基于绿色设计理念的机械产品设计初探

基于绿色设计理念的机械产品设计初探

李平

关键词：绿色设计，理念，机械产品

随着技术和社会的发展，资源、环境和人口三大问题对人类社会生存与发展已显得尤为重要。由于全球环境的日益恶化，迫使人们对环境问题的研究愈来愈重视。环境问题已由少数专家关心的技术问题转变为全人类共同关注的经济社会问题。当今社会面临的重大挑战是如何使经济发展与环境保护有机地结合起来，从而能促进建立一个可持续发展的社会。于是近年提出了新的概念：最有效地利用资源和最低限度地产生废弃物，是当前世界上环境问题的治本之道。绿色设计为消除和避免制造业经济恶性发展和顺应可持续发展理念而受到重视。我国的绿色理念有所提升，但是仍不够普及和深入，所以机械产品的回收再生也没有很好的得到发展。

1.绿色设计的概述

(1)绿色设计

绿色设计GD(greendesign)是实现产品绿色要求的设计，是在世界“绿色设计”中诞生的一种全新的产品设计概念。其定义如下：绿色设计是以环境资源为核心概念的设计过程.即在产品的整个生命周期内，优先考虑产品的环境属性(可拆卸性、可回收性等)，并将其作为产品的设计目标，在满足环境目标的同时，保证产品的物理目标(基本性能、使用寿命、质量等)。因此，绿色设计是一种综合了面向对象技术、并行工程、寿命周期设计等的一种发展中的设计方法，包含了产品从概念形成到生产制造、使用乃至废弃后的回收、再利用及处理的各个阶段，即涉及到产品的整个生命周期，是从“摇篮到再现”的过程。

(2)绿色设计与传统设计的区别

传统产品设计，主要考虑产品的基本属性（功能，质量，寿命，成本）而较少的考虑环境属性，按照传统设计生产制造出来的产品，在其使用寿命一结束以后，就成为了废弃物，回收率低，资源浪费严重。绿色设计与传统设计的根本区别就是在设计构思阶段，就要考虑到产品的能耗，再生利用，保护生态等方面的问题，而传统的设计方案单单以产品的性能，寿命，成本作为主要的设计目标，等到在使用过程中出现了问题以后，才会考虑到解决的方法，显然，这种出现问题再解决问题的模式不能适应可持续发展的需求。绿色设计以环境要素为考虑中心，脱离了原有的简单线型设计程序，架构出由中心向四周发展的轮辐型结构，这样，有利于每一个设计环节的细化。

2.机械产品绿色设计中应考虑的主要因素

在机械产品绿色设计中要考虑的因素很多，主要有以下几方面：

(1)产品的功能。设计是人类为了实现某种特定的目的而进行的一项创造性的活动，它的核心领域是产品设计。产品是为了满足人们的生产、生活的需要而被制造出来的，它是劳动的物化.是认识的反馈。无论是绿色设计，还是传统设计，都必须考虑所设计的产品应能满足消费者所需求的功能、质量等基本属性。否则，产品根本无法占领市场。

(2)环境保护。绿色设计中强调无论是在产品生产制造过程中，还是在产品的使用过程中，都应具有良好的环境保护性。从源头上将废弃物数量降到最低限度，减少了大量垃圾处理所造成的棘手问题，有利于保护环境，维护生态系统的平衡。

(3)劳动保护。倡导“以人为本”，实现对劳动者(包括生产者和使用者)的良好劳动保护。绿色设计时必须仔细考虑所设计的产品在制造过程中应对生产者具有良好的劳动保护，同时.在使用过程中对使用者也应该具有良好的劳动保护。在产品整个寿命周期中对劳动者的危害应最小化.零危害是最佳状态。

(4)产品寿命周期成本。从控制理论上讲.传统设计考虑的方案是一个开环系统，而绿色设计考虑的设计方案则是一个闭环系统。传统设计中通常所考虑的产品成本仅包括设计、制造和营销费用成本。未考虑消费者使用成本和产品最终处理成本。而绿色设计中却考虑了产品的寿命周期成本(企业成本、用户成本和社会成本)。随着环境保护的法制化，企业对产品的整个寿命周期负责已逐步走向规范化、法制化。因此，企业设计时不得不考虑产品的维护和最终的处理成本。此外，产品要真正占据市场份额，企业设计时还得为顾客考虑，为用户降低产品的使用成本。

3.机械产品绿色设计制造材料的选择

材料选择是产品设计的第一步，因此，其绿色特性对产品的绿色性能具有极为重要的影响，并且对最终产品的“绿色程度”具有重要意义。

(1)机械产品材料选择的技术性能。机械产品材料选择的技术性能主要包括机械性能和工艺性能。在设计机械产品并选择材料时，由于机械性能是保证零件的工作安全可靠和经久耐用的先决条件，所以是产品零件选材时的首先因素。根据机械性能选材时应根据产品零件的工作条件以及损坏形式，通过力学的分析、计算确定出零件选材的主要抗力指标。并且在选材时必须抓住主要矛盾，找出最关键的抗力指标，同时兼顾其它性能。产品零件的工艺性能能够保证零件具有良好的工艺性能。工艺性能包括铸造性能、锻造性能、机械加工性能、焊接性能和热处理工艺性能。

(2)绿色设计制造材料的选择途径。绿色设计制造材料的选择是重要的技术内容，将直接影响产品全生命周期的资源环境特性。绿色设计制造材料的选择途径主要包括：①选用新型环境材料；②选用原料丰富、低成本、少污染的材料替代昂贵、污染大的材料；③选用无毒无害材料；④选用可回收利用的材料；⑤减少所用材料种类；⑥考虑所选材料的相容性；⑦选用再生材料。在实际的选材时，还要结合产品的具体情况，从全局的角度，充分考虑材料对产品全生命周期各阶段的环境影响以及产品性能、成本等因素的约束，使得产品整体环境性协调优化。

绿色产品在国际市场上相对于传统产品具有强劲市场竞争力，我国潜在的市场更是不容忽视。所以提高绿色产品的设计能力是提高自身优势的较好途径，尤其是在机械产品的绿色创新设计方面的提高更能推动我国制造业的发展，同时保证了可持续发展效益。

参考文献：

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[2]刘光复等.绿色设计与绿色制造[M].北京：机械工业出版社，2000

[3]吕艳红.产品设计中的绿色设计[J].河北理工学院学报，2003，2

[4]张安锋.绿色再制造工程基础及其应用[M].北京：中国环境科学出版社，2005