绿色设计理念在机械设计制造中的应用

张光曙

（江西机电职业技术学院机械工程学院，江西南昌 330029）

0 引言

近年，机械设计理念不断发展变化，从粗放发展模式转为精细化设计模式。在实际设计过程中应用绿色设计理念，可以提高产品的科学性与环保性，提升整体产品的价值，满足人们绿色消费需求。在当前机械设计制造中，应用设计理念还可以提高产品附加值，顺应环境保护发展的时代潮流。

1 机械设计制造应用绿色理念的价值

1.1 绿色设计理念应用的必要性

在传统机械制造发展过程中，很多设计人员片面追求经济价值，对于材料本身的绿色环保性能没有全面重视。不仅浪费大量资源，造成机械设计制造的产品运行消耗的能源较多，本质上是一种粗放化的经营发展模式。新时代以来，提高机械制造的精细化程度，不论是从绿色设计还是绿色生产、绿色投入，可以形成一个完整的闭环效果，融入绿色环保理念，提升设计制造的精细化程度。有效的绿色机械制造设计是后期绿色生产和绿色使用的基础，只有提高设计的精细化程度，才能减少产品投入使用过程中的资源浪费，从可持续发展的角度，提升产品本身的附加值。

1.2 绿色设计理念对机械设计制造的提升作用

首先，践行绿色机械设计制造可以满足人们对于经济效益的追求。尤其是在当前绿色发展的社会环境中进行绿色设计制造，可以减少材料使用成本，对已经使用的机械制造材料进行有效回收和利用。从成本上来讲，具有广泛的发展空间，更加合理科学地进行机械制造设计，有利于生产企业降低成本。其次，融入绿色发展理念可以促进经济的可持续发展以及精细化发展，积极响应国家提出的绿色生产号召。开展有效的机械产品设计，通过前期反复实验以及数据化的调整，减少生产以及后期维护中造成的资源浪费，避免环境资源枯竭，为子孙后代创造一个良好的生存发展空间，满足经济的可持续发展需求[1]。

2 机械设计制造中应用绿色设计理念的路径

2.1 机械视觉环境绿色设计

首先，在机械视觉设计过程中，要考虑到产品的形态、产品的类型，而不是一刀切地根据想象去进行产品的机械设计。外包装要符合现实形态，而不是单纯强调格调和等级，更多的使用绿色元素和自然界中的资源进行绿色设计。避免过度加工或者人为制造造型，影响产品整个视觉效果。区分人工形态和自然形态，采取简洁的外包装设计来提高整个产品的亲切感和自然感。例如，可以采用环保充气纸板来进行机械产品的外包装设计，既可以减少产品运输过程中的振动损耗，降低对产品的负面影响，又可以在运输完成后回收该纸板，起到资源优化利用的作用。

其次，在视觉设计过程中，要根据自然界形成的一些天然形态来展现机械产品的观念和技能，尤其是在产品外包装设计中体现绿色产品的应用环境，使之与自然界充分融合在一起。例如，在外包装设计上可以更加高精度地展现机械产品的应用环境，尤其是一些小件机械产品的设计。这种设计方法可以方便运输人员和管理人员通过产品外包装箱的信息，对产品进行仓储分类，从而减少运输和管理时间，降低资源浪费。

最后，绿色产品的材料设计也要考虑全面，避免在机械设计过程中应用高耗能、高污染的材料。例如，重金属材料、能源密集型材料等，更多应用一些绿色环保材料，例如，低密度树脂材料、环氧脂材料。这些材料的应用对自然界资源的消耗更少，有助于提升产品性能。同时，新型材料的应用可推动机械产品的创新升级，解决产品同质化问题，提高其市场竞争力，为产品后续宣传提供充分的竞争点。从最初设计阶段就要对产品的回收利用进行全面分析，从而提高产品结构的低碳环保性能。

2.2 机械液压系统绿色设计

80%以上的机械产品都会使用液压结构，如果设计过程中没有充分考虑到液压系统的应用环境，造成漏油，就会严重影响资源利用的有效性。

一方面，液压系统的设计要充分考虑到其使用的环境，保障使用人员可以按照正确的操作方法使用液压系统。在此基础上，设计人员应综合考虑液压系统的应用环境，结合环境特点及运行要求，进行液压系统的优化设计，并提供规范操作说明，提高操作人员对于液压系统的掌控能力，并且在研发设计过程中，要对环境可能出现的一些问题进行有效预防。

另一方面，在产品设计过程中要充分考虑到液压系统的回收利用，一般来说机械产品液压系统的使用寿命在5～6 年。更换液压系统的配件开销巨大。某液压系统生产企业在设计过程中充分考虑到零件更换的资源浪费问题，对于各部件的拆卸进行了灵活化设计，对于零件更替循环使用问题进行了一致性分析。从生态保护的角度增加了关键零件的缓冲系统，并配合移动数据来对关键零件的使用次数和寿命进行针对性分析。配合数据输出网络，可以为使用单位提供液压系统零件的更换模型。这样的设计方法既可以给使用单位创造便利，又可以减少故障零件应用造成的机械损伤。

除此之外，在液压系统绿色设计过程中，还要使用符合规范的液压油，避免使用不合格或者资源浪费严重的液压油，严重危害环境。增加隔音垫、减振器等，减少液压系统运行中出现的噪声污染。例如，某液压系统制造企业就在生产期间通过24 次生产设计调试，对噪声污染等级进行评定，整合出系统数据，为生产和使用企业提供相应的数据支撑，方便其按照自己的工业生产环境选择合适的液压机。这种系统化的设计方法可以帮助工业生产企业更好地控制生产中的噪声污染，提高整体生产的环保性能。

2.3 机械界面系统绿色设计

现代机械产品正在朝向数字化的方向发展，人机互动增强，因而进行优化的界面设计，对于提升绿色环保性能也具有重要价值。

第一，在设计过程中，设计人员要全面了解用户的使用环境、使用特征以及使用心理，从成本角度和消费需求角度进行统筹把握。做到界面操作与用户的生产习惯、使用习惯和身心习惯一一对应。减少用户由于不熟悉操作界面造成的错误操作问题，降低机械产品出现问题和故障的概率。

第二，本着简洁的原则进行机械产品界面的设计，避免复杂繁琐的操作影响用户的体验感。从用户实际应用的场景角度，对页面图标的大小颜色以及相关联的其他图标进行整合性分析。整体的界面要保持一致性。如果操作按钮过小或者颜色与其他按钮混淆，就可能诱发操作失误问题。从2018 年12 月获得的统计数据显示，界面设计不合理在机械产品故障的原因中排在第三位。可见，优化界面设计可以减少故障概率，进而减少后续维修工作。

第三，产品的整个界面设计要考虑用户的使用习惯，尤其是按照用户的个性化定制需求来设计具体的操作杆控制器、数字界面器、停止键等。从而缩短用户在特殊情况下的反应时间，更好地控制机器操作效率，并应用这种数字化控制方式，方便用户在使用过程中对设备进行扩展。减少重新购置设备造成的成本浪费，提高单一设备的使用寿命。

2.4 机械产品回收绿色设计

（1）机械设计当中融入绿色设计理念，要从整体产品的使用环境属性来进行分析，做好产品的生产应用、回收维护、反复拆卸以及废旧零件回收等工作。机械产品结束使用周期后，如果质量和使用功能仍然能够满足相应的生产条件，可以按照单部分零件来进行回收，而不是按照材料进行回收。这样的回收方式相对于传统回收方式可降低70%以上的资源浪费，并且减少材料重新回收而浪费的成本。在设计过程中，可以针对零件的具体使用场景来进行拆分，从而保障结束产品生命周期之后，机械产品可以重新回到生产线中进行二次加工。

（2）进行标准化的生产设计，也是绿色产品方便回收的基础之一。机械加工的工艺尺寸要严格按照规程来进行操作，留有加工余量，并按照工序尺寸对于工艺尺寸链条进行严格的生产把控。从经济技术角度研读设计的工艺文件，结合客户上传的具体规程实例进行定制化操作，满足机器装配工艺规程设计要求。高质量的机械产品供应零件会降低后期维修成本，因而只有不断提高规范化生产程度与质量水平，才能够真正做到绿色生产与设计。

（3）以飞机中的机械产品设计为例，按照铸造—锻造—冲压—机械加工—装配—焊接这个完整的工艺流程，可以不断提高机械制造产品设计的绿色化水平，并且按照成品、半成品对于工艺过程进行优化把控，可以减少生产中造成的资源浪费和产品的工艺质量不良。在设计发展过程中，要根据合理的工艺过程来指导整个产品设计的理念，并通过自动化设计流程等，对于电子工艺规程进行全方面考虑。在当前环境中，可以结合数字化平台来对各种机械组件的分配流水和工艺编制进行全面分析，完成高质量制造。

（4）绿色机械制造要考虑到工步和工作行程。工步就是在加工表面不变、加工工具不变、切削用量不变的情况下，提升整体设计的精准化程度。工作行程也称为走刀，是指完成一次精细化加工所需要的工步。在机械制造过程中要充分考虑到工步和工作行程，进行全面的精细化测量，提高检查的一致性，经过精准称重之后进行机械产品的精加工。设计人员要深入到一线生产车间，了解生产制造存在的问题，才能够不断改进操作的精细化程度。减少由于设计不合理造成的后续生产资源浪费，提高对环境的保护能力。

3 结论

绿色机械产品的设计是绿色生产与绿色维修的基础，在机械产品制造生产的整个生命周期都要进行全方面的考虑。从本文分析可知，研究绿色机械产品制造要全面分析相关因素，进行产品性能设计、产品回收设计、产品材料设计、产品质量功能设计，减少污染。因此要建立全面的绿色观念，提高机械产品的循环利用效率，引入更多自然资源与绿色观念，促进产品的可持续发展，实现产品创新升级。