基于机电产品的绿色设计探析

张红江，贾金香

（中国矿业大学 文昌校区，江苏 徐州 221000）

0 引言

经济的不断发展，对自然环境的保护造成了一定的弊端，这样就会造成严重的自然环境破坏，直接引起水土流失。随着最近几年环境问题日益加剧，人们逐渐开始认识到环境保护的功效。所以，我国也提出了可持续的发展战略方针，希望通过一系列的战略，能够实现资源的合理利用，并且还能有效的保护生态环境。在这样的情况下，国家与社会资源保障部门等组织都在大力推动环境保护的实施。这样，在工业产品的制造与设计方面，也就提出了绿色设计与制造的概念，从而让绿色设计与制造在机电产品生产过程中应用得非常的广泛，同时，对于保护生态环境也提出了科学的参考意见。

1 机电产品绿色设计与制造的意义

在机电产品生产与制造，乃至于后期的使用过程中，都会存在部分工业废料与工业垃圾。但是这一部分垃圾的出现，就可能严重的影响到环境，甚至还会阻碍周边居民的日常生活。尤其是在我国正式进入世界贸易组织之后，在面临同等环境下的竞争以及外贸侵袭的前提下，我们所需要考虑的就是一套机电产品设计与制造质量水平，同时在兼顾现有技术水平和生产条件下，如何才能够实现绿色生产，这对于工业产品的设计与制造是非常关键的一个问题。所以，我国还需要给予重点的关注。在科学技术水平不断发展的今天，在全球绿色设计与制造不断成型的大趋势之下，国内的各个企业与科研机构，也需要跟随时代的步伐，能够在自主研发的大前提下，不断的向先进的国家学习先进的科学理念和相关的经验，这样才能够减少生产过程之中出现的工业废料，同时也能够实现对环境的合理保护，进而在一定程度上降低环境污染带来的负面影响，这样在满足我国可持续发展战略的同时，也是目前机电产品制造与发展的主流趋势之一[1]。

2 机电产品绿色设计思想

绿色产品，是基于绿色生产技术以及绿色机械设备生产出来的产品，其主要是与传统的工业产品进行相互的比较，从而获取一个概念。目前，在使用的过程中还没有得到大范围的认证与推广。在进行绿色产品加工生产的时候，绿色产品面临的主要问题就是环境污染，其绿色环保主要表现在设计、使用以及制造等多个方面，如现代的绿色产品包含了绿色相机、绿色汽车、绿色建筑等一系列的绿色产品。

开展机电产品本身的绿色设计，主要是为了替身给产品的回收性和重用性，能够降低资源的实际消耗量。

在开展机电产品绿色设计的时候，其本身需要面临全生命周期，如图1所示。为了能够实现绿色性能的保持，就需要在各个生命周期阶段之中考虑到可能出现的环境问题，这样才可以满足绿色机电产品真正意义上的制造，最终与绿色设计思想的实际需求相互配合起来。

图1 绿色机电产品生命周期Fig.1 Life cycle of green electromechanical products

基于机电产品绿色设计思想，还应该考虑到以下方面。

2.1 专注国家强制性的认证制度

在选择材料方面，应该对于可降解的、安全没有任何毒副作用的以及回收再利用的材料加以了解。

2.2 适当的延长产品的使用寿命

在科技进步发展的前提下，通过调整和改变产品性能要求之后，新的科技成果在带来体验的时候，会逐渐的缩短更新换代的周期，这样必定会面临更多的资源浪费，同时也会引起能源的大量消耗。因此，提升产品使用周期之后，如，智能升级设计，这样就可以拓展产品本身的使用周期，从而实现能源和材料的大幅度节约，满足使用需求。

2.3 实现保养回收机构的建立健全

对于机电产品而言，应该针对售后服务做好及时的处理，如升级、保养与维修，这样也可以满足使用周期的提升。目前，每一个家庭都会存在废旧机电产品，如果处理不当，就会直接形成垃圾。对于社会来说，也面临物质浪费的问题，作为生产企业，就需要负责产品的整个生命周期，这样才可以回收处理的有效开展，防范出现不必要的资源浪费，同时也能加快产品的循环与再利用[2]。

3 机电产品绿色设计与制造的方法

基于环保意识，在机电产品绿色设计与制造中，就需要考虑到下述各个方面的内容。

3.1 绿色材料的选择

考虑到产品的设计，在绿色材料选择的时候，就需要分析生产的实际需求、产品本身的功能以及消费者的要求，并且，绿色材料还应该迎合人与环境的和谐发展。有学者曾经说过，在开发、使用以及处理材料的时候，难免会出现材料影响环境的局面，所以，就应该考虑到没有任何副作用材料的使用。在加工中，优先考虑容易加工的，同时还不会造成太大的浪费与污染的材料。另外，适当的降低产品材料的种类，这样也有利于后续的回收与拆卸等一系列的处理。通过绿色材料的分析，其绿色设计与制造，才是选择绿色材料的基本前提。如图2所示的绿色环境协调性材料。

图2 绿色环境协调性材料Fig.2 Green environment coordination materials

3.2 产品结构的拆卸设计

一般来说，机电产品是由不同成分的材料共同组成，其本身的结构复杂，同时零部件种类较多。在淘汰与废弃产品之后，如何进行产品的有效拆卸与分类，回收可以利用的材料或者是零件，就成为机电产品设计之中需要重点考虑的一个问题。

针对拆卸式的产品回收与再生，其需要良好的产品拆卸性能，这是需要重点进行分析的一个设计问题。一般来说，在产品设计阶段，应该了解其实际的结构，能够认识到拆卸本身的难易度，也就是说，拆卸设计应该囊括两个主要的方面，即破坏性与非破坏性。目前，非破坏性拆卸是重点关注的一个方面。

一直以来，装都不是现代制造行业重点进行考虑的问题，拆才是值得深思熟虑的一大因素。在产品使用寿命到尽头之后，如果拆卸非常麻烦，就可能会对回收重用带来直接的影响；就算是通过一系列的功夫，将其拆卸完毕，不仅浪费的人力物力，同时也会对经济型带来一定的影响。在开发与设计机电产品的初期，利用可拆卸设计，就是需要合理的进行量化和研究，这样就可以让工艺减少零件数量，并且还可以提升其工艺性能，将成本与时间都控制在一个允许的范围之内。另外，在维护与回收产品的时候，还应该将可拆卸设计本身的作用完美的发挥出来。在维护产品中，需要了解零件本身的拆卸是否会出现损坏，是否需要重新来进行安装。在寿命到尽头之后，回收的过程中，需要实现材料和零部件彼此的快速分离，这样才能够满足回收与优化利用，同时也可以防范环境带来的污染[3]。

在实际的拆卸环节，应该重点的分析：第一，零部件不能是已经出现损坏的，这样才能符合可靠性的要求，同时也能满足循环使用的需求。第二，不断的优化产品结构设计，能够控制好产品的拆卸难度，并且控制好拆卸的时间，将回收的过程优化，这样也可以提升回收率。在产品设计过程中，还需要注重不能与原则产生相互的冲突，并且需要根据实际情况，来考虑到各种影响因素，如功能、场合、结构等方面，这样才可以满足设计的优化，对于目前的拆卸设计准则，具体见图3所示。

图3 可拆卸性原则Fig.3 Principles of disassembly

3.3 产品制造工艺的优化

在具体的工艺过程中，需要改变生产对象的尺寸、形状以及相对位置，这样才能够让其逐渐成为半成品，或者是成品。在投入正式生产之前，首先应该考虑到工艺的设计，需要确保各个工序设备、装配工艺等具体的内容。传统的工艺，在产品质量得以保障的前提下，就应该进一步提升生产率。而绿色制造就是传统工艺很好的发展与补充[4]。

针对绿色工艺规划，需要考虑到整体性的加工设计规划，这样才可以改善各个环节，实现绿色协调性的合理优化，进而满足产品经济效益需求。

3.4 产品包装的设计

在包装发展史中，人类放置物品会选择不同的方式与不同的器皿。之前，我们会利用树叶来进行食物的包裹，现阶段，则直接利用材料进行处理，使得包装逐渐成为我们不能够缺少的一种形式。

绿色包装，也就是环境友好型与生态型的保障，需要考虑到全生命周期之中不会带来任何的伤害，并且还可以实现降解与再生利用，迎合可持续发展。在功能方面，产品表现在于：第一，减量化，在符合保护、物流以及销售前提下，尽量控制材料的耗费。第二，可以再生或者是循环利用，这样能够满足多次利用的要求。第三，可以实现降解，对于不能够回收包装的，利用降解等技术，也可以满足环境净化的最终需求[5]。

4 结束语

总而言之，在工业革命以来，人们原本的生活环境以及生活方式出现了巨大的变化。尤其是进入20世纪之后，人类面临能源枯竭、资源，生态环境遭遇严重破坏等现实问题。在我国，尤其是改革开放以来，上述问题日益突出，在粗放型的经济增长模式下，国内的能源利用率在全球的范围内都偏低，但是环境污染却是相对严重的，所以，机电产品制造业的资源能源消耗比重相对较大，同时，也是主要的环境污染来源之一。所以，在进行机电产品设计的时候，基于传统的设计基础，还需要对产品的绿色性能加以考虑，能够实施绿色设计，这样就能够有效的缓解机电产品带来的环境问题。