綠色（sè）製造，又稱為環境友好製造或可（kě）持續製造，是一個綜合考慮環境影響和資源消耗（hào）的現代（dài）製造業可持續發展模式。改善產品製造過程的環境友好（hǎo）性是企業實施綠色製造的重要內（nèi）容之一（yī），而產品（pǐn）製造過程（chéng）環境影響分析（xī）和評價是其（qí）中（zhōng）的有效方法之一。清單分析又是進行製造過程環境影響分析和評價的基礎，它（tā）能夠對產品製造過（guò）程（chéng）的資源消耗和（hé）環境影響數據進行量化分析。

      對（duì）礦用風機葉輪加工（gōng）過程進行清單分析（xī），可以反映出葉輪加工過程資源消耗和（hé）環境影響的種類和數（shù）量，從而發現（xiàn）葉輪加工過程中對環境影響（xiǎng）最大或者較大的一些（xiē）階段，為新（xīn）葉（yè）輪的設計和改進提供（gòng）一定的理論依據（jù），使葉輪更具有環境優勢（shì），也為以後礦（kuàng）用風機葉輪（lún）加工過程（chéng）的資源（yuán）環（huán）境屬性綜合評（píng）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（kù）的建立提供科學可靠的信息資源。

      清單分析的關鍵（jiàn）是數據的采集。由於葉輪是由一係列（liè）工序環節組成的，對葉輪整個（gè）加工（gōng）過程進行清單數據的采（cǎi）集就可以離散成對每個工序環節進（jìn）行數據采集，而每個工（gōng）序環節可以（yǐ）看作為一個輸入（rù）(Input) － 加工(Process) － 輸出（chū）(Output) 的過程，為此先建立每個工序的IPO 過程模型，基於工序IPO 過程模型，製定工序清（qīng）單分析表格，然後進（jìn）行工序清單數據的采集。

      1 礦用風機葉輪加工過程各工序環節IPO 模型的建（jiàn）立

      葉輪加工過程是由一（yī）係列工序環節組（zǔ）成的，根據國家機械製造（zào）工藝分類標準JB /T5992 － 92，葉輪加工過程各工（gōng）序可以歸為（wéi）切削、焊接、壓力（lì）加工、鑄造4 種工藝類型。文獻［5］中構建了4 種工藝類型的IPO 過程模型。圖1 為切削工藝的IPO 過程模型。輸入包括原材料、輔助材（cái）料、能（néng）量、工裝、加（jiā）工設備（bèi）以及工藝參數等;輸出包括產品、副產品、廢（fèi）氣、廢液、固體廢棄物和其他汙染形式的（de）排放(如噪聲、振動等) 等。對於同一工藝類型中的各具體工序，由於具有相似的物理化學特性以及資源消耗與環境影響屬性，所以其IPO 過程模型的建立可以從工藝類型的IPO 過程模型中派生出來。例如（rú）:鐵芯車削外圓工序的IPO 過程模型就可以從（cóng）切削（xuē）工藝IPO 過程模型(圖1)中派（pài）生出來(圖（tú）2)。

      2 基於工序IPO 過程模型的清單分析表格的建立及數據采集

      根據工序IPO 過程（chéng）模型可（kě）以建立工序清單分析表格，鐵芯車削外（wài）圓工序的清單分析表格可如表（biǎo）1 所示（shì）製定。清單分析表格中（zhōng）的環境因子分為（wéi）2 層。第1 層是目標層環（huán）境因子，屬於工藝過程的環境影響共性因子。一般（bān）地，根據資源（yuán）消耗種類及汙染物種類或（huò）影響（xiǎng）對象可以將（jiāng）加工過程目（mù）標環境因子劃分為原材料消耗、輔助材料消耗、能源消耗、廢氣排放、廢（fèi）水排放、固體廢棄物或其他汙染物排放( 如振動、輻射和（hé）噪聲等)。第（dì）2 層是（shì）指標層環境因子，與具體工序有關。環境因子的層次性與IPO 模型的層次性具有對（duì）應關係，工藝類型的IPO 模型對應目標層環境因子;每個工序的IPO 模（mó）型（xíng）對應指標層環境因子。同理可製定葉輪加工過程中其他具體工序（xù）的清單分析表格（gé），所有清單分析表格中擁有相同的目（mù）標層影響因子和個性化的指標層影響因子。

      製定了工序清單分析表格，就可以進行物料消耗和環境影響數據的采集。因為清單分析（xī）數據的準確性直接關係到（dào）影響評價結果（guǒ）和方（fāng）案決（jué）策的可靠（kào）性，因此（cǐ）清單分析表格中列出了數據的采集方法。葉（yè）輪（lún）加工過程的清單數（shù）據主要通過如下方法獲得:(1) 現場觀察葉輪的生產情況;(2)調查企（qǐ）業（yè）的物料供（gòng）應定額、各種統計、報表等;(3)查閱有（yǒu）關文（wén）獻和（hé）國家規定的某些相關標準等;(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（jù）

      采用以上方法就可以獲（huò）得葉輪加工過程各工序環（huán）節（jiē）的物（wù）料消耗和（hé）環境影響清單。由於葉輪加工過程工序環節較多，因此可以按葉輪生產工藝流程劃分為若幹個便於數據（jù）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（hòu）將各個單（dān）元的清單（dān）按功能單位(1 台風機的葉輪) 進行換算（suàn），並分類（lèi）匯總即（jí）可得到整個葉輪加工過程（chéng）的清單數據。

      由於礦用風機品種和規格比較多，資源消耗和環境影（yǐng）響（xiǎng）不一樣（yàng），不同企業間的生產水平也有很大差異（yì）。為了便於比較，我們選取某廠（chǎng）生產的性（xìng）能參數相（xiàng）似，葉片既可通過鋼板衝壓成形，也可通過鋁錠鑄造成（chéng）形（xíng）的No6. 0 /2 × 15(No6. 0 表示葉輪的直徑為0. 6 m;2 × 15表示風機級數（shù）為2 級，單（dān）台電動機（jī）功率為15 kW)風機葉輪加工過程（chéng）作為研究對象。其資源消耗和環（huán）境影（yǐng）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 葉輪加工過程的清單數據（jù）中可以分析得出:衝壓（yā）葉片葉輪:(1) 原材料總消耗量為44. 33 kg， Q235A 棒材消耗為6. 68 kg，Q235A 板（bǎn）材消耗為37. 65kg。棒材消耗中軸盤鑽孔、車削階段材料利用率最低，為65. 8%，板材消耗中葉片剪切、衝壓下（xià）料（liào）和（hé）轂板氣（qì）割下（xià）料（liào）階段材料（liào）利（lì）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、乙炔和切（qiē）削液的消耗。焊絲消耗量為1. 47 kg，CO2氣體（tǐ）消耗（hào）為233. 94 L，氧氣消耗為69. 87 L，乙炔消耗為18. 34 L，切削液消耗（hào）為15. 39 L。焊絲和CO2氣體主要消耗（hào）在葉輪焊接階段，且消（xiāo）耗量分（fèn）別為1. 43 kg 和227. 7 L，分別（bié）占焊絲（sī）和CO2氣體總（zǒng）消耗量的97% 和97%;切削液主要消耗在軸盤鋸削和鑽孔2 個工藝階段，分（fèn）別為7. 39 L 和7. 82 L，也是廢（fèi）液的主要來源，其（qí）消耗量分（fèn）別占切削液總消耗量（liàng）的48% 和51%。(3)電能（néng）消耗為21. 65 kW·h，且主（zhǔ）要消耗在葉輪（lún）焊（hàn）接工藝階段，消耗（hào）量為12. 84 kW·h，占總能量消耗的59%。(4)廢氣包括（kuò）粉塵（chén）、煙塵和有毒氣體的（de）排放，主要由焊接和氣割工藝產生;(5) 廢液主要是切削液的排放。(6)固體廢棄物包括12. 76 kg 的切屑、少量熔（róng）渣和焊（hàn）渣，葉片剪切、衝（chōng）壓下料階段切屑（xiè）最（zuì）多，占總（zǒng）切（qiē）屑的37%，但切（qiē）屑一般都可回收利用。(7) 其他汙染包（bāo）括各工序中產生的噪聲，以及轂板氣割下料、轂圈和（hé）葉輪焊接、點焊平衡塊時產生的（de）光、熱、電磁（cí）和射線輻射。剪切、卷、焊、校圓、脹（zhàng）圓以及鑽（zuàn）孔、攻絲工序中噪聲（shēng）都在80 dB 以上。

      鑄造葉片葉輪:(1) 原材料總（zǒng）消耗量為72. 32 kg， Q235A 棒材消耗為9. 66 kg，Q235A 板材消耗為39. 72kg，ZL104 消耗為22. 94 kg。棒材消耗中軸盤鑽孔、車削階段材（cái）料利（lì）用率最低，為65. 2%;板材消耗中轂板氣割下料（liào）階段材料利用率低，為64%。(2) 輔（fǔ）助物料消耗（hào）主要（yào）是焊絲、CO2氣體、氧氣、乙炔、切削液和型砂的消（xiāo）耗。焊絲（sī）消（xiāo）耗量為1. 33 kg，CO2氣體消耗為218. 59 L，氧氣消耗為127. 2 L，乙炔消耗為33. 39 L，切削液消（xiāo）耗為19. 13 L，型砂為3. 25 kg，焊絲和CO2氣體（tǐ）主要消耗在輪轂焊接階段，且（qiě）消耗量分別為0. 91 kg和152. 78 L，分別占焊絲和CO2氣體總（zǒng）消（xiāo）耗量的68%和70%;切削液主要消耗在軸盤鋸削和鑽孔兩個工藝階段，分別為8. 04 L 和（hé）10. 07 L，也是廢（fèi）液的主要（yào）來源，其消耗量分（fèn）別占切削液總消耗量的42% 和53%。 (3) 能源消耗包括電（diàn）能和焦（jiāo）煤的消耗，電（diàn）能消（xiāo）耗為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（yì）階段，消耗量為8. 92 kW·h，占電能消（xiāo）耗（hào）量（liàng）的22%。(4) 廢氣包括粉塵（chén）、煙塵和有毒氣體的排放，主要由焊接、鑄造和氣割工藝（yì）產生。(5) 廢水主要是切削液的排放。(6)固體廢棄（qì）物包括20. 07 kg 的切屑和12. 48 kg 鑄造過程中（zhōng）產生的各種廢渣（zhā）、少量熔渣和焊渣。轂板氣割時產生的切屑占總切屑的45%，鑄造過程（chéng）中產（chǎn）生（shēng）的各種廢渣約占總固體廢棄物的30%。(7)其他汙染中包括各工序中產生的噪（zào）聲，以及轂板氣割（gē）下料、轂圈和輪轂焊接、點焊平衡塊和鑄造時產生的光、熱、電磁和射線輻射。其中剪切、卷（juàn）、焊、校（xiào）圓（yuán）、鑄（zhù）造工藝階（jiē）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排放的統計分析可以得出:2 種葉（yè）輪軸盤加工階段切削液消耗最多，同時也是廢液（yè）的主要來源，軸盤鑽孔、車削（xuē）工藝階段材料（liào）利用率最低，產生的廢屑也較多，這（zhè）時如（rú）果將圓鋼改為（wéi）內徑合適的管材，既可減少材料消耗提高材料利用率，也可減少鋸削、鑽（zuàn）孔加工時（shí）間，從而節約能源、減少切削液（yè）的消耗和廢液（yè）排放。葉（yè）輪在轂板氣割下料時材料利用率也比較（jiào）低，可以采取（qǔ）跟其他零件配合下料的方式來提高材料的利用率減少固體（tǐ）廢棄物的產生。輔助物料消耗中焊絲和CO2氣體消耗都比較多（duō），電能也主要消耗在焊接階（jiē）段（duàn），這主要是因為（wéi）CO2氣體保護焊時易產生飛濺（jiàn），為此可以通過選擇正確的焊接參數，在氣體中加入Ar，在焊接回路中串聯適度的電感，采用低飛濺率焊絲等方法來減少（shǎo）焊接過程中焊絲隨熔化金屬飛向熔（róng）池之外的飛濺，有效提高熔敷效率（lǜ）和焊接生產率，從而減少焊材（cái）、氣體和焊接電能的消耗（hào）。從現場中還了解（jiě）到葉輪加工過程中有些噪聲是人（rén）為引起（qǐ）的，例如，轂圈脹圓時，由於操作人員隨手亂丟轂圈，引起轂圈與轂圈（quān）之間的碰撞，從而引發很大的噪聲，對於這類人為（wéi）引起（qǐ）的噪聲隻要采取（qǔ）合適的措施就能避免。

      鑄造（zào）葉片葉輪加工過程中產生（shēng）的固體廢棄物是（shì）衝壓葉片葉輪加工過程的（de）2 倍多;氧氣、乙炔和電能的消耗（hào）差不多是它的2 倍（bèi）;除焊絲、CO2氣體外，Q235A 板材、Q235A 棒材、切削液的消耗也要多些;此（cǐ）外鑄造葉片葉輪加工過程中還有（yǒu）鑄鋁、焦煤、螺釘、螺母、螺（luó）栓的消耗。究其原因有兩個:一（yī）是葉片是小批量鑄造生產，鑄造過（guò）程中焦（jiāo）煤（méi）消耗多，因為熔（róng）煉鋁采用的是熱利用率低的地坑式坩堝爐，其（qí）熱利用率隻有0. 05 ～ 0. 08，為了要維持爐子的正常工作，需增（zēng）加每爐次焦煤消（xiāo）耗量的1 /3，因而熔煉金屬時（shí）產生的煤渣多。所以，為（wéi）了減少焦煤的消耗，減少廢氣和廢爐渣對環境的汙染，有必要改進（jìn）金屬熔煉方（fāng）法，如采用節能型的熔鋁電爐，熔化1 t 鋁隻需700 kW·h 左右，而這裏熔化1 t 鋁平均要0． 8 t 焦煤，相當於4 500 kW·h 左右發出的（de）熱量。另外，還可以通過改進技術和提高批量生產來改善葉片在（zài）鑄造過程（chéng）中的物能消耗和環境排放，因（yīn）為批量越大（dà），單位葉片（piàn）鑄造周期會相應縮短，資源消耗和環（huán）境排放就會降低。二是由於衝壓葉片與輪轂是同種材料（liào），焊接性能好，當葉片（piàn）與輪轂采用焊（hàn）接聯接時，隻有1 塊轂板和1 個轂圈;而鑄造葉片采用的是（shì）鑄鋁材料，葉片與輪轂（gū）材料不同，不能采（cǎi）用一（yī）般的焊接方法聯接起來，所以葉片要通過葉柄與輪轂用螺釘、螺栓、螺母和墊片來固定，所以每個葉輪有2 塊轂板和2 個轂圈，生產工序也相應增多，從而引起此種葉輪物能消耗和（hé）環境排放增多。在這種情況下，可以采取開發鋁鋼異種材料焊接材料或葉片采用焊接性（xìng）能好的（de）鑄造材料(如鑄鋼等)來提高葉片與輪轂的焊（hàn）接性能，簡化鑄（zhù）造葉（yè）片葉輪結（jié）構，減少加工（gōng）工序，從而減少鑄造葉片葉輪的物料消耗（hào）和環境排放。

      5 結語

      利用同（tóng）一工藝類型中的各具體工序具有相似的物理（lǐ）化學特性以及資源消耗與環境影響（xiǎng）屬性的特點，以鐵芯車削外圓具體工序為例詳（xiáng）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（yǐng）響狀況的描述和數據采集，並（bìng）詳細說明了數據的來源。最後就2 種葉輪的清單數據進行了詳細的分析（xī），比較了2 種葉輪資源消耗和環境影響的差異，找出了造成這種差異的原因（yīn），並提出（chū）了具體的改進措施。這樣不僅為葉輪加工過程降低資源消耗、減少噪聲和粉塵對車間環境的汙染，以及對（duì）人體的危害提供了數據參考;同時也為其他產品（pǐn）生（shēng）產過程降低（dī）資（zī）源消耗、減少環境汙染、實現清（qīng）潔化生產等（děng）提供了理論（lùn）基礎。