輕化機械綠色設計理論

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1綠色設計的定義、原則與特點

1.1綠色設計的定義

綠色設計是以環境資源為核心概念的設計過程，即在產品的整個生命周期內，優先考慮產品的環境屬性（可拆卸性、可回收性等），并將其作為產品的設計目標，在滿足環境目標的同時，保證產品的物理目標（基本性能、使用壽命、品質等）。綠色設計包含了產品從概念形成到生產制造、使用乃至廢棄后的回收、再用及處理的各個階段，即涉及產品的整個生命周期，是從“搖籃到再現”的過程。

1.2綠色設計的原則

綠色設計應遵循以下原則：即資源最佳原則、能源消耗最少原則、零污染原則、零損害原則、技術先進原則和整體效益最佳原則。

1.3綠色設計的特點

（1）設計目標。設計目標中除考慮功能、性能、品質、成本等方面外，還必須考慮產品在整個生命周期過程中與環境和人的友好性；

（2）設計技術。除常規設計方法外，還必須采用拆卸設計、可回收設計、模塊化設計等新的設計思想和方法；

（3）設計評價。全面考慮從原材料提煉、材料加工、部件制造、產品的裝配、包裝、運輸、使用、廢棄后的回收、重用和處理等整個生命周期中，對環境造成的總負荷為最小；

（4）設計流程。是并行閉環設計。綠色設計中產品廢棄后，并不是作為垃圾排入環境，而是考慮通過重用、修理、再加工、回收等手段，重新應用于新產品的制造過程，從而使理想的綠色產品可以接近實現對環境的零排放。

（5）設計目的。兼顧需求和環境。

2綠色設計的重要意義

2.1提高產品競爭力

綠色設計的本質特征之一，是在不影響產品的功能、壽命、品質等傳統指標的前提下，通過技術和管理兩個途徑，提高資源及能源利用率的一種先進設計方法。從經濟學的意義上講，綠色技術是一種產品降低成本、使技術或資源、能源相對增值的技術，即在同量資源、能源的前提下，綠色設計技術是力圖比傳統設計方法獲得更多更好產品，使生產過程由粗放型轉向集約型的充滿生命力的先進設計技術。

2.2減少企業風險

隨著社會對環保要求的不斷提高，造紙、制糖、皮革、釀造、洗滌等一系列廢棄物處理任務較重的輕工企業，如果不采用綠色設計的高性能機械，則隨時有著因環境問題被關、停、并、轉的危險，使企業的發展存在嚴重的隱患。反之，如果企業采用以綠色設計為基礎的輕工機械而實現清潔生產，則可為企業創造一個持續、穩定、高效發展的空間。

2.3提高工作效率

采用綠色設計的輕工機械，還由于低噪聲、人機界面友好等，也可為現場工作人員提供良好的工作環境，提高工作效率。

3綠色設計的關鍵技術

3.1產品結構設計

除了滿足普通產品的基本要求外，主要考慮結構的易于拆卸與回收處理。拆卸是廢棄物回收的前提，回收則是廢棄物再利用的保證。其研究內容包括：

（1）產品拆卸設計方法研究；

（2）拆卸評價指標體系的建立；

（3）拆卸結構模塊的建立；

（4）零部件及材料分類編碼及識別系統的建立等。

3.2綠色材料設計

包括在環境中易光降解或生物降解材料的設計技術和天然材料的開發應用；在材料選擇方面，綠色材料是構成綠色產品的基礎。其研究內容包括：

（1）材料選擇的經濟性分析；

（2）材料選擇對環境影響的定量化分析；

（3）材料綠色程度綜合評價理論和方法；

（4）材料相容性分析和優化配備技術等。

3.3材料選擇與管理

盡量減少材料種類，盡量少用有毒有害材料和貴重稀缺材料，盡量做好材料分類管理和廢棄及邊角料的回收利用。

3.4產品環境性能設計

不同的產品有可能對環境有不同的影響，設計時應根據產品性能，盡可能滿足對環境的要求。如生產電冰箱，要求不用氯氟類的制冷劑和發泡劑，減少或消除酸洗、磷化過程中產生的環境污染物，降低能耗，減少噪聲等。

3.5產品資源性能設計

為了使產品的資源得到合理利用和配置。其研究的主要內容是：（1）產品生命周期的資源消耗模型建立；（2）產品生產過程的資源消耗特性分析等。

3.6產品可拆卸，易回收設計

盡量采用模塊化設計、采用易于拆卸的連接方法，盡量減少材料表面的涂渡處理等；

3.7綠色工藝流程設計

通過采用可再生能源，提高能源利用率，加強能源的綜合利用及余熱回收；

3.8環境與社會成本評估

包括環境污染治理成本、環境恢復成本、廢棄物社會處理成本、造成人體健康損害的醫療成本等；

3.9綠色用能方案的設計

盡量采用可再生能源，提高能源利用率，加強能源的綜合利用及余熱回收；

3.10廢棄物再生、處理及其資源化

包括廢棄物的減量化、無害化，廢棄物的再生重有技術、廢棄物的深加工資源化技術等；

3.11綠色設計數據庫、知識庫及綠色設計集成工具等

包括材料性能數據庫、材料環境負荷數據庫、能源生產及利用環境負荷數據庫、國內外法律法規及標準、量化評估指標體系、計算機輔助綠色設計工具等。

3.12典型綠色設計方法

（1）生命周期設計。即綜合考慮調研、研制、設計、制造、銷售、使用、回收、處理等生命周期中各環節，對環境及人的影響的設計方法；

（2）并行工程設計。利用并行工程技術，綜合考慮產品綠色設計中的各因素，并在設計過程中，隨時在各環節間進行信息交流和反饋，實現多因素、多目標、閉環設計過程的全局電優化；

（3）模塊化設計。由此可實現功能和結構的集成，進而實現綠色產品的快速開發及易拆卸、易回收的要求。

4綠色設計與傳統設計的根本區別

綠色設計與傳統設計的根本區別，在于將產品的環境性作為設計的主要目標之一。綠色設計包含產品從概念形成到生產制造、使用直到廢棄后的回收、重復使用及處理的各個階段的環境污染，也就是說涉及產品整個壽命周期。綠色設計要求，在產品的設計構思階段，必須按環境保護的指標，選用合理的原材料、結構和工藝；在制造和使用過程中，降低能耗、不產生毒副作用，并有利于拆卸和回收；回收的材料可用于再生產，對無回收價值的產品，可進行降低能耗、易于拆卸，使之重復利用和保護生態環境與保證產品的性能、品質和成本的要求，列入同等的設計指標，并保證在生產過程中能夠順利實施。

5設計中應做好的基礎性工作

輕工機械涵蓋造紙、塑料、釀造飲料、乳品、皮革、服裝、陶瓷、制糖、洗滌、日用化工、日用玻璃、木工家具、刀片、包裝裝潢鐘表、五金、電池、照明電器、制鹽機械等。（1）紙漿、塑料、乳品、玻璃等物料的物性數據研究和物性數據庫建設；（2）鐘表、五金、照明電器等用戶直接消費型輕工機械，應充分運用人機工程學的研究成果，實現方便、美觀、保健兼顧的目標；（3）及時了解輕工行業與環境相關的法律法規及標準信息，把握其發展動態，隨時應對社會對輕工產品、輕工行業越來越高的環保要求所導致的對輕工機械綠色設計要求的提高；（4）輕工機械生產、使用過程中系列數據的獲取與整理；（5）開發造紙、釀造、乳品、皮革等行業廢液及廢氣的回收處理、再生和資源化新技術和新設備；（6）化工機械的綠色設計。化工機械設計涉及的各種耐腐蝕、空壓析理，攪拌機、離心機、閥門、塔等等。綠色設計在化工機械的設計與制造中，應分別考慮到其耐磨與安全使用為前提。

6綠色產品設計對機械制造業影響

綠色產品設計，不僅僅局限于產品設計的范疇，而且給整個機械制造業都帶來極大的影響。首先，綠色產品設計從產品設計初期，已經對產品設計人員提出了更高的要求，即要求設計人員在產品構思與設計階段，考慮降低能耗、再生資源和保護生態環境，可持續使用自然資源。其次，綠色產品設計對制造業也提出了清潔生產的要求，即指既可滿足人們的需求，又可合理使用自然資源并保護環境的實用生產力方法和措施。

7結束語

綠色設計是人類實現可持續發展、擁有高品質生存環境、享受健康生活的必然要求，也是未來技術經濟發展的大勢所趨。輕化工機械的綠色設計，具有良好的應用前景。