面向產(chǎn)品綠色設計的材料選擇方法研究

趙曉彤 杜鶴民 高俊杰

摘 要：市場在不斷的發(fā)展變化之中，特別是在環(huán)境法的頒布之后，產(chǎn)品的設計綠色化設計理念深入人心，越來越成為許多企業(yè)的尋求可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，產(chǎn)品綠色設計在設計的過程中滲透了可持續(xù)發(fā)展的思想，在這種思想的引導下，環(huán)境保護與經(jīng)濟發(fā)展是不能割裂開來的。材料選擇就在綠色設計中扮演著很重要的角色。產(chǎn)品設計來進行綠色的實施和設計里面的重要的過程是不能少了綠色材料的選擇的，對于改善環(huán)境的性能，降低產(chǎn)品在有效的周期內(nèi)對環(huán)境的影響程度有一定的保護作用。

關(guān)鍵詞：產(chǎn)品綠色設計 材料選擇 方法研究

一、綠色設計材料選擇方法及特點

（一）經(jīng)驗和傳選材方法

材料選擇從大的方向來說就是材料的合適選擇，從小的方向就是從材料庫中挑選出符合市場的需要，達到產(chǎn)品功能相應的要求，材料可以達到滿足消費者需求，在先進的材料選擇方法中，包含著綠色環(huán)保的方面，使其在生態(tài)環(huán)境中促進社會的可持續(xù)發(fā)展。

根據(jù)經(jīng)驗來選擇材料通過自己的相關(guān)行業(yè)經(jīng)驗，或者是自己的直覺以及本身的設計經(jīng)驗，在一定的時間上查看相關(guān)的資料和手冊，做出最終的選擇。

傳統(tǒng)的材料選擇方法有下面幾種情況：

1.行業(yè)傳統(tǒng)選材法：涉及行業(yè)用材的方便性，行業(yè)傳統(tǒng)的選材習慣用的一種方法。

2.配方選材法：配方法曾經(jīng)在材料研發(fā)之中有過長期的應用，在經(jīng)過多次試驗和失敗之后才慢慢有了一定的結(jié)果，特別是在金屬材料的中的選材時候要尤其注意。這種方法由于需要耗費大量的時間、人力和物力，改早已不能適應現(xiàn)代社會和科學技術(shù)發(fā)展的要求。

3.類比法選材。類比法選材就是通過1司類產(chǎn)，f，l！用材對比分析，不同規(guī)格與尺寸大小的產(chǎn)品對比分析以及國內(nèi)外產(chǎn)。兄l對比分析后進行選材的力一法。

4.篩選法選材。師選法選材篩選法就足先經(jīng)過初步確定范>>I，然后再進行終選得到最佳材料的選擇方法。

傳統(tǒng)設計中材料的選擇主要考慮材料的機械性能、產(chǎn)品的使用性能（產(chǎn)品的功能、結(jié)構(gòu)要求、安全性、耐腐蝕性等）、產(chǎn)品使用的工作環(huán)境等因素的影響，或者是主要根據(jù)工程設計人員的經(jīng)驗進行，往往很少考慮產(chǎn)品與環(huán)境的協(xié)調(diào)性和兼容性，具有明顯的片面性和主觀性。雖然這些傳統(tǒng)的材料選擇方法在某些領(lǐng)域或時期有它們相對的優(yōu)勢。但是，傳統(tǒng)的材料選擇方法早己不能適應現(xiàn)代社會和科學技術(shù)發(fā)展的要求的事實是不可改變的。

（二）基于綠色設材料選擇的特點

傳統(tǒng)的材料選擇方法是基于綠色設計的材料選擇方法的基礎。沒有傳統(tǒng)的材料選擇方法，基于綠色設計的材料選擇方法就是空中樓閣。因為，任何產(chǎn)品都必須首先滿足其使用性能、技術(shù)性、和經(jīng)濟性等基本屬性，若拋開產(chǎn)品的根本屬性，只是片面的高談產(chǎn)品的環(huán)境性，是沒有任何現(xiàn)實意義的。只有在保證產(chǎn)品傳統(tǒng)設計目標（技術(shù)性和經(jīng)濟性）的前提下將環(huán)境意識設計融入到產(chǎn)品的總體設計中，并面向產(chǎn)品的生命周期全過程進行整體優(yōu)化，刁‘能使所設計的產(chǎn)品滿足綠色性要求，具有市場競爭力。

由于傳統(tǒng)的材料選擇早已經(jīng)不能充分滿足現(xiàn)代產(chǎn)品設計的要求，所以，必須在傳統(tǒng)材料選擇的基礎上進行完善，改變以考慮性能、經(jīng)濟原則為主的傳統(tǒng)選材思想。先進的選材思想應該是根據(jù)綠色產(chǎn)品設計的特點，遵循產(chǎn)品的功能屬性和綠色屬性的總原則，綜合考慮材料的市場需求情況、基本性能要求、特殊性能要求、經(jīng)濟性能要求和環(huán)境性能要素和美學性能等。

二、傳統(tǒng)設計中材料選擇的不足之處

傳統(tǒng)產(chǎn)品設計中材料選擇的不足之處，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1.所用材料品種偏多。例如一部自行車所使用的材料就有3040余種。由于僅僅考慮功能與經(jīng)濟性要求，往往使材料的種類偏多，而所用材料種類增加，不僅會增加產(chǎn)品制造過程中的負面影響，而且給產(chǎn)品廢棄后的回收處理也帶來諸多不便，造成環(huán)境污染。

2.很少考慮材料的加工過程及其對環(huán)境的影響。所選材料有的難以加工，能耗高，噪聲大；而各種有毒有害材料，如各種含鉛、鎳、鎬鋼的使用，其加工過程中產(chǎn)生的切屑、粉塵對環(huán)境會造成嚴重污染，并威協(xié)操作者的身體健康。

3.所用材料很少考慮報廢后的回收處理問題。例如現(xiàn)有各種塑料的使用，不僅種類繁多、性質(zhì)各異，使用后又很難處理，造成嚴重的白色污染。

4.沒有考慮所用材料本身的生產(chǎn)過程。材料生產(chǎn)過程往往會對生態(tài)環(huán)境造成嚴重影響，例如熱飲料杯有紙杯和聚苯乙烯杯，一般來說紙杯對環(huán)境保護有利，但美國人霍金在對紙杯和聚苯乙烯杯的生產(chǎn)過程研究后卻得出了完全相反的結(jié)論。

5.材料選擇以功能和經(jīng)濟性為主要目標，忽略了與材料的環(huán)境影響。例如氟里昂的大量使用導致了臭氧層的破壞，礦物燃料的燃燒使大氣中二氧化碳含量過高，產(chǎn)生溫室效應等。

綜上所述，傳統(tǒng)的材料選擇方法注重性能、功能、成本上的要求，而忽視了材料的環(huán)境性能這也是目前機械產(chǎn)品環(huán)境影響巨大的原因之一。

三、綠色材料的選擇

在綠色設計的材料選擇決策中，環(huán)境因素成為一個重要角色。環(huán)境材料領(lǐng)域

的研究工作可認為有兩個重要的分支，一個是綠色材料的開發(fā)。另一個重要研究

分支是產(chǎn)品及其零部件的基于環(huán)境意識的材料選擇方法即分析現(xiàn)有材料對環(huán)境的具體影響特征及影響程度大小，幫助設計人員進行材料選擇與決策評價。環(huán)境意識材料選擇除考慮到傳統(tǒng)設計過程的考量因素外，還要考慮到環(huán)境因素，歸納起來，有以下的基本原則：

1.使用性原則使用性能是保證產(chǎn)品完成規(guī)定功能的必要條件，在大多數(shù)情

況下，它是選材首先要考慮的問題。使用性能主要包括以下幾個方面：

（1）產(chǎn)品功能要求所選材料首先要滿足產(chǎn)品的功能和所期望的使用壽命。

（2）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)要求產(chǎn)品結(jié)構(gòu)要求對材料選擇有重要影響。

（3）使用安全要求材料選擇應充分考慮各種可能預見的危險。

2.選材的工藝性原則材料的工藝性表示了材料的加工難易程度。材料的工

藝性主要與材料的工程性質(zhì)和材料的加工工藝路線有關(guān)。材料的工程性質(zhì)主要包

括材料的強度（彈性模量、抗壓強度、抗扭強度、抗剪強度），材料的疲勞特性、剛度、穩(wěn)定性、平衡性、抗沖擊性等。

參考文獻

[1]劉光復，劉志峰，李剛.綠色設計與綠色制造[M].機械工業(yè)出版社，2016（10）：1-10.

[2]劉飛.21世紀制造業(yè)的綠色變革與創(chuàng)新[J].機械工程學報，2017，36（1）：7-10.

作者簡介

趙曉彤（1989—），女，漢族，陜西西安人，研究生，助教，研究方向：產(chǎn)品設計。