面向产品绿色设计的材料选择方法研究

赵晓彤 杜鹤民 高俊杰

摘 要：市场在不断的发展变化之中，特别是在环境法的颁布之后，产品的设计绿色化设计理念深入人心，越来越成为许多企业的寻求可持续发展的重要环节，产品绿色设计在设计的过程中渗透了可持续发展的思想，在这种思想的引导下，环境保护与经济发展是不能割裂开来的。材料选择就在绿色设计中扮演着很重要的角色。产品设计来进行绿色的实施和设计里面的重要的过程是不能少了绿色材料的选择的，对于改善环境的性能，降低产品在有效的周期内对环境的影响程度有一定的保护作用。

关键词：产品绿色设计 材料选择 方法研究

一、绿色设计材料选择方法及特点

（一）经验和传选材方法

材料选择从大的方向来说就是材料的合适选择，从小的方向就是从材料库中挑选出符合市场的需要，达到产品功能相应的要求，材料可以达到满足消费者需求，在先进的材料选择方法中，包含着绿色环保的方面，使其在生态环境中促进社会的可持续发展。

根据经验来选择材料通过自己的相关行业经验，或者是自己的直觉以及本身的设计经验，在一定的时间上查看相关的资料和手册，做出最终的选择。

传统的材料选择方法有下面几种情况：

1.行业传统选材法：涉及行业用材的方便性，行业传统的选材习惯用的一种方法。

2.配方选材法：配方法曾经在材料研发之中有过长期的应用，在经过多次试验和失败之后才慢慢有了一定的结果，特别是在金属材料的中的选材时候要尤其注意。这种方法由于需要耗费大量的时间、人力和物力，改早已不能适应现代社会和科学技术发展的要求。

3.类比法选材。类比法选材就是通过1司类产，f，l！用材对比分析，不同规格与尺寸大小的产品对比分析以及国内外产。兄l对比分析后进行选材的力一法。

4.筛选法选材。师选法选材筛选法就足先经过初步确定范>>I，然后再进行终选得到最佳材料的选择方法。

传统设计中材料的选择主要考虑材料的机械性能、产品的使用性能（产品的功能、结构要求、安全性、耐腐蚀性等）、产品使用的工作环境等因素的影响，或者是主要根据工程设计人员的经验进行，往往很少考虑产品与环境的协调性和兼容性，具有明显的片面性和主观性。虽然这些传统的材料选择方法在某些领域或时期有它们相对的优势。但是，传统的材料选择方法早己不能适应现代社会和科学技术发展的要求的事实是不可改变的。

（二）基于绿色设材料选择的特点

传统的材料选择方法是基于绿色设计的材料选择方法的基础。没有传统的材料选择方法，基于绿色设计的材料选择方法就是空中楼阁。因为，任何产品都必须首先满足其使用性能、技术性、和经济性等基本属性，若抛开产品的根本属性，只是片面的高谈产品的环境性，是没有任何现实意义的。只有在保证产品传统设计目标（技术性和经济性）的前提下将环境意识设计融入到产品的总体设计中，并面向产品的生命周期全过程进行整体优化，刁‘能使所设计的产品满足绿色性要求，具有市场竞争力。

由于传统的材料选择早已经不能充分满足现代产品设计的要求，所以，必须在传统材料选择的基础上进行完善，改变以考虑性能、经济原则为主的传统选材思想。先进的选材思想应该是根据绿色产品设计的特点，遵循产品的功能属性和绿色属性的总原则，综合考虑材料的市场需求情况、基本性能要求、特殊性能要求、经济性能要求和环境性能要素和美学性能等。

二、传统设计中材料选择的不足之处

传统产品设计中材料选择的不足之处，主要表现在以下几个方面：

1.所用材料品种偏多。例如一部自行车所使用的材料就有3040余种。由于仅仅考虑功能与经济性要求，往往使材料的种类偏多，而所用材料种类增加，不仅会增加产品制造过程中的负面影响，而且给产品废弃后的回收处理也带来诸多不便，造成环境污染。

2.很少考虑材料的加工过程及其对环境的影响。所选材料有的难以加工，能耗高，噪声大；而各种有毒有害材料，如各种含铅、镍、镐钢的使用，其加工过程中产生的切屑、粉尘对环境会造成严重污染，并威协操作者的身体健康。

3.所用材料很少考虑报废后的回收处理问题。例如现有各种塑料的使用，不仅种类繁多、性质各异，使用后又很难处理，造成严重的白色污染。

4.没有考虑所用材料本身的生产过程。材料生产过程往往会对生态环境造成严重影响，例如热饮料杯有纸杯和聚苯乙烯杯，一般来说纸杯对环境保护有利，但美国人霍金在对纸杯和聚苯乙烯杯的生产过程研究后却得出了完全相反的结论。

5.材料选择以功能和经济性为主要目标，忽略了与材料的环境影响。例如氟里昂的大量使用导致了臭氧层的破坏，矿物燃料的燃烧使大气中二氧化碳含量过高，产生温室效应等。

综上所述，传统的材料选择方法注重性能、功能、成本上的要求，而忽视了材料的环境性能这也是目前机械产品环境影响巨大的原因之一。

三、绿色材料的选择

在绿色设计的材料选择决策中，环境因素成为一个重要角色。环境材料领域

的研究工作可认为有两个重要的分支，一个是绿色材料的开发。另一个重要研究

分支是产品及其零部件的基于环境意识的材料選择方法即分析现有材料对环境的具体影响特征及影响程度大小，帮助设计人员进行材料选择与决策评价。环境意识材料选择除考虑到传统设计过程的考量因素外，还要考虑到环境因素，归纳起来，有以下的基本原则：

1.使用性原则使用性能是保证产品完成规定功能的必要条件，在大多数情

况下，它是选材首先要考虑的问题。使用性能主要包括以下几个方面：

（1）产品功能要求所选材料首先要满足产品的功能和所期望的使用寿命。

（2）产品结构要求产品结构要求对材料选择有重要影响。

（3）使用安全要求材料选择应充分考虑各种可能预见的危险。

2.选材的工艺性原则材料的工艺性表示了材料的加工难易程度。材料的工

艺性主要与材料的工程性质和材料的加工工艺路线有关。材料的工程性质主要包

括材料的强度（弹性模量、抗压强度、抗扭强度、抗剪强度），材料的疲劳特性、刚度、稳定性、平衡性、抗冲击性等。

参考文献

[1]刘光复，刘志峰，李刚.绿色设计与绿色制造[M].机械工业出版社，2016（10）：1-10.

[2]刘飞.21世纪制造业的绿色变革与创新[J].机械工程学报，2017，36（1）：7-10.

作者简介

赵晓彤（1989—），女，汉族，陕西西安人，研究生，助教，研究方向：产品设计。