合肥工业大学教授刘志峰：汽车绿色制造技术及其应用

2018年12月7日-8日，以“创新驱动、技术引领”为主题的2018第六届“汽车与环境”创新论坛在上海·安亭正式举办。本次论坛完整覆盖汽车行业技术领域的研讨，旨在进一步促进整车企业与零部件企业之间对技术发展趋势的探讨、加强汽车行业专家之间的交流互动、增强整车与零部件企业的交流、搭建合作平台，通过活动促进汽车零部件产业创新转型升级、打造更具竞争力的整零协同创新关系，助力实现向汽车强国的转变。以下是合肥工业大学教授刘志峰在本次论坛上的发言：

合肥工业大学教授 刘志峰

各位朋友下午好，很高兴跟大家一起交流汽车绿色制造技术，合肥工业大学开展绿色制造20多年，近年来结合汽车产业也开展了相关研发工作，今天下午主要跟大家交流汽车与环境、汽车绿色制造以及绿色制造技术的应用。

汽车是我们国家重要的支柱产业之一，也是很多地方的支柱产业，主要是因为其产业链长、涉及领域多、影响范围广的特点。我们国家的汽车产销量连续多年稳步增长，汽车为社会经济发展和人们出行发挥了重要作用，但是其负面影响也引起了人们的普遍关注，比如汽车的油耗、排放以及对资源的消耗、废弃回收等。汽车生产过程中也会对人、环境产生一定的影响，这也是大家最关心的领域之一。这些问题怎么解决？相关企业在思考，也在行动。

也就是说，汽车与环境关系很密切。汽车行业的绿色制造有两个层面的意思，一个层面是绿色制造的思维理念或模式，即汽车行业的绿色制造是什么样？另外一个层面是具体绿色制造技术的实施，即要把思维理念或模式变成现实，也就是实际工作中的遵循。两个层面我们都要做好，前者是绿色制造的顶层设计，后者是绿色制造的技术方法，要两条腿走路，否则只重视前者就变成了口头上的，讲到最后就是虚的。

因此，绿色制造要实现从能源、资源、使用过程、生产过程，一直到淘汰废弃，要从全生命周期的角度来思考解决问题。我们就把它分成从生产的角度、设计的角度、使用的角度、回收的角度，在开始设计的时候把这些问题都能考虑进去，这样我们可以系统地去做。你不可能现在把所有问题都解决了，但可以逐步解决顶层规划的内容，就是我们讲的绿色制造理念，具体的技术一定是实实在在的技术。

下面我来简单介绍一下从设计、制造、回收过程如何来做。比如说绿色设计，汽车如果要真正地做成一个绿色产品，就会涉及到材料、结构、工艺等内容，如果不充分考虑这些内容，那就很难实现的汽车绿色化。

在这个过程中，有些是绿色技术的共性基础，比如汽车绿色制造的评价指标体系及标准规范、绿色设计的模型、支持绿色设计的数据库等。此外还有绿色设计方法，如绿色材料及其选择，若材料本身含有毒、有害的成分，不能达标，那汽车就很难说具有良好的绿色性能。还有汽车结构的轻量化设计、模块化设计、节能设计、绿色制造工艺设计与选择等，这些因素在设计过程中都要考虑。绿色设计可以分为7个阶段，13个步骤。

绿色材料的选择、结构设计及工艺设计，会影响到汽车的回收率，现在欧洲对汽车的销售，非常强调回收率的概念，我们很多汽车整车企业也开始了这方面的工作，但缺乏支撑数据，只有从设计的角度系统思考才能取得较好的效果。

汽车生产过程中涉及的四大工艺技术都涉及到绿色工艺技术，比如铸锻焊工艺的绿色化、干切削技术、MQL技术、绿色工艺规划技术等，通过工艺方法优化，可以减少辅助要素，减少不必要的环节，减少环境破坏对人的影响。

当然新能源的应用可以直接改变汽车的能源结构，使用过程没有排放，但从另一个角度来说新能源汽车也有影响，比如电池的制造过程、电池的回收处理，依然存在排放问题。从生命周期角度来讲，产品总归是要报废的，报废以后的回收处理是大家很关心的，汽车报废以后，尽可能实现物尽其用，既可以减少占地面积，还可以减少环境影响。目前主要是通过再制造和材料的回收利用为主。但整体来说，零部件级别的再制造尽管开展了多年试点，效果并不很理想，关键是要建立完善的法律制度和信用机制。

在汽车拆解回收方面我们做了很多工作，拆了好几辆整车，跑了八万公里的车拆了，刚下线的新车也拆了，我们拆车的目的主要是看这个车好不好拆，整个车的回收率是多少，这个与材料和结构、工艺都有关系，也是目前汽车绿色性能考核的主要指标。

所以做好汽车绿色制造，应该从设计、制造、使用、报废处理环节考虑，若每个问题都解决了，绿色制造的顶层设计就实现了。一个企业要想做到这一点，顶层设计一定要做好，然后再往下通过一系列技术来保障。

很多企业说做了绿色设计，可能只是在绿色设计系统里选择做了一部分，比如针对某个零部件，或者某一个部分对它做了材料轻量化、材料优选、结构优化就说这是绿色的，因为节材了，节材也是节能，也是绿色的表现之一。但要想把绿色设计做好，一定是从生命周期的观点考虑，要考虑到材料选择、结构设计、工艺参数，包括回收阶段都应该在设计中考虑到，你考虑不到就做不到。

以下从设计、制造、使用、回收等阶段对汽车绿色制造的应用举例说明。我们的研究生做了一个对比，燃油车和新能源汽车到底哪个对环境影响大？我们的博士生在国外也做了动力电池的生命周期分析。还有汽车的回收性能分析，当汽车设计完成时，其回收率是多少就应该知道，汽车要出口这也是一个指标。对此，汽车企业非常关心，近几年开展了广泛研究与应用，要达到此目的，首先要建立汽车材料数据库，不仅要知道材料名称，还要知道它的成份，还要知道材料能不能回收，结构能不能拆解。因此，汽车用绿色材料的开发也非常重要，绿色产品没有绿色材料支撑是不可能的，因为材料在制造过程、加工过程中如果含有有毒有害的成分，就不可能做出来合格的产品。

2009年我们与吉利汽车合作做了其帝豪车型的回收性能分析。我们组织了老师和研究生，开展了系统研究与分析，拆了两辆车，对照该车型的BOM表，对零件名称、材料牌号、零件重量等进行了统计分析，开发了分析系统，并给出了汽车绿色设计、拆解回收的系统方法。2010年也为江淮汽车开展了类似的研究。2011年为奇瑞汽车开发了功能更完善的系统，奇瑞轿车、凯翼平台均在使用我们开发的系统。目前正在给奇瑞新能源开发相应的的系统。利用此系统，设计完成后即可知道汽车的回收率，也可知道哪些部分影响了回收率的提升，可以着手完成设计方案改进优化。

成形加工是汽车零件的主要生产工艺之一，我们对成形过程、工艺参数优化选择等进行了系统分析，给出了既能满足零件加工要求，同时能耗最低工艺系统优化方案。汽车零部件加工工艺类型众多，如何选择既能满足加工要求的工艺流程，又能降低能耗，这在工艺选择中是非常好的思路，但实际很难这样考虑。如某一零件的加工，有三个方案，均能满足加工要求，但其中一个工艺过程能耗最低，这样选择工艺过程就比较好。车辆运行过程节能除了对传统燃油车的改进外，新能源汽车是目前最多的选择，我们最近建了安徽省新能源汽车远程服务系统，该系统建在合肥工业大学智能制造技术研究院，既能对整车也可对于车相关的辅助设施，包括充电桩等进行监控和服务，这样既能提供真实数据，同时也能为企业提供反馈信息。

另外我们在学校成立了绿色设计与制造工程研究所，从事绿色制造至今已经二十几年了，是国内最早从事绿色制造研究的单位之一，研究所承担了包括国家自然科学基金、国家科技支撑计划项目等30多个，在本科生、研究生中开设绿色设计与绿色制造的相关课程多年，培养了一大批从事绿色制造的工程技术人员，出版了“绿色设计与绿色制”、“干切削加工技术及应用”、“绿色设计方法技术及应用”等多部著作，也获得了多项省部级奖励，开发了家电产品绿色设计系统、汽车可回收性研究及材料数据库等软件系统。

汽车全生命周期的绿色化是汽车企业追求的目标，但是涉及的领域又比较宽，在很宽的领域中怎么把绿色真正的变成现实，我觉得应该回到我最初讲到的思路，第一，从顶层做规划，把绿色制造作为企业发展的目标。第二，从设计、加工、使用、回收处理等不同角度开展实践，同时整合利用各类先进技术，把相关知识用到汽车领域，做好汽车全生命周期的节能、减排、节材等，实现汽车行业的绿色制造。