机电产品绿色设计的研究

禹 韬，徐小明，张晓璐，肖圣龙，苏长胜

（广东工业大学机电工程学院，广东广州 510006）

0 引言

工业革命以来，工业设计改变了人们原有的生活方式和生活环境。然而，进入二十世纪以来，地球上资源和能源的消耗加剧，生态环境遭受了极大的破坏。在这种情况下，设计师们开始进行反思：如何才能缓解资源、环境、工业生产之间的矛盾。由此，产生了绿色设计。绿色设计对人类社会的持续发展、经济的繁荣稳定、生态环境等相关因素有着必然的联系和深刻的意义，体现了设计师职业道德和社会责任心的回归。

1 绿色设计的概念

设计是为了实现一定的要求，将与产品相关的信息（构想、属性、状态、举动、功能、性能）逐渐详细化的决策和实现过程。绿色设计作为一个新兴的设计概念，目前国内外还没有一个统一、公认的定义。根据相关文献，绿色设计可以定义如下：绿色设计过程的核心是环境资源，在产品的整个生命周期内，优先考虑产品的环境属性（可维护性、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（基本功能、使用寿命、质量、外观等）[1]。绿色设计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、再用及处理的各个阶段，涉及产品的整个生命周期。

传统设计主要是基于从自然界获取有用资源来改善人们的生活质量这样一种“资源无穷论”的观点，但人们在现代工业社会的发展中已逐渐认识到环境与资源的重要性[2]。绿色设计与传统设计之间的比较如表1所示。

2 绿色设计的内涵

2.1 绿色设计的内容

在绿色产品的整个设计过程中，绿色设计的内容主要包括以下四个方面：绿色产品材料的选择；面向拆卸的设计；面向再循环的设计；绿色包装设计[3-4]。

第一，绿色产品材料的选择。材料的选择是任何设计的一个重要环节，绿色设计也不例外。绿色产品不仅要求满足基本功能、使用性能以及经济性要求，还要求具有很好的环境协调性。所以，在设计阶段就必须对产品材料进行认真选择。

表1 绿色设计与传统设计的关系

第二，面向拆卸的设计。废弃产品的回收再利用往往会牵涉到零件的拆卸，拆卸是零件回收的前提。可拆性设计在产品设计阶段就将维护及回收的拆卸要求作为设计目标，即设计时已明确了将来哪些部件要被拆卸和回收。通过对产品有效的拆卸，使产品的零部件能够以不同形式得到高效的循环利用。

第三，面向再循环的设计。减少环境污染和节省资源是绿色设计的根本目标，而合理地回收和再生利用无疑有利于这一目标的实现。再循环设计在产品的设计阶段就考虑到废弃产品的处理，如何实现零件材料的回收、再利用，是一种基于环境的设计思想和方法。

第四，绿色包装设计。随着环境保护浪潮的冲击，绿色包装是国际环保发展趋势的需要。绿色包装是指对生态环境和人类健康无害，能重复使用和再生，符合可持续发展的包装。绿色包装设计就是在考虑满足包装产品基本功能的前提下，充分考虑包装产品的环境属性。绿色包装设计是一种环境友好型设计，是一种新型的设计理念。

2.2 绿色设计的基本原则

绿色设计是一种新型的设计方法，其目标是维持人与生态环境之间的平衡，减少人类与环境之间的冲突。与传统设计相比，绿色设计具有以下基本原则[5-7]。

（1）技术先进性原则。技术先进性反映当前科学技术的先进成果，设计者在设计的过程中运用先进的技术能够更好地服务于人类。技术先进性是绿色设计的根本前提，绿色设计强调采用先进的技术保证安全、经济、可靠地实现产品的性能，保证产品生命周期全过程具有很好的环境协调性。

（2）技术创新性原则。绿色设计面对的是以前没有遇到过的新问题，设计者需要善于思考、敢于想象、大胆创新。

（3）功能先进实用原则。功能先进实用是任何设计所追求的基本原则，绿色设计同样如此，绿色设计的最终目标是向顾客提供功能先进实用的产品。

（4）资源最优利用原则。地球上的许多自然资源都是不可再生的，终究会有枯竭的一天。资源最优利用原则主要包括两个方面的内容：第一，在资源的选择上应尽量考虑可再生资源；第二，在设计时应尽可能保证所选用的资源能最大限度地被利用。

（5）环境协调性原则。绿色设计强调在设计中通过在产品生命周期的各阶段应用各种先进的绿色技术使所设计的产品具有节能减排、保护环境和人体健康等特性，争取实现产品的“零污染”[8]。因此，在设计的任何一个阶段都必须考虑如何消除污染源，从根本上防止污染、保护环境。

（6）综合效益最佳原则。任何一个企业所追求的都是经济效益，不可能去考虑不能给自身带来效益的产品。一个产品或者设计方案最终需要走向市场面向顾客，这样才能实现自身的经济价值。绿色设计与传统设计不同，不仅需要考虑产品的经济效益，而且还要从产品的环境属性出发，考虑设计所带来的生态效益和社会效益。绿色设计需要综合考虑各种效益，选取一个最佳方案。

2.3 绿色设计的基本特征

（1）绿色设计有利于减少污染、保护环境。在设计的最初阶段就考虑废弃产品的处理（回收性、拆卸性），设计者尽量从源头上减少工业废弃物的产生，从而保护生态环境、争取实现人类社会的可持续性发展。

（2）绿色设计有利于减缓资源的枯竭。绿色设计需要充分考虑到资源的充分利用，设计出来的产品要求以尽量少的能耗实现其功能。

（3）绿色设计是并行闭环设计。传统设计是“从摇篮到坟墓”(Cradle-to-Grave)的设计，考虑的是产品功能、质量、使用寿命，不考虑产品的生产、使用过程中以及废弃时对环境的影响，是一个开环过程；而绿色设计是“从摇篮到摇篮的设计”(Cradle-to-Cradle)，其生命周期除传统设计生命周期各阶段外，还包括产品废弃后的拆卸回收、处理，是一个闭路循环[1]。如图1所示。

图1 闭环式的产品生命周期

3 绿色设计的实施步骤

绿色设计是多学科交叉的一种设计方法，只有将各种设计方法、技术及工具有效地融合在一起，才能更好地实施产品绿色设计，而制定系统化的设计流程是达到这一目标的有效途径。绿色设计的过程是针对整个生命周期进行的，是对传统设计的发展与完善。绿色设计的通过以下步骤实施：启动一个绿色设计项目、选择一个合适的产品作为设计目标、建立绿色设计战略、产生和选择产品改进的想法、细化概念、产品推向市场、绿色设计的评估[9-12]。

4 前景与展望

进入21世纪以来，环境污染、资源枯竭等问题日益严重。人类开始不断地进行反思，想尽办法实现人与自然的和谐发展，走可持续发展的道路。绿色设计是人类可持续发展的一个重要组成部分。绿色设计的兴起，促使世界各大公司纷纷开发和改进产品，把符合绿色标志的产品推向市场。只有这样，各大公司才能在市场竞争中占据有利位置。可以预见，绿色设计、绿色产品将在未来的时间内更加成熟起来而风靡全球。

［1］许彧青.绿色设计［M］.北京：北京理工大学出版社，2007.

［2］于随然，陶璟.产品全生命周期设计与评价［M］.北京：科学出版社，2012.

［3］刘光复，刘志峰，李钢.绿色设计与绿色制造［M］.北京：机械工业出版社，1999.

［4］闻邦椿.机械设计手册：第6卷［M］.北京：机械工业出版社，2011.

［5］高仲璟，陈作俊，王保松.基于全生命周期的机械产品绿色设计技术研究［J］.科学之友，2011（05）：148-149.

［6］范若琛，刘晓叙.机械产品绿色设计机构体系研究［J］.机械管理开发，2011（03）：44-46.

［7］李方义，李剑锋，汪劲松，等.产品绿色设计研究现状及展望——一般理论及方法［J］.航空制造技术，2004（10）：73-78.

［8］傅志红，彭玉成.产品的绿色设计方法［J］.机械设计与研究，2000（02）：10-12.

［9］范若琛，刘晓叙.机械产品绿色设计机构体系研究［J］.机械管理开发，2011（3）：44-46.

［10］李美芳.绿色设计与可持续发展［J］.现代制造工程，2005（7）：94-96.

［11］林巨广，刘志峰，刘学平，等.基于准则的绿色设计方法研究［J］.机械设计，2001（9）：4-6.

［12］刘志峰，刘学平，刘光复.绿色设计的体系结构及实施策略［J］.中国机械工程，2000，11（9）：965-968.