2017-05-30 15:34:32 浏览：778
单忠德
（机械科学研究总院先进制造技术研究中心，先进成形技术与装备国家重点实验室，北京，100083）
摘要：机械装备工业是促进社会发展和保障国家安全的技术基础和经济基础，但由于我国设备能源利用率低和制造过程粗放，严重制约了国民经济的可持续发展。本文在分析机械装备行业发展现状基础上，从数字化制造、新材料应用、毛坯近净成形、无废弃物制造、自动化控制以及再制造等十个方面详细阐述了机械装备业可持续发展的制造技术与设备，同时指出我国要成为制造强国，必须从资源环境可持续发展方面解决制约机械装备行业发展的技术及设备，为建设资源节约型、环境友好型社会提供技术支撑。
关键词：可持续发展、机械装备、制造技术
装备制造业是我国规模最大的产业门类之一。2006年，全国规模以上装备制造企业8.3万家，工业增加值2.3万亿元，占全国规模以上工业增加值28.8%；资产总计达7.3万亿元，利润4536亿元，分别占全国工业的25.1%和24.1%。同时，我国是世界铸造、塑性成形和焊接的第一大国：铸件年产量已达2800万吨，锻造、冲压等成形超过2000万吨，材料热处理和改性已达年1350万吨。机械装备业是在自身生产过程中消耗能源、原材料和产生污染物较多的行业。据统计，2007年机械装备业规模以上企业72,900多家，2006年机械制造业GDP值16615亿元，占工业总GDP的18.2%，机械业总能耗约7365万吨标煤，占工业能源消耗的4.2%，万元GDP能耗是0.44吨标煤，万元工业增加值1.92吨标煤。我国机械工业废水排放总量65828万吨，废水排放达标量63282万吨，二氧化硫排放量14.2万吨，粉尘约170多万吨、废气约540亿立方米、固体废弃物约4300万吨。我国每年因污水排放和SO2排放导致的经济损失分别在5000亿元以上。
在机械装备制造及使用过程中，存在能源消耗大、产品制造精度低、加工余量大、废品率高、生产效率低、废弃物排放量大等问题。尤其是铸造、热处理、锻造、等热加工工艺消耗能源和产生污染物最多，其能耗和产生的污染物占机械工业的60%~80%。我国的热加工行业耗能耗材又远远高于国外的平均水平。如铸造行业，我国每吨铸铁件能耗为0.55~0.7吨标煤，而国外为0.3~0.4吨标煤；锻造行业，我国每吨锻件平均能耗约为1.4吨标煤，而日本每吨锻件平均能耗仅0.515吨标煤。全世界每年约有1亿吨金属材料在机械加工过程中被切削掉，价值约2500亿美元。目前大部分企业生产的铸件尺寸精度低于国际标准1~2个等级，废品率高出5~10％，加工余量高出1~3个等级。在我国每生产1吨合格铸件，大约要排放废渣300kg，粉尘50kg，废气1000~2000ｍ3，废砂1.3~1.5t。我国每吨合格铸件的三废排放量为国外发达国家10倍，并且国外工业发达国家旧砂基本是再生回用的。我国汽车涂装单车耗能远远高于国外水平，有机溶剂挥发量至少在751000吨以上；传统化学电镀行业每年排放4亿吨含重金属废水、50000吨固体废物和3000万m3酸性气体等大量污染物。
同时，机械装备制造业又是为各行各业提供技术及装备的主要载体，其所生产的产品是否先进、高效、节能和环保，直接影响电力、冶金、石化等各个行业节能减排目标的实现。据统计：电机、风机、水泵、变压器、电焊机、电炉等21类量大面广机电产品的用电量就占全国用电量的70%；发电锅炉和工业锅炉分别占全国年耗煤量的1/3左右；内燃机则消耗着我国石油资源的约60％左右。这些耗能严重的行业同样存在生产粗放的问题。目前，我国电动机及被拖动装置如泵、风机等平均效率比国外先进产品低2~5个百分点，电机系统运行效率比国外先进水平低10~20个百分点。
国家“十一五”规划纲要明确提出：“十一五”期间，要实现“单位国内生产总值能耗降低20%，主要污染物排放总量减少10%”的约束性指标。因此，作为提供基础制造技术及设备的机械装备行业急需开展节能减排、绿色制造技术研究与推广，为制造业的可持续发展提供技术及设备支撑，使制造过程对环境影响最小、资源消耗最低，并使企业经济效益和社会效益协调发展。
近年来，伴随着机电一体化技术、计算机技术、信息和控制技术等的快速发展，制造技术在发展的过程中不断吸收了高新技术的优秀成果并且相互渗透、融合和衍生，趋向数字化、精密化、柔性化、智能化和绿色化，大量优质、高效、清洁的新型制造技术不断出现并逐渐在装备制造业中获得应用，有力促进了工业领域节能减排的发展。
随着IT行业的快速发展，数字化设计与制造成为提升装备制造业的一种重要途径，同时也是提高企业核心竞争力的一种重要手段。通过产品设计、制造及管理过程数字化，提高产品开发与制造能力，减少零件数量、减轻零件重量、采用优化设计等方法使原材料的利用率达到最高，有效地促进了生产的节能减排。例如，波音公司采用的现代产品开发系统将新产品研制周期从8年缩短到5年，工程返工量减少了50%。日本丰田汽车公司在研制2002年嘉美新车型时缩短了研发周期10个月，减少了试验样车数量65％。在铸造行业通过可视化铸造技术可以改变传统的浇口、冒口设计原则，使浇注系统、冒口系统的尺寸和浇注过程最佳化。
虚拟现实技术则是一种集成多种模拟仿真的技术。采用计算机技术为核心生成逼真的视、听、触觉等一体化的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟世界中的物体进行交互，互相影响从而产生身临其境的感受与体验。在装备设计初期，广泛采用建模与仿真技术实现产品设计、工艺设计、加工生产、使用和回收等全过程模拟，包括多物理场的数值建模、加工和成形过程仿真、高速高精度加工设备模拟及数字化协同产品开发等，同时将环境因素和防止污染的措施用于产品设计中，优化各有关设计因素，使产品及其制造过程对环境的总体影响减到最小。图1在装备开发中引入虚拟现实技术。如美国Aspen Tech公司应用过程模拟技术可以实现增加产量、减少能耗和原材料消耗、以最低的操作成本生产出合格的产品、提高生产率等目标，每年效益在100~500万美元；先进控制和过程优化可增产2%~5%，减耗5%~10%，提高加热效率1%~2%，同时提高生产安全性。
图1 虚拟现实示例加工场景
高技术新材料是高新技术推动下发展起来的一类新材料，具有高比强度、高比刚度、耐高温、耐腐蚀、耐磨损。目前复合材料、轻金属、高温合金等新型材料应用和研究重点开始从宇航和兵工等领域扩展到民用高附加值产业(如汽车、电脑、通信和家电等)，特别是汽车业。
在提高新一代飞机和航空发动机性能的工作中，新材料结构的贡献率为50％～70％；在减少飞机和发动机重量工作中，制造技术和材料的贡献率占70％～80％。 美国波音公司于2007年7月初正式推出了“绿色”喷气客机787 Dreamliner，并将于2008年在日本的全日空航线上投入商业服务。787 Dreamliner绝大部分使用高科技塑料复合材料代替铝材质。飞机主要结构的50%左右，包括机身和机翼，均采用复合材料如碳纤维制成。机身整体采用复合材料制造，无需使用1500块铝板材和40000~50000个紧固件。与传统材料相比，更为强固和轻巧，因此提高了燃油利用效率。这种中型客机长途飞行所耗用燃料可节约高达20%，同时减少温室气体排放。
在汽车等交通行业，对于一辆成品汽车而言，整体重量减少10%，燃油经济性会改善6%~8%，同时减少CO2的排放量，对节能环保意义重大。而轻量化基本依赖于新材料在汽车上的应用。目前，汽车上有60多种零件可采用镁合金生产，如离合器外壳，变速器外壳，方向盘，座椅支架，仪表盘框架等。北美正在使用和研制中的镁合金汽车零部件已多达100多种。美国福特汽车公司单车采用30个镁合金压铸件，通用公司采用45个镁合金压铸件，克莱斯勒公司采用20个镁合金铸件，单车用镁合金量为20~40kg。磁悬浮列车底盘部分主要结构部件均为铝合金铸件，每列列车共有十几种200多件，铸件基本壁厚为6～8mm，铸件中最大尺寸达2000mm以上，最小壁厚2mm。
随着资源保护和环境保护呼声愈来愈高，迫使毛坯制造工艺开始向精密成形方向发展。即毛坯的形状、尺寸精度正从粗放走向近净成形（Near Net Shape Forming），甚至向净成形（Net Shape Forming）即近无余量成形方向发展。“毛坯”与“零件”的界限可能越来越小，有的毛坯可能已接近或达到零件的最终形状和尺寸，磨削后即可装配。美国更是提出了2020年原材料消耗量减少15%、加工废屑减少90%，能耗减少75%，锻造成形模具寿命提高10倍的目标。
以精密铸锻为例，美国PCC公司制造了直径达2m的GE90发动机风扇轮毂，是目前世界上最大的钛合金精铸件之一，其铸造尺寸公差可达±0.13mm，最小壁厚达1.0mm~2.0mm。美国普拉特·惠特尼公司采用等温模锻Ti-6Al-4V钛合金叶片，其榫槽也随之锻出，基本上不需要机械加工。德国BLM公司热精锻齿轮精度已达DIN6级，可节约材料20%~30%，机械性能提高15%~30%。德国、日本采用冷锻精密成形使锻件的精度可达0.02mm，机加工余量仅留0.15mm磨削余量，真正实现了净形成形。
内高压成形技术可一次成形各种沿轴线变化的圆形、矩形或异型截面的空心结构零件。与车削、搪孔相比，管件液压成形的空心轴类可减轻40%-50%，甚至可达75%；若与冲压焊接件相比，空心结构件可减少20%~30%。以散热器支架为例，焊接点由174个减少到20个，制造道次由13道减少到6道，生产效率提高66%。采用内高压成形制造的双拐空心曲轴与机械加工相比，节约材料87%，与承受同样扭矩的实心轴相比，减重57%。
图2 内高压成形设备及成形的管件
装备零部件制造过程中推进清洁生产主要包括干式切削、清洁热处理、清洁涂镀等技术。如
在传统加工中大量使用切削液，造成环境污染，是土壤和河流的重要污染源之一；对刀具表面有热冲击效应，造成微裂纹，缩短刀具寿命等弊端，因此干式、准干式切削作为新型的清洁生产方式越来越受到人们关注。干式切削一般都采用强冷风或其他介质冷却切削点，将切削加工所产生的热量带走，工件热变形极小。目前，干式磨削在美国制造业已得到了广泛的应用，欧洲也已有一半的企业采用了干切削加工技术。强冷风磨削加工是日本最先开发成功的一项新技术，通过热交换器把压缩空气用液氮冷却到-ll0℃，然后经喷嘴喷射到磨削点上，将磨削加工所产生的热量带走，由于压缩空气温度很低，在磨削点上很少有火花出现，工件热变形极小。干冻磨削是借鉴了液氮冷却润滑技术和强冷风冷却润滑技术的特性，采用喷嘴将经过低温、干燥、过滤处理后的干燥惰性气体送至磨削工作区域，不仅兼具了上述两种冷却润滑技术的优点，又避免了准干式磨削可能造成的环境污染。而准干切削技术就是在保持切削工作的最佳状态的同时，使得切削液的用量最少。如，微量润滑切削技术（MQL）是将压缩空气与少量的润滑剂混合雾化后，形成毫、微米级气雾，喷向切削区进行润滑冷却。在德国MQL装置近几年来每年有15000套的市场，而且还将进一步增加。在未来两三年内，德国制造的加工中心中将有5%用MQL与润滑性涂层刀具相结合来取代浇注式冷却。
在机械装备相关行业中，电镀和涂装生产是典型的重污染、高消耗部分。尤其是我国，汽车涂装生产单车耗能平均水平远远超过国外，涂装生产耗能占整车厂总耗能50%以上。近几年，发达国家在汽车涂镀方面掀起一股“绿色浪潮”。在汽车轮毂镀膜方面限制电镀，发展真空镀膜，在涂装方面采取“有机溶剂”回收技术。德国莱宝（LEYBOLD）公司和德国VTD公司在真空镀膜方面的研究成果代表着国际先进技术水平。真空镀膜设备工艺的复合也得到应用，主要设备有中频磁控离子镀膜机、多弧离子镀膜机、磁控+多弧离子镀膜机等。国外也提出利用离子镀代替电镀技术研究，如美国道格拉斯公司采用滚筒式离子镀设备来处理连接件，日本用碳钢螺栓离子镀铝代替不锈钢已投入生产，但也还没有大规模地采用这些先进的镀膜技术进行传统电镀行业的升级改造。在涂装中，有机溶剂挥发量每年至少在75万吨以上，对大气造成很大污染，采用新型处理工艺可以100%回收。
另外，热处理也是装备工业的能耗大户，90%以上热处理设备采用电加热，其电耗占制造企业电耗的20%~30%。热处理过程中不断产生的热辐射、废烟气、废水、粉尘和噪音对环境也造成一定程度的污染。高效节能、少无变形、清洁热处理技术是热处理技术发展的重要方向之一。如随着现代汽车制造业快速发展，对高性能锻件的需求量越来越大，微合金非调质钢以其优异的节能、节材、降低污染并缩短生产周期的性能在汽车制造中备受瞩目。
短流程生产主要通过充分利用前期工序中的材料、热能，或者将几道工序进行集成，使整个制造过程实现流程再造。例如，为直接可以使用高炉熔炼的铁水，生产高质量的复杂铸件，近年来国内外开展了高炉－中频感应电炉短流程熔炼技术方面的研究，可以利用高炉铁水直接转入中频感应电炉进行温度和成分调整，获得适合铸件要求的高温优质铁水。相对于常规熔炼工艺，省去了高炉铁液冷却和生铁重熔的过程，充分利用高炉铁液自身热量，设备能源效率高，能源消耗少，减少污染物排放，实现短流程的熔炼铸造。在大型水轮机铸件、发电机转子、隔膜泵曲轴及高压核电阀门等产品中获得成功应用的电渣熔铸技术，是把电渣重熔的提纯精炼和铸造成型合二为一，具有提高金属纯净度和控制凝固组织的双重功能，是特种冶金、特种铸造等成型技术相结合的短流程近净成形高新技术。
在汽车行业得到广泛应用的铝合金轮毂通常采用低压铸造技术生产，但大型客车、重型卡车以及豪华轿车上的应用以及轻量化（锻造铝车轮比铸造轻23%）、高性能（锻造铝车轮强度是钢车轮的5倍）需求，开发了铝合金轮毂锻造－旋压复合成形技术。如美国、德国和日本等工业发达国家主要采用6000吨以上的大型锻压设备进行预成型，然后在旋压机上进行旋压成形至轮毂尺寸，仅在轮毂外观表面部位留有少许精加工余量，其余部位不再机加工，材料利用率高达90%。
此外，通过开发新的材料来简化原来的热处理工艺。随着现代汽车制造业快速发展，对高性能锻件的需求量越来越大，微合金非调质钢以其优异的节能、节材、降低污染并缩短生产周期的性能在汽车制造中备受瞩目。铸锻件非调质化工艺技术取消原“淬火＋高温回火”的热处理工艺，精简了热处理工艺流程，可缩短生产周期15％，提高材料利用率10％，节电700-900kwh/吨。
以快速制造为代表的大量快速、高效、清洁的制造装备在工业各个领域中获得广泛应用，并反过来应用于机械装备业本身，大大缩短了传统制造工艺流程。如砂型数控切削是建立在数控、铸造、计算机等多学科技术成果基础之上一种无模铸型加工技术。德国AcTech公司生产的无模铸型的外形尺寸可达2.4米，根据铸件尺寸和复杂程度不同，在3周内为顾客提供1~5个铸件。在超高强度钢板冲压成形过程中由模具直接将钢板在成形过程中进行冷却淬火，而且成形与淬火在同一个工序内同一模具上同时进行，减少工序缩短流程。图3高强度钢板温热成形过程。
图3 高强度钢板温热成形过程
全国现有各类电机总装机容量约6亿千瓦，年耗电量达9000亿千瓦时，占我国总用电量的60%，运行效率比国外先进水平低10~20个百分点，相当于每年浪费电能约1500亿千瓦时。 目前我国正在大力开发并应用变频调速电动机，同时对常规电动机的同功率、同体积、同材料的变频调速电动机进行改善，从而效率可提高1%～3%；开发研制智能化电动机，即把电动机变频器和控制系统集成到一起的电动机系统，使该系统节能达20%～30%。石油化工生产过程中，流量、液面、压力等工艺参数常随工况的改变而改变。常规的采用控制阀门或挡板开度的方法来改变流量、液面等参数实际上是人为的增减阻力的方法实现调节，能量大量损失在阀门或档板的阻力上。变频调速装置可高效率、精确地调节交流电动机的转速，使得流量、压力、液面等工艺参数的控制由低效的阀门、档板的节流控制跃变为高效的转速控制，从而节省大量的能耗。
我国柴油机年产量1200余万台，总体上燃油消耗率比国外同类产品高10%-15%，排放低1-2个档次。大众汽车公司则通过采用TFSI（涡轮增压燃料分层喷射）发动机、新的变速、轻量化设计等技术成为中国环境最为友好的汽车生产商。这种直列4缸4阀1.8升新型发动机，采用了汽油直喷和涡轮增压等技术，其最大功率为118千瓦，达到了相当2.2~2.4升普通多点喷射汽油的功率水平；最大扭矩达到250牛·米。同时，经改进的涡轮增压技术和燃油精确控制技术，使其燃油消耗量比传统涡轮发动机减少6％左右，尾气排放可达到欧Ⅳ标准。
日本Nissan汽车公司于2007年3月推出新的发动机阀门控制技术，可减少燃料消耗10％。该技术采用了可变阀门变化和提升（VVEL）与连续阀门定时控制（C-VTC）技术。以VVEL技术为特征的第一款产品为Infiniti G37 coupe，已在美国纽约举办的国际汽车展上展示。VVEL系统不仅可使燃料消耗减少10％，且可使CO2排放量减少10％。丰田汽车公司于2007年6月底宣布，开发出新一代发动机阀门系统，可使以石油为动力的汽车燃料效率提高约5%~10%。该系统通过连续控制吸气阀提升量和阀门开闭的定时，从而达到调节空气量提高汽车燃料效率的目的，可以减少CO2排放，使发动机功率提高至少10%，并改进加速操控性能。
美国在展望2010年的制造业前景时，提出“无废弃物加工”的新一代制造技术，即加工过程中不产生废弃物；或产生的废弃物能被整个制造过程中作为原料而利用，并在下一个流程中不再产生废弃物。无废弃物制造既减少了废物、污染和能量消耗，又不会破坏环境，必然成为未来先进制造工艺的主流。日本提出了3R的环境保护新概念，即：减少废弃物(Reduce)、再利用(Reuse)及再循环(Recycling)。对于铸造、水泥、火电、印染等重污染行业，采用以无废弃物为目标的循环利用是实现节能减排的重要途径。
废砂是铸造行业所产生的主要废弃物，占其总量的70％以上。我国年产铸件2800万吨以上，循环用砂量高达2000万吨，以废弃70%计计算，每年要废弃的废砂就至少达1400万吨，既是极大的资源浪费，又严重污染了生存环境。80年代以来，日本采用旧砂再生的铸造厂已经达到86％，每吨铸件排放废砂量已经达到0.22吨，每吨铸件使用新砂量仅仅0.135吨；美国一些铸造厂已经实现“零废物生产”即没有废物排放的生产。根据对铸造厂的统计，我国用树脂砂生产1吨铸铁件，产生废砂0.33吨，用粘土砂生产1吨铸铁，产生废砂1.32吨。如果粘土砂和树脂砂各按一半来计算，则每生产一吨合格铸件产生废砂0.825吨。目前，西安理工大学等单位开发的水玻璃旧砂湿法干法联合再生生产线，采用热湿法再生和干法清洁除尘的原理，再生砂回收率达到90％以上。因此，铸造废砂再生利用，将大大减少丢弃的废砂量，变废为宝，对生态环境保护、社会可持续发展具有重要意义。
我国重型装备制造行业制造及设备使用过程中消耗大量能源、排放大量废弃物如CO2、SO2、NOX等；同时，大锻件（如50吨以上)的余热没有回收利用、炼钢和铸造过程中的余热没有进行回收利用、大型工业炉余热回收效率与国外相比还有很大差距。结合国家重型装备制造企业的具体特点，高温铸锻件余热回收技术受到越来越多的关注。该技术采用先进的设备和技术对大型高温钢锭的余热进行回收利用，对锻造和铸造工艺进行改进，达到优化工艺，提高能源利用率的目的。按照某重型企业现有铸、锻件产量计算，2006年锻件总产量为9万t，铸件总产量3万t；2007年钢水26万t，锻件总产量为12万t，铸件总产量4万t。2006年回收余热量可达2141吨标准煤，2007年回收余热量可达2644吨标准煤。图4为日本在冲天炉上开发的余热利用技术。
图4 冲天炉余热利用技术
随着信息技术、生物技术、纳米技术等高新技术与先进制造技术的不断融合，工业领域的产品规格也越来越多样化，产品尺寸范围越来越广，极端制造表现出新的时代特征和发展趋势。面对极大或者微小的零件，采用合适的加工装备才能达到节能减排的效果，甚至产生新的绿色制造工艺。
例如，对于我国，大飞机制造、三峡、西电东输等大型工程的陆续开展对超大型机械零部件的制造有了更多的需求。如大口径厚壁无缝钢管是电站锅炉的重要部件，广泛应用于火电机组、石油化工等高温高压工作环境中。国内一般采用锻造镗孔法生产大口径厚壁无缝钢管。钢锭在锻造拔长过程中，需加热3次以上，表面氧化严重，还需要二次加热进行热处理，材料利用率仅为20%左右。美国威曼·高登公司开发的315MN垂直挤压水压机大型垂直挤压设备，可以直接实现大口径厚壁无缝钢管的垂直挤压新工艺，钢坯一次加热就可完成穿孔、垂直挤压和淬火，将材料利用率提高到85%~95%。
随着工业产品的微小化，新兴的微型切削技术也得到越来越广泛的应用，并成为先进制造技术融入高新技术的切入点。世界上各主要CNC机床生产国无不致力于微型制造设备，甚至于微型工厂的研究开发，以期在达到高精度小尺寸要求的前提下，避免空间、能源和成本的浪费，同时降低机床针对性设计的难度。日本通产省工业技术院机械技术研究所的研究表明：机床尺寸缩小为1/10时，车间动力消耗可减少到1/100。Kitahara开发的一台32×25×30.5mm大小的微型车床，重量约100g，主轴电机额定功率仅为1.5W，切削试验中功率消耗仅为普通车床的1/500。图5为针对加工5mm的零部件如何选择与之相匹配规格的设备，可以实现能源节约。
1）250mm数控机床加工 2）传统的常规数控机床
图5 面对5mm零件的加工设备选择
制造过程自动化也是机械装备生产本身节能减排的一个重要方面。如：对于千万吨炼油、百万吨乙烯、百万千瓦核电和火电工程等国家大型工程项目，以节能减排为目标，采用集成创新和系统优化，研制大规模、高可靠性的自动化成套控制系统和网络系统，进一步开发复杂流程的过程模拟技术和大规模优化软件以及能源网络监控与调度系统，充分实施流程行业的综合自动化，都可以实现节能降耗安全环保的目标。
例如，在锻压自动线方面，国外汽车锻件广泛采用多工位自动锻造压力机、电动螺旋压力机、液压螺旋压力机，以及由这些先进锻压设备组成的综合自动线（约占总产量的40%），模锻件的全员劳动生产率，日本达到世界领先的160t/工人.年。目前美国5085条，日本9000条，德国6130条，广泛应用多工位锻压机、电动、液压螺旋压力机等先进锻压设备。如丰田汽车公司Honsha工厂热锻车间的转向节锻造生产线的主机为一台35MN热模锻压力机，线上采用了多台机器人，可分别完成锻件的自动下料、余热淬火、搬运、码垛等动作，还实现了对锻件、模具温度在较大区域内的实时检测，有效保障了锻件的组织和内在质量。德国锻造企业的“自动锻造单元”（Auto forging cell）将锻造工序（镦粗，予锻，终锻，冲孔，切边，整形等）集成在单台设备上完成；生产节拍2秒钟一件，极高的效率，保证锻造过程的温度与工艺稳定性。我国大多数锻造设备还是锻锤和机械效率较低的摩擦压力机，自动化锻造线只有不到3%。（多数为进口德国和日本），绝大多数锻造企业都是手工操作，全员劳动生产率只有36t/工人.年（还是一汽、二汽等最高水平的锻造厂），不到日本的1/4。我国锻压自动线、半自动之和约300条，模锻锤,摩擦压力机占大多数。50~125MN曲柄热模锻压力机锻造线仅16条。
再制造作为一种绿色制造技术就是以产品全寿命周期理论为指导，以废旧产品性能实现提升为目标，以优质、高效、节能、节材、环保为准则，结合先进技术实现资源再利用、再生产。再制造的一个重要特征是再制造后的产品质量和性能达到或超过新品，成本只是新产品的50%，可节能60%、节材70%，对环境的不良影响显著降低。纳米电刷镀、纳米热喷涂、激光熔覆、纳米自修复添加剂等成为再制造的关键支撑技术之一。例如， 卡特彼勒再制造服务，已经拥有30年的再制造经验，具有每年超过200万旧件再制造的能力。再制造产品与新产品相同的质量和索赔担保条件，但是新产品一半的价格。目前覆盖其6000余件号的再制造产品范围，几近于“零弃物”排放。美国卡特彼勒公司(CAT)已在美国、英国、中国等7个国家建立了14个再制造工厂。
在铸造行业，通过大型铸件废件的修复，提高成品率，避免废件的二次熔炼是再制造、再使用的一种方式。我国现有铸造技术水平及铸造工艺的特殊性决定了各类铸件废品率平均在10%左右。应用高新技术进行修复，使其恢复使用性能，达到合格铸件标准，避免了废件的回炉熔炼，即使每年仅修复废件的10%，也可以达到28万吨，折合标煤20万吨。大型铸件修补技术应用电阻发热原理，输入220V电压，经变压、整流、滤波、IGBT控制系统及模拟电路，在电源正极输出端形成低电压高电流现象，实现毫秒级内补材与基体的熔化结合。
我国再制造技术在徐滨士院士倡导下发展起来，目前，再制造工程已得到我国政府、学术界和企业界的认同与支持。融合了先进制造工艺及设备的再制造技术，对促进机械装备工业节约能源、资源，实现可持续发展具有重要意义。
机械装备零部件制造技术是机械装备行业发展的基础，但目前我国在国内外市场竞争中，机械零部件产品的技术水平及核心技术成为制约其竞争力进一步提高的关键因素。与国际先进水平相比，中国机械产品的技术水平平均差距在15年左右，主要表现在产品毛坯质量、加工母机、使用可靠性、整机寿命、外观质量、资源消耗及信息化、清洁化、自动化、精密化、绿色化技术水平上。
当前，国家倡导建设资源节约型、环境友好型社会，坚持科学发展观，实现经济又好又快发展，同时工业领域节能减排工作受到党中央、国务院高度重视和全国人民的广泛关注，国家“十一五”规划纲要也提出了节能降耗和污染减排两个约束性指标，“十七大”更是提出了又好又快发展的号召，并采取了一系列措施，加强环境保护和节能减排，这对于机械装备技术的发展是非常难得的机遇。2007年国务院颁布了《节能减排综合性工作方案》，确立了“依靠科技，加快技术开发和推广”实现节能减排战略目标，对科技创新促进节能减排提出了明确的要求。
相对冶金、有色、能源、建筑等行业，装备制造业能耗和污染物排放较低，同时也是其他产业节能减排的技术保障。装备制造业属于高级组装型产业，目前每万元工业产值耗能0.12吨标准煤，大大低于全国工业平均水平的0.93吨。先进技术装备更是其节能减排的有力工具。在信息、软件等新兴技术的带动下，先进装备制造业已成为各项工业技术的集成和高新技术的载体，为我国载人航天工程、绕月工程、纳米材料开发应用、核能研究等发挥了关键作用。
随着电子、信息、材料和现代管理技术的发展，发展先进的制造技术以技术创新推动建设资源节约型、环境友好型社会，实现机械装备工业的可持续发展，是未来装备制造业的主要任务之一。通过工业领域可持续制造新技术的研究，开发与推广应用若干绿色化的新工艺、新技术和新设备，积极研究数字化绿色设计技术、资源循环综合利用技术、先进表面工程技术、近精成形技术、干式加工技术、机械装备回收再利用技术等，实现机械装备制造过程的资源最小化、环境友好化、成本最低化、生产智能化，降低生产成本、节约材料、减少能源消耗和废弃物制造，对促进装备制造业的可持续发展具有重要作用。
参考文献
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作者简介：单忠德，1970年生，工学博士、研究员，研究生导师，2002年毕业于清华大学材料加工工程专业。现任机械科学研究总院先进制造技术研究中心主任、先进成形技术与装备国家重点实验室（筹）主任，兼任国家科技部工业领域节能减排总体专家组成员、中国机械制造工艺协会副秘书长、全国技术产品文件标准化技术委员会工艺文件与技术信息分委会主任委员等。主要研究方向：先进成形技术、机械装备制造、绿色制造技术等。
[1]北京市科技新星计划（2005B45）、机械科学研究总院基金项目（2007）
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