人類可持續(xù)發(fā)展視野下的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)趨勢

侯昌青

【摘 要】機(jī)械制造業(yè)為整個(gè)國家的國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供了技術(shù)裝備，其發(fā)展水平更是一個(gè)國家工業(yè)化程度的主要標(biāo)志之一。可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略思想運(yùn)用于制造業(yè)使得機(jī)械產(chǎn)品的綠色設(shè)計(jì)成為趨勢。本文分析了人類可持續(xù)發(fā)展視野下的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的綠色趨勢，介紹了綠色設(shè)計(jì)的實(shí)施策略和幾種設(shè)計(jì)方法。

【關(guān)鍵詞】持續(xù)發(fā)展；機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)；綠色設(shè)計(jì)

一、綠色設(shè)計(jì)是機(jī)械產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然設(shè)計(jì)趨勢

可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略思想運(yùn)用于制造業(yè)，就要著眼于其發(fā)展的可持續(xù)性，改變原有單純面向利潤、面向成本的制造模式，轉(zhuǎn)變?yōu)橥瑫r(shí)面向環(huán)境、面向資源的設(shè)計(jì)模式，即實(shí)行“綠色設(shè)計(jì)”。產(chǎn)品設(shè)計(jì)要改變“一次性”使用的設(shè)計(jì)概念，要認(rèn)識到，我們所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，最終仍要返回生產(chǎn)制造系統(tǒng)，舊部件經(jīng)過“再制造”后，重新使用于新機(jī)器制造中。

綠色設(shè)計(jì)是在當(dāng)前面臨的資源危機(jī)、環(huán)境危機(jī)和人口危機(jī)的總體局面下，基于不同的層面和角度而被提出的。目的是在社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的前提下，在人類一社會(huì)一環(huán)境之間建立起一種協(xié)調(diào)發(fā)展的機(jī)制。從社會(huì)意識層面來看，在資源減少，不斷加劇的生態(tài)危機(jī)等的情況下，人們的生存危機(jī)感越來越嚴(yán)重，同時(shí)綠色消費(fèi)意識也逐漸增強(qiáng)，可以很形象的將綠色設(shè)計(jì)比喻為是人類在面臨自身制造的生存危機(jī)時(shí)的一種補(bǔ)救。從經(jīng)濟(jì)效益層面來看，過去單純依賴于資源消耗來提高經(jīng)濟(jì)增長的模式，加之生產(chǎn)成本的增加和越來越嚴(yán)格的地區(qū)性法規(guī)，已經(jīng)開始轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色生態(tài)型資源循環(huán)的經(jīng)濟(jì)增長模式。具體表現(xiàn)為“資源一產(chǎn)品一再生資源”這種循環(huán)的經(jīng)濟(jì)增長方式。創(chuàng)新技術(shù)層面來看，伴隨著各種技術(shù)的發(fā)展，在對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)目的，設(shè)計(jì)思想上，將環(huán)境的影響因子融人到其中，將需求和環(huán)境聯(lián)系在一起，從這兩個(gè)因素出發(fā)來設(shè)計(jì)產(chǎn)品。

二、綠色設(shè)計(jì)的實(shí)施策略

1.有效的綠色設(shè)計(jì)應(yīng)在并行環(huán)境下實(shí)施，其實(shí)施過程具有閉環(huán)特性

綠色設(shè)計(jì)的實(shí)施，首先要實(shí)現(xiàn)人員的集成，即采用綠色協(xié)同工作組的模式，這是一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)人員組織模式。由于設(shè)計(jì)目標(biāo)和涉及問題的復(fù)雜性，綠色設(shè)計(jì)應(yīng)組織多專業(yè)，多學(xué)科（材料、設(shè)計(jì)，工藝、環(huán)境和管理等）的人員組成開發(fā)小組負(fù)責(zé)整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，并要求設(shè)計(jì)小組內(nèi)所有人員協(xié)調(diào)工作，并行交叉地進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.綠色設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)有關(guān)信息與技術(shù)集成

實(shí)現(xiàn)綠色設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是產(chǎn)品的信息集成和技術(shù)方法的集成。產(chǎn)品生命周期全過程的各類信息的獲取、表達(dá)、表現(xiàn)和操作工具都集成在一起并組成統(tǒng)一的管理系統(tǒng)，特別是產(chǎn)品信息模型和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理。產(chǎn)品開發(fā)過程中涉及的多學(xué)科知識以及各種技術(shù)和方法也必須集成，并形成集成的知識庫和方法庫，以利于并行過程的實(shí)施。這兩種集成能提供綠色設(shè)計(jì)所需的分析工具和信息，并能在設(shè)計(jì)過程中盡可能早地分析設(shè)計(jì)特征的影響、規(guī)劃生產(chǎn)過程，從而提供一個(gè)集成的工程支撐環(huán)境。

3.綠色設(shè)計(jì)需要有一定的支撐環(huán)境

由于綠色設(shè)計(jì)是基于并行工程的綠色設(shè)計(jì)，因此其支撐環(huán)境應(yīng)包括并行工程支撐環(huán)境和綠色設(shè)計(jì)支撐環(huán)境兩部分。

4.綠色設(shè)計(jì)可通過設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)

每個(gè)設(shè)計(jì)人員在各自的工作站上既可以像在傳統(tǒng)的CAD工作站上一樣進(jìn)行自己的設(shè)計(jì)工作，又同時(shí)可以與其它工作站進(jìn)行通訊。根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)的要求，既可以隨時(shí)應(yīng)其他設(shè)計(jì)人員的要求修改自己的設(shè)計(jì)，也可以要求其他設(shè)計(jì)人員修改其設(shè)計(jì)以適應(yīng)自己的要求。這樣，多種工作就可以并行協(xié)調(diào)地進(jìn)行。

5.實(shí)例研究是綠色設(shè)計(jì)較為可行的方法

實(shí)例研究可以有效地表達(dá)和處理綠色設(shè)計(jì)中的環(huán)境因素，可從研究實(shí)例中為綠色設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)參考和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則并及時(shí)跟蹤市場變化，獲取改進(jìn)設(shè)計(jì)所需的信息。

三、機(jī)械產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)的方法

（一）選擇環(huán)保型材料

1.盡量采用能再生利用的材料和資源

在各系統(tǒng)及部件設(shè)計(jì)中所選用的材料盡量是可回收、易分解、能再生而且在加工和使用過程中對環(huán)境無害的材料，特別是結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能采用比較容易裝配和分解的大模塊化結(jié)構(gòu)和無毒材料，提高工程機(jī)械材料的再生率。

2.盡量采用低環(huán)境負(fù)荷材料

工程機(jī)械零部件設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能不使用氟利昂（空調(diào)）、含氯橡膠、樹脂及石棉等有害材料。如裝載機(jī)駕駛室和內(nèi)飾上使用難以自然分解且對環(huán)境有害的工程塑料及其它一些非金屬材料都加重了資源浪費(fèi)和環(huán)境污染；在儀表、散熱器及蓄能電池等采購生產(chǎn)中，應(yīng)盡可能減少或替代鉛的使用量。因此在主機(jī)設(shè)計(jì)中一些附屬零部件選用新型環(huán)保型材料很重要。

3.盡量采用廢棄零部件處理污染小的材料

工程機(jī)械產(chǎn)品在設(shè)計(jì)初始階段就要考慮報(bào)廢件處理簡單、費(fèi)用低和污染小，零部件要解體方便、破碎容易，能焚燒處理或可作為燃料回收。

（二）機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)功能上的綠色原則

機(jī)械的發(fā)展是人類進(jìn)步的具體推動(dòng)者，機(jī)械勞動(dòng)取代人力勞動(dòng)，但這種基本的取代已經(jīng)滿足不了人類的需求。機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)功能已經(jīng)向系統(tǒng)化、智能化發(fā)展，即產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)綜合程序設(shè)計(jì)、機(jī)電一體化技術(shù)與計(jì)算機(jī)的輔助指導(dǎo)完整結(jié)合起來。在日常生活中我們也可以設(shè)計(jì)出一些多功能結(jié)合于一體的產(chǎn)品，比較常見的辦公室用小型打印與復(fù)印結(jié)合的一體機(jī)，既滿足打印機(jī)的基本功能又具有復(fù)印機(jī)的基本功能，將二者結(jié)合到一起制造時(shí)，減少了很多零部件的重復(fù)，降低了生產(chǎn)成本。不僅如此，這些設(shè)計(jì)在使用過程中方便易操作，節(jié)省了機(jī)器本身的空間占有量，很多方面都滿足綠色的原理。

（三）產(chǎn)品的可拆卸性設(shè)計(jì)

現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品往往使用著多種不同材料，困而其拆卸就成為目前綠色設(shè)計(jì)研究的主要熱點(diǎn)。田為不可拆卸不僅會(huì)造成大量可重復(fù)利用零部件材料的浪費(fèi)，而且因廢棄物不好處置，還會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境。拆卸在現(xiàn)代機(jī)械生產(chǎn)良性發(fā)展中起著重要的作用。已成為機(jī)械設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容可拆卸性是綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一，它要求在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的初級階段就將可拆卸性作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)評價(jià)準(zhǔn)則，使所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)易于拆卸、維護(hù)方便，并在產(chǎn)品報(bào)廢后可重用部分能充分有效地同收和重用，以達(dá)到節(jié)約資源和能源、保護(hù)環(huán)境的目的?？刹鹦缎砸笤诋a(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)改變傳統(tǒng)的聯(lián)接方式，代之以易于拆卸的聯(lián)接方式，可拆卸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有兩種類型：一種是基于成熟結(jié)構(gòu)的聯(lián)接方法，如螺栓聯(lián)接、鍵聯(lián)接及過盈配臺(tái)等；另一種則是基于計(jì)算機(jī)的目的設(shè)計(jì)方法，現(xiàn)在的研究已開發(fā)系統(tǒng)的可拆卸性評價(jià)指標(biāo)體系，評價(jià)方法、拆卸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，并開發(fā)相應(yīng)的評價(jià)軟件。

（四）長壽命、低能耗及減輕重量的設(shè)計(jì)

通常來說，延長產(chǎn)品壽命就等于減少了機(jī)械的生產(chǎn)量和降低其報(bào)廢量，降低產(chǎn)品能耗可減少對環(huán)境的污染，而減輕產(chǎn)品重量即可減少材料和資源的消耗。要從減少環(huán)境負(fù)荷的角度盡可以考慮各系列產(chǎn)品同類零部件的互換性和通用性。為此應(yīng)在保持主機(jī)各項(xiàng)性能參數(shù)前提下，盡量減少主機(jī)和附屬作業(yè)裝置或機(jī)具的體積和重量，提高動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)零部件的強(qiáng)度和耐久性能，實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的輕量化和高效率。

四、結(jié)束語

機(jī)械制造業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)和支柱產(chǎn)業(yè)，綠色設(shè)計(jì)不僅將為人類帶來更多更環(huán)保的機(jī)器、裝備和產(chǎn)品，而且能有效保護(hù)人類生活的環(huán)境和資源，造就人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。因此在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中必須重視綠色設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用。

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