机械产品的绿色设计

王建业

(深圳市普罗技科技有限公司，广东 深圳 518000)

1 机械产品绿色设计的概念

机械产品绿色设计是一种基于产品整个生命周期，并以产品的环境资源属性为核心的现代设计理念和方法，在设计中，除考虑产品的功能、性能、寿命、成本等技术和经济属性外，还要重点考虑产品在生产、使用、废弃和回收的过程中，对环境和资源的影响。 其基本的内涵有：

（1）在产品设计的全过程中，产品的基本技术性能属性与环境资源属性、经济属性并重，且环境资源属性优先。

（2）在设计阶段应充分考虑产品在使用废弃后的可拆性和回收利用性。

（3）提出了产品设计者和生产企业在环境保护、节约资源方面应承担的社会责任。即对大宗工业产品，企业不但要生产产品，同时，还应在可能的范围内，承担产品回收和再利用的义务。

（4）它是对传统设计方法、设计理念的发展和创新，体现了人类对机械产品设计学科认识的深化。

所以，绿色设计与传统设计的根本区别在于：绿色设计要考虑产品的整个生命周期，从产品的构思开始，在产品的结构设计、零部件的选材、制造、使用、报废和回收利用过程中对环境、资源的影响。

2 绿色设计的特点

（1）设计目标。设计目标中除考虑功能、性能、质量、成本等方面外，还必须考虑机械化产品在整个生命周期过程中与环境和人的友好性。

（2）设计技术。除常规设计方法外，还必须人可拆卸设计、可回收设计、模块化设计等新的设计思想和方法。

（3）设计评价。全面考虑从原材料提炼、材料加工、部件制造、产品装配、产品包装、产品运输、产品使用、产品废弃后的回收、重用和处理等整个周期中对环境造成的总负荷为最小。

（4）设计流程。是并行闭环设计。绿色设计中产品废弃后并不是作为垃圾排人环境，而是考虑通过重用、修理、再加工、回收等手段重新应用于新产品的制造过程，从而使理想的绿色产品可以接近实现对环境的零排放。

（5）设计目的。兼顾需求和环境。

3 绿色设计的原则

（1）生态效益最好原则绿色设计强调不论是在产品制造过程中，还是在产品使用过程中，都要求产品对周围环境“零污染”。这就要求在设计过程中尽量选择低污染的材料及零部件，避免选用有毒、有害和有辐射性的材料；设计能源消耗少的产品，减少对材料和资源的需求，保护地球的矿物资源。噪声也是一种环境污染，影响到人体健康。随着环保意识的增强，人们对环境要求越来越苛刻，低噪声设计日趋重要。从设计上就考虑产品的生态平衡性，应用绿色设计理念，是一种从源头上控制污染的有效策略。

（2）经济效益最好原则设计的机械零件既要功能满足客户要求，又要成本低廉。考虑经济最佳性必须从设计和制造两个方面上入手。设计上保证合理的原理方案，选用正确的材料；制造上考虑零件的加工工艺性和装配工艺性。

（3）安全可靠原则安全可靠是机械产品品质的保证，必须确定零件在强度、刚度、耐磨性、稳定性及热平衡性上满足设计要求。对于重型机械，一般要求有自锁装置和保险装置，以确保操作员人身安全。

（4）人机工程学原则绿色设计倡导“以人为本”，进行人性化设计，实现对人体的良好保护。通过研究组成人机系统的人和机器的相互关系，以提高整个系统的工作效率，并使“人一机器一环境”相互协调，以求达到人的能力与作业活动要求相适应，创造高效、舒适、安全的劳动条件。机器外观造型应比例协调、大方，给人以时代感和美感，色彩要和产品功能相适应。如医疗器械要用浅色，给人以卫生、安静感；冰箱、制冷器要用冷色，给人以清凉感。绿色设计与传统设计的根本区别在于：绿色设计要考虑产品的整个生命周期，从产品的构思开始，在产品的结构设计、零部件的选材、制造、使用、报废和回收利用过程中对环境、资源的影响，希望以最小的代价实现产品“从摇篮到再现”的循环。绿色设计综合考虑环境因素和资源利用率等。

4 绿色设计的方法

（1）逆向设计法逆向设计是相对正向设计而言，其基础是应用逆向思维，利用事物的对立面。如对立、对立并存、对立综合等，从原理逆向、大小逆向和属性逆向等方面进行绿色创新设计。①简化。简化产品结构。如减少部件的数量，以便于装备、拆卸、减少紧固件数量等；简化拆卸过程。如结构设计时，采用易于拆卸的连接方式，减少紧固件数量等；简化回收工艺：废旧产品的回收工艺技术应简单可行。②极小化。朝极小化方向思考：如产品的轻、薄、短、小化。③极大化。朝极大化方向思考：如采用新技术、新原理、新材料等构思功能极大化的结构简单、材料少、体积小、重量轻、可靠性高、寿命长的产品。④废旧产品的回收利用。利用新构思、新技术、回收利用废旧产品。回收资源、减少环境污染，如对全塑汽车的回收利用。

（2）组合法将两个或两个以上的技术要素通过巧妙的组合，获得创新绿色产品的方法。①料组合。如A绿色材料+B绿色材料→C绿色材料。②工艺组合。如标卖内喷涂绦子激光处理新工艺。③技术组合。如以无污染、资源广泛的纯水作为液压传动的工作介质，加快研制适用于纯水的液压元件与系统。④模块组合。不同功能模块的有机组合，构成不同的产品，如集成罚。模块组合有利于产品的更新换代，维修、废弃产品的拆卸回收。

（3）移植法运用其它领域绿色设计和创新设计的理论、方法和技术，研究本领域绿色设计和创新设计中存在的问题，开发具有绿色特点的新产品。①原理移植。如将太阳能炊具的集热原理移植到雨伞上，研制成雨天挡雨，晴天能烧水或做饭的新型多功能伞。②结构移植。如将机床滑动摩擦导轨的摩擦面置于滚子间，则得到牵引力小，传动效率高，润滑系统简单，维修方便的滚动摩擦导轨。这种新型导轨是平面滚动轴承结构方式的一种移植。③材料移植。如将工业陶瓷用于发动机气缸，可大幅度提高热效率，降低燃料消耗，是材料的创造性移植。④方法移植。如突变论→材料的突变论→新型绿色材料。

（4）选择绿色材料是构成绿色产品的基础，绿色创新设计应选择绿色材料。选择的绿色材料应是能耗低、成本低、来源广泛、污染小、易回收、可降解的材料。

5 结语

总之，绿色设计理念的提出，是人类在探索实现可持续发展途径过程中的一个重要成果，是机械设计学科发展历史上一个重要的里程碑，是机械设计理念的一次革命和飞跃，为机械产品设计指明道路

[1]申永胜.机械原理[M].北京:清华大学出版社,2005.

[2]刘光复.绿色设计与绿色制造[M].北京:机械工业出版社,2001.

[3]张春林.机械创新设计[M].北京:机械工业出版社,2005.