机械设计与制造中绿色设计理念的应用研究

2024-03-27刘美仙

福建轻纺 2024年1期

刘美仙

（福建工业学校，福建福州 350002）

0 引言

在机械生产制造领域，绿色理念目前已经成为最基础的一项理念，该理念的渗透使机械制造业呈现健康、可持续发展的趋势，绿色化是机械制造业未来发展的主要方向。但是，在传统机械设计与制造中产业链上下更关注设计、制造和使用质量，许多企业都未考虑机械设计与制造可能给环境造成的影响。绿色设计则立足于绿色发展理念与系统功能，强调各类机械在设计和制造过程中落实环境保护手段，从源头上防治污染。绿色发展目标的实现，除了要关注机械的设计、制造和使用外，甚至要考虑机械使用后期的报废和处置。本文以机械设计与制造等环节为研究要点，围绕绿色设计理念的应用展开探讨。

1 绿色设计理念简介

1.1 绿色设计理念的内涵

绿色设计与制造是现代机械制造业的主要发展方向，机械制造业能为社会各行业领域提供必需的机械设备，在社会领域是实现节能减排的源头之一。机械制造的生产能耗在工业总能耗中的占比较高，许多高能耗机械在使用期间还会消耗大量能源，并且会产生较重的污染，因此在机械设计与制造中应用绿色设计理念，将绿色理念贯穿于机械设备的全生命周期，有利于推动机械制造业转型升级。绿色设计要求在机械设计与制造中充分考虑机械全生命周期对环境的影响、资源消耗等因素，以降低能耗、污染为目标进行机械设计与制造，强调在设计、制造中加强绿色材料的利用，要求具备再回收利用的优势。

1.2 绿色设计理念的实现要点

⑴ 优化绿色节能设计方案

机械设计与制造中，设计方案属于后期制造的蓝图，在机械设计中融入绿色节能理念，要在控制机械设计与制造成本的基础上，减少材料和能源浪费。设计人员要站在可持续发展的角度，立体且全面地衡量机械设备的环保性、节能性、经济性，重视机械设备在使用过程中对能源的高效利用，降低生产过程中废弃物的排放。

⑵ 优选绿色节能环保材料

绿色设计理念下，在机械设计与制造中，机械设备要保证各行业生产活动的顺利进行，满足各行业生产对机械设备的真实需求。机械设备在制造、设计等环节，要表现出较强抗腐蚀、耐高温的特性，机械制造过程必须实现无毒无害生产，机械使用后要方便回收利用。

2 机械设计与制造中应用绿色设计理念的必要性

2.1 社会可持续发展的必要要求

在社会不断进步的过程中，机械设计与制造拥有更广阔的发展空间，但与发达国家相比，我国机械制造业的发展水平还需提升，从而实现可持续发展的战略目标。我国要想在改善生态环境的同时减少能源消耗，就要重视在机械设计与制造中渗透绿色设计理念，

2.2 提高国际竞争力的重要手段

当前，虽然我国经济发展越来越追求经济发展的质量，这一背景下机械制造行业得到长足进步。经济全球化背景下，国内各类机械产品大量产品开始进入国际市场，在面对国际市场对绿色产品的需求，国内传统的机械设计与制造方式存在的弊端开始显现，供需失衡使得我国机械制造业的发展面临阻碍，不利于我国在参与国际市场竞争的过程中占据有利地位，迫切需要我国转变传统的机械设计与制造方式，绿色设计理念的渗透为其提供了新的发展方向。

2.3 产业转型的客观需求

在日趋激烈的市场竞争中，各企业要想实现创新发展，建立较强竞争优势，要不断提高自身竞争力。在目前的国际市场中，现代科技已经全面向绿色化的方向发展，逐渐成为我国内各行业寻求突破创新的新方向。机械制造业作为典型的高污染、高能耗产业，要想顺应时代潮流实现可持续发展，必须将绿色化的发展理念渗透到行业产业的各个环节，只有这样才能满足产业转型升级的客观需求。

2.4 国家愈发重视环境保护

我国机械制造业仍然在使用传统技术的方式，以牺牲环境的方式寻求新的发展机会。新时期，社会各产业开始深入贯彻可持续发展战略，但是机械制造领域许多企业仍然在使用传统设计与制造方式，导致大量自然资源浪费，不利于在当前的社会环境中站稳脚跟。为进一步加快经济发展速度，为经济发展效果提供保障，提高企业可持续发展的稳定性，就要在机械设计与制造中将绿色设计作为新的追求，加快推进全球化发展的进程。

3 机械设计与制造中绿色设计理念的应用要点

3.1 绿色材料

绿色材料是绿色设计实现的前提，直接决定了机械产品的质量与性能。机械设计与制造中，企业要尽量选择低污染甚至无污染的材料，机械原材料还要具备再回收利用的价值，确保机械设计与制造能满足绿色设计的要求。因此，机械制造业要加大研发绿色材料的力度，在绿色材料的研发过程中充分考虑材料对环境的影响，确保绿色材料的性能、技术等各项指标达到相关要求。企业要考虑自身经济效益、生态效益，合理设定绿色环保目标，在机械设计与制造过程中，优先选择绿色材料。

绿色设计理念指导下，企业在机械设计与制造中，要考虑材料是否会给生态环境、人体健康带来不良影响，综合考虑材料在生产加工、运行使用、回收利用等环境的影响，如果材料对环境与人体健康存在潜在危害，要尽量减少此类材料的使用。

3.2 动力装置

动力装置是机械设备的核心，在机械设计与制造中，绿色设计要重视对发动机结构展开优化设计，如通过对喷油器结构进行改进，保证燃料充分燃烧、减少有害气体排放；重视新能源的利用，加大力度研发以电能、太阳能、天然气等清洁能源为驱动能源的动力系统；在发动机设计的过程中，加强对废气净化技术的研究，如废气再循环技术、催化净化技术等，降低机械设备运行过程中产生的污染，减少能耗。在机械动力装置的绿色设计中，企业要始终遵循环保、实效、节能等原则，保证机械设备的环保性与经济、技术、性能等保持一致。

3.3 产品界面

机械设备的操作界面直接影响着机械设备的实际运行，能帮助操作人员实时了解机械设备的运行状态，在操作失误的情况下可能引起机械故障，影响机械设备的使用寿命，加剧能源消耗。因此，在机械设备的产品界面设计中，要适当渗透绿色设计理念，从心理学、生理学等角度进行系统性设计。产品界面设计要保证功能完善、整体统一，产品界面要表现出较高的可识别性，便于操作人员的理解；操作界面上还要做好引导性设计，缩短操作人员操作反应的时间，避免因为操作不及时引起额外能耗，提高机械设备的运行效率。

3.4 液压系统

机械设备的结构中，液压系统属于重要传动部件，液压系统对环境可能造成的影响，主要为液压油泄漏，运行时传动系统可能产生较大噪声污染，且传动系统运行可能存在较高的能耗问题。因此，在机械设计与制造中，要将液压系统的绿色设计作为关注重点。企业在传动系统的绿色设计中，要做好对系统的密封设计，选择合理的液压元件参数，做好对液压系统密封结构的改造。机械设备在使用过程中，液压系统面临的油液泄漏故障无法完全避免，因此还要重视无毒液压油的研发和使用，深入研究废弃液压油的回收利用技术，减少因为介质泄漏引发的环境污染问题。企业还要重视对液压系统展开集成设计，尽量减少液压系统中装配零件的数量，实现系统的模块化组合。噪声污染与油液污染相比，会损害人体健康，因此还要在机械设计中，考虑降低液压系统运行的污染同时严格控制噪声，在机械设计与制造中设计适当的降噪措施。

3.5 可拆卸设计

机械设计与制造中，一种机械设备由多种材料组成，材料的多种组合要具备较强可拆卸性，只有这样才能实现各类零部件的回收利用，避免因为不可拆卸导致的浪费，降低机械设备后期回收利用的难度。企业在机械设计中，要将可拆卸作为机械设备结构设计的评价标准，通过对机械零部件的传统连接方式进行调整，将机械零部件结构设计成易于拆卸的方式。一方面，设计人员可以利用原本成熟的零部件连接方式，如螺栓连接，实现机械产品零部件的可拆卸；另一方面，设计人员可以操作计算机设备建立机械产品可拆卸性的评价指标体系，通过应用计算机软件对不同设计方案的机械可拆卸性进行评价，保证各项设计方案的要求在可拆卸上达到绿色设计标准。

4 机械设计与制造中绿色设计理念应用的优化建议

4.1 科学应用密封技术，避免机械泄漏

传统工业生产中，机械设备泄漏故障频发，可能引发严重的污染、浪费问题，这与我国提倡的可持续发展和绿色发展理念相悖。机械泄漏流出的物质还会导致设备内部构件侵蚀，导致机械设备老化速度加快，影响机械运行效率与使用寿命，给正常的工业生产造成影响，带来的维修、保养、成本增加等问题。因此，要从源头上杜绝机械泄漏问题的发生，在机械绿色设计中重视机械密封技术的使用。机械设计与制造中，设计人员要额外关注机械设备容易泄漏的部位，针对这些部位做好密封设计工作，提前对易泄漏部位进行密封处理，并采取一定的警报设计方案，便于降低机械泄漏故障的发生率，或者在发生泄漏故障后及时报警，提醒维修人员处理。机械设备在使用过程中，养护也是非常重要的内容，在机械绿色设计中，设计人员还要根据机械结构、密封特性、故障特点等，在设计方案中明确机械养护措施，为后期机械设备的稳定运行提供有力保障。

4.2 落实降噪除尘设计，保证机械运行稳定

机械设备在运行过程中，可能因为振动产生噪声污染和机械故障。机械绿色设计中，设计人员要考虑怎样减少设备振动的问题，合理选择具有减震性能的材料和设备，通过对机械结构布局进行调整，在保证产品性能的基础上降低机械运行可能产生的振动。设计人员要考虑降低机械设备在运行时产生的噪声，降低噪声污染，关注发动机、液压器等节点的降噪设计，采用一定的隔声、消音、减振技术。工业生产中，机械设备所处运行环境普遍复杂，作业环境中可能产生大量灰尘，这些灰尘进入空气后会造成严重污染，因此，设计人员要做好机械设备的除尘设计，采用相应的除尘技术，一方面降低扬尘污染，另一方面减少因扬尘导致的机械磨损加剧的问题。

4.3 完善产品配套设计，深入贯彻绿色理念

机械设计与制造中，绿色设计理念的应用需要设计人员深入贯彻绿色理念，绿色设计不能局限于机械主体设计，还要完善产品的配套设计。企业要针对绿色设计建立相应的支持制度和管理体系，充分调动社会资源，促进绿色理念和机械设计与制造的深度融合。企业还要加强人才队伍建设，做好人才引进与培养工作，不断提高设计人员的综合能力，更新设计人员的理念，力求设计人员在机械设计中主动融入绿色设计理念。在具体设计中，企业要联合高校做好人才引进工作，通过引进优秀的机械设计人才，更好地支持机械设计与制造的工作开展。企业还要加强与研发机构的合作，借鉴研发机构在机械设计与制造中应用绿色设计理念的经验，不断夯实自身在机械绿色设计中的基础，为机械制造业以及社会的可持续发展创造良好条件。