联接起来,可便于机械制造控制中心对整个制造进程进行总体监控,同时还可与企业中的工程设计系统、管理信息系统等各子系统实现集成,便于优化决策.

信息化绿色机械制造绿色机械制造的追求目标是实现整体最优化制造,即从系统的观点出发,全面考虑企业和整个社会的综合成本,综合分析不同的材料、零部件、设备等制造因素,优化选择冷却方式、冷却介质及用量、制造参数等,确定最合理的制造方案,以实现制造时间少、生产效益高、环境污染小、综合成本低的目标.

信息化是实施绿色机械制造的关键要素及有效手段.为实现整体最优化制造,需要建立制造设备、切削刀具、切削液、切削用量、工件材料、环境、能源等相关资料的机械制造数据库,采用有限元法、神经网络、人工智能等先进技术对各种绿色机械制造方法（如高速切削、干切削、硬切削、MQL等）进行建模、仿真、虚拟制造和决策,实现并行设计与生产.

柔性化绿色机械制造现代生产方式已由大批量、单一品种生产逐渐转变为小批量、多品种生产,要求生产企业能够根据市场变化作出敏捷反应,快速适应市场需求.

绿色机械制造的柔性包括机器柔性、工艺柔性、运行柔性和扩展柔性.制造系统应能实现快速重构,对新产品开发及产品更新换代具有快速响应能力,以最小成本和最短时间适应制造任务及环境的变化.