基于機(jī)電產(chǎn)品的綠色設(shè)計(jì)探析

張紅江，賈金香

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 文昌校區(qū)，江蘇 徐州 221000）

0 引言

經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)自然環(huán)境的保護(hù)造成了一定的弊端，這樣就會(huì)造成嚴(yán)重的自然環(huán)境破壞，直接引起水土流失。隨著最近幾年環(huán)境問(wèn)題日益加劇，人們逐漸開始認(rèn)識(shí)到環(huán)境保護(hù)的功效。所以，我國(guó)也提出了可持續(xù)的發(fā)展戰(zhàn)略方針，希望通過(guò)一系列的戰(zhàn)略，能夠?qū)崿F(xiàn)資源的合理利用，并且還能有效的保護(hù)生態(tài)環(huán)境。在這樣的情況下，國(guó)家與社會(huì)資源保障部門等組織都在大力推動(dòng)環(huán)境保護(hù)的實(shí)施。這樣，在工業(yè)產(chǎn)品的制造與設(shè)計(jì)方面，也就提出了綠色設(shè)計(jì)與制造的概念，從而讓綠色設(shè)計(jì)與制造在機(jī)電產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用得非常的廣泛，同時(shí)，對(duì)于保護(hù)生態(tài)環(huán)境也提出了科學(xué)的參考意見。

1 機(jī)電產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)與制造的意義

在機(jī)電產(chǎn)品生產(chǎn)與制造，乃至于后期的使用過(guò)程中，都會(huì)存在部分工業(yè)廢料與工業(yè)垃圾。但是這一部分垃圾的出現(xiàn)，就可能嚴(yán)重的影響到環(huán)境，甚至還會(huì)阻礙周邊居民的日常生活。尤其是在我國(guó)正式進(jìn)入世界貿(mào)易組織之后，在面臨同等環(huán)境下的競(jìng)爭(zhēng)以及外貿(mào)侵襲的前提下，我們所需要考慮的就是一套機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造質(zhì)量水平，同時(shí)在兼顧現(xiàn)有技術(shù)水平和生產(chǎn)條件下，如何才能夠?qū)崿F(xiàn)綠色生產(chǎn)，這對(duì)于工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造是非常關(guān)鍵的一個(gè)問(wèn)題。所以，我國(guó)還需要給予重點(diǎn)的關(guān)注。在科學(xué)技術(shù)水平不斷發(fā)展的今天，在全球綠色設(shè)計(jì)與制造不斷成型的大趨勢(shì)之下，國(guó)內(nèi)的各個(gè)企業(yè)與科研機(jī)構(gòu)，也需要跟隨時(shí)代的步伐，能夠在自主研發(fā)的大前提下，不斷的向先進(jìn)的國(guó)家學(xué)習(xí)先進(jìn)的科學(xué)理念和相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)，這樣才能夠減少生產(chǎn)過(guò)程之中出現(xiàn)的工業(yè)廢料，同時(shí)也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)環(huán)境的合理保護(hù)，進(jìn)而在一定程度上降低環(huán)境污染帶來(lái)的負(fù)面影響，這樣在滿足我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的同時(shí)，也是目前機(jī)電產(chǎn)品制造與發(fā)展的主流趨勢(shì)之一[1]。

2 機(jī)電產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)思想

綠色產(chǎn)品，是基于綠色生產(chǎn)技術(shù)以及綠色機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品，其主要是與傳統(tǒng)的工業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行相互的比較，從而獲取一個(gè)概念。目前，在使用的過(guò)程中還沒(méi)有得到大范圍的認(rèn)證與推廣。在進(jìn)行綠色產(chǎn)品加工生產(chǎn)的時(shí)候，綠色產(chǎn)品面臨的主要問(wèn)題就是環(huán)境污染，其綠色環(huán)保主要表現(xiàn)在設(shè)計(jì)、使用以及制造等多個(gè)方面，如現(xiàn)代的綠色產(chǎn)品包含了綠色相機(jī)、綠色汽車、綠色建筑等一系列的綠色產(chǎn)品。

開展機(jī)電產(chǎn)品本身的綠色設(shè)計(jì)，主要是為了替身給產(chǎn)品的回收性和重用性，能夠降低資源的實(shí)際消耗量。

在開展機(jī)電產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)的時(shí)候，其本身需要面臨全生命周期，如圖1所示。為了能夠?qū)崿F(xiàn)綠色性能的保持，就需要在各個(gè)生命周期階段之中考慮到可能出現(xiàn)的環(huán)境問(wèn)題，這樣才可以滿足綠色機(jī)電產(chǎn)品真正意義上的制造，最終與綠色設(shè)計(jì)思想的實(shí)際需求相互配合起來(lái)。

圖1 綠色機(jī)電產(chǎn)品生命周期Fig.1 Life cycle of green electromechanical products

基于機(jī)電產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)思想，還應(yīng)該考慮到以下方面。

2.1 專注國(guó)家強(qiáng)制性的認(rèn)證制度

在選擇材料方面，應(yīng)該對(duì)于可降解的、安全沒(méi)有任何毒副作用的以及回收再利用的材料加以了解。

2.2 適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命

在科技進(jìn)步發(fā)展的前提下，通過(guò)調(diào)整和改變產(chǎn)品性能要求之后，新的科技成果在帶來(lái)體驗(yàn)的時(shí)候，會(huì)逐漸的縮短更新?lián)Q代的周期，這樣必定會(huì)面臨更多的資源浪費(fèi)，同時(shí)也會(huì)引起能源的大量消耗。因此，提升產(chǎn)品使用周期之后，如，智能升級(jí)設(shè)計(jì)，這樣就可以拓展產(chǎn)品本身的使用周期，從而實(shí)現(xiàn)能源和材料的大幅度節(jié)約，滿足使用需求。

2.3 實(shí)現(xiàn)保養(yǎng)回收機(jī)構(gòu)的建立健全

對(duì)于機(jī)電產(chǎn)品而言，應(yīng)該針對(duì)售后服務(wù)做好及時(shí)的處理，如升級(jí)、保養(yǎng)與維修，這樣也可以滿足使用周期的提升。目前，每一個(gè)家庭都會(huì)存在廢舊機(jī)電產(chǎn)品，如果處理不當(dāng)，就會(huì)直接形成垃圾。對(duì)于社會(huì)來(lái)說(shuō)，也面臨物質(zhì)浪費(fèi)的問(wèn)題，作為生產(chǎn)企業(yè)，就需要負(fù)責(zé)產(chǎn)品的整個(gè)生命周期，這樣才可以回收處理的有效開展，防范出現(xiàn)不必要的資源浪費(fèi)，同時(shí)也能加快產(chǎn)品的循環(huán)與再利用[2]。

3 機(jī)電產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)與制造的方法

基于環(huán)保意識(shí)，在機(jī)電產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)與制造中，就需要考慮到下述各個(gè)方面的內(nèi)容。

3.1 綠色材料的選擇

考慮到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，在綠色材料選擇的時(shí)候，就需要分析生產(chǎn)的實(shí)際需求、產(chǎn)品本身的功能以及消費(fèi)者的要求，并且，綠色材料還應(yīng)該迎合人與環(huán)境的和諧發(fā)展。有學(xué)者曾經(jīng)說(shuō)過(guò)，在開發(fā)、使用以及處理材料的時(shí)候，難免會(huì)出現(xiàn)材料影響環(huán)境的局面，所以，就應(yīng)該考慮到?jīng)]有任何副作用材料的使用。在加工中，優(yōu)先考慮容易加工的，同時(shí)還不會(huì)造成太大的浪費(fèi)與污染的材料。另外，適當(dāng)?shù)慕档彤a(chǎn)品材料的種類，這樣也有利于后續(xù)的回收與拆卸等一系列的處理。通過(guò)綠色材料的分析，其綠色設(shè)計(jì)與制造，才是選擇綠色材料的基本前提。如圖2所示的綠色環(huán)境協(xié)調(diào)性材料。

圖2 綠色環(huán)境協(xié)調(diào)性材料Fig.2 Green environment coordination materials

3.2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的拆卸設(shè)計(jì)

一般來(lái)說(shuō)，機(jī)電產(chǎn)品是由不同成分的材料共同組成，其本身的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時(shí)零部件種類較多。在淘汰與廢棄產(chǎn)品之后，如何進(jìn)行產(chǎn)品的有效拆卸與分類，回收可以利用的材料或者是零件，就成為機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)之中需要重點(diǎn)考慮的一個(gè)問(wèn)題。

針對(duì)拆卸式的產(chǎn)品回收與再生，其需要良好的產(chǎn)品拆卸性能，這是需要重點(diǎn)進(jìn)行分析的一個(gè)設(shè)計(jì)問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，應(yīng)該了解其實(shí)際的結(jié)構(gòu)，能夠認(rèn)識(shí)到拆卸本身的難易度，也就是說(shuō)，拆卸設(shè)計(jì)應(yīng)該囊括兩個(gè)主要的方面，即破壞性與非破壞性。目前，非破壞性拆卸是重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)方面。

一直以來(lái)，裝都不是現(xiàn)代制造行業(yè)重點(diǎn)進(jìn)行考慮的問(wèn)題，拆才是值得深思熟慮的一大因素。在產(chǎn)品使用壽命到盡頭之后，如果拆卸非常麻煩，就可能會(huì)對(duì)回收重用帶來(lái)直接的影響；就算是通過(guò)一系列的功夫，將其拆卸完畢，不僅浪費(fèi)的人力物力，同時(shí)也會(huì)對(duì)經(jīng)濟(jì)型帶來(lái)一定的影響。在開發(fā)與設(shè)計(jì)機(jī)電產(chǎn)品的初期，利用可拆卸設(shè)計(jì)，就是需要合理的進(jìn)行量化和研究，這樣就可以讓工藝減少零件數(shù)量，并且還可以提升其工藝性能，將成本與時(shí)間都控制在一個(gè)允許的范圍之內(nèi)。另外，在維護(hù)與回收產(chǎn)品的時(shí)候，還應(yīng)該將可拆卸設(shè)計(jì)本身的作用完美的發(fā)揮出來(lái)。在維護(hù)產(chǎn)品中，需要了解零件本身的拆卸是否會(huì)出現(xiàn)損壞，是否需要重新來(lái)進(jìn)行安裝。在壽命到盡頭之后，回收的過(guò)程中，需要實(shí)現(xiàn)材料和零部件彼此的快速分離，這樣才能夠滿足回收與優(yōu)化利用，同時(shí)也可以防范環(huán)境帶來(lái)的污染[3]。

在實(shí)際的拆卸環(huán)節(jié)，應(yīng)該重點(diǎn)的分析：第一，零部件不能是已經(jīng)出現(xiàn)損壞的，這樣才能符合可靠性的要求，同時(shí)也能滿足循環(huán)使用的需求。第二，不斷的優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠控制好產(chǎn)品的拆卸難度，并且控制好拆卸的時(shí)間，將回收的過(guò)程優(yōu)化，這樣也可以提升回收率。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，還需要注重不能與原則產(chǎn)生相互的沖突，并且需要根據(jù)實(shí)際情況，來(lái)考慮到各種影響因素，如功能、場(chǎng)合、結(jié)構(gòu)等方面，這樣才可以滿足設(shè)計(jì)的優(yōu)化，對(duì)于目前的拆卸設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，具體見圖3所示。

圖3 可拆卸性原則Fig.3 Principles of disassembly

3.3 產(chǎn)品制造工藝的優(yōu)化

在具體的工藝過(guò)程中，需要改變生產(chǎn)對(duì)象的尺寸、形狀以及相對(duì)位置，這樣才能夠讓其逐漸成為半成品，或者是成品。在投入正式生產(chǎn)之前，首先應(yīng)該考慮到工藝的設(shè)計(jì)，需要確保各個(gè)工序設(shè)備、裝配工藝等具體的內(nèi)容。傳統(tǒng)的工藝，在產(chǎn)品質(zhì)量得以保障的前提下，就應(yīng)該進(jìn)一步提升生產(chǎn)率。而綠色制造就是傳統(tǒng)工藝很好的發(fā)展與補(bǔ)充[4]。

針對(duì)綠色工藝規(guī)劃，需要考慮到整體性的加工設(shè)計(jì)規(guī)劃，這樣才可以改善各個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)綠色協(xié)調(diào)性的合理優(yōu)化，進(jìn)而滿足產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益需求。

3.4 產(chǎn)品包裝的設(shè)計(jì)

在包裝發(fā)展史中，人類放置物品會(huì)選擇不同的方式與不同的器皿。之前，我們會(huì)利用樹葉來(lái)進(jìn)行食物的包裹，現(xiàn)階段，則直接利用材料進(jìn)行處理，使得包裝逐漸成為我們不能夠缺少的一種形式。

綠色包裝，也就是環(huán)境友好型與生態(tài)型的保障，需要考慮到全生命周期之中不會(huì)帶來(lái)任何的傷害，并且還可以實(shí)現(xiàn)降解與再生利用，迎合可持續(xù)發(fā)展。在功能方面，產(chǎn)品表現(xiàn)在于：第一，減量化，在符合保護(hù)、物流以及銷售前提下，盡量控制材料的耗費(fèi)。第二，可以再生或者是循環(huán)利用，這樣能夠滿足多次利用的要求。第三，可以實(shí)現(xiàn)降解，對(duì)于不能夠回收包裝的，利用降解等技術(shù)，也可以滿足環(huán)境凈化的最終需求[5]。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，在工業(yè)革命以來(lái)，人們?cè)镜纳瞽h(huán)境以及生活方式出現(xiàn)了巨大的變化。尤其是進(jìn)入20世紀(jì)之后，人類面臨能源枯竭、資源，生態(tài)環(huán)境遭遇嚴(yán)重破壞等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。在我國(guó)，尤其是改革開放以來(lái)，上述問(wèn)題日益突出，在粗放型的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式下，國(guó)內(nèi)的能源利用率在全球的范圍內(nèi)都偏低，但是環(huán)境污染卻是相對(duì)嚴(yán)重的，所以，機(jī)電產(chǎn)品制造業(yè)的資源能源消耗比重相對(duì)較大，同時(shí)，也是主要的環(huán)境污染來(lái)源之一。所以，在進(jìn)行機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)的時(shí)候，基于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，還需要對(duì)產(chǎn)品的綠色性能加以考慮，能夠?qū)嵤┚G色設(shè)計(jì)，這樣就能夠有效的緩解機(jī)電產(chǎn)品帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題。