Analysis on Green Design and Manufacture of Coal Mine Machinery
高丽 GAO Li；杨杰 YANG Jie
（中国煤炭科工集团太原研究院有限公司，太原 030006）
（Taiyuan Research Institute of China Coal Technology & Engineering Group Corporation，Taiyuan 030006，China）
摘要：随着科学技术的不断更新，煤矿开采机械化程度不断增加，但煤矿机械一般体积庞大，为高能耗设备，易对环境造成污染，浪费资源。为缓解煤矿机械与生态环境的矛盾，提高企业的经济效益与社会效益，实现可持续发展，绿色设计制造为煤矿机械的设计生产提供了具体实施方法。
Abstract: With the continuous updating of science and technology, the degree of mechanization of coal mining is increasing, but coal mine machinery is generally bulky, which is a high-energy-consuming equipment, which is easy to pollute the environment and waste resources. In order to alleviate the contradiction between coal mine machinery and ecological environment, improve the economic and social benefits of enterprises and achieve sustainable development, green design and manufacturing provides a concrete implementation method for the design and production of coal mine machinery.
关键词：煤矿机械；绿色设计制造；可持续发展
Key words: coal mine machinery；green design and manufacturing；sustainable development
中图分类号：TD402 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）22-0176-02
0 引言
煤矿机械在以往的设计加工过程中多为粗放型，煤矿机械体积较为庞大，消耗能源多，产生较多废弃物。井下生产环境恶劣，在满足产品使用性能及安全性能的基础上，如何降低煤矿机械对能源的消耗，减小对环境的影响，提高零部件的可拆卸、可回收等利用率，通过可维修来延长产品使用寿命，使企业效益与环境效益达最优，绿色设计及制造已成为煤矿机械产品设计加工的主要遵循原则。
1 绿色设计特点
目前环境问题日益严重，制造企业造成的排放物约占所有排放物的70-80%，为改变传统工业生产模式，绿色设计符合国家可持续发展理念。绿色设计贯穿产品的整个生命周期，通过总结传统设计制造优缺点，结合先进设计理念及制造方法，选用最佳原料，结合对自然环境的保护，在保证产品功能性及安全性能的基础上，在设计阶段就要考虑便于拆卸、修复、重复利用、节约能源、降低消耗，及创造合理的经济收益。
2 煤矿机械绿色设计制造
2.1 产品原材料设计 资源的不可再生性，首先应选用先进、环保、资源相对丰富，可降解，适应各类复杂环境的原材料，实现原材料的可循环利用。避免使用污染性严重、有辐射性的有害材料。在产品由原材料转变为零部件的加工过程中，充分分析可能产生的环境污染与资源浪费，采用先进的加工手段，减小废水、废气、废油的产生，有效利用清洁生产工艺，降低对环境的污染。同时考虑零部件废弃后，不会对环境、人体产生危害。
2.2 产品功能设计优化 在产品设计之初，如何确定产品所要实现全部功能，产品整个生命周期的策划就显得尤其重要。为满足客户需求，充分调查分析客户需求，优化产品性能及结构，确认产品最终设计方案。面对机构复杂性，如何有效传递能量，采用最为环保的工作模式，应不断优化产品结构设计方案。同时充分利用计算机技术，模拟产品的使用工况，及早预测产品的使用性能，节约产品制造成本，减小资源浪费，同时对发现的问题可以尽早修正，提高产品的制造效率。利用前沿的科技手段，建立大数据库，在保证产品生产周期的前提下，制定最优工艺技术方案及有效可实施的质量保证计划，使设计制造的产品最终能真正的满足客户需求，造成不必要的浪费。
2.3 产品的安全性设计 煤机产品使用环境井下工况恶劣，承受的载荷较大，且冲击力大。煤机设备长期处于重载、高温、潮湿、颗粒物多的工作环境，若出现设计缺陷或加工质量缺陷，造成产品出现质量问题，严重的出现安全事故。设计人员需在设计之初就把零部件疲劳性、抗应力性能通过计算选择适合的安全系数，充分利用人机工程学，实际井下操作人员可安全可靠的操作设备。在设计阶段应多使用虚拟现实仿真设计软件进行实际模拟，对重要零部件承载能力及运行工况进行详细计算，保证设备运行安全。借助于计算机软件的辅助设计手段，不仅可以缩短产品开发时间，提高产品可靠性，还为产品使用安全提供强有力的保障，同时降低了因产品不合格出现的返修频率，有效的节约资源。
2.4 产品部件的可拆卸、替换性、可回收性 煤机产品体型较为庞大，为便于运输或下井安装，零部件在井下损坏需更换时，井下拆卸工具不如生产车间完备，拆卸空间较小，难度较大，所以在设计之初就应考虑部件的拆卸难度及可替换性，为重要零部件设计保护装置，避免因更换重要部件造成机械停工停产及维护成本的增加。同时保证产品使用功能性的前提下简化产品结构，尽量使用通用零部件，避免因版本不一致造成配件的浪费。整机或零部件大修时，在提高零部件利用率的前提条件下，零部件在拆卸后，通过清洗、喷砂、补焊或其他修复手段处理后仍可使用，将具有再利用价值的部件继续重复使用，降低废品率，减少资源的浪费，同时减小废弃物对环境的污染。
3 煤机产品的绿色制造
3.1 煤机制造流程整体设计及优化 煤矿机械最终的产生也依赖于机械制造行业，通过对原材料的加工转化为成品，对整机产品进行最优化的加工方式。从原材料的选择，工艺方案的制定，机械加工过程，零部件装配过程，整机调试验证，包括产品包装，发货运输整个过程，贯穿质量控制体系，环境监测体系，职业健康、安全、6S等各种体系的建设。选择对环境污染最小，资源浪费最少的绿色制造，需要引用新设备、新工艺、新技术的投入，增加生产成本，但对其社会影响、资源，环境保护等具有正面意义，对企业长久发展应全面综合考虑，选择最科学合理的加工方案并持续优化。实现煤矿机械的绿色加工。
3.2 充分利用信息资源及虚拟制造实现煤矿机械的绿色加工 为满足客户多样化需求,同一机型增加各种功能实现，煤机产品现趋于个性化设计生产，加工过程也从大批量加工生产方式更换为小批量多样性生产，有利于产品的改造升级，企业可以更好的适应市场需求，减少不必要的浪费。借助绿色机械加工方法、计算机辅助设计、有限元分析等虚拟手段，模拟加工过程、建模，对工作状态进行仿真模拟，进行疲劳极限、使用寿命等综合分析，缩短产品制造时间，减少返工，提高企业核心竞争力，同时可效降低生产成本，避免对资源的浪费。同时借助计算机网络对产品生产过程联网控制，对整个生产过程进行实时监控，一旦出现问题可及时进行纠正预防，降低损失，规范煤矿机械生产装配过程，实现无纸化办公，简化签字流程，在设备装配过程采用可视化管理，实现煤矿机械的绿色制造目的。
3.3 煤机产品的再制造 任何产品都有其使用寿命，但煤矿机械整机产品组成较为复杂，可进行再制造，通过修复手段延长设备使用寿命，较少废弃物对环境造成的污染,在修过过程中尽可能采用新的修复加工工艺。例如利用激光熔覆技术进行再制造，有效的利用废旧物料进行翻新同时还能提高产品的使用性能，产生的废弃物也较少，解决了一些常规加工方式无法满足使用需求的难题，是再制造之中一种较为先进的生产方式。
4 结语
我国经济增长方式已由粗犷型生产转变为精益化生产，煤矿机械行业属于高污染、高能耗产业，随着生产不断进步，对煤矿机械的要求越来越高，要求煤机企业加大对技术的投入，采用新技术、新手段，提高其核心竞争力，实现煤矿机械发展与生态环境和谐共赢。从可持续发展理念出发，煤矿机械设备从设计选材、生产制造、后期使用及最终报废的整个生命周期统筹考虑，煤机产品的绿色设计制造是制造业未来的发展趋势，煤矿机械正在朝着智能化、集成化、数字化方向发展，充分考虑煤矿机械产品对社会和环境造成的负面影响，既要创造经济利益同时又可与社会环境和谐发展。绿色设计制造对可持续发展具有重要意义，是未来发展煤矿机械发展的必然趋势。
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