綠色設計下的制造業產品創新應用

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

關鍵詞：綠色設計；全生命周期；制造業；理念；方法

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

1綠色設計的思想及方法

1.1綠色設計與傳統設計

綠色設計的基本思想是在產品設計階段就將環境因素和預防污染的措施納入產品設計中，將環境性能作為產品的設計目標和出發點，力求使產品在整個生命周期中對環境的影響為最小。因而，綠色設計是一種“可持續生產”設計，是一種生產過程環境友好并且產品為綠色產品的設計手段。而傳統設計在整個產品周期中，僅涉及到產品壽命周期的市場分析、產品設計、工藝設計、制造和銷售以及售后服務等幾個階段，只考慮產品的功能、質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。其綠色產品設計通常包含以下內容：綠色材料選擇設計，制造過程的綠色設計，產品的可回收性設計，產品的可拆卸性設計，產品包裝的綠色設計，物流的綠色設計，服務的綠色設計，產品的回收利用設計等。可以看出，在產品的綠色設計中，從材料的選擇到生產、加工流程的設計制定，從產品包裝的設計選擇，到發貨運輸等各個環節，均需考慮資源消耗及對環境的影響，從而設計并采用盡可能合理和優化的結構方案，使資源消耗和對環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綠色無害生態材料的選擇綠色產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，不能對人體和環境造成任何危害，即從用材入手選擇有利于環境保護和人體健康的生態材料。

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

1.2.3產品的可循環設計及廢棄處理在產品的綠色設計中，首先，要充分考慮產品的可回收設計，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，為配合產品的可循環利用，產品設計中要注重可拆卸性設計，以便使所設計的結構易于拆卸，便于維護更換，并在產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，以使其對環境的影響降至最低。

1.2.4設計產品的綠色特質綠色設計不但要求在材質、工藝等方面的綠色設計，還追求所設計產品本身的綠色屬性，即綠色產品應以改善生態環境、提高生活質量為目標，綠色無污染，有益于人體健康，產品功能多樣化，在安全、環保、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）綠色設計是產品的全生命周期設計。這也是與傳統產品設計的根本區別所在。傳統的產品生命周期僅僅包括從產品制造到投入使用的各個階段，而綠色設計則是將產品的生命周期延伸到了產品使用壽命結束后的回收重用及棄廢處理的全過程。正是因為對產品生命周期的拓展，才使得設計者在綠色產品設計過程中，能夠從宏觀的角度、從全局的角度、從產品全生命周期的角度來思考與產品相關的環境問題、材料可循環利用問題、廢棄物的處理工藝問題以及后續管理問題，等等。（2）綠色設計是閉環設計。傳統設計是一種開放式設計，注重的是產品的功能實現，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，即實現各個階段的閉路循環，每一個環節均有始有終。（3）綠色設計是生態設計。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品的環境屬性，這是綠色設計區別于傳統設計的主要特征之一。也正因為這樣的設計機制，綠色設計產品可以從源頭上減少廢棄物的產生，有利于保護環境和維護生態系統平衡。（4）綠色設計是系統設計。綠色設計要求在產品的各個環節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性設計。如產品的可回收性設計、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，采用現代計算機技術，對機床產品結構進行模擬分析，以期產品結構更加緊湊，所用原材料進一步減少，從而達到優化產品結構、節材減重、節能降耗的目的。減量化設計要求對機床結構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，在不影響產品功能和安全的前提下，盡量簡化零部件結構，減少原材料消耗。

1.4.2數控化設計傳統普通型機床的傳動系統中傳動關系復雜，傳動結構多而冗雜。而數控機床的傳動系統采用交、直流主軸調速電動機，使得機床機構得到簡化，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、不同規格的產品進行分析歸集，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更多更復雜的產品功能設計，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品設計方法。該方法的優點主要有：①解決了產品的不同品種、不同規格問題，同時大大縮短了產品的設計、制造周期，降低了設計和生產成本；②方便產品快速更新換代，升級成本低，維修更換方便；③有利于產品壽命結束廢置之后的拆卸、回收，方便進入后續棄廢處理工序，有利于環保和生態平衡保持。

1.4.4循環設計循環設計亦即可回收設計（DesignforRecover－ing&Recycling），是在進行產品綠色設計時，充分考慮到產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，回收處理結構工藝性等與回收有關的相關問題，以達到零部件及材料資源和能源的充分有效利用，環境污染最小的一種設計思想和方法。

1.4.5熱平衡結構設計機床熱平衡結構是針對機床內外部結構進行對稱結構研究設計，確保外部結構發熱點位合理分布，確保內部冷卻循環流動工作正常，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境的污染。

1.4.6環境友好型設計環境友好型設計是指采用各種結構優化技術，以改善機床的綠色性能。如：在進行動力驅動裝置的綠色設計中，采用新型的伺服驅動系統，可以有效地節能降噪，減少液壓油的使用及可能帶來的漏液污染；在床身結構等大型結構件設計中，更多采用鋼板焊接結構來替代傳統的床身鑄造結構。該工藝可有效減少鑄造工藝帶來的環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，盡量減少污染的發生，有效減少熱能對環境的污染；采用有效的切屑回收系統，分離鐵屑與油污等。除此之外，還有組合產品設計，產品的可拆卸設計，綠色包裝設計等，其基本內涵也大致如上所述。

2綠色機床產品工藝規劃設計

綠色工藝規劃設計意指面向環境友好的產品工藝設計。對于機床產品來說，綠色工藝規劃設計是指通過對機床產品的生產制造過程的各工藝路線、工藝方法、工藝裝備、工藝參數等進行優化和改善，提升工藝過程各個環節的環境友好性，即達到資源消耗最小化和環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境影響差異甚大。所以在綠色工藝設計中，對工藝方案的優化和對工藝參數的優化至關重要。其中，在工藝方案優化設計中，對于不同備選方案，應通過環境性、經濟性等的綜合評價，選出總體性能最優方案。工藝規劃對機床制造過程的環境影響非常關鍵，必須要重視工藝方案的選擇。

3結語

機床制造業實施綠色制造符合制造技術進步和資源環境社會發展的需求，同時也是我國制造業的一個重要發展方向，是實現“建設資源節約型、環境友好型社會”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