工程機械的綠色設計與制造分析

張仕平

（佛山市南海九洲普惠風機有限公司 廣東佛山 528000）

0 引言

隨著社會經濟的發展，環境、資源矛盾越演越烈，綠色設計與制造逐漸成為一大趨勢。機械制造業的發展，不僅面臨著資源消耗量巨大的情況，也迫切需要解決環境污染問題，目前采用的“有污制污”、“末端治理”等方式無法從根本上解決制造業的環境污染、高能耗問題，由此綠色設計與制造應運而生。工程機械發展中，走綠色設計與制造之路是一個必然的選擇，是促進產業升級與可持續發展的重要措施，本文著重圍繞此展開具體分析。

1 綠色設計與制造理念分析

綠色設計與制造，是現代機械工業發展的必然要求。機械工業主要是為各行業發展提供裝備，是社會節能減排的重要源頭，根據相關統計顯示，機械工業生產耗能在工業總能耗中的占比達到1/5，同時部分高能耗機械設備服役期間的消耗大量能源，且易導致污染問題的產生，由此大力落實綠色設計與制造理念，貫穿工程機械設備全壽命周期，是實現機械工業轉型升級的重要途徑。

綠色設計與制造理念，指的是在充分考慮環境影響、資源效率的基礎上進行工業機械制造，其要求使用綠色材料、落實綠色設計、采用綠色生產技術，最終制造出綠色節能產品，同時采用再制造、再利用、回收循環技術，實現工程機械全生命周期的綠色管理。

圖1 基于綠色設計與制造理念的工程機械全生命周期過程

2 綠色設計與制造

本文分別從工程機械綠色設計與綠色制造兩個方面出發展開具體論述。

2.1 工程機械的綠色設計

綠色設計（Green Design-GD），將其應用于工程機械領域，要求從概念設計階段開展就展開全生命周期（設計、研制、生產、供貨、使用、拆卸回收過程）分析工作，系統考慮產品每一個階段及其內一個設計流程，有效提高資源利用率，減少污染。

2.1.1 綠色設計原則

綠色設計主要原則如下：

（1）Reduce（減少）原則：指的是產品設計階段進行精簡結構設計，減少生產資料、能源消耗。

（2）Reuse（回收）原則：指的是在產品報廢后依舊有一些零部件可回收，并用于產品局部替換等。

（3）Recycling（再生）原則：指的是對會回收資源進行合理規劃設計，使其成為新的產品，減少資源的浪費。

2.1.2 綠色設計要點

下文主要就工程機械的綠色設計要點展開論述：

（1）綠色視覺環境設計。

工程機械從材料與結構等設計開始，需全面落實綠色設計：

①材料：優先選用可回收利用、可再生資源；無法使用上一種材料的情況下，優選污染小、能耗低材料，若是出現必須使用具有毒害、輻射的材料時，產品包裝需注明，使用中落實相關防護工作。

②結構：工程機械結構設計時，充分考慮零件部件的可拆解性，提高回收利用率，同時產品可不斷重組、優化。

③色彩、肌理：色彩、肌理附著于形態表面，兩者相輔相成，其是體現人文理念、傳遞綠色思想的重要途徑，視覺上的舒適性，可減少產品過度丟棄，間接減少資源消耗。

（2）動力裝置綠色設計。

動力裝置是工程機械的核心，綠色設計具體需從以下幾個方面入手：①發動機結構優化設計，如：改進噴油器結構，促進燃燒，減少有害氣體排放；②優選電力為動力，加大太陽能、天然氣等清潔能源的研究應用；③積極運用綠色設計理念加強發動機廢氣凈化技術研究，如：催化凈化技術、廢氣再循環技術等。

動力裝置綠色設計的關鍵在于尋求“節能”、“實效”、“環保”三者之間的一個平衡，也可說是集經濟性、技術性能和環保效應為一體。

（3）液壓系統綠色設計。

液壓系統是工程機械重要傳動部件，其對環境的影響主要體現在工作介質泄露、噪聲以及能源浪費等方面。由此，液壓系統綠色設計要點包括：①重視密封設計，合理選擇液壓元件參數，加強密封結構改進；②選用無毒液壓油，加強液壓油回收再利用技術研究；③加強液壓系統集成設計，減少裝配零件數量，實現模塊化組合；④加強噪聲控制，制造期間需做好相關監督管理。

（4）產品界面綠色設計。

工程機械操作界面，直接關系到實際工作狀態，若是因為誤操作的問題導致機械故障，將直接影響機械設備的壽命，導致相關資源浪費，由此針對產品界面綠色設計提出以下建議：①根據人的心理、生理特點進行系統化設計；②操作界面整體統一，簡單明了，具有高度的可識別性，便于操作人員理解；③加強操作界面引導性設計，縮短操作人員反應時間，提高效率。

2.2 工程機械的綠色制造

根據工程機械的制造與運用現狀來看，其特點可歸納為四個字：“重”、“大”、“粗”、“笨”，相應的制作工藝復雜、工期長、生產資料多且雜、回收利用困難，由此實現其綠色制造不僅必要且迫切，其可有效節省相關資源、減小對環境的污染，進一步促進我國工業綠色發展。

2.2.1 綠色制造戰略

綠色制造，是在保證產品功能、質量的前提下，綜合考慮環境影響、資源利用效率的現代制造模式，需要借助各種先進技術的運用確保產品在整個生命周期中不產生環境污染或是實現污染最小化，最大限度減少資源消耗，達到企業經濟效益與社會效益的協調統一，是人類可持續發展戰略在現代制造業中的體現。

綠色制造戰略可歸納為以下幾個字：“優質”、“清潔”、“高效”、“低耗”、“安全”，具體包括“兩個目標”、“兩個過程”、“四項內容”、“三條途徑”：

（1）“兩個目標”：保護環境、節能和資源綜合利用。

（2）“兩個過程”：產品生命周期過程、物料轉化過程。

（3）“四項內容”：綠色設計、綠色生產過程及工藝、綠色產品、綠色資源和能源。

（4）“三條途徑”：管理途徑、技術途徑、市場及法律途徑。

2.2.2 綠色制造模式

工程機械的綠色制造主要可以分為以下三種模式：

（1）節約資源型制造模式。

此種綠色制造模式的核心在于“資源節約”，即：通過優化生產過程，實現原材料的節約，提高資源利用率，如：在進行涂裝時，優先選用粉末涂裝、電泳涂裝；積極使用表面修復技術，及時修復局部損傷，防止出現整體報廢的情況，造成資源的浪費。

（2）降低能耗型制造模式。

此種綠色制造模式的核心在于減少整個加工中能源消耗，如：熱處理的能耗大，可采用非調質鋼，減少調質處理工序，減小能耗，提高生產效率。

（3）環境保護型制造模式。

此種綠色制造模式的核心在于減少或是直接摒棄生產中對環境有危害的物質，如：涂裝作業時，粉末涂裝方法的應用，可有效減少油漆中“三苯”、重金屬含量；非調質鋼的應用，可減少廢液、廢氣的排放，減小對自然環境的污染。

2.2.3 綠色制造管理

在綠色制作過程中實施體系化管理，有利于更加系統、高效的實現綠色制造目標，具體管理措施如下：

（1）確定綠色制造方針。

（2）策劃建立綠色制造組織機構、職權分配，配備資源，規定程序制度。

（3）綠色制造實現策劃，根據相關法律法規要求等，確定綠色制造目標，合理選擇綠色制造模式，選擇合適的手段對綠色制造全過程進行績效監測，為綠色制造目標實現及改進提供可靠支撐。

3 實例探析

本文僅以某機床設計與制造為例展開分析，基于綠色設計制造理念下機床全壽命周期過程見圖2。

根據圖2分析可知，本項目設計制造分為兩大部分：

圖2 綠色設計制造下機床全壽命周期過程

（1）機床設計制造，即正向設計，設計、制造與使用為三大重要過程：①機床設計：包括結構設計、材料選擇、綠色工藝設計、可靠性預測、剛度匹配設計、焊縫的長度研究等；②機械制造：包括零部件加工、整機裝配、機床包裝；③機床使用維修：通過收集機床故障信息，為可靠性分析提供數據支撐。

（2）機床再制造，即反向設計，機床回收后，對其性能能否提升做好分析判斷，可以則進行改造升級，反則拆卸分類。機床零件主要包括：大型鑄件、焊接件、導軌以及軸、齒輪、箱體、電機等，易損件直接作報廢處理，經測試性能差的零件進行材料回收，性能較好的零件，可進一步分為裝配維修使用與再制造。

在機床全壽命周期過程中，綠色設計制造理念主要可以歸納如下：①正向綠色設計過程中，對機床方案性能、可靠性、經濟性、環境污染性、資源消耗性進行綜合分析評價，若是不滿足綠色設計要求，將進行優化處理；②反向綠色設計，實現了對機床的最大化回收與利用，通過零部件重新使用、再制造、材料再生產，極大的提高了資源利用率，減少了浪費。

4 結語

綜上所述，“綠色”已經成為當今社會發展的主流，在工程機械產品設計制造中，應將“綠色”理念充分融入其中，一方面要求提高設計方案的綠色性，設計出節能減排、降噪環保的工程機械設備；另一方面，還需更加關注制造過程中的能耗、污染問題，提倡節能降耗、清潔生產，真正實現產品全壽命周期的低碳環保，促進我國工業機械行業的健康發展。