面向機電產品的綠色設計探析

徐 剛，宋穎慧

（中國礦業(yè)大學，江蘇 徐州 221000）

0 引言

隨著社會經濟的不斷發(fā)展，機電產品的生產與制造所發(fā)揮的作用逐漸增大，在進行機電產品綠色設計與制造的同時，我們需要對綠色制造的關鍵技術進行合理的分析與探討，這樣才可以對后續(xù)的具體設計有一定的借鑒意義。希望本文通過相關內容的闡述，能夠對今后的行業(yè)發(fā)展有一定的借鑒意義。

1 綠色制造的關鍵技術

1.1 綠色設計技術

綠色設計一般指的是生態(tài)設計，在學術定義上指的是整個生命周期之中的生態(tài)屬性，其主要指的是可回收利用等一系列的具體指標，在滿足環(huán)境目標的同時，也能夠滿足產品應有的設計性能要求，從而讓其達到既定的目標。綠色產品設計在一定程度上決定了綠色產品。生命周期之中出現的損耗，這就是綠色設計有別于傳統(tǒng)設計的最關鍵特征。

1.1.1 綠色設計屬于并行式閉環(huán)設計

綠色產品設計的閉環(huán)設計，與傳統(tǒng)設計方式存在極大的差異，閉環(huán)設計能夠實現信息的相互交換以及反饋，在一定程度上，能夠將產品設計過程中多次修改的問題改善，同時，綠色產品設計對于產品的回收利用以及報廢拆卸等方面進行了綜合性的設計與考量，這樣就使得從成型概念到最后的生產與回收利用形成了閉環(huán)設計[1]。

1.1.2 綠色設計是為了實現綠色產品的要求

綠色設計有利于環(huán)境的保護，能夠維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡，主要是為了實現綠色產品的具體要求。在整個設計與使用周期之中，首先需要考慮其概念，分析產品與工藝，了解其環(huán)境污染等副作用，這樣才可以從根本上消除環(huán)境污染帶來的影響。

1.2 綠色包裝技術

綠色包裝技術指的是基于減小環(huán)境污染的過程設計。綠色包裝技術能夠滿足我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求，基于綠色包裝技術的具體原則，需要考慮：第一，減少包裝材料。第二，使用包裝材料，需要滿足重復使用的要求。第三，進行能量的再次回收利用。目前，機電產品的包裝材料使用中，合理的包裝結構設計與材料的選擇才是綠色包裝的前提條件。良好的包裝結構設計，可以減少包裝材料，能夠滿足綠色包裝的Reduce的原則。按照相關的統(tǒng)計顯示，增加包裝容器內部結構的強度，可以降低62%的包裝費用，同時也可以節(jié)約54%的包裝材料。同時，通過產品結構的改善，還可以滿足包裝設計的要求，并且也可以簡化包裝，減少材料帶來的環(huán)境污染以及材料的實際消耗[2]。

2 機電產品綠色設計的核心內容

目前，機電產品已經深入人們生活的各個方面，但是廢舊機電產品所帶來的環(huán)境問題就一直困擾著人們。所以，針對機電產品進行綠色設計，就成為當前研究的重點。對于機電產品的綠色設計而言，其涉及到的內容較為廣泛。為了讓研究更有針對性，本章節(jié)主要是針對材料、拆卸、回收、綠色評價等關鍵性的內容進行了講解。

2.1 材料選擇

材料的選擇是產品設計開發(fā)初期需要面對的問題，同時也是產品設計中需要進行的重要決策，其作為最直接的手段，能夠幫助產品實現最小的環(huán)境影響。在選擇機電產品綠色材料的時候，需要考慮到：第一，選擇能夠滿足機電產品設計功能要求的材料，也就是剛度、強度、彈性模量等多個方面的物理量都需要符合產品設計的要求，并且還能夠保證產品的使用性能與質量[3]。第二，充分考慮到對環(huán)境帶來的影響，盡量選擇容易降解、無毒害，可以再制造重新使用的材料，這樣也可以滿足機電產品的環(huán)境屬性要求。針對機電產品進行綠色設計，其具體的材料選擇要求見圖1所示。

圖1 綠色設計對材料的要求Fig.1 The requirements of green design for materials

2.2 拆卸性設計

傳統(tǒng)的設計一般只會考慮產品裝配性能的提升，但是卻忽略了拆卸性能如何。正是因為有這一種傳統(tǒng)設計理念的存在，導致很多廢舊的機電產品在進行回收處理的時候，都沒有一個良好的拆卸性結構，這樣就可能無法讓產品內部性能完好的零件進行再一次的回收重用，或者是完全呈現出無法回收的局面，導致資源出現嚴重浪費，并且出現惡劣的環(huán)境影響。所以，在進行機電產品綠色設計的時候，就需要重點的考慮產品的拆卸性能。擁有良好的拆卸性能，才能夠讓機電產品在今后報廢處理的環(huán)節(jié)能夠將零部件高效的拆卸下來，這樣也方便零部件的回收與重用，同時也可以滿足時間與成本的節(jié)約，并且還可以起到一定的環(huán)境保護作用[4]。所以，就目前的可拆卸性設計而言，其具體的內容見圖2所示。

圖2 拆卸性設計的內容Fig.2 Disassembly design content

通過上圖2的具體內容可以看出，對于可拆卸性設計的研究，主要還是集中在拆卸序列的規(guī)劃以及構建拆卸模型這兩個方面，但是研究人員對于可拆卸序列的評價不夠重視，對于在今后的研究之中還需要重點的關注對于機電產品的可行拆卸序列的評價。不過，考慮到不同的產品結構特點，所以針對不同的產品，還需要作出不同的拆卸設計，一般來說，拆卸設計應該遵循的原則見圖3所示。

圖3 拆卸性設計遵循的一般原則Fig.3 General principles for disassembly design

具體而言：第一，拆卸工作量最少。也就是說在確保產品質量的前提條件下，盡可能的減少材料的總類以及零部件的數量，這樣就可以減少拆卸的時間；第二，結構可拆卸。這一原則是的是零部件之間連接應該選擇同一種緊固的類型，盡量選擇簡單的方式來進行連接，并且在拆卸的過程之中還需要具備良好的可達性以及拆卸運動；第三，容易操作；第四，容易進行分離，其中主要包含了表面原則、識別原則、模塊化設計原則以及標準件原則；第五，產品結構的可預估性原則。在使用產品的時候，由于各個方面的因素影響，就可能讓產品的原始狀態(tài)和最終狀態(tài)出現不確定性的變化，這樣就會增加拆卸的難度。結構的可預估性主要指的是避免將容易腐蝕以及容易老化的材料同可以進行拆卸和回收的材料放置在一起。避免需要拆卸的零部件受到污染或者是腐蝕的情況。

2.3 回收性設計

回收性設計主要指的是廣義的回收手段和方法。考慮到機電產品應有的廣泛性，所以我國的廢舊機電產品的回收必定會成為具有良好前景的行業(yè)。所以，將機電產品回收效率提高，研究回收價值勢在必行。機電產品零部件組成相對復雜，其包含了諸多類型，如容易造成污染，并且不容易降解的材料。所以，在進行廢舊機電產品處理的時候，一般會選擇填埋或者是焚燒的方式，但是這樣無法滿足環(huán)境保護以及資源節(jié)約的產品設計理念。反之，如果我們在設計產品的階段就可以考慮到產品的可回收性，那么所設計出來的產品就會具有良好的回收性能。并且在其報廢之后，還可以高效合理的回收其零部件，這樣才可以滿足資源節(jié)約，減少環(huán)境污染，同時還能夠增加機電產品全生命周期的經濟效益[5]。

針對機電產品的回收性設計，其主要內容和設計原則見圖5與圖6。

圖4 廣義產品回收系統(tǒng)Fig.4 Generalized product recovery system

圖5 研究內容Fig.5 Research contents

圖6 設計原則Fig.6 Design principles

2.4 綠色度評價

針對機電產品的綠色設計，主要是要考慮到設計出來的產品具有環(huán)境友好型和技術先進性。那么如何才能夠判斷一個機電產品是否屬于綠色產品呢？目前，定量與定性分析相互結合的方式，就是目前最有效的方式之一。通過評價指標體系的建立，利用合理的評價方法，開展產品綠色度的評價，具體見圖7所示。

在構建機電產品評價體系的時候，需要考慮到資源、技術、經濟、能源等多個方面的內容，其本身屬于多層次、多指標、典型的評價指標體系，如圖8。因為機電產品的種類較多，所以，在設計產品的時候，需要根據實際的情況來對評價指標進行合理的增減，并建立相對應的評價指標體系。

在選擇綠色度評價的時候，直接關系到產品綠色度評價的準確性和科學性。按照機電產品評價質保體系，機電產品的綠色度評價屬于多指標的綜合評價，目前，多指標評價的方法有很多，從適用的范圍以及應用的特點出發(fā)，其包含了兩個方面，主觀評價與客觀評價。單一的評價方法無法做到全面而準確，一般在解決中會考慮到將兩種或者是兩種以上的評價方法相互的結合起來，從而對機電產品的綠色度進行評價，這樣才能讓評價的結果更加滿足真實情況的要求。

圖7 產品綠色度評價過程Fig.7 Evaluation process of product greenness

圖8 機電產品綠色度評價指標體系Fig.8 Evaluation index system of green degree of mechanical and electrical products

3 結束語

總而言之，在現代制造行業(yè)中，綠色制造是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的基本體現，綜合特色就是綠色制造業(yè)的特色。在綠色制造與產品制造的應用之中，整體產品生命周期的設計，其使用與處置不會對環(huán)境帶來過大的負面影響，并且其資源的利用效率較高，可以滿足經濟效益和社會效益的相互協(xié)調。隨著社會大眾環(huán)保意識的不斷增強，越來越多的企業(yè)開始考慮綠色制造，相信綠色制造必定會成為制造業(yè)的未來發(fā)展主流方向。

[1]李委委.綠色產品設計在當代社會的全方位構建[J].生態(tài)經濟，2013，2.

[2]楊茜.綠色產品設計的起源發(fā)展和研究現狀[J].中國高新技術企業(yè)，2016，1.

[3]楊茜.基于生命周期評價的綠色產品工業(yè)設計評價體系研究[J].中國高新技術企業(yè)，2015，16.

[4]陳夢瑤，張仲鳳.綠色產品設計中的材質情感研究[J].家具與室內裝飾，2015，1.

[5]吉祥.面向產品綠色設計的知識建模及應用技術研究[D].浙江大學，2013.