基于綠色設(shè)計理念的紡機設(shè)備造型設(shè)計研究

李小彤 胡昌格

摘要：為了提升紡機設(shè)備的環(huán)境友好性、可拆卸性等綠色屬性，文章首先闡述了綠色設(shè)計的概念及其3R原則，其次分析了基于綠色設(shè)計理念的紡機設(shè)備造型設(shè)計意義，最后闡述了其設(shè)計原則與方法。通過上述分析與總結(jié)，從綠色設(shè)計的視角豐富了紡機設(shè)備造型設(shè)計的方法和內(nèi)涵，為同類產(chǎn)品研究提供參考。

關(guān)鍵詞：綠色設(shè)計;紡機設(shè)備;造型設(shè)計

中圖分類號：TB472文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2021）02-0159-02

近年來，我國紡織行業(yè)規(guī)模與經(jīng)濟效益得到迅猛增長，而紡機設(shè)備是紡織行業(yè)實現(xiàn)機械自動化的載體，也是紡織行業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵。然而粗放的生產(chǎn)模式造成了嚴重的資源浪費，伴隨可持續(xù)發(fā)展政策的不斷深入人心，綠色設(shè)計理念也逐漸成為共識[1]。綠色設(shè)計理念倡導(dǎo)有效節(jié)約資源，主張以生態(tài)保護為前提，減少廢棄物產(chǎn)生并最大限度地保證生態(tài)平衡。基于綠色設(shè)計理念的紡機設(shè)備造型設(shè)計，可提高紡機設(shè)備的環(huán)保性與附加值，順應(yīng)可持續(xù)發(fā)展的時代潮流。基于綠色理念進行創(chuàng)新升級更是當(dāng)前紡機設(shè)備造型設(shè)計領(lǐng)域亟需重視的課題。

1 綠色設(shè)計理論概述

1.1 綠色設(shè)計的概念

綠色設(shè)計也稱為生態(tài)設(shè)計或面向環(huán)境的設(shè)計，是指在產(chǎn)品的整個生命周期內(nèi)需要著重考慮資源以及環(huán)境特性并將其作為重要的設(shè)計目標，且確保產(chǎn)品壽命、質(zhì)量和功能等要求，其目標是降低環(huán)境污染、減少能源消耗與產(chǎn)品和零部件的回收再利用。綠色設(shè)計理念立足于現(xiàn)有科技水平，在產(chǎn)品全生命周期過程中從資源可持續(xù)的角度來著重考慮環(huán)境因素，把“綠色度”或者“綠色性”作為衡量與評價指標[2]。其不僅在資源節(jié)約、環(huán)境友好以及可持續(xù)發(fā)展方面提供理論指導(dǎo)，也逐漸成為衡量企業(yè)乃至社會與國家發(fā)展是否科學(xué)合理的標準。

1.2 綠色設(shè)計的3R原則

綠色設(shè)計理念的核心思想是3R原則，即減量化、再使用、再循環(huán)。此三者是相互聯(lián)系、相互依存的整體，既可以作為循環(huán)經(jīng)濟與可持續(xù)性生產(chǎn)發(fā)展的方法指導(dǎo)，也可作為紡機設(shè)備造型設(shè)計的靈感來源[3]。減量化追求較為簡單的造型設(shè)計風(fēng)格，旨在通過減少原材料的重量、體積、面積和數(shù)量來簡化設(shè)備造型，追求單純而又優(yōu)雅的形態(tài);再使用指的是再次利用，主要通過使本來已廢棄的零部件重新返回到合適的功能結(jié)構(gòu)中，來達到重復(fù)利用的目的;再循環(huán)是指將廢棄的零部件經(jīng)過回收再加工之后以全新材料的形式而重新使用。減量化、再使用、再循環(huán)這三種原則能夠為紡機設(shè)備的可拆卸設(shè)計、模塊化設(shè)計、可回收設(shè)計提供有效的理論指導(dǎo)和行動路徑[4]。

2 基于綠色設(shè)計理念的紡機設(shè)備造型設(shè)計意義

2.1 促進紡機設(shè)備造型的精細化發(fā)展

在紡機設(shè)備的造型設(shè)計中，部分設(shè)計師易忽視設(shè)備在生產(chǎn)制造時空氣中的棉絮顆粒度、噪音震動、碳排放量、廢料堆放尺寸布局等參數(shù)的綠色性技術(shù)要求，導(dǎo)致設(shè)備的外觀造型仍停留在概念設(shè)計階段[5]。基于綠色設(shè)計理念的紡機設(shè)備造型設(shè)計要求在市場調(diào)研階段對紡機設(shè)備開展有效的綠色需求分析，在造型的概念設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，通過計算機仿真分析進行試驗數(shù)據(jù)以及虛擬參數(shù)的調(diào)整來減少資源浪費以及環(huán)境污染，滿足紡機設(shè)備造型在結(jié)構(gòu)設(shè)計與加工制造、生產(chǎn)運行與設(shè)備維護等方面的精細化發(fā)展需求。

2.2 推動紡機設(shè)備造型的創(chuàng)新性發(fā)展

綠色設(shè)計理念追求材料的可回收性、設(shè)備功能的模塊化組合以及結(jié)構(gòu)件的減量化。在需求分析設(shè)計階段著重考慮材料的綠色環(huán)保性能，進而實現(xiàn)對紡機設(shè)備原材料的創(chuàng)新運用;在造型設(shè)計階段進行設(shè)備形態(tài)與材質(zhì)的減量化設(shè)計以實現(xiàn)對外觀形態(tài)的突破創(chuàng)新;在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段對零部件進行模塊化設(shè)計和可拆卸設(shè)計，進而提升造型整體的功能與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。基于綠色設(shè)計理念的紡機設(shè)備造型設(shè)計有助于從可持續(xù)發(fā)展和綠色環(huán)保的角度滿足紡機設(shè)備的綠色性要求，最終實現(xiàn)紡機設(shè)備造型在形態(tài)、材料、結(jié)構(gòu)等方面的創(chuàng)新性發(fā)展。

3 基于綠色設(shè)計理念的紡機設(shè)備造型設(shè)計原則

3.1 環(huán)境友好原則

環(huán)境友好原則是指在紡機設(shè)備運行時對其使用環(huán)境的保護。通過對多個棉紡企業(yè)走訪調(diào)查發(fā)現(xiàn)，紡機設(shè)備所使用的原材料多以棉花為主，因此在棉紡廠房或車間中的空氣中會漂浮絲狀的微小棉絮而造成空氣污濁;紡機設(shè)備在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生較大的噪音而造成嚴重的噪音污染;電機等運動器件會產(chǎn)生大量的熱量，使得廠房整體的室內(nèi)溫度偏高[8]。紡機設(shè)備的使用環(huán)境較為復(fù)雜，因此基于綠色設(shè)計理念的紡機設(shè)備造型設(shè)計需要著重考慮減少對環(huán)境的負面影響，如含有棉絮的空氣、廢物排放以及噪音污染等，提升紡機設(shè)備宜人的使用環(huán)境。

3.2 模塊化原則

基于綠色設(shè)計理念的紡機設(shè)備造型設(shè)計應(yīng)遵循模塊化原則，在降低設(shè)計流程復(fù)雜度的同時能夠簡化安裝調(diào)試和后期維修等操作，使造型設(shè)計成果具有可控性。紡機設(shè)備通常體量較大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為了避免失效模塊對整體設(shè)備產(chǎn)生較大影響，可對紡機設(shè)備的外觀部件進行模塊劃分以及分離設(shè)計。首先可根據(jù)紡機設(shè)備外觀部件的功能進行模塊劃分，如安全防護功能、防塵防水功能、通風(fēng)散熱功能等;其次，可根據(jù)功能類型進行必要的拆分，使功能模塊具有可拆卸與可替換性;最后，對拆分的功能模塊進行形態(tài)、結(jié)構(gòu)與工藝設(shè)計，使其不僅能夠方便拆卸和更換，還能夠滿足紡機設(shè)備對于結(jié)構(gòu)強度和生產(chǎn)制造的要求。

3.3 可回收原則

可回收原則是指在造型設(shè)計過程中系統(tǒng)地考慮紡機設(shè)備全生命周期中所涉及材料的回收經(jīng)濟價值與工藝處理方法，優(yōu)先選擇無害的環(huán)保材料，避免使用高耗能以及高污染的材料，從而提高紡機設(shè)備的環(huán)境友好性等綠色性[7]。因此，基于綠色設(shè)計理念的紡機設(shè)備造型設(shè)計應(yīng)遵循可回收原則，優(yōu)先選擇可回收和可重復(fù)利用的綠色材料，在減少自然資源與能源的消耗和降低生產(chǎn)制造成本投入的同時，也能夠通過回收材料的創(chuàng)新設(shè)計來避免設(shè)備外觀造型趨向同質(zhì)化和單一化，助力紡機設(shè)備造型的創(chuàng)新研發(fā)并提高其市場競爭力。

3.4 簡潔原則

簡潔原則的目的是減少紡機設(shè)備造型設(shè)計與生產(chǎn)加工中資源的浪費。首先，在紡機設(shè)備的造型設(shè)計過程中可運用基本幾何元素將形態(tài)簡化到極致，強調(diào)設(shè)備形態(tài)的簡約性[8];其次，在滿足功能需求基礎(chǔ)上，簡化紡機設(shè)備造型的設(shè)計要素數(shù)量，可選擇性地刪減能夠干擾設(shè)備主體造型設(shè)計風(fēng)格的外觀構(gòu)件;最后，盡量減少設(shè)備外觀構(gòu)件的材料和零部件種類，以避免后期較為復(fù)雜的采購流程和生產(chǎn)規(guī)格較多的模具。因此，基于綠色設(shè)計理念的紡機設(shè)備造型設(shè)計應(yīng)遵循簡潔原則，有助于在降低生產(chǎn)成本的同時提升設(shè)備造型的美觀度和精致感。

4 基于綠色設(shè)計理念的紡機設(shè)備造型設(shè)計方法

4.1 基于綠色設(shè)計理念的紡機設(shè)備防護罩設(shè)計

紡機設(shè)備防護罩是安裝在機械運動構(gòu)件或電子器件外部的防護板，通常具有通風(fēng)口、維修門、觀察窗等部件。基于綠色設(shè)計理念的紡機設(shè)備防護罩設(shè)計可首先應(yīng)用簡潔原則完成其外輪廓的形態(tài)設(shè)計;其次，在遵循模塊化原則基礎(chǔ)上，通過合理的分割使各部件能夠方便地拆卸和組裝。例如，可將通風(fēng)孔分離成單獨部件以使其便于維修和更換，同時增加過濾棉絮的紗網(wǎng)和加大通風(fēng)孔的相對面積，以減少對環(huán)境的負面影響。此外，在材料上可選用金屬板材來替代工程塑料，因為其不僅具有材料輕薄、加工簡便、使用壽命長、散熱性能好等優(yōu)點，同時還能夠通過二次回收進入再利用的資源循環(huán)，進而實現(xiàn)對原材料的充分利用。

4.2 基于綠色設(shè)計理念的紡機設(shè)備操作面板設(shè)計

紡機設(shè)備的操作面板由操作按鍵、顯示屏、旋鈕、狀態(tài)燈等組成，根據(jù)操作面板的屏幕類型可分為全屏幕型、半觸摸型、綜合型（屏幕、按鍵等都有）[9]。基于綠色設(shè)計理念的紡機設(shè)備操作面板設(shè)計應(yīng)遵循簡潔原則來避免繁瑣和復(fù)雜的操作。首先，從操作者真實使用場景出發(fā)，對圖標、文字等操作面板上的信息標識進行簡化并保持一致性;其次，操作面板的界面設(shè)計需要根據(jù)操作者使用習(xí)慣來簡化操作步驟，特別是在操作者個性化定制時的數(shù)字界面器、操作桿控制器、停止鍵等操作按鍵設(shè)計，從而縮短操作者在應(yīng)急情況下的反應(yīng)時間。

4.3 基于綠色設(shè)計理念的紡機設(shè)備連接結(jié)構(gòu)設(shè)計

紡機設(shè)備中常見的連接結(jié)構(gòu)包括鉸鏈連接、螺紋連接、磁吸連接等，由支撐框架以及連接件組成，可直接關(guān)系到設(shè)備的外觀形態(tài)[10]。基于綠色設(shè)計理念的紡機設(shè)備連接結(jié)構(gòu)設(shè)計需要著重進行連接結(jié)構(gòu)的模塊化以及標準化設(shè)計來提升其可回收性和可替換性，從而降低資源浪費和生產(chǎn)成本。首先，設(shè)計師需要在了解生產(chǎn)加工流程與制作工藝的基礎(chǔ)上，按照工序要求對連接結(jié)構(gòu)件進行造型把控以生產(chǎn)出同時滿足造型設(shè)計和質(zhì)量要求的零部件;其次，盡量使用市場上標準化的連接件如內(nèi)外鉸鏈、鎖頭、卡扣等五金配件來減少加工成本。

5 結(jié)語

綠色設(shè)計理念是綠色生產(chǎn)發(fā)展的基礎(chǔ)，需要在紡機設(shè)備的整個生命周期中進行系統(tǒng)而全面地考慮。因此，紡機設(shè)備的造型設(shè)計不僅要全面地分析資源與環(huán)境的相關(guān)設(shè)計因素，進行設(shè)備造型的功能結(jié)構(gòu)設(shè)計、模塊的分離與組合設(shè)計以及零部件的可拆卸與可回收設(shè)計，也要建立完善而系統(tǒng)的綠色觀念，提高設(shè)備零部件的循環(huán)利用效率，促進紡機設(shè)備的可持續(xù)發(fā)展，進而實現(xiàn)紡機設(shè)備的創(chuàng)新升級。

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