机械产品的绿色设计研究

摘要：当今社会，资源短缺，环境污染现象日益严重，所以在企业经济发展当中，人们不得不考虑资源、环境等问题 。绿色设计，作为20世纪最后几十年中兴起的一个新的设计思潮，汇合当代“人性化设计”、“健康设计”、“非物质主义设计”等新主张，结合当代社会环境变化，这种现代设计制造技术正被人们所提倡。

关键词：绿色设计 能源环境 可卸载设计 一、 绿色设计势在必行

1、 概述我国资源、能源与环境的压力

建国50多年以来，我国国民生产总值（GDP）增长十多倍，制造业是我国国民经济的重要组成部分，工业增加值占GDP的35%。我国已成为制造大国，工业增加值居世界第四位，约为美国的1/4、日本的1/2，与德国接近。但是我国单位GDP的能耗是美国的4.3倍，德国的7.7倍，日本的11.5倍；单位资源的产业水平相当于美国的1/10，日本的1/20，德国的1/6…… 2、 概述国外研究发展现状

目前，国外不少国家的政府部门推出了以保护环境为主题的“绿色计划”。1993年，美国各大汽车公司就结成回收联盟，在密歇根建立车辆拆卸中心，专门研究车辆的回收拆

卸技术。日本早在1991年就推出了“绿色行业计划\"，日本本田公司2001年曾提出“到2003年将全面实施绿色制造”的口号。从最早的电动汽车到混合动力车到生物燃料车到燃料电池车，再到未来更完美的无人驾驶智能车，“新能源’’、“绿色环保\"这些字眼已经与汽车设计有机地结合起来了。

二、 绿色设计理念与定义

绿色设计又称生态设计、面向环境设计、生命周期设计、环境意识设计等。所谓绿色设计是指在产品及其生命周期全过程的设计中，充分考虑对资源和环境的影响，在考虑产品的性能、质量、开发周期和成本的同时，优化各有关设计因素，使产品及其制造过程对环境的总体影响减少到最小。

就其含义而言，它关系到“绿色产品”的概念描述、“绿色材料”的选择与管理、“绿色产品”的可拆卸件结构设计、可回收性设计等。简而言之，绿色设计意味着产品环境属性在产品整个生命周期内成为主要的设计目标，注重考虑产品的可拆卸性、可维护性、可重复利用性等功能等目标，并在满足环境目标要求的同时，保证产品应有的基本功能和使用寿命等。 三、 绿色设计与传统设计方法的区别

在传统设计过程中,设计人员通常主要是根据产品

基本属性(功能、质量、寿命、成本)指标进行设计,其设计指导原则是:只要产品易于制造并满足所要求的功能与性能,而较少或基本没有考虑资源再生利用以及产品对生态环境的影响。这样设计生产制造出来的产品,在其使用寿命结束后回收利用率低,资源、能源浪费严重,特别是其中的有毒有害物质,会严重污染生态环境,影响生产发展的可持续性。而绿色设计在产品整个寿命周期中都把其绿色程度作为设计目标,即在其概念设计及粗略设计阶段,就充分考虑到产品在制造、销售、使用及报废后对环境的各种影响,与产品有关的各技术人员都应密切合作,信息共享,运用环境评价准则约束制造、装配、拆卸、回收等设计过程,并使之具有良好的经济性。

绿色设计必须遵循一定的系统化设计程序,其中包括:环境规章评价,环境污染鉴别,环境问题的提出,减少污染、满足用户要求的替代方案,替代方案的激素与商业评估等。绿色设计人员应该考虑这样的问题:制造过程中可能产生的废弃物是什么,有毒成分的可能替代物是什么,报废产品如何管理,设计对产品回收性有什么影响,零件材料对环境有何影响,用户怎样使用产品等等。

绿色设计所关系的目标除传统设计的基本目标外,

还有两个:一防止影响环境的废弃物产生;二良好的材料管理。也就是说,避免废弃物产生,用再造加工技术或废弃物管理方法协调产品设计,是零件或材料在产品达到寿命周期时,以提高附加值回收并重复利用。

绿色设计通常有三个主要阶段,即:(1)跟踪材料流,确定材料输入与输出之间的平衡;(2)对特殊产品或产品种类分配环境费用,并确定相应的产品价值;(3)对设计过程进行系统性研究,而不是将注意力集中在产品本身。从产品的整体质量考虑,设计人员不应只根据物理目标设计产品,而应以产品为用户提供的服务或损害为主要依据。

由此可见,绿色设计的优越性在于:绿色设计要求设计人员在设计构思阶段就要把降低能耗、易于拆卸、再生利用和保护生态环境与保证产品的性能、质量、寿命、成本的要求列为同等的设计目标,并保证在生产过程中能够顺利实施。 四、 绿色设计的特点

绿色设计在产品整个寿命周期中都把其绿色程度作为设计目标，即在概念设计及粗略设计阶段，就充分考虑到产品在制造、销售、使用及报废后对环境的各种影响，

与产品有关的技术人员都应密切合作，信息共享，运用环境评价准则约束制造、装配、拆卸、回收等设计过程，并使之具有良好的经济性。

绿色设计必须遵循一定的系统化的设计程序，其中包括：环境规章评价，环境污染鉴别，环境问题的提出，减少污染、满足用户要求的替代方案，替代方案的技术与商业评估等。绿色设计人员应该考虑这样的问题：制造过程中可能产生的废弃物是什么，有毒成分的可能替代物是什么，报废产品怎么处理，设计对产品回收性有什么影响，零件材料对环境有何影响，用户怎样使用产品等。 绿色设计所关心的目标除了传统设计的基本目标外，还有两个：一是防止影响环境的废弃物产生；二是良好的材料管理。绿色设计通常有三个阶段：①跟踪材料流，确定材料输入与输出之间的平衡；②对特殊产品或产品种类分配环境费用，并确定相应的产品价值；③对设计过程进行系统性研究，而不是将注意力集中在产品本身。从产品的整体质量考虑，设计人员不应根据物理目标设计产品，而应以产品为用户提供的服务或损害为主要依据。

五、 绿色设计方法与原则

1、 强调产品生命周期的方法

与传统设计相比，绿色设计要求设计人员在设计

构思的开始阶段就要把降低能耗、易于拆卸、再生利用、保护生态环境与保证产品的性能、质量、寿命、成本的要求列为同等重要的设计目标，并保证在生产和流通的全过程中能够顺利实施，因此而扩展了产品的生命周期。这种扩展了的生命周期，便于在设计过程中从整体的角度理解和掌握与产品有关的环境问题、原材料的循环管理与利用、废弃物的管理和处置等，便于绿色设计的整体化优化，所以是一种“全程性”功能目标的实现。

2、 强调可拆卸结构的设计方法

满足普除了通产品的基本要求外，主要考虑结构的易于拆卸与回收处理。拆卸是废弃物回收的前提，回收则是废弃物再利用的保证。不可拆卸不仅会造成大量可重复利用零部件材料的浪费，而且因废弃物不好处置，还会严重污染环境。拆卸已成为机械设计的重要内容。可拆卸性是绿色产品设计的主要内容之一，它要求在产品设计的初级阶段就将可拆卸性作为结构设计的一个评价准则。可拆卸性要求在产品结构设计时改变传统的联接方式，代之以易于拆卸的联接方式。可拆卸结构设计有两种类型：一种是基于成熟结构的联

接方法，如螺栓联接、键联接及过盈配合等；另一种则是基于计算机的目的设计方法，现已开发系统的可拆卸性评价指标体系、评价方法、拆卸结构设计准则，并开发了相应的评价软件。

3、 强调协调工作与交叉工作的方法

在设计人员的组合及绿色设计的实施策略方面，应当使绿色设计在有效地并行环境下实施，其实施过程具有闭环特性。并行交叉的设计可通过设计网络来实现。根据设计目标的要求，既可以随时应其他设计人员的要求修改自己的设计，也可以要求其他设计人员修改其设计以适应自己的要求。这样，多种工作就可以并行协调的进行。

4、 强调可回收性设计方法

可回收性设计就是在产品设计时要充分考虑到该产品报废后回收和再利用的问题，即它不仅应便于零部件的折卸和分离，而且应使可重复利用的零件和材料在所设计的产品中得到充分的重视。资源回收和再利用是回收设计的主要目标，其途径一般有两种，即原材料的再循环和零部件的再

利用。鉴于材料再循环的困难和高昂的成本，目前较为合理的资源回收方式是零部件的再利用。 绿色设计的原则被公认为“3R”的原则，即Reduce ,Reuse, Recycle，减少环境污染、减小能源消耗，产品和零部件的回收再生循环或者重新利用。

六、 绿色设计的基本步骤

为实现绿色产品生命周期设计的总体目标，应从产品的概念设计就以“绿色化”为主线贯串整个设计全过程，从而实现机械产品整个生命周期的“绿色化”。在实践中，机械产品绿色设计首先要对用户的要求进行分析，确定主要功能和次要功能，分析满足主要功能的技术可行性，对满足主要功能的技术进行调研、分析，然后根据这些可行性的技术设计出相应的产品方案。其次要对各个产品方案的潜在环境影响进行分析、研究，确定环境影响要求，如废物产品、水污染、能量消耗等，开发“绿色产品”。最后要检查“绿色产品”是否满足功能要求

总结：绿色设计被称为是“工业生产的又一次效率革命”，而且已经成为目前产品设计中的一个主流方向，在很长一段时间内，都会是产品设计中需要考虑和注重的设计原则。但是，到目前为止，绿色产品大都是在某一个技术方面可以做

到“绿色”，而并非在产品的整个生命周期实现完全意义上的“绿色”。绿色设计不应该仅仅停留在技术层面上，更应该上升到设计理念和设计原则的高度。因此，我们要明确产品设计中绿色思维的真正含义以及如何应用绿色的思维进行设计，这样才会设计出更多更好的绿色产品，体现出绿色的含义。希望我们的未来可以生活在更多的绿色当中，我们身边可以有更多真正意义的绿色产品 参考文献

1．刘志峰、刘光复，《绿色设计》[J]机械工业出版社,1997 2．何人可 《工业设计史》,[J] 高等教育出版社,2004 [3]易军,刘峰,曹武军.产品绿色设计与制造关键技术及发展趋势[J].湖北工业学院学报,2004,(3).