基于綠色設(shè)計(jì)理念的機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)

錢(qián)安強(qiáng)

(濰坊科達(dá)化工工程設(shè)計(jì)有限公司，山東濰坊262400)

基于綠色設(shè)計(jì)理念的機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)

錢(qián)安強(qiáng)

(濰坊科達(dá)化工工程設(shè)計(jì)有限公司，山東濰坊262400)

近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，人們的物質(zhì)文化生活得到極大的滿(mǎn)足，與此同時(shí)，也給自然生態(tài)環(huán)境帶來(lái)巨大的壓力，并且環(huán)境污染、生態(tài)資源枯竭等問(wèn)題已嚴(yán)重威脅到社會(huì)發(fā)展?？沙掷m(xù)發(fā)展、綠色發(fā)展已經(jīng)成為當(dāng)前的主題。機(jī)械行業(yè)一直是社會(huì)發(fā)展的中堅(jiān)力量，也是資源消耗、破壞環(huán)境的主要產(chǎn)業(yè)，因此為了適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)發(fā)展要求，將綠色設(shè)計(jì)理念引入到機(jī)械行業(yè)中是十分必要的。

綠色設(shè)計(jì)；機(jī)械設(shè)計(jì)；優(yōu)化；應(yīng)用

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.081

1 引言

機(jī)械行業(yè)是社會(huì)發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)重要方面，也是衡量一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力的主要方面。機(jī)械設(shè)計(jì)制造作為一個(gè)系統(tǒng)的流程，其中設(shè)計(jì)理念以及其中的各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)直接關(guān)系到機(jī)械產(chǎn)品的整體性能。機(jī)械設(shè)計(jì)是對(duì)產(chǎn)品的后續(xù)生產(chǎn)、對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)、機(jī)械材料以及運(yùn)動(dòng)原理進(jìn)行綜合考慮和研究，從而使機(jī)械產(chǎn)品滿(mǎn)足使用功能的要求。然而，由于傳統(tǒng)機(jī)械制造業(yè)存在著高污染、高能源消耗等方面的問(wèn)題，為了實(shí)現(xiàn)機(jī)械行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，轉(zhuǎn)變機(jī)械行業(yè)粗放型的發(fā)展模式，就必須對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)理念進(jìn)行改革，從本源上滿(mǎn)足綠色發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展的要求。因此，將綠色設(shè)計(jì)理念充分貫徹到機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)機(jī)械材料、機(jī)械結(jié)構(gòu)以及機(jī)械性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)意義重大。

2 綠色設(shè)計(jì)理念分析

2.1 綠色設(shè)計(jì)理念的概述

綠色設(shè)計(jì)的發(fā)展時(shí)間還比較短，但是已經(jīng)得到全社會(huì)的廣泛關(guān)注，并且已經(jīng)在眾多行業(yè)中得到應(yīng)用。綠色設(shè)計(jì)是將產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造以及使用過(guò)程中的環(huán)境影響放在首要的位置，并且將其作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，對(duì)產(chǎn)品性能、質(zhì)量以及使用壽命等物理性能進(jìn)行設(shè)計(jì)[1]。綠色設(shè)計(jì)理念始終貫徹環(huán)境保護(hù)、資源節(jié)約的要求，堅(jiān)持綠色環(huán)保，是對(duì)可持續(xù)發(fā)展理念進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物，是一種全新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念。綠色設(shè)計(jì)理念不僅僅包括產(chǎn)品的功能、使用壽命，它還充分考慮了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、使用過(guò)程中對(duì)環(huán)境的影響，并且對(duì)機(jī)械產(chǎn)品回收也進(jìn)行了充分地考慮，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的綠色循環(huán)。

2.2 綠色設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的區(qū)別性分析

傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)主要考慮的是產(chǎn)品的成本、功能、質(zhì)量以及使用壽命等因素，基本上沒(méi)有考慮產(chǎn)品在制造、使用過(guò)程中對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。以傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念為根本的產(chǎn)品，使用壽命終結(jié)后回收率較低，并且基本上都會(huì)產(chǎn)生較大的浪費(fèi)和污染。綠色設(shè)計(jì)理念與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念有很大的不同，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初就已經(jīng)充分考慮了產(chǎn)品的能源消耗、環(huán)境保護(hù)以及回收利用等問(wèn)題，它對(duì)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念進(jìn)一步深化、擴(kuò)展，使其滿(mǎn)足科學(xué)發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展的要求。對(duì)當(dāng)今社會(huì)而言，環(huán)境污染、生態(tài)惡化等問(wèn)題已經(jīng)威脅到人們的生存發(fā)展，各行業(yè)都應(yīng)該采取積極的措施，保護(hù)和改善人們的生態(tài)環(huán)境。因此對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品而言，就應(yīng)該從設(shè)計(jì)階段將環(huán)境和資源因素加入其中，改變?cè)瓉?lái)單一化的設(shè)計(jì)理念，采用多方位、全面化的發(fā)展理念。因此綠色設(shè)計(jì)理念需要考慮的因素，既包括傳統(tǒng)理念需要考慮的產(chǎn)品功能、產(chǎn)品成本以及產(chǎn)品的使用壽命，還要考慮產(chǎn)品的環(huán)境影響。綠色設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)比如圖1所示。

圖1 綠色設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)比圖

產(chǎn)品設(shè)計(jì)是為了滿(mǎn)足某項(xiàng)生產(chǎn)需求而出現(xiàn)的，因此，功能性一直是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，無(wú)論是在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)還是綠色設(shè)計(jì)中都占據(jù)首要位置。而環(huán)境因素融入產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，充分考慮了產(chǎn)品在制造和使用過(guò)程中對(duì)環(huán)境的影響，從源頭上提高產(chǎn)品的環(huán)保性能，減少對(duì)環(huán)境的破壞。產(chǎn)品設(shè)計(jì)的成本也是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容，并且直接關(guān)系到產(chǎn)品的盈利能力以及市場(chǎng)適用性，如果產(chǎn)品成本過(guò)高，該項(xiàng)設(shè)計(jì)的實(shí)用性將會(huì)大打折扣，產(chǎn)品設(shè)計(jì)缺乏科學(xué)性，因此，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過(guò)程中一定要充分考慮產(chǎn)品的成本以及使用壽命。

目前，人們將綠色設(shè)計(jì)理念稱(chēng)為生態(tài)設(shè)計(jì)理念、自然設(shè)計(jì)理念等，主要是通過(guò)資源的重復(fù)利用、回收等減少資源的消耗，實(shí)現(xiàn)對(duì)生態(tài)資源的保護(hù)[2]。因此，在機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中，主張機(jī)械產(chǎn)品的回收利用，從而減少資源的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。并且綠色設(shè)計(jì)理念還要求在設(shè)計(jì)的過(guò)程中要對(duì)市場(chǎng)進(jìn)行充分地調(diào)研，然后再依據(jù)產(chǎn)品的性能要求構(gòu)思設(shè)計(jì)方案。同時(shí)要嚴(yán)格審查設(shè)計(jì)方案和圖紙，使綠色設(shè)計(jì)理念充分地體現(xiàn)其中，踐行可持續(xù)發(fā)展。

3 機(jī)械設(shè)計(jì)中綠色理念的應(yīng)用分析

3.1 綠色理念在機(jī)械設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段的應(yīng)用

機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)性的工程體系，為了設(shè)計(jì)出滿(mǎn)意的機(jī)械產(chǎn)品，必須做好準(zhǔn)備工作，為后續(xù)工作的開(kāi)展奠定基礎(chǔ)。機(jī)械產(chǎn)品前期的準(zhǔn)備工作主要就是設(shè)計(jì)方案的制定，直接指導(dǎo)后續(xù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)流程。在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中引入綠色設(shè)計(jì)理念，也就是在機(jī)械產(chǎn)品先進(jìn)設(shè)計(jì)理念和先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)的基礎(chǔ)上，充分考慮自然因素、生態(tài)因素等方面，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展為基礎(chǔ)原則。基于綠色設(shè)計(jì)理念的機(jī)械設(shè)計(jì)在滿(mǎn)足產(chǎn)品使用性、經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上，還賦予它生態(tài)環(huán)保性。

為了達(dá)到機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的綠色要求，在設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段可以從以下幾方面入手。（1）提高對(duì)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本的分析。為了能夠充分回收機(jī)械產(chǎn)品，必須在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)之前就做好產(chǎn)品回收問(wèn)題的準(zhǔn)備工作，從而保證設(shè)計(jì)方案的合理性。因此，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)之前必須做好產(chǎn)品污染物處理成本以及產(chǎn)品回收成本的分析，保證設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)性要求。（2）建立數(shù)字化管理系統(tǒng)，并且利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)技術(shù)構(gòu)建一個(gè)先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，為設(shè)計(jì)工作的正式開(kāi)展提供可靠和海量的數(shù)據(jù)資源。通過(guò)綠色數(shù)據(jù)的構(gòu)建，既方便了設(shè)計(jì)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，也有利于數(shù)據(jù)資源的分析和處理，從而對(duì)涉及的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，為設(shè)計(jì)工作提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3.2 綠色設(shè)計(jì)材料的選用

綠色設(shè)計(jì)的應(yīng)用基礎(chǔ)就是機(jī)械設(shè)計(jì)制造當(dāng)中選擇綠色環(huán)保節(jié)約型的材料。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造時(shí)，在材料的選擇上，最主要的是要考慮材料選擇對(duì)環(huán)境造成的影響，是否能夠回收利用。同時(shí)考慮到材料的經(jīng)濟(jì)性、安全性以及材料之間的兼容性，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能的加強(qiáng)和對(duì)環(huán)境的保護(hù)。機(jī)械行業(yè)在對(duì)機(jī)械進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要保障選擇的材料能夠符合產(chǎn)品基本的功能需求，保證材料的實(shí)用性，材料的抗沖擊性、耐高溫性和防腐蝕性等基本性能。對(duì)有毒和危害人體健康的材料要進(jìn)行去除，安排專(zhuān)業(yè)的人員對(duì)材料的性能進(jìn)行審核，在進(jìn)行機(jī)械制造時(shí)，做好對(duì)廢舊材料的利用和處理工作。

3.3 綠色理念在機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)施方案中的應(yīng)用

在當(dāng)前綠色設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用中，其方案的設(shè)計(jì)和技術(shù)有很多種，一般包括3種設(shè)計(jì)方案，即模塊化設(shè)計(jì)、生命周期設(shè)計(jì)和拆卸設(shè)計(jì)。其中，模塊化設(shè)計(jì)指的是產(chǎn)品的模塊在進(jìn)行重新組合時(shí)，能夠形成新的系統(tǒng)，主要體現(xiàn)在產(chǎn)品構(gòu)件的功能上，不僅能夠提高產(chǎn)品在廢舊后零部件的回收利用率，還能有效地對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行替換、更新。生命周期設(shè)計(jì)體現(xiàn)在產(chǎn)品的性能方面，降低產(chǎn)品的成本要求和強(qiáng)化環(huán)境保護(hù)等方面，在這之中包括產(chǎn)品的回收利用、產(chǎn)品的更新替換、污染物的處理等問(wèn)題。可拆卸設(shè)計(jì)是指產(chǎn)品能夠進(jìn)行有規(guī)律的拆卸工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品性能的維護(hù)和管理，使產(chǎn)品可以設(shè)計(jì)改裝。

4 綠色設(shè)計(jì)理念對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的優(yōu)化分析

4.1 優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)原料的選擇

在綠色設(shè)計(jì)理念的指導(dǎo)下，要求機(jī)械產(chǎn)品涉及的原材料基本上符合可回收再利用的要求，其中環(huán)保材料是其最理想的材料。機(jī)械產(chǎn)品必定會(huì)涉及較多的金屬材料，這是無(wú)可避免的，但是在這些材料的選取過(guò)程中盡量減少放射性、毒性、刺激環(huán)境的材料的使用，并且為了減少原材料的回收成本，盡量減少原材料的使用種類(lèi)。

4.2 對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化

在綠色理念的指導(dǎo)下，機(jī)械產(chǎn)品需滿(mǎn)足回收利用、易于拆卸的要求，因此在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初就應(yīng)該充分考慮其組織結(jié)構(gòu)，并且優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)使其更好地滿(mǎn)足拆卸、回收的要求[2]。機(jī)械產(chǎn)品的組織結(jié)構(gòu)是機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)劣的主要依據(jù)，也是機(jī)械產(chǎn)品使用壽命完結(jié)后可拆卸、回收的前提條件，并且在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中更加注重產(chǎn)品總體結(jié)構(gòu)的可回收性研究。

4.3 優(yōu)化產(chǎn)品生產(chǎn)成本

原材料一直是機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)成本支出的主要項(xiàng)目，直接關(guān)系到機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)效益。將綠色設(shè)計(jì)理念引入到機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，在保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量的前提下，選取無(wú)污染、可以回收再利用的原材料，實(shí)現(xiàn)持續(xù)化生產(chǎn)，這樣既有利于減少資源的消耗，也降低了生產(chǎn)成本的支出；并且在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過(guò)程中優(yōu)化原材料的種類(lèi)，從而可以減少對(duì)原材料處理的費(fèi)用，達(dá)到優(yōu)化成本的目的。

5 機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)綠色化發(fā)展的思考

目前，綠色理念在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中并沒(méi)有得到充分地應(yīng)用，其效能沒(méi)有得到充分發(fā)揮。對(duì)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念的變革，不能單純地依賴(lài)于個(gè)人或者某個(gè)企業(yè)，而是需要全社會(huì)的共同參與。對(duì)國(guó)家而言，需要加大對(duì)綠色設(shè)計(jì)理念的宣傳，并且制定一系列扶持政策，提高機(jī)械行業(yè)轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)計(jì)理念的積極性，在科技、資金以及政策上予以?xún)A斜，促進(jìn)機(jī)械產(chǎn)品綠色化發(fā)展。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，將綠色設(shè)計(jì)理念引入到機(jī)械設(shè)計(jì)中具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，不僅有利于提高產(chǎn)品的科技含量，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的回收再利用，為機(jī)械行業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益，還有利于保護(hù)環(huán)境，減少生態(tài)資源的消耗，符合社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的要求。

【1】何望，王宏.機(jī)械設(shè)計(jì)中綠色理念的滲透[J].知識(shí)經(jīng)濟(jì)，2012(24):102-102.

【2】李寧，陳鵬沖，李朋陽(yáng)，等.淺談綠色理念在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2015(33):1671.

Optimization of Mechanical Design Based on the Concept of Green Design

QIAN An-qiang

(Weifang Keda Chemical Engineering Design Co.Ltd.,Weifang 262400,China)

In recent years,China's economy has developed rapidly,and people's material and cultural life are greatly satisfied.At the same time,the natural ecological environment is under great pressure.Furthermore,environmental pollution,resource depletion and other ecological problems have seriously threatened the social development.Sustainable development and green development have become the important subjects.Machinery industry has been the backbone of social development,but also the main industry to consume resources,destruct the environment.In order to adapt to the social development,it is necessary to introduce the green design concept to the machinery industry.

green design;mechanical design;optimization;application

TH122;TH16

A

1007-9467（2016）08-0148-02

2016-07-25

錢(qián)安強(qiáng)（1981～），男，山東濰坊人，工程師，從事機(jī)械設(shè)計(jì)與研究。