基于全生命周期的机械产品绿色设计技术研究

高仲璟，陈作俊，王保松

（1.淄博柴油机总公司，山东 淄博 255077；2.淄博淄柴新能源有限公司，山东 淄博 255088）

1 引言

日益严峻的生态环境严重影响到人类生活质量和经济的可持续发展。全生命周期机械产品绿色设计的概念是从并行工程思想发展而来的，其目的是设计的机械产品对社会贡献最大，而对制造商、用户和环境的成本最小，它是一种在机械产品设计阶段就考虑其整个生命周期内价值的设计方法。全生命周期是指机械产品从原材料获取、产品设计、加工制造、包装运输、流通销售、使用维护，一直到报废，回收处理、处置的整个过程都要考虑绿色性，通过机械产品、环境相互作用规律来考察机械产品生命周期中的综合绿色性能。

2 机械产品绿色设计的内涵

2.1 绿色设计的定义

绿色产品和绿色设计的概念最早出现在20世纪70年代美国的一份环境污染法规中。经过几十年的发展，人们提出了多种定义，但迄今为止还没有统一的权威定义。根据相关文献中给出的绿色产品的定义，可以给绿色产品定义如下：绿色产品是指在其生命周期全过程中（包括原材料制备、设计、制造、包装、运输、使用、回收再用或再生），能经济性地实现节约资源和能源，对生态环境无害或危害极小，并且对劳动者（生产者和使用者）具有良好保护性的产品。绿色设计可以定义如下：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），并且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）。

2.2 机械产品绿色设计的原则

绿色设计与传统设计相比，应遵循以下几个原则：功能先进实用原则；技术先进性原则；环境协调性原则；能量最佳利用原则；资源最佳利用原则；安全宜人性原则；污染极小化原则以及综合效益最佳原则。

2.3 绿色产品的基本特征

根据绿色设计“节约能源、利用资源、减少污染，有利于环境保护”的指导思想，绿色产品应具备以下特征：①最大限度地节约能源。绿色产品在其生命周期的各个阶段所消耗的能源应最少，使能源得到最有效的利用；②最大限度地利用材料资源。绿色产品应尽可能减少材料的使用量和使用材料的种类（少用或不用有毒、有害材料），这就要求设计设备时应在满足使用性能要求的前提下，尽量简化设备结构，合理使用材料，并可最大限度地实现设备材料的再利用；③最大限度地减少污染、保护环境。绿色产品从开发设计、生产制造到使用维护乃至报废后回收处理的各个过程中均应对环境无负面影响或污染甚小。

3 机械产品全生命周期绿色设计技术分析

机械产品全生命周期绿色设计技术包括以下几个方面：

3.1 绿色材料选择

材料选择是绿色设计不可缺少的组成部分，是产品开发过程中的最早最重要的设计决策，同时又是一种重要手段，它可以使产品对环境的影响达到最小。因此，绿色设计要求设计人员改变传统的选材程序和步骤，选材时不仅要考虑产品的使用要求和性能，而且更要优先考虑产品的环境性能，优先考虑本身制备过程中低能耗、少污染且产品报废后材料便于回收再生重用或易于降解的具有良好环境协调性的绿色材料。

3.2 绿色可拆卸性

传统的设计方法一般只考虑零部件的装配性，很少考虑产品的拆卸性，而绿色设计则要求把可拆卸性作为产品结构设计的一项评价准则，使产品在报废以后其零部件能够高效地不加破坏地拆卸下来，从而有利于零部件的重新利用或进行材料循环再生，达到既节省又保护环境的目的。

3.3 绿色可回收性

产品的可回收性设计指在进行产品设计时充分考虑产品的各种材料组分的回收再用的可能性、回收处理方法（再生、降解等）、回收费用等与产品回收有关的一系列问题，从而达到节约材料、减少浪费，并对环境污染为最小的目的。

3.4 绿色成本分析

绿色设计中成本分析与传统的成本分析截然不同。由于在产品的设计初期，就必须考虑产品的回收、再利用等性能，因此，在进行成本分析时，就必须考虑污染物的替代、产品拆卸、重复利用成本、特殊产品相应的环境成本等。因此，进行绿色设计时，应在作出每一设计选择时进行成本分析，使产品更“绿色化”，达到追求环境效益与经济效益“双赢”的目的。

3.5 绿色包装设计

绿色包装设计应符合4R1D的标准——再填充、再利用、循环再造、减少包装浪费、再降解，即设计上无害于人体健康、废气物不污染环境，且便于回收复用或再循环。

4 结束语

总之，机械产品在整个生命周期中的每个环节中都可能带来污染，需要引起足够的重视。我国机械产品虽然在不断提高产品质量、技术水平，但是，效益较差、产品质量不高、国际市场竞争力弱等问题仍然相当突出，同时资源和原材料消耗较大，对环境的污染较严重，可持续发展能力不强。环境问题已成为国际社会关注的焦点和热点，保护环境已成为人们的共识。绿色设计作为一种新的设计方法将是21世纪机械产品设计的主要特点之一，谁能向市场提供绿色产品，谁就能在市场竞争中占有有利位置。总之，绿色产品的兴起是人类认识和解决环境问题的巨大进步，是商品生产的必然发展趋势，必将对人类未来的生存和发展产生深远影响。

1 刘志峰、刘光复.绿色产品与绿色设计［J］.机械设计，1997（12）：1～3

2 李方义等.产品绿色设计全生命周期评价方法研究现状及展望［J］.现代制造技术与装备，2006（1）：8～11