機械產品的綠色設計

王建業

(深圳市普羅技科技有限公司，廣東 深圳 518000)

1 機械產品綠色設計的概念

機械產品綠色設計是一種基于產品整個生命周期，并以產品的環境資源屬性為核心的現代設計理念和方法，在設計中，除考慮產品的功能、性能、壽命、成本等技術和經濟屬性外，還要重點考慮產品在生產、使用、廢棄和回收的過程中，對環境和資源的影響。 其基本的內涵有：

（1）在產品設計的全過程中，產品的基本技術性能屬性與環境資源屬性、經濟屬性并重，且環境資源屬性優先。

（2）在設計階段應充分考慮產品在使用廢棄后的可拆性和回收利用性。

（3）提出了產品設計者和生產企業在環境保護、節約資源方面應承擔的社會責任。即對大宗工業產品，企業不但要生產產品，同時，還應在可能的范圍內，承擔產品回收和再利用的義務。

（4）它是對傳統設計方法、設計理念的發展和創新，體現了人類對機械產品設計學科認識的深化。

所以，綠色設計與傳統設計的根本區別在于：綠色設計要考慮產品的整個生命周期，從產品的構思開始，在產品的結構設計、零部件的選材、制造、使用、報廢和回收利用過程中對環境、資源的影響。

2 綠色設計的特點

（1）設計目標。設計目標中除考慮功能、性能、質量、成本等方面外，還必須考慮機械化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，還必須人可拆卸設計、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、產品裝配、產品包裝、產品運輸、產品使用、產品廢棄后的回收、重用和處理等整個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人環境，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。

3 綠色設計的原則

（1）生態效益最好原則綠色設計強調不論是在產品制造過程中，還是在產品使用過程中，都要求產品對周圍環境“零污染”。這就要求在設計過程中盡量選擇低污染的材料及零部件，避免選用有毒、有害和有輻射性的材料；設計能源消耗少的產品，減少對材料和資源的需求，保護地球的礦物資源。噪聲也是一種環境污染，影響到人體健康。隨著環保意識的增強，人們對環境要求越來越苛刻，低噪聲設計日趨重要。從設計上就考慮產品的生態平衡性，應用綠色設計理念，是一種從源頭上控制污染的有效策略。

（2）經濟效益最好原則設計的機械零件既要功能滿足客戶要求，又要成本低廉?？紤]經濟最佳性必須從設計和制造兩個方面上入手。設計上保證合理的原理方案，選用正確的材料；制造上考慮零件的加工工藝性和裝配工藝性。

（3）安全可靠原則安全可靠是機械產品品質的保證，必須確定零件在強度、剛度、耐磨性、穩定性及熱平衡性上滿足設計要求。對于重型機械，一般要求有自鎖裝置和保險裝置，以確保操作員人身安全。

（4）人機工程學原則綠色設計倡導“以人為本”，進行人性化設計，實現對人體的良好保護。通過研究組成人機系統的人和機器的相互關系，以提高整個系統的工作效率，并使“人一機器一環境”相互協調，以求達到人的能力與作業活動要求相適應，創造高效、舒適、安全的勞動條件。機器外觀造型應比例協調、大方，給人以時代感和美感，色彩要和產品功能相適應。如醫療器械要用淺色，給人以衛生、安靜感；冰箱、制冷器要用冷色，給人以清涼感。綠色設計與傳統設計的根本區別在于：綠色設計要考慮產品的整個生命周期，從產品的構思開始，在產品的結構設計、零部件的選材、制造、使用、報廢和回收利用過程中對環境、資源的影響，希望以最小的代價實現產品“從搖籃到再現”的循環。綠色設計綜合考慮環境因素和資源利用率等。

4 綠色設計的方法

（1）逆向設計法逆向設計是相對正向設計而言，其基礎是應用逆向思維，利用事物的對立面。如對立、對立并存、對立綜合等，從原理逆向、大小逆向和屬性逆向等方面進行綠色創新設計。①簡化。簡化產品結構。如減少部件的數量，以便于裝備、拆卸、減少緊固件數量等；簡化拆卸過程。如結構設計時，采用易于拆卸的連接方式，減少緊固件數量等；簡化回收工藝：廢舊產品的回收工藝技術應簡單可行。②極小化。朝極小化方向思考：如產品的輕、薄、短、小化。③極大化。朝極大化方向思考：如采用新技術、新原理、新材料等構思功能極大化的結構簡單、材料少、體積小、重量輕、可靠性高、壽命長的產品。④廢舊產品的回收利用。利用新構思、新技術、回收利用廢舊產品?；厥召Y源、減少環境污染，如對全塑汽車的回收利用。

（2）組合法將兩個或兩個以上的技術要素通過巧妙的組合，獲得創新綠色產品的方法。①料組合。如A綠色材料+B綠色材料→C綠色材料。②工藝組合。如標賣內噴涂絳子激光處理新工藝。③技術組合。如以無污染、資源廣泛的純水作為液壓傳動的工作介質，加快研制適用于純水的液壓元件與系統。④模塊組合。不同功能模塊的有機組合，構成不同的產品，如集成罰。模塊組合有利于產品的更新換代，維修、廢棄產品的拆卸回收。

（3）移植法運用其它領域綠色設計和創新設計的理論、方法和技術，研究本領域綠色設計和創新設計中存在的問題，開發具有綠色特點的新產品。①原理移植。如將太陽能炊具的集熱原理移植到雨傘上，研制成雨天擋雨，晴天能燒水或做飯的新型多功能傘。②結構移植。如將機床滑動摩擦導軌的摩擦面置于滾子間，則得到牽引力小，傳動效率高，潤滑系統簡單，維修方便的滾動摩擦導軌。這種新型導軌是平面滾動軸承結構方式的一種移植。③材料移植。如將工業陶瓷用于發動機氣缸，可大幅度提高熱效率，降低燃料消耗，是材料的創造性移植。④方法移植。如突變論→材料的突變論→新型綠色材料。

（4）選擇綠色材料是構成綠色產品的基礎，綠色創新設計應選擇綠色材料。選擇的綠色材料應是能耗低、成本低、來源廣泛、污染小、易回收、可降解的材料。

5 結語

總之，綠色設計理念的提出，是人類在探索實現可持續發展途徑過程中的一個重要成果，是機械設計學科發展歷史上一個重要的里程碑，是機械設計理念的一次革命和飛躍，為機械產品設計指明道路

[1]申永勝.機械原理[M].北京:清華大學出版社,2005.

[2]劉光復.綠色設計與綠色制造[M].北京:機械工業出版社,2001.

[3]張春林.機械創新設計[M].北京:機械工業出版社,2005.