綠色制造技術在“機械設計課程設計”中的應用

摘 要:本文從綠色制造的理念內涵，及在課程設計中的貫徹實施方面作了有益探討，將綠色制造理念和方法與傳統的機械設計課程設計實際結合做了系統敘述。引導學生從綠色設計開始，考慮產品的再回收再利用，最終實現產品的綠色制造。

關鍵詞:機械設計 課程設計 綠色制造

中圖分類號:G642文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)02(c)-0153-02

“機械設計課程設計“是機械類專業本科生的一個重要基礎設計訓練，是整個教學環節中的一個必不可少的實踐性教學環節。以往的“機械設計課程設計“對學生的要求更多強調按照設計對象的基本屬性指標進行設計，其設計指導原則側重于產品的功能性、制造工藝性要求和經濟性要求，而很少考慮設計與環境間的協調以及對資源的最優化配置問題，也就是說沒有將綠色制造的理念貫穿到整個設計過程中去。

1 明確綠色制造理念內涵

綠色制造的概念是美國制造工程師學會(SME)在1996年提出的。它是一個綜合考慮環境影響和資源效率的先進制造模式，其內涵是產品生命周期的全過程均具有綠色性[1]。高校應走在時代前列，充當新科學、新技術發展的先導。在高校課程中應充分體現對新理念、新知識、新技術的快速反應。將綠色理念引入機械設計課程設計中來正是基于這一考慮。

首先應讓學生明確傳統制造與綠色制造概念間的區別，理解綠色制造的理念。傳統的制造過程是:設計→制造→包裝→運輸→使用→報廢。它的弊端在于不重視制造過程的資源消耗和污染問題，不考慮報廢后的回收處理問題。而綠色制造強調產品的全生命周期，是將環境問題和資源問題加以同等重視的一種生態和諧的制造模式。綠色制造主要涉及三個方面的問題:產品全生命周期的制造問題、環保問題、資源優化利用問題，它是這三部分的交叉和集成[2]。如圖1所示。

2 在設計過程中強化綠色理念

傳統制造模式是一個開環系統，而綠色制造過程是一個封閉的循環系統.綠色設計處于綠色制造系統的上端，是實現綠色制造的第一個關鍵環節，在很大程度上決定了產品的品質。綠色設計包含的要素有:整機設計模式確定;綠色材料和潤滑的選取;各零部件連接關系的設計;機器的拆卸設計;采用新型制造技術等?！皺C械設計課程設計“主要是引導學生完成第一個環節的工作，實現整機的綠色設計。

2.1 整機設計模式確定

在課程設計中引導學生突破傳統串行設計模式的框框，在整機設計模式上采用與信息技術結合的綠色并行設計和模塊化設計。并行設計(Concurrent Design)強調各部門之間的協同工作，在設計之初就考慮生命周期全過程的各項因素，以提高產品設計、制造的一次成功率;模塊化設計是以模塊作為其構成單元，通過現有通用模塊的不同組合，形成新品種，或者對產品中某個或幾個模塊改型，形成新品種。使產品開發速度和市場響應能力大大提高，同時極大降低成本，延長產品壽命。符合綠色制造的節約性原則。綠色設計離不開信息化的支撐，在設計過程中倡導學生采用CAD軟件或Solidworks軟件。建立CAD或Solidworks的二次開發庫，整合常用的通用模塊，實現模塊化設計。

2.2 綠色設計材料和潤滑的選取

材料選擇是綠色設計的關鍵技術之一。傳統設計選材只注重材料的機械性能、加工工藝性能和經濟性能，而忽略材料對環境的影響因素。綠色設計選材重視材料與環境間的關系，并將資源的優化利用納入重要考慮。綠色設計選擇材料的原則應為:(1)優先選用儲量豐富、可再生材料和回收材料，以提高資源利用率，實現制造業可持續發展;(2)盡量選用低能耗、少污染的材料;(3)盡量選用無毒、無害和低輻射特性的材料;(4)為便于回收，材料上要標注出其型號、種類、等級等。節約材料是減少環境污染的重要途徑。產品加工時采用成型制造技術可以直接或者稍加處理即可用于組成產品，這樣就可以大大減少原材料和能源的消耗。

機器的綠色潤滑也是綠色設計應該充分考慮的內容。傳統課程設計多采用礦物基潤滑油。由于運輸、泄漏、濺射、自然更換等原因，潤滑油不可避免地被排放到環境中，從而對環境造成污染。礦物基潤滑油在自然環境中可生物降解能力又很差，滯留時間長，嚴重污染了土壤和水資源。據不完全統計，每年大約有500萬噸石油基化學品進入生物圈[3]。因此在綠色課程設計中應讓學生盡量選擇干式加工或環境友好型的可生物降解的潤滑油，以免對環境造成污染。干式加工簡化了工藝、減少成本并消除了冷卻液帶來的一系列問題，如廢液排放和回收等等[4]。目前美國、日本、德國等采用干車削、干磨削、干鏜削等都取得了一定的成果，但在我國還屬于起步階段，有待學生畢業后的研究與探討。

2.3 綠色設計中的可拆卸設計

在課程設計階段，就應該充分考慮到產品中各種不同連接關系和類型的拆卸特點，將可拆卸作為綠色設計的目標之一。拆卸性好的產品，在產品的裝配、維修、檢查過程中不易造成意外損壞;也不會因拆卸過程而導致損壞;可以回收利用報廢機器中可以直接繼續使用的零部件。同時使不同材質零部件的能順利分類，為回爐重煉提供方便。CAD軟件或Solidworks軟件可以學生實現在滿足功能和使用要求的前提下，盡可能采用最簡單的結構和外形，組成產品的零部件材料種類盡可能少，采用易于拆卸的聯結方法，拆卸部位的緊固件數量盡量減少。

3 將產品回收再利用納入設計之中

產品的回收再制造是綠色產品生命周期中的重要環節。在課程設計中幫助學生建立產品全生命周期的概念，按照封閉循環的原則在設計之初就充分考慮到產品報廢后的零部件及材料回收的可能性與可行性、回收價值分析、回收結構工藝性與回收處理方法及回收經濟性等有關一系列問題，以達到零部件及材料的充分有效利用[5]。在設計中建立產品零部件的回收再制造、再利用的信息清單，對所設計的全部內容做出綠色度等級標識;提供回收再利用相關技術和方法的實用信息;讓學生參與建立回收再利用信息平臺和回收再利用數據庫，利用計算機技術和信息技術為產品的回收再利用提供信息服務。

4 結語

我國機械制造行業具有“高投入、高消耗、高污染、低水平、低效益“的特征，它的快速發展是以過度的能源消耗和對生態環境的破壞為代價的。這種發展模式給國家的能源和資源安全帶來嚴峻挑戰，也成為制約中國制造業發展的瓶頸。為了實現我國機械制造業的可持續性發展，推行綠色制造已成為刻不容緩的當務之急。因此，將綠色制造理念滲透于本科生“機械設計課程設計“成為一項重要內容。

參考文獻

[1] 李建國，張秀棉．綠色再制造—資源環境與經濟效益巨大的工程[J]．輕工機械，2006，24(2):1～3．

[2] Zhang Hua，Jiang Zhi gang.A study ofprocess route selection for green manufacturing.Proceedings of the lnternational Conference on Agile Manufacturing，Advances in Agile Manufacturing，ICAM2003，523～527.

[3]王德巖，徐連蕓，常明華．綠色潤滑劑的過去、現在和將來[J]．潤滑油，2004(4):6～7.

[4]何春燕，林朝平，機械制造中綠色工藝技術的應用[J]．輕工機械，2005(2):72～73.

[5]林朝平．機電制造業回收再制造系統[J]．輕工機械，2007(7):114～116.