綠色製造，又稱為環境友好製造或可持續製造，是一個綜合考慮環境影（yǐng）響和資源消耗（hào）的現代製造業可持續發展模式。改善產品製造過程的環（huán）境友好性是（shì）企業實施綠色製造的重要（yào）內容之一，而產（chǎn）品製造過程環（huán）境影響分析和評價是其中的有效方法之一。清單分析又是進行製造（zào）過程環境影響分析和評價的基礎，它能夠對（duì）產品製造過程的資源（yuán）消耗和環境影響數據進行量化分析。

      對礦（kuàng）用風機葉輪加工過（guò）程進行清（qīng）單分析，可以反映出葉輪加（jiā）工過程（chéng）資（zī）源消耗和環境影響的種類和數量，從（cóng）而發現葉輪加工過程中對環境影響最大或者較大的一些（xiē）階（jiē）段，為新葉輪的設計和改進提（tí）供一定的理論依據，使葉輪更具有環（huán）境（jìng）優勢，也為以後礦用風機葉輪加工過程的資（zī）源環境屬性綜（zōng）合（hé）評價和工藝路線選擇提供數據和決策支持，以及為標準化清單數據庫的（de）建立提供科學可靠的（de）信息資源。

      清單分析的關鍵是數據的采集（jí）。由於葉輪是由一（yī）係列工序（xù）環節組成的，對葉輪整個加工過程進行清單（dān）數據的采集（jí）就可以離散成對每個工序環節（jiē）進行數據采集，而每個工序環節可以看作為一個輸入(Input) － 加工(Process) － 輸出(Output) 的過程（chéng），為此先建立每個（gè）工序的IPO 過程模型，基於（yú）工序IPO 過程模型，製定工序清單（dān）分（fèn）析（xī）表格，然後進行工序清單數據的采集。

      1 礦用風機（jī）葉輪加工過程各工序環節IPO 模型（xíng）的建立

      葉（yè）輪（lún）加工過（guò）程是由（yóu）一係列（liè）工序環節組成的，根據國家機械製造工藝分類標準JB /T5992 － 92，葉輪加工過程各工序可以歸為（wéi）切（qiē）削、焊接、壓力加工、鑄造4 種工藝類型。文獻［5］中構建了4 種工藝類（lèi）型的IPO 過程模型。圖1 為切削（xuē）工（gōng）藝的IPO 過程模型。輸入包括（kuò）原材料、輔助材料、能量、工裝、加（jiā）工設備以及工藝參數等;輸出包括產品、副產（chǎn）品、廢氣、廢液、固體廢棄（qì）物和其他汙染形式的排放(如噪聲、振動等) 等。對於同一（yī）工藝類型（xíng）中的各具體工序，由於具有相似的物理化學特性以（yǐ）及資源（yuán）消（xiāo）耗與環境影響屬性，所以其IPO 過程模型（xíng）的建立可以從工（gōng）藝（yì）類型的IPO 過程模型（xíng）中派生出來。例如:鐵芯車削外圓工序的IPO 過程模型就可以從切削工藝IPO 過程模型(圖1)中派生出來(圖2)。

      2 基於工序IPO 過程（chéng）模型的清單（dān）分析表格的建立及數據采集

      根據工序IPO 過程模型可以建立工序（xù）清（qīng）單分析表格，鐵芯車削外圓工（gōng）序的清單分析表格可如表1 所示製定。清單分析表格中的環境因子分為2 層。第1 層（céng）是目標層（céng）環境因子，屬於工藝過程的環境影響共性因子。一般地，根據資源（yuán）消耗種類及汙染物種類或影響對象可以將加工過程目標環（huán）境因子劃分為原（yuán）材料消耗、輔助材料（liào）消耗、能源消耗、廢氣排放（fàng）、廢水排（pái）放、固體廢棄物或其他汙染物排放( 如振動、輻射和噪（zào）聲（shēng）等)。第2 層是（shì）指標層環境因子，與具（jù）體（tǐ）工序有關。環境因（yīn）子的層次性與IPO 模型的層（céng）次性具有對應關係，工藝類型的IPO 模型對應目標（biāo）層環境因子（zǐ）;每個工序的IPO 模型對應指標層環境因子。同理可製定葉輪加工過程中其他（tā）具體工序的清單分析表格，所有清單分析表格中擁（yōng）有相同的目標層影響因子和個性化的指（zhǐ）標層影響（xiǎng）因子。

      製定了工序清單分析表格，就可以進行（háng）物料（liào）消耗（hào）和環境影響數據的（de）采集。因為清（qīng）單分析數（shù）據的準確性直接關係（xì）到影響評價結果和方案決策的可靠性，因此清單分析（xī）表（biǎo）格（gé）中列出了數據的（de）采（cǎi）集（jí）方法。葉（yè）輪（lún）加工過程的清單數據主要通過如下（xià）方法獲得:(1) 現場觀察葉輪的生產（chǎn）情況;(2)調查企業的物料供應（yīng）定額、各種統（tǒng）計、報表等;(3)查閱有關文獻和國家（jiā）規定的某（mǒu）些相關標準等（děng）;(4)根據葉輪設計資料進行計算。

      3 葉輪加工過程清（qīng）單數據

      采用以上方法就可以獲（huò）得葉輪加工過程（chéng）各工序（xù）環節的物料消耗和環境影響（xiǎng）清單。由於葉輪加工過程工序環節較多，因此可以按葉輪（lún）生產工藝流程（chéng）劃分為若幹個便於數（shù）據收集的單元過程，一個單元過程可包含一個或多個工序環節。然後將各個單元的清單按功能單位(1 台風機的葉輪) 進行換算，並分類匯總即可得到整個葉輪加工（gōng）過程（chéng）的清（qīng）單數據。

      由於礦用風機品種和規格（gé）比較多（duō），資源消耗和環（huán）境影響不一樣，不同（tóng）企業間的生產水平也有很大差異。為了便於比較，我們選取某廠生產的性能參（cān）數相似，葉片既可通過（guò）鋼板衝壓成形，也可通過鋁錠鑄造成形的No6. 0 /2 × 15(No6. 0 表示葉輪的直（zhí）徑為（wéi）0. 6 m;2 × 15表示風機級數為2 級，單台電動機功率為15 kW)風機葉輪加工過程作為研究對象。其資源消耗（hào）和環境影響清單數據分別如表2 ～ 5 所示。

      4 葉輪加工過程清單分析

      從表2 ～ 5 葉（yè）輪（lún）加工過程的清單數據中可以分析得出:衝壓葉片葉輪:(1) 原材料總消耗量（liàng）為44. 33 kg， Q235A 棒材消耗為6. 68 kg，Q235A 板材消耗為（wéi）37. 65kg。棒材消耗中軸盤鑽孔、車削階（jiē）段材（cái）料利（lì）用率最低，為65. 8%，板材消（xiāo）耗中葉片剪切、衝壓下料和轂板氣割下料階段材料利用率也（yě）較低，分別為（wéi）69. 5% 和73%。(2)輔助物料消耗主要是焊絲、CO2氣體、氧氣、乙炔和（hé）切削液的消耗。焊絲消耗量為1. 47 kg，CO2氣（qì）體消耗為233. 94 L，氧（yǎng）氣消耗為69. 87 L，乙炔消耗（hào）為18. 34 L，切削（xuē）液消耗為15. 39 L。焊絲和CO2氣體主要（yào）消耗在（zài）葉輪焊接（jiē）階段，且消耗量分別（bié）為1. 43 kg 和227. 7 L，分別占焊絲和CO2氣體總消耗（hào）量的97% 和97%;切削液主要消耗在軸盤鋸削和鑽孔2 個工藝階段（duàn），分別為7. 39 L 和7. 82 L，也是廢（fèi）液的主要來源，其消耗量分別占切削液總消耗量的48% 和（hé）51%。(3)電能消（xiāo）耗為21. 65 kW·h，且主要（yào）消耗在葉（yè）輪焊接工藝階段，消耗量為12. 84 kW·h，占總能量消耗的59%。(4)廢氣包括（kuò）粉塵、煙塵和有毒（dú）氣體的排（pái）放，主要由（yóu）焊接和氣割工藝產生;(5) 廢液主（zhǔ）要是切削液的排放。(6)固（gù）體廢棄（qì）物包括12. 76 kg 的切屑、少量熔渣和焊渣，葉片剪切（qiē）、衝壓下料階段切屑最多，占總切屑的37%，但切屑一般都可回收利用。(7) 其他汙染包括各工序（xù）中產生的噪聲，以及轂板氣割下料、轂圈和葉輪焊接、點焊平衡塊時產生的光、熱、電磁和射線輻射。剪切、卷、焊、校圓、脹圓以及鑽孔、攻絲工序中噪聲都在80 dB 以上。

      鑄造葉片葉輪:(1) 原材（cái）料總消耗量為72. 32 kg， Q235A 棒材消耗為9. 66 kg，Q235A 板材消（xiāo）耗（hào）為39. 72kg，ZL104 消耗為22. 94 kg。棒材消耗中軸盤鑽孔、車削階段（duàn）材料利用率最（zuì）低，為65. 2%;板材消耗中轂板氣割下料階段材料利用率低，為64%。(2) 輔助物料消耗主要是焊絲、CO2氣體、氧氣、乙炔、切削液和型（xíng）砂的消耗。焊（hàn）絲消耗量（liàng）為（wéi）1. 33 kg，CO2氣體（tǐ）消（xiāo）耗為218. 59 L，氧氣消耗為127. 2 L，乙炔消（xiāo）耗為33. 39 L，切削液消耗為（wéi）19. 13 L，型砂為3. 25 kg，焊絲和CO2氣體主要消耗在輪轂焊接階段，且消耗量分別為0. 91 kg和152. 78 L，分別占焊絲和CO2氣體總消耗量的68%和70%;切削液（yè）主（zhǔ）要消耗在（zài）軸盤鋸削和鑽孔兩個工藝階段，分別為8. 04 L 和10. 07 L，也是廢液的主要來源，其消耗量分別占（zhàn）切削液總消耗量的42% 和53%。 (3) 能（néng）源消耗包括電能和焦煤的消耗，電能消耗為（wéi）40. 04 kW·h，焦煤消耗為17. 4 kg。電能主要消耗在輪轂焊接工藝階段，消耗量為（wéi）8. 92 kW·h，占電能消耗（hào）量的22%。(4) 廢氣包括粉塵、煙塵和有毒氣體的排放，主要由焊（hàn）接、鑄造和氣（qì）割工藝產生。(5) 廢水主要是切削液的排放。(6)固體廢棄物（wù）包（bāo）括（kuò）20. 07 kg 的切屑（xiè）和12. 48 kg 鑄造過程中產生的（de）各種廢渣、少量熔渣（zhā）和焊渣。轂板氣割時產（chǎn）生的切屑占總（zǒng）切屑的45%，鑄（zhù）造（zào）過程中產生的各種廢渣約占總固體（tǐ）廢（fèi）棄物的30%。(7)其他（tā）汙染中包括（kuò）各工（gōng）序中產生的噪聲，以及轂板氣割下料（liào）、轂圈和輪轂焊接、點焊平衡塊和鑄造時產生的光、熱（rè）、電磁（cí）和射線輻射（shè）。其中剪切、卷、焊、校圓、鑄造工藝階段產生的噪聲在80 dB 以上。

      從2 種風機葉輪物料消耗和環境（jìng）排放的統（tǒng）計分析可以得出:2 種葉輪軸盤（pán）加工（gōng）階段切削液消耗（hào）最多，同時也是（shì）廢液的主要（yào）來源，軸盤鑽孔（kǒng）、車削工藝階段（duàn）材料（liào）利用率最低，產生的廢屑也較多（duō），這時如果將圓鋼改為內徑合適的管材，既可（kě）減少材（cái）料（liào）消耗提高材料利用率，也可減少鋸削、鑽孔加工時間，從而節約能（néng）源、減少切削液的消耗和廢（fèi）液排放。葉輪在轂（gū）板氣割下料時（shí）材料（liào）利用率也比較低，可以采取跟其他零件配合（hé）下料的方式來提（tí）高材料的利用率減少（shǎo）固體廢棄物的產生。輔助物料消耗中焊絲和CO2氣體消耗（hào）都比較多，電能也主要消耗在焊接階段，這主要是因為CO2氣體（tǐ）保護焊時易產生飛濺，為此可以通過選擇正確的焊接參數，在氣體中加入Ar，在焊接回路中串聯（lián）適（shì）度的電感，采用低飛濺率焊絲等方法來減少焊接過程中焊（hàn）絲隨熔化（huà）金屬飛向熔（róng）池之外的飛濺，有效提高（gāo）熔敷效率和焊接生（shēng）產（chǎn）率，從而減少焊材、氣體和焊接電能的（de）消耗。從現場中（zhōng）還了解到葉輪加工（gōng）過程中有些噪聲是人為引起的，例如，轂圈脹（zhàng）圓時，由於操作人員隨手亂丟轂圈，引起轂圈與轂圈之（zhī）間的（de）碰撞，從而引發很大的噪聲，對於這類人為引起的噪聲隻要采取合適的措施就能避免。

      鑄造葉（yè）片葉輪加（jiā）工過程中（zhōng）產生的固體廢棄物是衝壓葉片葉輪（lún）加工過程的2 倍多;氧氣、乙炔和電（diàn）能的消耗差不多是它的2 倍;除焊絲、CO2氣（qì）體外，Q235A 板材、Q235A 棒材、切（qiē）削液的消（xiāo）耗也（yě）要多些;此外鑄造葉片（piàn）葉輪加工過程中還有鑄鋁、焦煤、螺釘、螺母、螺栓的（de）消耗。究（jiū）其原因有兩（liǎng）個:一是葉片是小批量鑄造生（shēng）產（chǎn），鑄造過程中焦煤消耗多，因為（wéi）熔煉鋁采用（yòng）的是熱利用率低的地坑式坩堝爐，其熱利用率隻（zhī）有（yǒu）0. 05 ～ 0. 08，為（wéi）了要維持（chí）爐子的正常工作，需增加每爐次焦煤消耗量的1 /3，因而熔煉金屬時產生的煤渣多。所以，為了減（jiǎn）少焦煤的消耗，減少廢氣和廢爐渣對（duì）環（huán）境的（de）汙染，有必要改進金（jīn）屬熔煉方法，如采用節能型的熔鋁電爐，熔化1 t 鋁隻需700 kW·h 左右，而這裏熔（róng）化（huà）1 t 鋁平均要0． 8 t 焦煤，相當於4 500 kW·h 左右發出（chū）的熱量。另外，還可以通過改進技術和提高批（pī）量生產來改善葉片在鑄造（zào）過程中的物能消耗和環境排放，因為批量越大，單（dān）位葉片鑄造周期會相應縮（suō）短，資源消耗（hào）和環（huán）境（jìng）排放就（jiù）會降低。二是由（yóu）於衝壓葉片與輪轂是同種材料，焊接性能（néng）好，當葉片與輪轂采用焊接聯接時，隻有1 塊轂板和1 個轂圈;而鑄造葉片采用的是鑄鋁材（cái）料，葉片（piàn）與輪轂材料不同，不能采用一般的焊接方法聯接起（qǐ）來，所以葉（yè）片要通過葉柄與（yǔ）輪轂用螺釘、螺栓、螺母和（hé）墊片來固定，所以每個葉輪有2 塊轂板和2 個轂圈，生產工序也（yě）相應增多，從而引起此（cǐ）種葉輪物能消耗和環（huán）境排放（fàng）增多。在這種情況（kuàng）下，可以采取開發鋁鋼（gāng）異種材料焊接材料或葉片采用焊接性能好的鑄造材料(如鑄（zhù）鋼等)來提高（gāo）葉片與輪轂的焊接性能（néng），簡化鑄造葉片葉（yè）輪結構，減少加工工序，從而減少（shǎo）鑄造葉（yè）片（piàn）葉輪的物料消耗和環（huán）境排放。

      5 結（jié）語

      利用同一工（gōng）藝類型（xíng）中的各具體工序具有相似的（de）物理化學特性以及資源消耗與環境影響屬（shǔ）性的特點，以鐵芯車削外圓具體工序為例詳細說明了IPO 過程模型的建立、清單分析表格的製定、資源消耗和環境影響狀況（kuàng）的（de）描（miáo）述和（hé）數據采集（jí），並詳細說明了數據的來源。最後就2 種葉輪（lún）的（de）清單數據進行了詳細（xì）的分析，比較了2 種葉輪資源消耗（hào）和環境影響的（de）差異，找出了造成這種差異的原因（yīn），並提出了具體的改進措施（shī）。這（zhè）樣不僅為葉輪加工過程降低資源（yuán）消耗、減少噪聲和粉塵對車間環境的汙染，以及對人體的危害提（tí）供了（le）數據參考;同時也為其他產品生產過程降低資源消耗、減少環境汙染、實現清潔化生產等（děng）提供了理論基礎。