“雙碳”目標下農業機械的綠色設計理念研究

摘要：在“雙碳”目標下，綠色設計理念依然是當今社會發展的重要議題，在各行各業的應用較為廣泛，特別是農業機械的設計和制造中，綠色設計理念的融入符合綠色農業的發展理念。本文通過介紹“雙碳”目標下的綠色設計的內涵和價值，分析了綠色設計理念在農業機械制造的發展現狀，提出農業機械制造中綠色設計理念的發展策略，最后得出 “雙碳”目標下綠色設計理念的重要作用。

關鍵詞：機械設計；自動化；綠色設計；“雙碳”目標

2022年環境統計年報顯示：2022 年全國廢水排放總量 6.17×1010t，其中，工業廢水排放量2.38×1010t，全國廢氣中二氧化硫 （SO2） 排放量 2.19×107t，工業粉塵排放量4.49×106t，氮氧化物排放量1.86×106t，全國工業固體廢物產生量2.41×109t，比上年增加 18.1%；工業固體廢物綜合利用量1.62×109t，工業固體廢物處置量 5.7×108t，工業固體廢物排放量4.98×106t，由此可見，當前，環境的惡化不斷加深。然而，隨著人們環保意識的不斷增強，環保意識逐漸深入人心，越來越多的學者開始對綠色設計進行研究。文獻［1］從綠色機械產品中的概念及意義入手，提出綠色機械制造工藝的技術策略；文獻［2］通過綠色制造理念探索了機械制造工藝；文獻［3］分析了綠色理念下的家具設計策略；文獻［4］敘述了機電產品綠色制造理論體系和技術，介紹了液壓設備綠色制造研究現狀，提出了綠色理念液壓設備的內容體系和決策思路；文獻［5］提出了在產品包裝中引入綠色設計理念，分析了現代社會對于綠色包裝設計的具體要求。本文通過對前人研究成果的總結，在此基礎上，結合“雙碳”目標下綠色設計理念，提出綠色設計理念在農業機械領域的發展策略。

一、綠色設計的概念

綠色設計源于20世紀60年代由記者Vance Packard猛烈抨擊美國汽車工業及其帶來的廢料污染問題而引發的反消費運動。綠色設計屬于概念設計，是指在產品整個生命周期內，不僅要充分考慮所生產產品的質量、開發周期、成本、功能以及對資源和環境的影響，還要使產品及其制造過程中對環境的總體的負影響降低到最低標準，保證產品的各項指標滿足綠色環保的相關需求。綠色設計的基本思路是將環境性能作為產品的設計目標和出發點，將環境因素和預防污染的措施納入產品設計之中。綠色設計的核心是：降低物質和能源的消耗、控制有害物質的排放、促進再生循環或重新利用，即Reduce（減少）， Recycle（循環）， Reuse（再利用）3R理念。隨著綠色設計理念的研究和發展，雖然在“雙碳”目標下，綠色設計至今仍處于萌芽階段，但隨著社會的不斷進步和發展，綠色設計將成為當今社會機械制造領域乃至整個工業技術領域發展的一種重要趨勢。

（一）農業機械設計中綠色設計理念的價值

隨著綠色設計理念的深入人心，綠色設計理念在農業機械的設計中亦開始顯現，其價值主要體現在以下幾個方面。

1.環境的需求。農業機械設備在農業工業化中發揮著舉足輕重的作用，隨著農業機械種類的不斷增加，農業機械在生產使用的過程中都需要耗費大量的資源和能源。農業機械的生產和其他機械的生產一樣，都屬于工業生產環節，對環境都產生負面的影響，因此農業機械的綠色設計備受廣大設計師們的關注，隨著技術、能源和工藝手段的不斷更新和完善，特別是新技術和新工藝手段的涌現，為農業機械的綠色設計開辟了新的模式，因此針對農業機械的環保設計而言，需要注意：（1）提高農業機械的生產效率，降低農業機械生產過程中的額外損耗，做好“雙碳”目標下的節能減排工作；（2）采用潔凈的生產能源，將潔凈能源引用農業機械領域。由此可見，農業機械領域的綠色設計能夠滿足環境需求。

2.時代需求。隨著工業經濟的發展，工業設計成為工業經濟發展的必然因素，推動著商品經濟的迅速發展。20世紀80年代以后，在工業設計領域人們的思維開始轉向簡潔、大方，因此，追求極端的簡潔也就成為一種流派。然而隨著人們的環保意識的增強，人們在工業設計的思維又得到了新的層次的轉換，開始步入綠色發展的進程。農業機械的設計作為工業設計的一種，具有其獨特的特色，農業經濟的發展要求農業機械種類增多。當前，在環保理念深入人心的時代作為國民經濟命脈的農業，對農業機械的綠色設計需求也逐漸增長，因此，農業機械設計中綠色設計是時代的需求。

3.未來需求。市場經濟的發展必定促進人們生活水平的提高，生活水平的提高、生活節奏的逐漸加快，必然帶來生產效率質的飛躍，這就與當前資源相對短缺、工業垃圾逐年遞增的矛盾日益激烈，在此環境下要求農業機械的設計滿足人們對環境質量的需求。因此，在未來經濟發展的趨勢中，綠色設計將成為農業機械設計的未來需求。

（二）綠色設計理念的優勢

目前我國學者對機械的綠色設計理念的研究相對比較深入，在實踐中也出現了可喜的成果。綠色設計理念較之于傳統的機械設計具有以下優勢：（1）對所需的自然資源進行循環再利用，通過綠色設計理念，可以將廢棄的農業生產資源經過重新規劃設計，進行再次使用。（2）農業機械產品的設計滿足可回收、可拆裝并能夠重復利用的需求。由此可見，農業機械的綠色設計不僅能夠使自然環境得到有效地改善，還能改善農業機械的生產效率，提高農民收入。

（三）綠色設計理念的特征

傳統的農業機械的設計中，由于缺乏環保意識，在對資源的利用和后期可循環利用的廢棄物的處理方面缺少相關的理論依據和實踐經驗，不僅造成了自然環境的破壞，而且不利于資源的可持續發展。隨著科學技術的不斷進步，人們開始逐步認識并重視綠色設計理念。綠色設計理念主要有以下特征：（1）綠色設計是在機械設計的基礎上，通過對資源進行循環重復利用，進而達到合理利用和保護自然資源一種可持續發展的機械設計理念；（2）綠色設計可以通過加強資源使用以及廢物排放等相關設計，控制廢物排放量，減輕工業垃圾的處理負擔；（3）綠色的機械設計理念的基礎是提高機械的使用效率，降低其更換頻率，減少報廢的機械數量，進而達到節能減排的作用。

（四）綠色設計理念對農業機械的影響

綠色設計是一種新型的設計方法，雖然“雙碳”目標下綠色設計理念在農業機械中的應用時間不長，且未達到十分完善的程度，許多前人提出的設計方法仍需再次論證，但是作為一種新型的設計理念，能夠幫助人們認識到過去農業機械設計的不足，以及對過去農業機械的設計的環保問題的忽視。同時也使人們認識到產品設計與環境資源之間的關系，以及產品設計對環境、資源的影響。因此，雙碳目標下綠色設計理念的提出是農業機械設計發展的一個重要里程碑，同時也是機械設計理念的一次革命，主要表現在：（1）強調了設計者、生產者以及使用者對環境資源保護和人類社會的可持續發展的社會責任；（2）設計是產品的源頭，綠色設計理念必然為環保產品的生產保駕護航；（3）提高農業機械的回收價值。

二、農業機械設計方案的選擇

“雙碳”目標下，農業機械的綠色設計理念要求對設計方案進行選擇，目前，比較常用的設計方案有生命周期設計、可拆卸性設計以及模塊化設計三種。在方案的選擇上，不僅需要從綜合的角度出發，從環境、經濟和適用性方面考慮設計方案的可執行性，還要了解不同方案的特征。一是生命周期設計是從環境保護和農業機械產品的成本需求出發，對產品的性能進行考慮，主要包括產品的回收再利用成本、產品的污染物處理以及替代品的性能等；二是可拆卸性設計主要針對產品的再利用設計，是在保證農業機械產品的功能不受影響的基礎上，能夠做到有規律地拆卸；三是模塊化設計主要從零部件的充分利用出發，設計的產品能夠重新組合成新的系統，從而實現產品的更新換代。

（一）農業機械設計材料的選擇

材料是綠色設計的最基本、最主要的內容，在農業機械的制造過程中，基于綠色設計的理念，必須選擇環保、健康的，能夠循環利用的材料，不僅要考慮材料之間的相容性、經濟性和安全性，還應當分析該材料對環境的影響因素。在傳統的農業機械設計中，由于對環保的重視力度不夠，通常采用以汞、鉛等特殊的化學物質，然而在農業機械報廢后的回收率較低，不僅對環境造成巨大的損害，同時也對農產品生產的安全問題帶來巨大的隱患，因此，在“雙碳”目標下，在綠色設計理念的指導下，農業機械設計必須從源頭抓起，對材料的選擇上要做到：滿足農業機械的基本設計性能要求；做到材料和工藝相適應，確保材料的可用性；滿足農業機械的環境需求，所選擇的材料必須滿足高溫性能、耐腐蝕性，以及抗沖擊性等適應農業生產的材料。

（二）農業機械可回收性設計和成本分析

農業機械的可回收性設計是指在進行農業機械產品的設計時，要充分考慮該產品的零部件以及材料的回收價值、回收成本以及回收處理成本和工藝條件，同時還需考慮農業機械產品對環境污染的問題，進而達到農機回收標準，提高自然資源的利用率，降低因無法回收而造成的環境污染的問題。農業機械的回收屬于綠色生命周期方案，合理的可回收性設計能夠對經濟價值和社會效益產生有利影響。因此，農業機械的可回收性設計是“雙碳”目標下農業機械的綠色設計的具體體現。

農業機械綠色設計的成本分析與傳統的農業機械設計的成本分析具有很大的差別，主要表現在：一方面必須考慮產品的回收和再利用價值；另一方面主要成本除了傳統的成本之外還需要包含產品拆卸、污染物替代和零部件重復利用等成本。

（三）農業機械產品的數據庫建立

農業機械產品設計數據庫在“雙碳”目標下的綠色設計中的作用巨大。數據庫包括與產品的生命周期相關的環境、資源、經濟、技術等數據。這些內容主要有：材料的類型、對環境的影響、回收率、生產成本；可降解材料的自然降解周期以及人工降解時間、成本；制造裝配、銷售、使用過程中所產生的附加物數量及對環境的影響；環境評估準則所需的各種判斷標準等。

三、結論

綜上，“雙碳”目標下，基于綠色設計理念下的農業機械設計與制造，具有一定的環保性能，同時滿足人們日益增長的環保意識的提高，隨著社會技術的不斷發展，特別是信息技術和3D打印技術的不斷發展，未來綠色設計理念將會融入一些新的技術領域。本文的主要結論有：綠色設計理念下的農業機械設計與制造符合環保的基本要求；綠色設計理念在農業機械的應用符合綠色農業的發展要求，是農業機械技術中機械設計理念的一個質的飛躍，有利于提高農業生產效率；綠色設計理念下的農業機械設計與制造能夠實現保護環境、節約資源，實現人與自然和諧相處的目的。

參考文獻：

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（作者單位：泉州市泉港區南埔鎮社會事務服務中心）