基于全生命周期的機械產品綠色設計技術研究

高仲璟，陳作俊，王保松

（1.淄博柴油機總公司，山東 淄博 255077；2.淄博淄柴新能源有限公司，山東 淄博 255088）

1 引言

日益嚴峻的生態環境嚴重影響到人類生活質量和經濟的可持續發展。全生命周期機械產品綠色設計的概念是從并行工程思想發展而來的，其目的是設計的機械產品對社會貢獻最大，而對制造商、用戶和環境的成本最小，它是一種在機械產品設計階段就考慮其整個生命周期內價值的設計方法。全生命周期是指機械產品從原材料獲取、產品設計、加工制造、包裝運輸、流通銷售、使用維護，一直到報廢，回收處理、處置的整個過程都要考慮綠色性，通過機械產品、環境相互作用規律來考察機械產品生命周期中的綜合綠色性能。

2 機械產品綠色設計的內涵

2.1 綠色設計的定義

綠色產品和綠色設計的概念最早出現在20世紀70年代美國的一份環境污染法規中。經過幾十年的發展，人們提出了多種定義，但迄今為止還沒有統一的權威定義。根據相關文獻中給出的綠色產品的定義，可以給綠色產品定義如下：綠色產品是指在其生命周期全過程中（包括原材料制備、設計、制造、包裝、運輸、使用、回收再用或再生），能經濟性地實現節約資源和能源，對生態環境無害或危害極小，并且對勞動者（生產者和使用者）具有良好保護性的產品。綠色設計可以定義如下：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），并且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、質量等）。

2.2 機械產品綠色設計的原則

綠色設計與傳統設計相比，應遵循以下幾個原則：功能先進實用原則；技術先進性原則；環境協調性原則；能量最佳利用原則；資源最佳利用原則；安全宜人性原則；污染極小化原則以及綜合效益最佳原則。

2.3 綠色產品的基本特征

根據綠色設計“節約能源、利用資源、減少污染，有利于環境保護”的指導思想，綠色產品應具備以下特征：①最大限度地節約能源。綠色產品在其生命周期的各個階段所消耗的能源應最少，使能源得到最有效的利用；②最大限度地利用材料資源。綠色產品應盡可能減少材料的使用量和使用材料的種類（少用或不用有毒、有害材料），這就要求設計設備時應在滿足使用性能要求的前提下，盡量簡化設備結構，合理使用材料，并可最大限度地實現設備材料的再利用；③最大限度地減少污染、保護環境。綠色產品從開發設計、生產制造到使用維護乃至報廢后回收處理的各個過程中均應對環境無負面影響或污染甚小。

3 機械產品全生命周期綠色設計技術分析

機械產品全生命周期綠色設計技術包括以下幾個方面：

3.1 綠色材料選擇

材料選擇是綠色設計不可缺少的組成部分，是產品開發過程中的最早最重要的設計決策，同時又是一種重要手段，它可以使產品對環境的影響達到最小。因此，綠色設計要求設計人員改變傳統的選材程序和步驟，選材時不僅要考慮產品的使用要求和性能，而且更要優先考慮產品的環境性能，優先考慮本身制備過程中低能耗、少污染且產品報廢后材料便于回收再生重用或易于降解的具有良好環境協調性的綠色材料。

3.2 綠色可拆卸性

傳統的設計方法一般只考慮零部件的裝配性，很少考慮產品的拆卸性，而綠色設計則要求把可拆卸性作為產品結構設計的一項評價準則，使產品在報廢以后其零部件能夠高效地不加破壞地拆卸下來，從而有利于零部件的重新利用或進行材料循環再生，達到既節省又保護環境的目的。

3.3 綠色可回收性

產品的可回收性設計指在進行產品設計時充分考慮產品的各種材料組分的回收再用的可能性、回收處理方法（再生、降解等）、回收費用等與產品回收有關的一系列問題，從而達到節約材料、減少浪費，并對環境污染為最小的目的。

3.4 綠色成本分析

綠色設計中成本分析與傳統的成本分析截然不同。由于在產品的設計初期，就必須考慮產品的回收、再利用等性能，因此，在進行成本分析時，就必須考慮污染物的替代、產品拆卸、重復利用成本、特殊產品相應的環境成本等。因此，進行綠色設計時，應在作出每一設計選擇時進行成本分析，使產品更“綠色化”，達到追求環境效益與經濟效益“雙贏”的目的。

3.5 綠色包裝設計

綠色包裝設計應符合4R1D的標準——再填充、再利用、循環再造、減少包裝浪費、再降解，即設計上無害于人體健康、廢氣物不污染環境，且便于回收復用或再循環。

4 結束語

總之，機械產品在整個生命周期中的每個環節中都可能帶來污染，需要引起足夠的重視。我國機械產品雖然在不斷提高產品質量、技術水平，但是，效益較差、產品質量不高、國際市場競爭力弱等問題仍然相當突出，同時資源和原材料消耗較大，對環境的污染較嚴重，可持續發展能力不強。環境問題已成為國際社會關注的焦點和熱點，保護環境已成為人們的共識。綠色設計作為一種新的設計方法將是21世紀機械產品設計的主要特點之一，誰能向市場提供綠色產品，誰就能在市場競爭中占有有利位置。總之，綠色產品的興起是人類認識和解決環境問題的巨大進步，是商品生產的必然發展趨勢，必將對人類未來的生存和發展產生深遠影響。

1 劉志峰、劉光復.綠色產品與綠色設計［J］.機械設計，1997（12）：1～3

2 李方義等.產品綠色設計全生命周期評價方法研究現狀及展望［J］.現代制造技術與裝備，2006（1）：8～11