基于机械产品绿色设计的研究

《机电技术》２０１０年第４期　综述与专论　基于机械产品绿色设计的研究　．　贺志博　（贵州省动能煤炭技术发展服务有限公司，贵州贵阳５５００００）　摘要：随着科技的进步与发展，现代机械设备的绿色设计作为机械制造业可持续发展的关键技术已经成为人们的共　识。文章简述了机械产品的绿色设计理念及其重要性，以及绿色设计的关键技术和常用设计方法等。　关键词：机械产品；绿色设计；关键技术；设计方法　中图分类号：ＴＨ１２２　Ｘ２２　文献标识码：Ａ文章编号：１６７２－－４８０１（２０１０）０４－－１３６－－０３　

随着社会的发展，资源短缺、环境污染和人　发展战略的重要组成部分，有着重大意义：其一，　口膨胀成为当今全人类面临的三大问题。由于世　有利于保护环境，维护生态系统平衡；其二，可　界人口的不断增多和人们对物质生活越来越高的　以减少不可再生资源的消耗；其三，减少了废弃　要求，以大量消耗资源、能源为代价的高投入高　物数量及其处理的棘手问题；其四，是消除绿色　输出的发展模式已不能适应社会的发展；只有采　贸易壁垒的最有效途径；其五，是人类实现可持　用以资源的高效利用为特色的集约型发展模式，　续发展的必然选择。　耄　篓　篓李堂　复　同　：．，　２机械产品中的绿色设计　量开采与低效利用也造成了大量废弃物，恶化了　”　一　一。～一一一　人类生存环境，甚至威胁到人的身体健康乃至生　２．１机械产品绿色设计的关键技术　・命。而绿色设计正是以资源的高效利用为根本出　２．１．１绿色材料及其选择管理　发点，使产品制造过程及整个生命周期对环境的　（１）绿色材料　不良影响降低到最小，从而实现人类的可持续发　产品设计与材料使用密切相关。然而过去人　展。目前，以绿色设计和制造为主要特征的绿色　们只是孤立地设计产品，即仅就产品的使用和性　浪潮正在席卷全球。　能来选材，很少考虑材料对环境的影响。绿色材　机械产品中的绿色设计理念及重贾陛　端　’　

绿色设计也称为生命周期设计、环境设计或　再生利用率高或可降解循环利用，在制备、使用、　生态设计等，是指在产品的整个生命周期内着重　废弃直至再生循环利用的整个过程中，都与环境　考虑产品的环境属性（可拆卸性、可回收性、可维　协调共存的材料。它有三个显著特征：①良好的　护性、可重复利用性等），并将其作为设计目标，　使用性能；②较高的资源利用率；③对生态环境　在满足环境目标要求的同时，保证产品应有的功　无副作用（环境负荷值最小）。　能、经济、质量和使用寿命等要求。其核心是“３Ｒ”，　（２）选择方法和管理　即Ｒｅｄｕｃｅ（减少）、Ｒｅｃｙｃｌｅ（再生）、Ｒｅｕｓｅ（重新使　绿色材料的选择不仅应考虑到材料的机械性　用），就是不仅要尽量减少物质和能源的消耗、减　能、工艺性能和经济性，而且要把环境属性作为　少有害物质的排放，而且要使产品及零部件能够　重要因素考虑在内。其原则是优先选用可再生材　方便地分类回收并再生循环或重新利用。　料，尽量选用易回收、低能耗、少污染、环境兼　工业设计在为人类创造了现代生活方式和生　容性好的材料，提高资源回收率，实现可持续发　活环境的同时，也加速了资源、能源的消耗，并　展，避免选用有毒、有害和有辐射性的材料。在　对地球的生态平衡造成了巨大的破坏。要从根本　进行绿色设计时，不仅要正确选择材料，还要重　上防止或减少污染、节约资源，关键在于设计与　视材料的管理。首先，要做好材料的标识标记，　制造，不能等产品产生了不良的环境后果再采取　对不同种类、性能的材料要分类归存和管理，不　措施（现行的末端处理Ｅｎｄ—ｔｏ＿＿Ｐｉｐｅ即是如此），　能把含有害成分与无害成分的材料混放，以免引　要预先设法防止产品及工艺对环境产生的副作　起材料间的交叉感染；其次，要做好材料的回收　用，然后再制造。机械产品绿色设计作为可持续　利用工作，对于达到生命周期的产品，其有用部　综述与专论　《机电技术》２０１０年第４期　分要充分回收利用，不可用部分要采用一定工艺　方法进行处理，使其对环境的影响最小；再次，　要建立材料数据库，包括材料性能数据库和材料　环境负荷数据库，开发材料计算机管理系统。　２．１．２回收性设计　所谓回收性设计，就是在产品设计时，充分　考虑产品零部件及材料的回收可能性、回收处理　方法、回收价值大小、回收处理结构工艺性，以　及与可回收性有关的一系列问题，以达到零部件　及材料资源、能源的有效利用，并在回收过程中　对环境污染降为最小的一种设计思想和方法。其　内容主要包括：可回收材料及其标志、可回收工　艺及方法、回收经济性问题、可回收零件结构工　艺性设计。其设计准则为：①产品结构易于拆卸、　维修与调整；②可重用零件材料易于识别与分类；　③尽量选取可翻新的零件；④被回收件清理的清　洁化；⑤尽量减少材料种类；⑥系列化、模块化　的结构设计。　２．１．３　易于制造和装配的设计　机械产品的结构设计，不仅要使产品更易于　制造和装配，提高产品的品质和可维护性，充分　减少零件数量，而且要更利于减少制造和装配过　程所产生的环境污染，实现清洁生产。其设计准　则为：①优化产品性能，改进工艺，提高产品合　格率；②简化产品加工流程，减少加工工序，煤　球生产过程中废料最少化，避免不安全因素；③　减少生产过程中的污染物排放，如减少切削液的　使用或采用干切削加工技术。仍然以环境为最终　目标，减少零件数量，把产品造得简单些和提高　产品质量，延长使用寿命，都能减少产品对环境　的影响。　２．１．４可拆卸性设计　可拆卸性设计，是指从产品或部件上有规律　地拆下可用零部件，同时保证拆卸过程不造成损　伤的～种设计方法学。它研究如何设计产品才能　高效率、低成本地进行组件、零件的拆卸及材料　的分类拆卸，以便重新使用及回收，它要求在产　品设计的初级阶段就将可拆卸性作为结构设计的　一个评价准则，使所设计的结构易于拆卸，维护　方便，并在产品报废后可重用部分能充分有效地　回收和重用，以达到节约资源和能源、保护环境　的目的。其设计准则有：拆卸工作量最少、易于　ｌ３７　拆卸、易于分离、减少零件的多样性、产品结构　的可预估性准则。　２．１．５绿色产品设计数据库与知识库　绿色设计数据库与知识库是一个庞大复杂的　系统，由于绿色设计涉及产品生命周期全过程，　因而设计所需的数据和知识是产品生命周期各阶　段所得的数据和知识的有机融合与集成，包括产　品生命周期中与环境、经济、技术、对策等有关　的一切数据与知识，如材料成分，各种材料对环　境的影响值，材料自然降解周期，人工降解时间、　费用，制造、装配、销售、使用过程中所产生的　附加物数量及对环境的影响值，环境评估准则所　需的各种判断标准，设计经验等。该数据库对机　械产品的绿色设计过程起着举足轻重的作用。　２．１．６绿色产品成本分析　对绿色产品而言，只考虑其制造设计方案的　技术绿色性是不够的，还需要进一步进行成本分　析与核算。绿色产品设计的成本分析与传统的成　本核算截然不同。由于在产品设计的初期，就必　须考虑产品的回收、再利用等性能，因此，成本　分析时，就必须考虑污染物的替代、产品拆卸、　重复利用成本、特殊产品相应的环保成本等。企　业的价值增值直接取决于产品成本的高低，因　此，在每一项设计决策时都应进行绿色产品成本　分析，以便设计出的产品“绿色程度”高且总成本　低。　２．２常用的设计方法　２．２．１生命周期设计　绿色机械产品的生命周期设计是多学科融　合的综合科学，并涉及许多新兴学科和现代先进　技术。机械产品生命周期是指从原料生产、产品　生产、包装、运输、销售、使用直至回收利用及　处理所涉及的各个阶段的总和。生命周期设计的　要求是以预防污染和节约资源为核心，设计要素　控制的关键是将环境与资源效益的分析方法运　用到产品的设计中，实现产品的功能性、环境性　和成本性相协调，以达到最佳的环境效益与经济　效益。　２．２．２并行工程设计　并行工程作为产品开发的新模式，把计算机　辅助设计、制造、管理和质量保证等有机地集成　为一体，实现信息集成、信息共享、过程集成。　并行工程设计是绿色机械产品开发的一种模式和　《机电技术》２０１０年第４期　综述与专论　系统方法。它以利用并行工程技术，综合考虑机　械产品绿色设计中的各方面因素，随时在设计过　程中各环节间进行信息交流和反馈，实现多因素、　多目标、闭环设计过程的全局最优化。　２．２．３模块化设计　模块化设计以面向模块和功能分析为主要特　征，能够通过模块的选择与组合快速形成绿色机　械产品系列。绿色机械产品模块化设计在对一定　范围内的不同功能或相同功能不同性能、不同规　格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出　一系列功能模块，通过模块的选择和组合构成不　同的产品。它既可以很好地解决产品品种规格、　设计制造周期和生产成本之间的矛盾，又可为产　品快速更新换代，提高质量，增强竞争力提供　必要条件。　２．２．４面向对象的设计　面向对象的设计（Ｄｅｓｉｇｎ　ｆｏｒ　Ｘ，ＤＦＸ）是针对　产品生命周期内同时存在多种需求的情况下实施　的一种设计方法。其采用的基本方法是基于约束　的设计方法，即以多个代表产品生命周期内需求　的约束条件剪裁设计空间，在满足约束的情况下，　优化求解设计空间。　２．２．５长寿命设计　长寿命设计是指在对产品功能分析的基础　上，采用各种先进的设计理论和工具，使产品能　满足当前和将来相当长一段时间内市场需求的设　计方法。由于用户对产品性能的要求是不断变化　的，因此，要在动态满足用户需求的前提下实现　这种设计还有较大难度。　

３结束语　机械制造业是国民经济的支柱产业，也是影响　环境的主要因素之一，实施机械产品的绿色设计，　不仅是一种技术层面的考量，更重要的是一种观念　上的变革，它要求设计人员以一种更为负责的方法　去创造产品，这样才能更有效利用资源，减少对环　境的污染，最终避免和消除制造业恶性循环并顺应　社会和谐发展的需要。绿色设计是人类实现可持续　发展、拥有高质量生存环境、享受健康生活的必然　要求，也是未来技术经济发展的大势所趋。　

参考文献：　［１］张鄂．现代设计理论与方法［Ｍ］．北京：科学出版社，２００７．　［２］张铁，李琳，李杞仪．创新思维与设计［Ｍ】　京：国防工业出版社，２００５　［３１￣ｌＪ光复．绿色设计与绿色制造［Ｍ】．北京：机械工业出版社，２００７．　［４】李思益等．现代设计方法［Ｍ］．西安：西安电子科技大学出版社，２００７．　

作者简介：贺志博（１９８２年一），女，主要从事企业管理工作。