綠色設計下的制造業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新應用

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摘要：闡述了綠色設計的概念以及與傳統(tǒng)設計理念的區(qū)別。強調(diào)了綠色設計是一種全生命周期的設計理念。從綠色產(chǎn)品的材料設計、綠色產(chǎn)品的制造工藝、產(chǎn)品的可拆卸設計、廢棄產(chǎn)品的處理工藝以及綠色產(chǎn)品本身的特質(zhì)等方面說明了產(chǎn)品綠色設計的思路，并簡要說明了產(chǎn)品綠色設計的方法。

關(guān)鍵詞：綠色設計；全生命周期；制造業(yè)；理念；方法

綠色設計（GreenDesign）也稱生態(tài)設計（Ecolog－icalDesign）、環(huán)境設計（DesignforEnvironment）、環(huán)境意識設計（EnvironmentConsciousDesign）。綠色設計是指在產(chǎn)品設計時，應充分考慮在產(chǎn)品的整個生命周期內(nèi)可能對資源和環(huán)境產(chǎn)生的影響，并在充分考慮產(chǎn)品的功能、質(zhì)量、開發(fā)周期和成本的同時，更要優(yōu)化各種相關(guān)因素，使產(chǎn)品及其制造過程中對環(huán)境的總體負影響減到最小，使產(chǎn)品的各項指標符合綠色環(huán)保的要求。其基本思想是：在設計階段就將環(huán)境因素和預防污染的措施納入產(chǎn)品設計之中，將環(huán)境性能作為產(chǎn)品的設計目標和出發(fā)點，力求使產(chǎn)品對環(huán)境的影響為最小。綠色設計的原則被公認為“3R”原則，即Re－duce、Reuse、Recycle，意即減少環(huán)境污染、減小能源消耗，產(chǎn)品和零部件的回收再生循環(huán)或者重新利用。在產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)，著重考慮產(chǎn)品環(huán)境屬性（可拆卸性、可回收性、可維護性、可重復利用性等）并將其作為設計目標，在滿足環(huán)境目標要求的同時，保證產(chǎn)品應有的功能、使用壽命、質(zhì)量等要求。

1綠色設計的思想及方法

1.1綠色設計與傳統(tǒng)設計

綠色設計的基本思想是在產(chǎn)品設計階段就將環(huán)境因素和預防污染的措施納入產(chǎn)品設計中，將環(huán)境性能作為產(chǎn)品的設計目標和出發(fā)點，力求使產(chǎn)品在整個生命周期中對環(huán)境的影響為最小。因而，綠色設計是一種“可持續(xù)生產(chǎn)”設計，是一種生產(chǎn)過程環(huán)境友好并且產(chǎn)品為綠色產(chǎn)品的設計手段。而傳統(tǒng)設計在整個產(chǎn)品周期中，僅涉及到產(chǎn)品壽命周期的市場分析、產(chǎn)品設計、工藝設計、制造和銷售以及售后服務等幾個階段，只考慮產(chǎn)品的功能、質(zhì)量和成本等基本屬性。由此可見，綠色設計追求的是一種全過程的綠色設計理念。其綠色產(chǎn)品設計通常包含以下內(nèi)容：綠色材料選擇設計，制造過程的綠色設計，產(chǎn)品的可回收性設計，產(chǎn)品的可拆卸性設計，產(chǎn)品包裝的綠色設計，物流的綠色設計，服務的綠色設計，產(chǎn)品的回收利用設計等。可以看出，在產(chǎn)品的綠色設計中，從材料的選擇到生產(chǎn)、加工流程的設計制定，從產(chǎn)品包裝的設計選擇，到發(fā)貨運輸?shù)雀鱾€環(huán)節(jié)，均需考慮資源消耗及對環(huán)境的影響，從而設計并采用盡可能合理和優(yōu)化的結(jié)構(gòu)方案，使資源消耗和對環(huán)境造成的負影響降到最低。

1.2綠色材料的選擇設計

1.2.1綠色無害生態(tài)材料的選擇綠色產(chǎn)品材料要求盡可能采用天然材料，力求材料無污染、無毒害、無放射性，不能對人體和環(huán)境造成任何危害，即從用材入手選擇有利于環(huán)境保護和人體健康的生態(tài)材料。

1.2.2產(chǎn)品的制備生產(chǎn)工藝在產(chǎn)品的生產(chǎn)制備工藝設計中，要充分考慮使用物、析出物等的環(huán)保無害要求，不使用甲醛、鹵化物溶劑或芳香族碳氫化合物，產(chǎn)品不含汞及其化合物顏料、添加劑等。

1.2.3產(chǎn)品的可循環(huán)設計及廢棄處理在產(chǎn)品的綠色設計中，首先，要充分考慮產(chǎn)品的可回收設計，綜合考慮材料的可回收性、回收價值、回收處理方法等，在可能的情況下選用無污染的廢棄材料，如拆卸回用的木材、回用的五金件等；其次，為配合產(chǎn)品的可循環(huán)利用，產(chǎn)品設計中要注重可拆卸性設計，以便使所設計的結(jié)構(gòu)易于拆卸，便于維護更換，并在產(chǎn)品報廢后易于回收利用；最后，對于達到壽命周期而不可用部分，需要有一定的工藝方法進行無害化處理，以使其對環(huán)境的影響降至最低。

1.2.4設計產(chǎn)品的綠色特質(zhì)綠色設計不但要求在材質(zhì)、工藝等方面的綠色設計，還追求所設計產(chǎn)品本身的綠色屬性，即綠色產(chǎn)品應以改善生態(tài)環(huán)境、提高生活質(zhì)量為目標，綠色無污染，有益于人體健康，產(chǎn)品功能多樣化，在安全、環(huán)保、無污染、無輻射、阻燃防爆、消磁、抗靜電等方面具有多項功能或優(yōu)勢。這也正是綠色設計理念的要求和目的所在。

1.3綠色設計的主要特征

（1）綠色設計是產(chǎn)品的全生命周期設計。這也是與傳統(tǒng)產(chǎn)品設計的根本區(qū)別所在。傳統(tǒng)的產(chǎn)品生命周期僅僅包括從產(chǎn)品制造到投入使用的各個階段，而綠色設計則是將產(chǎn)品的生命周期延伸到了產(chǎn)品使用壽命結(jié)束后的回收重用及棄廢處理的全過程。正是因為對產(chǎn)品生命周期的拓展，才使得設計者在綠色產(chǎn)品設計過程中，能夠從宏觀的角度、從全局的角度、從產(chǎn)品全生命周期的角度來思考與產(chǎn)品相關(guān)的環(huán)境問題、材料可循環(huán)利用問題、廢棄物的處理工藝問題以及后續(xù)管理問題，等等。（2）綠色設計是閉環(huán)設計。傳統(tǒng)設計是一種開放式設計，注重的是產(chǎn)品的功能實現(xiàn)，對其廢棄后的處理等諸多方面均考慮較少。而綠色設計則要求在產(chǎn)品整個生命周期的各個階段，必須設計并建立有效的反饋機制，即實現(xiàn)各個階段的閉路循環(huán)，每一個環(huán)節(jié)均有始有終。（3）綠色設計是生態(tài)設計。綠色設計在其設計之初并貫穿至設計的整個過程中，必然要分析和考慮產(chǎn)品的環(huán)境屬性，這是綠色設計區(qū)別于傳統(tǒng)設計的主要特征之一。也正因為這樣的設計機制，綠色設計產(chǎn)品可以從源頭上減少廢棄物的產(chǎn)生，有利于保護環(huán)境和維護生態(tài)系統(tǒng)平衡。（4）綠色設計是系統(tǒng)設計。綠色設計要求在產(chǎn)品的各個環(huán)節(jié)和各個層次上均需進行綠色設計，所以綠色設計是一種全局性系統(tǒng)性設計。如產(chǎn)品的可回收性設計、廢棄物的處理工藝設計等等。

1.4綠色設計的主要方法

1.4.1減量化設計減量化設計是指在保證機床設計所要求的功能的前提下，采用現(xiàn)代計算機技術(shù)，對機床產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行模擬分析，以期產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更加緊湊，所用原材料進一步減少，從而達到優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、節(jié)材減重、節(jié)能降耗的目的。減量化設計要求對機床結(jié)構(gòu)做全面而科學的分析，準確計算機械部件所受載荷，在保證安全的前提下盡量降低安全系數(shù)，在不影響產(chǎn)品功能和安全的前提下，盡量簡化零部件結(jié)構(gòu)，減少原材料消耗。

1.4.2數(shù)控化設計傳統(tǒng)普通型機床的傳動系統(tǒng)中傳動關(guān)系復雜，傳動結(jié)構(gòu)多而冗雜。而數(shù)控機床的傳動系統(tǒng)采用交、直流主軸調(diào)速電動機，使得機床機構(gòu)得到簡化，且可有效減少噪音、振動、以及傳動功率消耗。所以，對機床實施數(shù)控化設計也是提高機床綠色性能的有效設計方法之一。

1.4.3模塊化設計模塊化設計是對于不同系列、不同規(guī)格的產(chǎn)品進行分析歸集，把功能相同或相似的部件進行功能模塊化設計，再通過模塊之間的組合實現(xiàn)更多更復雜的產(chǎn)品功能設計，滿足不同客戶的多樣化需求。模塊化設計是一種廣泛應用的產(chǎn)品設計方法。該方法的優(yōu)點主要有：①解決了產(chǎn)品的不同品種、不同規(guī)格問題，同時大大縮短了產(chǎn)品的設計、制造周期，降低了設計和生產(chǎn)成本；②方便產(chǎn)品快速更新?lián)Q代，升級成本低，維修更換方便；③有利于產(chǎn)品壽命結(jié)束廢置之后的拆卸、回收，方便進入后續(xù)棄廢處理工序，有利于環(huán)保和生態(tài)平衡保持。

1.4.4循環(huán)設計循環(huán)設計亦即可回收設計（DesignforRecover－ing&Recycling），是在進行產(chǎn)品綠色設計時，充分考慮到產(chǎn)品零部件及材料回收的可能性，同時要綜合考慮回收價值的大小，回收處理的方法，回收處理結(jié)構(gòu)工藝性等與回收有關(guān)的相關(guān)問題，以達到零部件及材料資源和能源的充分有效利用，環(huán)境污染最小的一種設計思想和方法。

1.4.5熱平衡結(jié)構(gòu)設計機床熱平衡結(jié)構(gòu)是針對機床內(nèi)外部結(jié)構(gòu)進行對稱結(jié)構(gòu)研究設計，確保外部結(jié)構(gòu)發(fā)熱點位合理分布，確保內(nèi)部冷卻循環(huán)流動工作正常，保證機床的熱平衡性，提高機床的加工精度，同時可有效減少熱能對環(huán)境的污染。

1.4.6環(huán)境友好型設計環(huán)境友好型設計是指采用各種結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，以改善機床的綠色性能。如：在進行動力驅(qū)動裝置的綠色設計中，采用新型的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，可以有效地節(jié)能降噪，減少液壓油的使用及可能帶來的漏液污染；在床身結(jié)構(gòu)等大型結(jié)構(gòu)件設計中，更多采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)來替代傳統(tǒng)的床身鑄造結(jié)構(gòu)。該工藝可有效減少鑄造工藝帶來的環(huán)境污染和能源消耗問題；對于機床運行過程中有光污染、氣體排放等的機床，設計中采用全密封護罩和油霧分離器、油冷機等，盡量減少污染的發(fā)生，有效減少熱能對環(huán)境的污染；采用有效的切屑回收系統(tǒng)，分離鐵屑與油污等。除此之外，還有組合產(chǎn)品設計，產(chǎn)品的可拆卸設計，綠色包裝設計等，其基本內(nèi)涵也大致如上所述。

2綠色機床產(chǎn)品工藝規(guī)劃設計

綠色工藝規(guī)劃設計意指面向環(huán)境友好的產(chǎn)品工藝設計。對于機床產(chǎn)品來說，綠色工藝規(guī)劃設計是指通過對機床產(chǎn)品的生產(chǎn)制造過程的各工藝路線、工藝方法、工藝裝備、工藝參數(shù)等進行優(yōu)化和改善，提升工藝過程各個環(huán)節(jié)的環(huán)境友好性，即達到資源消耗最小化和環(huán)境影響最小化的綠色設計目標。實踐和研究均表明，工藝方案的不同，對制造過程資源消耗和環(huán)境影響差異甚大。所以在綠色工藝設計中，對工藝方案的優(yōu)化和對工藝參數(shù)的優(yōu)化至關(guān)重要。其中，在工藝方案優(yōu)化設計中，對于不同備選方案，應通過環(huán)境性、經(jīng)濟性等的綜合評價，選出總體性能最優(yōu)方案。工藝規(guī)劃對機床制造過程的環(huán)境影響非常關(guān)鍵，必須要重視工藝方案的選擇。

3結(jié)語

機床制造業(yè)實施綠色制造符合制造技術(shù)進步和資源環(huán)境社會發(fā)展的需求，同時也是我國制造業(yè)的一個重要發(fā)展方向，是實現(xiàn)“建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會”的重要手段，是我國從制造大國邁向制造強國的重要保障。

參考文獻：

[1]黃德中.機床的綠色設計[J].機床與液壓,2002,（6）：30-31.

作者：劉穎 單位：中國民用航空華東空管局山東分局