綠色設(shè)計(jì)下的制造業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新應(yīng)用

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摘要：闡述了綠色設(shè)計(jì)的概念以及與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的區(qū)別。強(qiáng)調(diào)了綠色設(shè)計(jì)是一種全生命周期的設(shè)計(jì)理念。從綠色產(chǎn)品的材料設(shè)計(jì)、綠色產(chǎn)品的制造工藝、產(chǎn)品的可拆卸設(shè)計(jì)、廢棄產(chǎn)品的處理工藝以及綠色產(chǎn)品本身的特質(zhì)等方面說明了產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)的思路，并簡(jiǎn)要說明了產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)的方法。

關(guān)鍵詞：綠色設(shè)計(jì)；全生命周期；制造業(yè)；理念；方法

綠色設(shè)計(jì)（GreenDesign）也稱生態(tài)設(shè)計(jì)（Ecolog－icalDesign）、環(huán)境設(shè)計(jì)（DesignforEnvironment）、環(huán)境意識(shí)設(shè)計(jì)（EnvironmentConsciousDesign）。綠色設(shè)計(jì)是指在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期內(nèi)可能對(duì)資源和環(huán)境產(chǎn)生的影響，并在充分考慮產(chǎn)品的功能、質(zhì)量、開發(fā)周期和成本的同時(shí)，更要優(yōu)化各種相關(guān)因素，使產(chǎn)品及其制造過程中對(duì)環(huán)境的總體負(fù)影響減到最小，使產(chǎn)品的各項(xiàng)指標(biāo)符合綠色環(huán)保的要求。其基本思想是：在設(shè)計(jì)階段就將環(huán)境因素和預(yù)防污染的措施納入產(chǎn)品設(shè)計(jì)之中，將環(huán)境性能作為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)目標(biāo)和出發(fā)點(diǎn)，力求使產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的影響為最小。綠色設(shè)計(jì)的原則被公認(rèn)為“3R”原則，即Re－duce、Reuse、Recycle，意即減少環(huán)境污染、減小能源消耗，產(chǎn)品和零部件的回收再生循環(huán)或者重新利用。在產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)，著重考慮產(chǎn)品環(huán)境屬性（可拆卸性、可回收性、可維護(hù)性、可重復(fù)利用性等）并將其作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，在滿足環(huán)境目標(biāo)要求的同時(shí)，保證產(chǎn)品應(yīng)有的功能、使用壽命、質(zhì)量等要求。

1綠色設(shè)計(jì)的思想及方法

1.1綠色設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)

綠色設(shè)計(jì)的基本思想是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就將環(huán)境因素和預(yù)防污染的措施納入產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，將環(huán)境性能作為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)目標(biāo)和出發(fā)點(diǎn)，力求使產(chǎn)品在整個(gè)生命周期中對(duì)環(huán)境的影響為最小。因而，綠色設(shè)計(jì)是一種“可持續(xù)生產(chǎn)”設(shè)計(jì)，是一種生產(chǎn)過程環(huán)境友好并且產(chǎn)品為綠色產(chǎn)品的設(shè)計(jì)手段。而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)在整個(gè)產(chǎn)品周期中，僅涉及到產(chǎn)品壽命周期的市場(chǎng)分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、制造和銷售以及售后服務(wù)等幾個(gè)階段，只考慮產(chǎn)品的功能、質(zhì)量和成本等基本屬性。由此可見，綠色設(shè)計(jì)追求的是一種全過程的綠色設(shè)計(jì)理念。其綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)通常包含以下內(nèi)容：綠色材料選擇設(shè)計(jì)，制造過程的綠色設(shè)計(jì)，產(chǎn)品的可回收性設(shè)計(jì)，產(chǎn)品的可拆卸性設(shè)計(jì)，產(chǎn)品包裝的綠色設(shè)計(jì)，物流的綠色設(shè)計(jì)，服務(wù)的綠色設(shè)計(jì)，產(chǎn)品的回收利用設(shè)計(jì)等。可以看出，在產(chǎn)品的綠色設(shè)計(jì)中，從材料的選擇到生產(chǎn)、加工流程的設(shè)計(jì)制定，從產(chǎn)品包裝的設(shè)計(jì)選擇，到發(fā)貨運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)環(huán)節(jié)，均需考慮資源消耗及對(duì)環(huán)境的影響，從而設(shè)計(jì)并采用盡可能合理和優(yōu)化的結(jié)構(gòu)方案，使資源消耗和對(duì)環(huán)境造成的負(fù)影響降到最低。

1.2綠色材料的選擇設(shè)計(jì)

1.2.1綠色無害生態(tài)材料的選擇綠色產(chǎn)品材料要求盡可能采用天然材料，力求材料無污染、無毒害、無放射性，不能對(duì)人體和環(huán)境造成任何危害，即從用材入手選擇有利于環(huán)境保護(hù)和人體健康的生態(tài)材料。

1.2.2產(chǎn)品的制備生產(chǎn)工藝在產(chǎn)品的生產(chǎn)制備工藝設(shè)計(jì)中，要充分考慮使用物、析出物等的環(huán)保無害要求，不使用甲醛、鹵化物溶劑或芳香族碳?xì)浠衔?，產(chǎn)品不含汞及其化合物顏料、添加劑等。

1.2.3產(chǎn)品的可循環(huán)設(shè)計(jì)及廢棄處理在產(chǎn)品的綠色設(shè)計(jì)中，首先，要充分考慮產(chǎn)品的可回收設(shè)計(jì)，綜合考慮材料的可回收性、回收價(jià)值、回收處理方法等，在可能的情況下選用無污染的廢棄材料，如拆卸回用的木材、回用的五金件等；其次，為配合產(chǎn)品的可循環(huán)利用，產(chǎn)品設(shè)計(jì)中要注重可拆卸性設(shè)計(jì)，以便使所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)易于拆卸，便于維護(hù)更換，并在產(chǎn)品報(bào)廢后易于回收利用；最后，對(duì)于達(dá)到壽命周期而不可用部分，需要有一定的工藝方法進(jìn)行無害化處理，以使其對(duì)環(huán)境的影響降至最低。

1.2.4設(shè)計(jì)產(chǎn)品的綠色特質(zhì)綠色設(shè)計(jì)不但要求在材質(zhì)、工藝等方面的綠色設(shè)計(jì)，還追求所設(shè)計(jì)產(chǎn)品本身的綠色屬性，即綠色產(chǎn)品應(yīng)以改善生態(tài)環(huán)境、提高生活質(zhì)量為目標(biāo)，綠色無污染，有益于人體健康，產(chǎn)品功能多樣化，在安全、環(huán)保、無污染、無輻射、阻燃防爆、消磁、抗靜電等方面具有多項(xiàng)功能或優(yōu)勢(shì)。這也正是綠色設(shè)計(jì)理念的要求和目的所在。

1.3綠色設(shè)計(jì)的主要特征

（1）綠色設(shè)計(jì)是產(chǎn)品的全生命周期設(shè)計(jì)。這也是與傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的根本區(qū)別所在。傳統(tǒng)的產(chǎn)品生命周期僅僅包括從產(chǎn)品制造到投入使用的各個(gè)階段，而綠色設(shè)計(jì)則是將產(chǎn)品的生命周期延伸到了產(chǎn)品使用壽命結(jié)束后的回收重用及棄廢處理的全過程。正是因?yàn)閷?duì)產(chǎn)品生命周期的拓展，才使得設(shè)計(jì)者在綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，能夠從宏觀的角度、從全局的角度、從產(chǎn)品全生命周期的角度來思考與產(chǎn)品相關(guān)的環(huán)境問題、材料可循環(huán)利用問題、廢棄物的處理工藝問題以及后續(xù)管理問題，等等。（2）綠色設(shè)計(jì)是閉環(huán)設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是一種開放式設(shè)計(jì)，注重的是產(chǎn)品的功能實(shí)現(xiàn)，對(duì)其廢棄后的處理等諸多方面均考慮較少。而綠色設(shè)計(jì)則要求在產(chǎn)品整個(gè)生命周期的各個(gè)階段，必須設(shè)計(jì)并建立有效的反饋機(jī)制，即實(shí)現(xiàn)各個(gè)階段的閉路循環(huán)，每一個(gè)環(huán)節(jié)均有始有終。（3）綠色設(shè)計(jì)是生態(tài)設(shè)計(jì)。綠色設(shè)計(jì)在其設(shè)計(jì)之初并貫穿至設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中，必然要分析和考慮產(chǎn)品的環(huán)境屬性，這是綠色設(shè)計(jì)區(qū)別于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要特征之一。也正因?yàn)檫@樣的設(shè)計(jì)機(jī)制，綠色設(shè)計(jì)產(chǎn)品可以從源頭上減少廢棄物的產(chǎn)生，有利于保護(hù)環(huán)境和維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)平衡。（4）綠色設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)。綠色設(shè)計(jì)要求在產(chǎn)品的各個(gè)環(huán)節(jié)和各個(gè)層次上均需進(jìn)行綠色設(shè)計(jì)，所以綠色設(shè)計(jì)是一種全局性系統(tǒng)性設(shè)計(jì)。如產(chǎn)品的可回收性設(shè)計(jì)、廢棄物的處理工藝設(shè)計(jì)等等。

1.4綠色設(shè)計(jì)的主要方法

1.4.1減量化設(shè)計(jì)減量化設(shè)計(jì)是指在保證機(jī)床設(shè)計(jì)所要求的功能的前提下，采用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)機(jī)床產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬分析，以期產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更加緊湊，所用原材料進(jìn)一步減少，從而達(dá)到優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、節(jié)材減重、節(jié)能降耗的目的。減量化設(shè)計(jì)要求對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)做全面而科學(xué)的分析，準(zhǔn)確計(jì)算機(jī)械部件所受載荷，在保證安全的前提下盡量降低安全系數(shù)，在不影響產(chǎn)品功能和安全的前提下，盡量簡(jiǎn)化零部件結(jié)構(gòu)，減少原材料消耗。

1.4.2數(shù)控化設(shè)計(jì)傳統(tǒng)普通型機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)中傳動(dòng)關(guān)系復(fù)雜，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)多而冗雜。而數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)采用交、直流主軸調(diào)速電動(dòng)機(jī)，使得機(jī)床機(jī)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，且可有效減少噪音、振動(dòng)、以及傳動(dòng)功率消耗。所以，對(duì)機(jī)床實(shí)施數(shù)控化設(shè)計(jì)也是提高機(jī)床綠色性能的有效設(shè)計(jì)方法之一。

1.4.3模塊化設(shè)計(jì)模塊化設(shè)計(jì)是對(duì)于不同系列、不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行分析歸集，把功能相同或相似的部件進(jìn)行功能模塊化設(shè)計(jì)，再通過模塊之間的組合實(shí)現(xiàn)更多更復(fù)雜的產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)，滿足不同客戶的多樣化需求。模塊化設(shè)計(jì)是一種廣泛應(yīng)用的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法。該方法的優(yōu)點(diǎn)主要有：①解決了產(chǎn)品的不同品種、不同規(guī)格問題，同時(shí)大大縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造周期，降低了設(shè)計(jì)和生產(chǎn)成本；②方便產(chǎn)品快速更新?lián)Q代，升級(jí)成本低，維修更換方便；③有利于產(chǎn)品壽命結(jié)束廢置之后的拆卸、回收，方便進(jìn)入后續(xù)棄廢處理工序，有利于環(huán)保和生態(tài)平衡保持。

1.4.4循環(huán)設(shè)計(jì)循環(huán)設(shè)計(jì)亦即可回收設(shè)計(jì)（DesignforRecover－ing&Recycling），是在進(jìn)行產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮到產(chǎn)品零部件及材料回收的可能性，同時(shí)要綜合考慮回收價(jià)值的大小，回收處理的方法，回收處理結(jié)構(gòu)工藝性等與回收有關(guān)的相關(guān)問題，以達(dá)到零部件及材料資源和能源的充分有效利用，環(huán)境污染最小的一種設(shè)計(jì)思想和方法。

1.4.5熱平衡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)床熱平衡結(jié)構(gòu)是針對(duì)機(jī)床內(nèi)外部結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)稱結(jié)構(gòu)研究設(shè)計(jì)，確保外部結(jié)構(gòu)發(fā)熱點(diǎn)位合理分布，確保內(nèi)部冷卻循環(huán)流動(dòng)工作正常，保證機(jī)床的熱平衡性，提高機(jī)床的加工精度，同時(shí)可有效減少熱能對(duì)環(huán)境的污染。

1.4.6環(huán)境友好型設(shè)計(jì)環(huán)境友好型設(shè)計(jì)是指采用各種結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，以改善機(jī)床的綠色性能。如：在進(jìn)行動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置的綠色設(shè)計(jì)中，采用新型的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可以有效地節(jié)能降噪，減少液壓油的使用及可能帶來的漏液污染；在床身結(jié)構(gòu)等大型結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)中，更多采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)來替代傳統(tǒng)的床身鑄造結(jié)構(gòu)。該工藝可有效減少鑄造工藝帶來的環(huán)境污染和能源消耗問題；對(duì)于機(jī)床運(yùn)行過程中有光污染、氣體排放等的機(jī)床，設(shè)計(jì)中采用全密封護(hù)罩和油霧分離器、油冷機(jī)等，盡量減少污染的發(fā)生，有效減少熱能對(duì)環(huán)境的污染；采用有效的切屑回收系統(tǒng)，分離鐵屑與油污等。除此之外，還有組合產(chǎn)品設(shè)計(jì)，產(chǎn)品的可拆卸設(shè)計(jì)，綠色包裝設(shè)計(jì)等，其基本內(nèi)涵也大致如上所述。

2綠色機(jī)床產(chǎn)品工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)

綠色工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)意指面向環(huán)境友好的產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)。對(duì)于機(jī)床產(chǎn)品來說，綠色工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)是指通過對(duì)機(jī)床產(chǎn)品的生產(chǎn)制造過程的各工藝路線、工藝方法、工藝裝備、工藝參數(shù)等進(jìn)行優(yōu)化和改善，提升工藝過程各個(gè)環(huán)節(jié)的環(huán)境友好性，即達(dá)到資源消耗最小化和環(huán)境影響最小化的綠色設(shè)計(jì)目標(biāo)。實(shí)踐和研究均表明，工藝方案的不同，對(duì)制造過程資源消耗和環(huán)境影響差異甚大。所以在綠色工藝設(shè)計(jì)中，對(duì)工藝方案的優(yōu)化和對(duì)工藝參數(shù)的優(yōu)化至關(guān)重要。其中，在工藝方案優(yōu)化設(shè)計(jì)中，對(duì)于不同備選方案，應(yīng)通過環(huán)境性、經(jīng)濟(jì)性等的綜合評(píng)價(jià)，選出總體性能最優(yōu)方案。工藝規(guī)劃對(duì)機(jī)床制造過程的環(huán)境影響非常關(guān)鍵，必須要重視工藝方案的選擇。

3結(jié)語

機(jī)床制造業(yè)實(shí)施綠色制造符合制造技術(shù)進(jìn)步和資源環(huán)境社會(huì)發(fā)展的需求，同時(shí)也是我國制造業(yè)的一個(gè)重要發(fā)展方向，是實(shí)現(xiàn)“建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)”的重要手段，是我國從制造大國邁向制造強(qiáng)國的重要保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃德中.機(jī)床的綠色設(shè)計(jì)[J].機(jī)床與液壓,2002,（6）：30-31.

作者：劉穎 單位：中國民用航空華東空管局山東分局