登录 注册

合肥工业大学绿色设计与制造工程研究所——绿色制造的研究与实践(一)

20世纪以来,资源、环境问题正对人类社会生存与发展造成严重威胁。世界各国政府纷纷制定了各类可持续发展战略来引导社会行为,同时全球性的产业结构调整呈现出新的绿色战略趋势。《中国制造2025》中确立了“创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化、人才为本”的基本方针。2015年,中央政治局会议上提出“绿色化”,将“四化”战略变成“五化”战略。可以看出,制造业整体已向资源利用合理化,废弃物产生少量化,对环境无污染或少污染的方向发展。面向生态和环境的绿色制造技术就在这样的环境下产生,并已经成为现代制造的一个重要领域。绿色制造就是最大限度的节约资源和能源,减少环境污染,有利于人类生存而使用的各种现代设计方法、制造工艺、回收利用等基于全生命周期思维的系统技术的总称。

合肥工业大学绿色设计与制造工程研究所自1994年起在国内率先开展机电产品绿色设计与绿色制造研究,以电子电器产品、汽车、工程机械及其关键零部件等为研究对象,致力于产品绿色设计与制造理论、方法、技术及其应用研究。目前已经形成了一支由5名教授(其中博士生导师4名,黄山青年学者1名)、2名副教授、8名博士研究生,60多名硕士研究生组成的富有创新精神、锐意进取、团结合作的学术研究与开发队伍。团队在国内外学术会议以及学术期刊上发表学术论文近500篇,其中被SCI、EI收录共100多篇,共出版或翻译学术著作9部;共申请专利40余项,获得软件著作产品8项;荣获国家科技进步二等奖,安徽省科技进步一等奖,中国机械工业科学技术一等奖等多个奖项。

经过20多年的发展,绿色设计与制造工程研究所逐步形成了以下主要研究方向

1)绿色设计方法、技术及工具;

2)产品再资源化理论、方法与装备;

3)再制造工程理论、关键技术与装备;

4)机电产品生命周期评估理论与方法。

研究方向一:绿色设计方法、技术及工具

绿色设计(Green Design, GD),是指在产品整个生命周期内,着重考虑产品环境属性(可拆卸性、可回收性、可维护性、可重复利用性等),并将其作为设计目标,在满足环境目标的同时,保证产品应有的功能、使用寿命、质量等。绿色设计是实现产品绿色化的有效途径,因为设计阶段决定了产品制造成本的70%~80%,从设计阶段将产品“绿色程度”作为设计目标,能够从根本上解决部分产品尖锐的环境问题。

不同于传统设计,绿色设计涉及产品整个寿命周期,在设计依据、设计人员、设计工艺和技术、设计目的等方面都存在着很大的不同。而研究产品绿色设计理论、方法与技术,可以从绿色设计理论体系、产品绿色性能评价、绿色产品创新设计方法、绿色设计数据库与知识库以及绿色设计支持工具开发等方面入手。

合肥工业大学绿色设计与制造工程研究所一直以家电、汽车等典型机电产品为对象,开展了绿色产品需求分析、绿色材料选择、结构轻量化设计、拆卸与回收设计以及相应绿色设计工具的开发等方面的研究。

1)面向拆卸的机电产品设计:可拆卸性是绿色产品设计的主要内容之一,在产品结构设计时选用易于拆卸的连接方式,并对拆卸工艺进行设计,制定相应的拆解策略、最佳拆卸序列或路径以及拆卸装备。其中针对遥控器、手机、液晶显示器、平板电脑、电话机、汽车等产品,对其连接结构、驱动机构进行分析设计,形成系统的智能拆卸设计理论与方法,使其具有特定环境中主动拆卸功能,便于拆卸分类,同时具备安全性和可靠性。

2)典型机电产品的低碳节能设计:结合产品工作过程分析,建立能量因素信息模型和能量因子之间的耦合关系,提出相应节能设计与措施。针对空调器、洗碗机、数控机床等产品,完成了部分样机设计,取得了阶段性应用成果。

3)机电产品绿色性能评估软件工具:开发了绿色性能评估软件工具,可以确定典型家电产品生命周期中的环境影响因素,并对其进行定量或定性分析,为产品绿色性能的改进提出建议,支持产品的改进设计过程。

4)典型机电产品的数据库设计:通过实地调研、数据共享、网络资源等方式统计了绿色冰箱产品的数据资料,基于绿色产品BOM信息以及国内外冰箱相关技术标准信息,构建了冰箱产品设计及标准数据库。

研究方向二:产品再资源化理论、方法与装备

废旧产品再资源化是指将在社会生产和消费过程中产生的,仍有一定价值,可回收并直接或间接利用的各类废弃产品进行回收加工重新创造价值从而再利用的过程。产品再资源化是绿色制造的重要内容,其主要包括将废旧产品直接作为原料进行利用,或者对废旧产品进行再生利用,或者对其进行处理、修复、翻新等工艺措施后继续作为相关产品的部件予以再次使用。

废旧产品再资源化内涵包括产品回收和重新创造价值两个方面。研究产品再资源化理论、方法与装备,可以从产品回收利用率和再生利用率分析、废旧装备及机电产品及材料工作末端的回收工艺研发、产品再资源化工艺流程规划及决策、关键再资源化工艺装备和拆卸工具研发等方面入手。

合肥工业大学绿色设计与制造工程研究所一直以废旧电子电器、汽车、工程机械等产品及其关键零部件为研究对象,分析其回收利用率和再生利用率,研究相关拆卸方法、回收工艺设计、规划及决策,开发回收工艺装备和拆卸工具,实现回收过程的高效化和清洁化。

1)废旧家电回收处理技术:对废旧家电产品整机及其关键零部件的回收处理方法与技术进行系统研究,针对冰箱、空调器等制冷设备的压缩机,开发相应的回收处理装备,实现废旧家电出品的高效、高值利用。

2)LCD显示器回收工艺:基于液晶显示器玻璃面板的结构与材料特点,开展了液晶及ITO的回收机理及方法、面板高效无损分离方法等方面研究,研发了基于超声波/超临界/溶剂法的LCD分解与液晶高效回收工艺。

3)热固性塑料回收工艺及装备:针对热固性塑料废弃物目前在回收利用中较难再资源化的问题,研发了热固性塑料的机械物理微细粉碎再生技术,开发了热固性塑料再生工艺与装备。

4)碳纤维复合材料回收与再资源化技术与装备:针对高性能碳纤维复合材料(CFRP等),研发了超临界混合流体回收高性能碳纤维关键技术与工艺平台。建立了超临界正丁醇降解回收碳纤维环氧树脂基复合材料实验模型,优化回收工艺参数;回收的碳纤维单丝拉伸强保持率在93%以上,进一步研发了碳纤维丝回收再利用关键技术,并构建了超临界流体降解CFRP的回收设备系统模型。

5)汽车再资源化技术分析:对整车及关键零部件进行拆卸分析,建立最优的拆卸流程,测算整车的回收利用率及再生利用率,为整车的拆卸回收性能分析与设计提供依据,为车辆出口、满足ELV等指令的要求提供保障。

6)超高压水射流回收子午线轮胎技术:针对子午线轮胎使用、报废量快速增长的现状,应用超高压水射流技术,开展子午线轮胎回收技术研究。搭建了实验平台,优化了工艺参数,实现了部分脱硫,提高了胶粉的再利用性能。

7)压缩机智能化拆解专用设备:研发了适应圆形、椭圆形或带圆角的矩形等横截面形状的压缩机智能化拆解专用设备。开盖过程对压缩机内部零件表面无损伤,开盖速度可达40-49个/小时,自动化程度可达85%。

8)废旧线路板自动脱焊专用设备:研发了由加热部件、送料机构、振动分选部件、冲击部件等部件组成的废旧线路板自动脱焊专用设备。设备实现自动温度和时间控制,其中元器件分离率大于80%,2-3块/分钟,满足国家环保要求。


来源:低碳工业网 阅读量:2561 |   收藏
推荐阅读