工程機械的綠色設計與制造分析

張仕平

（佛山市南海九洲普惠風機有限公司 廣東佛山 528000）

0 引言

隨著社會經濟的發(fā)展，環(huán)境、資源矛盾越演越烈，綠色設計與制造逐漸成為一大趨勢。機械制造業(yè)的發(fā)展，不僅面臨著資源消耗量巨大的情況，也迫切需要解決環(huán)境污染問題，目前采用的“有污制污”、“末端治理”等方式無法從根本上解決制造業(yè)的環(huán)境污染、高能耗問題，由此綠色設計與制造應運而生。工程機械發(fā)展中，走綠色設計與制造之路是一個必然的選擇，是促進產業(yè)升級與可持續(xù)發(fā)展的重要措施，本文著重圍繞此展開具體分析。

1 綠色設計與制造理念分析

綠色設計與制造，是現(xiàn)代機械工業(yè)發(fā)展的必然要求。機械工業(yè)主要是為各行業(yè)發(fā)展提供裝備，是社會節(jié)能減排的重要源頭，根據相關統(tǒng)計顯示，機械工業(yè)生產耗能在工業(yè)總能耗中的占比達到1/5，同時部分高能耗機械設備服役期間的消耗大量能源，且易導致污染問題的產生，由此大力落實綠色設計與制造理念，貫穿工程機械設備全壽命周期，是實現(xiàn)機械工業(yè)轉型升級的重要途徑。

綠色設計與制造理念，指的是在充分考慮環(huán)境影響、資源效率的基礎上進行工業(yè)機械制造，其要求使用綠色材料、落實綠色設計、采用綠色生產技術，最終制造出綠色節(jié)能產品，同時采用再制造、再利用、回收循環(huán)技術，實現(xiàn)工程機械全生命周期的綠色管理。

圖1 基于綠色設計與制造理念的工程機械全生命周期過程

2 綠色設計與制造

本文分別從工程機械綠色設計與綠色制造兩個方面出發(fā)展開具體論述。

2.1 工程機械的綠色設計

綠色設計（Green Design-GD），將其應用于工程機械領域，要求從概念設計階段開展就展開全生命周期（設計、研制、生產、供貨、使用、拆卸回收過程）分析工作，系統(tǒng)考慮產品每一個階段及其內一個設計流程，有效提高資源利用率，減少污染。

2.1.1 綠色設計原則

綠色設計主要原則如下：

（1）Reduce（減少）原則：指的是產品設計階段進行精簡結構設計，減少生產資料、能源消耗。

（2）Reuse（回收）原則：指的是在產品報廢后依舊有一些零部件可回收，并用于產品局部替換等。

（3）Recycling（再生）原則：指的是對會回收資源進行合理規(guī)劃設計，使其成為新的產品，減少資源的浪費。

2.1.2 綠色設計要點

下文主要就工程機械的綠色設計要點展開論述：

（1）綠色視覺環(huán)境設計。

工程機械從材料與結構等設計開始，需全面落實綠色設計：

①材料：優(yōu)先選用可回收利用、可再生資源；無法使用上一種材料的情況下，優(yōu)選污染小、能耗低材料，若是出現(xiàn)必須使用具有毒害、輻射的材料時，產品包裝需注明，使用中落實相關防護工作。

②結構：工程機械結構設計時，充分考慮零件部件的可拆解性，提高回收利用率，同時產品可不斷重組、優(yōu)化。

③色彩、肌理：色彩、肌理附著于形態(tài)表面，兩者相輔相成，其是體現(xiàn)人文理念、傳遞綠色思想的重要途徑，視覺上的舒適性，可減少產品過度丟棄，間接減少資源消耗。

（2）動力裝置綠色設計。

動力裝置是工程機械的核心，綠色設計具體需從以下幾個方面入手：①發(fā)動機結構優(yōu)化設計，如：改進噴油器結構，促進燃燒，減少有害氣體排放；②優(yōu)選電力為動力，加大太陽能、天然氣等清潔能源的研究應用；③積極運用綠色設計理念加強發(fā)動機廢氣凈化技術研究，如：催化凈化技術、廢氣再循環(huán)技術等。

動力裝置綠色設計的關鍵在于尋求“節(jié)能”、“實效”、“環(huán)?！比咧g的一個平衡，也可說是集經濟性、技術性能和環(huán)保效應為一體。

（3）液壓系統(tǒng)綠色設計。

液壓系統(tǒng)是工程機械重要傳動部件，其對環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在工作介質泄露、噪聲以及能源浪費等方面。由此，液壓系統(tǒng)綠色設計要點包括：①重視密封設計，合理選擇液壓元件參數，加強密封結構改進；②選用無毒液壓油，加強液壓油回收再利用技術研究；③加強液壓系統(tǒng)集成設計，減少裝配零件數量，實現(xiàn)模塊化組合；④加強噪聲控制，制造期間需做好相關監(jiān)督管理。

（4）產品界面綠色設計。

工程機械操作界面，直接關系到實際工作狀態(tài)，若是因為誤操作的問題導致機械故障，將直接影響機械設備的壽命，導致相關資源浪費，由此針對產品界面綠色設計提出以下建議：①根據人的心理、生理特點進行系統(tǒng)化設計；②操作界面整體統(tǒng)一，簡單明了，具有高度的可識別性，便于操作人員理解；③加強操作界面引導性設計，縮短操作人員反應時間，提高效率。

2.2 工程機械的綠色制造

根據工程機械的制造與運用現(xiàn)狀來看，其特點可歸納為四個字：“重”、“大”、“粗”、“笨”，相應的制作工藝復雜、工期長、生產資料多且雜、回收利用困難，由此實現(xiàn)其綠色制造不僅必要且迫切，其可有效節(jié)省相關資源、減小對環(huán)境的污染，進一步促進我國工業(yè)綠色發(fā)展。

2.2.1 綠色制造戰(zhàn)略

綠色制造，是在保證產品功能、質量的前提下，綜合考慮環(huán)境影響、資源利用效率的現(xiàn)代制造模式，需要借助各種先進技術的運用確保產品在整個生命周期中不產生環(huán)境污染或是實現(xiàn)污染最小化，最大限度減少資源消耗，達到企業(yè)經濟效益與社會效益的協(xié)調統(tǒng)一，是人類可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在現(xiàn)代制造業(yè)中的體現(xiàn)。

綠色制造戰(zhàn)略可歸納為以下幾個字：“優(yōu)質”、“清潔”、“高效”、“低耗”、“安全”，具體包括“兩個目標”、“兩個過程”、“四項內容”、“三條途徑”：

（1）“兩個目標”：保護環(huán)境、節(jié)能和資源綜合利用。

（2）“兩個過程”：產品生命周期過程、物料轉化過程。

（3）“四項內容”：綠色設計、綠色生產過程及工藝、綠色產品、綠色資源和能源。

（4）“三條途徑”：管理途徑、技術途徑、市場及法律途徑。

2.2.2 綠色制造模式

工程機械的綠色制造主要可以分為以下三種模式：

（1）節(jié)約資源型制造模式。

此種綠色制造模式的核心在于“資源節(jié)約”，即：通過優(yōu)化生產過程，實現(xiàn)原材料的節(jié)約，提高資源利用率，如：在進行涂裝時，優(yōu)先選用粉末涂裝、電泳涂裝；積極使用表面修復技術，及時修復局部損傷，防止出現(xiàn)整體報廢的情況，造成資源的浪費。

（2）降低能耗型制造模式。

此種綠色制造模式的核心在于減少整個加工中能源消耗，如：熱處理的能耗大，可采用非調質鋼，減少調質處理工序，減小能耗，提高生產效率。

（3）環(huán)境保護型制造模式。

此種綠色制造模式的核心在于減少或是直接摒棄生產中對環(huán)境有危害的物質，如：涂裝作業(yè)時，粉末涂裝方法的應用，可有效減少油漆中“三苯”、重金屬含量；非調質鋼的應用，可減少廢液、廢氣的排放，減小對自然環(huán)境的污染。

2.2.3 綠色制造管理

在綠色制作過程中實施體系化管理，有利于更加系統(tǒng)、高效的實現(xiàn)綠色制造目標，具體管理措施如下：

（1）確定綠色制造方針。

（2）策劃建立綠色制造組織機構、職權分配，配備資源，規(guī)定程序制度。

（3）綠色制造實現(xiàn)策劃，根據相關法律法規(guī)要求等，確定綠色制造目標，合理選擇綠色制造模式，選擇合適的手段對綠色制造全過程進行績效監(jiān)測，為綠色制造目標實現(xiàn)及改進提供可靠支撐。

3 實例探析

本文僅以某機床設計與制造為例展開分析，基于綠色設計制造理念下機床全壽命周期過程見圖2。

根據圖2分析可知，本項目設計制造分為兩大部分：

圖2 綠色設計制造下機床全壽命周期過程

（1）機床設計制造，即正向設計，設計、制造與使用為三大重要過程：①機床設計：包括結構設計、材料選擇、綠色工藝設計、可靠性預測、剛度匹配設計、焊縫的長度研究等；②機械制造：包括零部件加工、整機裝配、機床包裝；③機床使用維修：通過收集機床故障信息，為可靠性分析提供數據支撐。

（2）機床再制造，即反向設計，機床回收后，對其性能能否提升做好分析判斷，可以則進行改造升級，反則拆卸分類。機床零件主要包括：大型鑄件、焊接件、導軌以及軸、齒輪、箱體、電機等，易損件直接作報廢處理，經測試性能差的零件進行材料回收，性能較好的零件，可進一步分為裝配維修使用與再制造。

在機床全壽命周期過程中，綠色設計制造理念主要可以歸納如下：①正向綠色設計過程中，對機床方案性能、可靠性、經濟性、環(huán)境污染性、資源消耗性進行綜合分析評價，若是不滿足綠色設計要求，將進行優(yōu)化處理；②反向綠色設計，實現(xiàn)了對機床的最大化回收與利用，通過零部件重新使用、再制造、材料再生產，極大的提高了資源利用率，減少了浪費。

4 結語

綜上所述，“綠色”已經成為當今社會發(fā)展的主流，在工程機械產品設計制造中，應將“綠色”理念充分融入其中，一方面要求提高設計方案的綠色性，設計出節(jié)能減排、降噪環(huán)保的工程機械設備；另一方面，還需更加關注制造過程中的能耗、污染問題，提倡節(jié)能降耗、清潔生產，真正實現(xiàn)產品全壽命周期的低碳環(huán)保，促進我國工業(yè)機械行業(yè)的健康發(fā)展。