關于機電產品綠色設計與制造的思考

沈 威，呂亞偉

（浙江省機電設計研究院有限公司，浙江 杭州 310051）

0 引言

隨著大數據時代的到來，人類生產已擁有更多的方法和手段，尤其是人工智能在工業的廣泛應用，古老的機械工業開始煥發新生活力，越來越多機電產品在微電子技術、物聯網等技術的相互結合下呈現出了高度智能化特征。但是在這其中也引發了一系列能源危機以及對生態環境的破壞性問題。如果人類不重視這些現象的管制而任由其發展下去，極有可能導致人類社會產生自取滅亡的嚴重性后果。因此現階段各國十分重視環保問題，將綠化環保理念融入各行各業領域中，促進環境保護質量的進一步提升。在這其中，西方等發達國家已經取得了先進的環保成果，而我國許多地區仍舊存在著粗放式工業發展現象，具有極高的“三廢”排氣量，對生態環境帶來極其不利的負面影響，甚至對我國機電產品打開國際市場的過程產生著十分重要的影響。而隨著我國加入世界貿易組織，大力發展綠化環保、促進工業與綠化理念的相互融合，已經成為了一項重要的發展戰略。尤其在機電產品領域的競爭氛圍日益激烈發展的趨勢下，如何在機電產品的設計與制造中融入綠色設計理念、以促進機電產品市場競爭力的有效提升，成為了擺在各大機電產品廠商面前的重要難題。

1 綠色設計概念及內容分析

設計本身的目的是為了在產品設計階段融入合理的構想、功能、目的以及其他屬性，從而在實現這些目標的同時促進產品的升級和發展。綠色設計也可以理解為在產品的整個生命周期內，需要重點體現出產品的可回收性、可維護性特征，這也是產品設計的重要目標，使所設計出來的產品在滿足綠化環保目標的同時，能夠體現出應有的產品質量標準與外觀、性能要求。在綠色設計中，產品在設計、生產、使用、廢棄回收等全過程階段，均需要體現出關鍵的綠化方向。而以往的傳統設計并未能夠體現出這種特色，也未能夠考慮到對產品回收的綠化發展方向。

1.1 綠色設計的主要內容

（1）材料選擇

在設計任何類型的產品中，材料選擇永遠是重要因素，也是首要環節，更是綠化設計的關鍵部分[1]。在綠化設計的產品中，不僅要從設計階段體現出應有的產品功能、性能等特征，還要在材料選擇中保持應有的經濟性、環境協調性優勢。

（2）拆卸設計

產品在超過使用壽命或因為不可逆損壞而報廢的情況下，需要及時回收報廢產品，在這其中一般離不開產品的零件拆卸環節。而在綠化設計中，注重拆卸設計也屬于其中的重要內容，即在產品設計階段就考慮到產品的拆卸要求，能夠明確哪些零件可以被拆卸、被收回利用，從而從拆卸設計中實現產品的高效回收利用需求，體現出相應的綠色環保理念。

（3）再循環設計

綠色設計的根本目標是為了有效減少環境污染問題的產生，提高資源的利用效率，而合理回收利用資源以實現再生循環利用則是其中的重要方向。因此在產品設計階段就需要考慮到再循環設計的要求，能夠從再循環設計中關注產品零件、材料的再回收利用過程。

（4）綠色包裝設計

綠色包裝已成為了綠色設計的重要內容，尤其在現代社會發展過程中，過度包裝所產生的資源浪費問題已經成為了各國所重視的重要問題，在綠色包裝中體現出綠色環保理念。而所謂的綠色包裝指的是在滿足產品包裝基本功能的前提下體現出包裝的綠化環保特征，以便于在順應可持續發展戰略中形成新設計理念。

2 綠色設計的原則分析

（1）先進性

在綠色設計原則中，先進性往往是其中的重要設計原則之一。只有在綠色設計過程中結合先進的科學技術以形成更為先進的產品，使產品更好地服務人類，對提升產品競爭力、推廣綠色產品具有十分重要的作用。綠色設計過程中的先進性技術必須要體現出應有的安全性、經濟性與可靠性優勢，保障綠色設計產品能夠在使用生命的全周期中體現出應有的環境協調性優勢。

（2）創新性

綠色設計屬于一種全新的產品設計理念，在設計過程中必然會面臨前所未有的重要難題，而作為綠色產品的設計者，在這其中必須要善于思考如何解決這些問題，如何在綠色設計中體現出創新性優勢，從而在大膽發揮產品設計想象力中提升產品的創新價值[2]。

（3）資源最優利用

人們所居住的地球具有極其豐富的資源，這些資源均是大自然的恩賜，也是留給人類的重要寶藏和財富。但是許多自然資源中均具有不可再生的特性，所以在綠色設計中還要能夠體現出資源最優利用原則，能夠盡可能地選擇可再生資源以代替不可再生資源，確保所選擇的資源最大化發揮利用價值與利用效率。

（4）環境協調性

在綠色產品設計過程中要充分考慮到產品全生命周期階段所體現出來的環境協調性原則，即能夠在所設計產品應用綠色技術過程中體現出應有的節能減排、保護環境等原則，保障產品不會形成對自然的污染問題，在產品的全生命周期階段都要考慮到如何清理污染源，從根源問題上杜絕污染源的產生。

（5）綜合效益最佳

綜合效益是每一個企業所追求的重要目標，所以在綠色設計中還要能夠考慮到綜合效益最佳原則。如果一味追求綠色設計理念而忽略了產品的綜合效益最佳原則，則很難維持企業的正常運作。所以在綠色設計中既要考慮到對環境保護的環境效益，也要考慮市場銷售的經濟效益，保持兩者之間的協調發展才能夠真正促進綠色設計道路走的更遠、更為持久。

3 關于機電產品綠色設計與制造的思考和建議

機械產品制造是工業發展的重要產物，但是機械產品制造業引發了一系列環境保護問題。比如機電產品在生產、使用過程中可能會產生大量的廢氣廢水或其他廢棄固態物，這些廢棄物的產生不僅不具備二次利用價值，甚至對周邊環境帶來嚴重污染問題，對人們的身體健康產生不利的影響。加上各類機電產品在設計與制造過程中出現了普遍的資源浪費現象，因此為了能夠促進機電產品設計與制造的可持續發展，就必須要在這其中融入綠色設計與制造理念，有效減少機電產品設計與制造過程中所產生的環境污染問題。

（1）關注機電產品設計的原材料選擇與管理

在機電產品的綠色設計過程中，必須要關注原材料選擇與管理過程。在這其中所應用到的原材料需要滿足可回收利用、可分解再生的基本要求，同時這些原材料還要符合環境保護需求，避免原材料對環境帶來污染問題。且在現如今的機電產品設計過程中，所應用到的原材料多以鋼鐵合金類可回收利用原材料為主，然而也有一部分新型材料并不滿足可回收利用要求，比如玻璃鋼、工程塑料等原材料，不僅難以分解，甚至對自然環境可能會產生一定的污染。所以在機電產品綠色設計中，原材料的選擇還要滿足環保需求，能夠在這其中積極研發更多新型環保材料，促進原材料的綠化價值得到進一步提升。另外還要能夠加強原材料管理過程，比如部分原材料屬于有害材料成分、另外一部分原材料屬于無害材料成分，兩種材料盡管可能都滿足綠化環保需求，但是并不能將其混合存放，而是將其分開存放以強化材料管理過程[3]。對于那些已經超過產品使用壽命的機電產品，要能夠將其中所存在的可回收利用材料進行充分回收利用，對于那些不具備回收利用價值的材料，要能夠選擇適宜的技術工藝方法開展處理工作，確保這些難以回收利用的材料對環境的負面影響降低至最小。

（2）加強產品可回收設計質量以減少污染問題

為了能夠提高機電產品可回收設計質量，在設計階段就需要考慮到所應用到的零件、材料是否滿足可回收要求，在回收處理中所用到的技術工藝、方法以及過程等是否滿足綠化環保需求，從而使之實現零件材料資源的最佳利用目標，最大化減少不必要能源損耗問題的產生。實質上，在許多機電產品的原材料生產過程中，均存在著不同程度的廢棄、廢液、廢渣排放污染問題，對綠化環保工作帶來極其沉重的負擔。而在綠色設計理念中，要求能夠從設計階段研發新型清潔能源或材料，在保障機電產品正常使用功能與產品性能的前提下，盡可能地減少機電產品對自然環境所產生的污染問題。在這其中還要能夠加強廢棄物清潔處理工作質量，能夠加強環保技術的研發與推廣，使所設計的機電產品在真正投入市場、應用于實際工作中對環境所產生的危害影響減少至最低標準范圍。另外值得一提的是在機電產品可回收設計過程中，還要加強綠色產品成本分析質量，能夠從成本分析過程中充分考慮到各類對環境有害的材料是否具備相應的可替代環保材料，這些環保材料是否符合綠色設計的經濟性設計需求等，避免所設計的機電產品在造價成本控制中出現脫節現象。

（3）做好機電產品的裝配設計與可拆卸設計

對于現代社會而言，各類機電產品需要具備基本的產品功能與裝配性能，而在融入綠化設計理念中，還要確保機電產品體現出優良的可拆卸性能。因為可拆卸設計已經成為了綠色設計中的重要內容和設計目標，能夠在產品設計階段體現出產品的可拆卸性特征，并將其作為機電產品結構設計的重要評價指標，使機電產品既能夠方便拆卸維修，也能夠在報廢回收處理中對剩余可利用材料進行循環利用，從而實現節約能源與資源的目的，促進環保質量的進一步提升。一般情況下，要使機電產品設計體現出可拆卸設計要求，可以通過將以往的連接方式進行改良，應用螺栓連接、鍵連接等方式替換傳統連接方式，確保產品的可拆卸性能，方便開展后期的拆卸回收再循環利用工作。

（4）提高機電產品綠色包裝與外型設計質量

將綠色包裝設計理念應用于機電產品設計領域中，需要考慮三個方向，即針對現有的機電產品包裝方案進行優化、對現有的機電產品包裝結構進行優化以及對包裝材料進行合理選擇，使包裝材料滿足易分解、可回收利用等需求目標。而在以往的機電產品設計中往往只關注產品功能與性能問題，未能夠在機電產品包裝方面做出相應的工作，因此而導致很多機電產品包裝方案相對比較單一、缺乏時尚感和個性化特征，從而導致這種現象也很難滿足綠色設計對包裝設計的基本要求。所以在機電產品綠色包裝設計中，還要能夠合理運用色彩藝術手段，提供綠色視覺觀感、為產品帶來更為個性的外觀和色彩，有利于提高機電產品市場競爭力，使之得以在更多地區推廣應用，無疑對綠色環保理念的落實與推廣具有十分重要的意義[4]。

（5）在提高故障診斷技術中減少機電產品維護頻率

另外在綠色設計中，對于機電產品的維護維修工作也要充分體現出綠色設計理念。因為許多機電產品在使用一段時間后會出現不同程度的損壞、損耗現象，對機電產品正常功能的體現帶來一定的負面影響，此時必須要盡快開展定期維修維護工作，以確保延長機電產品的使用壽命。這種現象原本在機電產品領域中屬于比較常見的現象，但是在現如今的綠化環保理念下暴露出了諸多弊端問題，比如在頻繁維修維護工作中存在著明顯的資源浪費現象，同時并不是所有的維修維護都能夠發揮產品的正常性能，很多時候維修維護反而會影響設備性能的發揮，尤其在設備使用的磨合期還未結束后進行維修，極有可能導致原有的設備性能出現下降。所以為了能夠避免這些問題的產生，最好要能夠加強對機電設備產品的故障診斷檢測技術研發力度，能夠通過提高故障診斷技術先進性中，使每一次維護維修過程中不需要拆卸設備就能夠了解設備故障原因，從而可以使維修工作變得根據針對性，有效減少不必要的維修維護成本支出。而在信息技術的迅速發展中，各類信號診斷檢測技術、神經網絡技術、數據挖掘技術等應運而生，為設備維修工作帶來了極為明顯的便利性優勢，確保每一次設備維護維修盡可能地減少資源浪費損耗現象，同時也可以有效減少機電產品維護頻率，無疑對踐行綠色環保理念體現出重要的技術應用價值[5]。

4 結語

隨著社會發展與人類文明的進步，可持續發展已經成為了各國都重視的基本策略，推進綠色設計理念，將綠色設計理念融入機電產品設計生產領域里，在減少機電產品對環境所產生的破壞性作用過程中，實現廠商市場競爭力的有效提升，為企業可持續發展發揮應有的設計理念價值。