绿色设计下的制造业产品创新应用

摘要：阐述了绿色设计的概念以及与传统设计理念的区别。强调了绿色设计是一种全生命周期的设计理念。从绿色产品的材料设计、绿色产品的制造工艺、产品的可拆卸设计、废弃产品的处理工艺以及绿色产品本身的特质等方面说明了产品绿色设计的思路，并简要说明了产品绿色设计的方法。

关键词：绿色设计；全生命周期；制造业；理念；方法

绿色设计（GreenDesign）也称生态设计（Ecolog－icalDesign）、环境设计（DesignforEnvironment）、环境意识设计（EnvironmentConsciousDesign）。绿色设计是指在产品设计时，应充分考虑在产品的整个生命周期内可能对资源和环境产生的影响，并在充分考虑产品的功能、质量、开发周期和成本的同时，更要优化各种相关因素，使产品及其制造过程中对环境的总体负影响减到最小，使产品的各项指标符合绿色环保的要求。其基本思想是：在设计阶段就将环境因素和预防污染的措施纳入产品设计之中，将环境性能作为产品的设计目标和出发点，力求使产品对环境的影响为最小。绿色设计的原则被公认为“3R”原则，即Re－duce、Reuse、Recycle，意即减少环境污染、减小能源消耗，产品和零部件的回收再生循环或者重新利用。在产品整个生命周期内，着重考虑产品环境属性（可拆卸性、可回收性、可维护性、可重复利用性等）并将其作为设计目标，在满足环境目标要求的同时，保证产品应有的功能、使用寿命、质量等要求。

1绿色设计的思想及方法

1.1绿色设计与传统设计

绿色设计的基本思想是在产品设计阶段就将环境因素和预防污染的措施纳入产品设计中，将环境性能作为产品的设计目标和出发点，力求使产品在整个生命周期中对环境的影响为最小。因而，绿色设计是一种“可持续生产”设计，是一种生产过程环境友好并且产品为绿色产品的设计手段。而传统设计在整个产品周期中，仅涉及到产品寿命周期的市场分析、产品设计、工艺设计、制造和销售以及售后服务等几个阶段，只考虑产品的功能、质量和成本等基本属性。由此可见，绿色设计追求的是一种全过程的绿色设计理念。其绿色产品设计通常包含以下内容：绿色材料选择设计，制造过程的绿色设计，产品的可回收性设计，产品的可拆卸性设计，产品包装的绿色设计，物流的绿色设计，服务的绿色设计，产品的回收利用设计等。可以看出，在产品的绿色设计中，从材料的选择到生产、加工流程的设计制定，从产品包装的设计选择，到发货运输等各个环节，均需考虑资源消耗及对环境的影响，从而设计并采用尽可能合理和优化的结构方案，使资源消耗和对环境造成的负影响降到最低。

1.2绿色材料的选择设计

1.2.1绿色无害生态材料的选择绿色产品材料要求尽可能采用天然材料，力求材料无污染、无毒害、无放射性，不能对人体和环境造成任何危害，即从用材入手选择有利于环境保护和人体健康的生态材料。

1.2.2产品的制备生产工艺在产品的生产制备工艺设计中，要充分考虑使用物、析出物等的环保无害要求，不使用甲醛、卤化物溶剂或芳香族碳氢化合物，产品不含汞及其化合物颜料、添加剂等。

1.2.3产品的可循环设计及废弃处理在产品的绿色设计中，首先，要充分考虑产品的可回收设计，综合考虑材料的可回收性、回收价值、回收处理方法等，在可能的情况下选用无污染的废弃材料，如拆卸回用的木材、回用的五金件等；其次，为配合产品的可循环利用，产品设计中要注重可拆卸性设计，以便使所设计的结构易于拆卸，便于维护更换，并在产品报废后易于回收利用；最后，对于达到寿命周期而不可用部分，需要有一定的工艺方法进行无害化处理，以使其对环境的影响降至最低。

1.2.4设计产品的绿色特质绿色设计不但要求在材质、工艺等方面的绿色设计，还追求所设计产品本身的绿色属性，即绿色产品应以改善生态环境、提高生活质量为目标，绿色无污染，有益于人体健康，产品功能多样化，在安全、环保、无污染、无辐射、阻燃防爆、消磁、抗静电等方面具有多项功能或优势。这也正是绿色设计理念的要求和目的所在。

1.3绿色设计的主要特征

（1）绿色设计是产品的全生命周期设计。这也是与传统产品设计的根本区别所在。传统的产品生命周期仅仅包括从产品制造到投入使用的各个阶段，而绿色设计则是将产品的生命周期延伸到了产品使用寿命结束后的回收重用及弃废处理的全过程。正是因为对产品生命周期的拓展，才使得设计者在绿色产品设计过程中，能够从宏观的角度、从全局的角度、从产品全生命周期的角度来思考与产品相关的环境问题、材料可循环利用问题、废弃物的处理工艺问题以及后续管理问题，等等。（2）绿色设计是闭环设计。传统设计是一种开放式设计，注重的是产品的功能实现，对其废弃后的处理等诸多方面均考虑较少。而绿色设计则要求在产品整个生命周期的各个阶段，必须设计并建立有效的反馈机制，即实现各个阶段的闭路循环，每一个环节均有始有终。（3）绿色设计是生态设计。绿色设计在其设计之初并贯穿至设计的整个过程中，必然要分析和考虑产品的环境属性，这是绿色设计区别于传统设计的主要特征之一。也正因为这样的设计机制，绿色设计产品可以从源头上减少废弃物的产生，有利于保护环境和维护生态系统平衡。（4）绿色设计是系统设计。绿色设计要求在产品的各个环节和各个层次上均需进行绿色设计，所以绿色设计是一种全局性系统性设计。如产品的可回收性设计、废弃物的处理工艺设计等等。

1.4绿色设计的主要方法

1.4.1减量化设计减量化设计是指在保证机床设计所要求的功能的前提下，采用现代计算机技术，对机床产品结构进行模拟分析，以期产品结构更加紧凑，所用原材料进一步减少，从而达到优化产品结构、节材减重、节能降耗的目的。减量化设计要求对机床结构做全面而科学的分析，准确计算机械部件所受载荷，在保证安全的前提下尽量降低安全系数，在不影响产品功能和安全的前提下，尽量简化零部件结构，减少原材料消耗。

1.4.2数控化设计传统普通型机床的传动系统中传动关系复杂，传动结构多而冗杂。而数控机床的传动系统采用交、直流主轴调速电动机，使得机床机构得到简化，且可有效减少噪音、振动、以及传动功率消耗。所以，对机床实施数控化设计也是提高机床绿色性能的有效设计方法之一。

1.4.3模块化设计模块化设计是对于不同系列、不同规格的产品进行分析归集，把功能相同或相似的部件进行功能模块化设计，再通过模块之间的组合实现更多更复杂的产品功能设计，满足不同客户的多样化需求。模块化设计是一种广泛应用的产品设计方法。该方法的优点主要有：①解决了产品的不同品种、不同规格问题，同时大大缩短了产品的设计、制造周期，降低了设计和生产成本；②方便产品快速更新换代，升级成本低，维修更换方便；③有利于产品寿命结束废置之后的拆卸、回收，方便进入后续弃废处理工序，有利于环保和生态平衡保持。

1.4.4循环设计循环设计亦即可回收设计（DesignforRecover－ing&Recycling），是在进行产品绿色设计时，充分考虑到产品零部件及材料回收的可能性，同时要综合考虑回收价值的大小，回收处理的方法，回收处理结构工艺性等与回收有关的相关问题，以达到零部件及材料资源和能源的充分有效利用，环境污染最小的一种设计思想和方法。

1.4.5热平衡结构设计机床热平衡结构是针对机床内外部结构进行对称结构研究设计，确保外部结构发热点位合理分布，确保内部冷却循环流动工作正常，保证机床的热平衡性，提高机床的加工精度，同时可有效减少热能对环境的污染。

1.4.6环境友好型设计环境友好型设计是指采用各种结构优化技术，以改善机床的绿色性能。如：在进行动力驱动装置的绿色设计中，采用新型的伺服驱动系统，可以有效地节能降噪，减少液压油的使用及可能带来的漏液污染；在床身结构等大型结构件设计中，更多采用钢板焊接结构来替代传统的床身铸造结构。该工艺可有效减少铸造工艺带来的环境污染和能源消耗问题；对于机床运行过程中有光污染、气体排放等的机床，设计中采用全密封护罩和油雾分离器、油冷机等，尽量减少污染的发生，有效减少热能对环境的污染；采用有效的切屑回收系统，分离铁屑与油污等。除此之外，还有组合产品设计，产品的可拆卸设计，绿色包装设计等，其基本内涵也大致如上所述。

2绿色机床产品工艺规划设计

绿色工艺规划设计意指面向环境友好的产品工艺设计。对于机床产品来说，绿色工艺规划设计是指通过对机床产品的生产制造过程的各工艺路线、工艺方法、工艺装备、工艺参数等进行优化和改善，提升工艺过程各个环节的环境友好性，即达到资源消耗最小化和环境影响最小化的绿色设计目标。实践和研究均表明，工艺方案的不同，对制造过程资源消耗和环境影响差异甚大。所以在绿色工艺设计中，对工艺方案的优化和对工艺参数的优化至关重要。其中，在工艺方案优化设计中，对于不同备选方案，应通过环境性、经济性等的综合评价，选出总体性能最优方案。工艺规划对机床制造过程的环境影响非常关键，必须要重视工艺方案的选择。

3结语

机床制造业实施绿色制造符合制造技术进步和资源环境社会发展的需求，同时也是我国制造业的一个重要发展方向，是实现“建设资源节约型、环境友好型社会”的重要手段，是我国从制造大国迈向制造强国的重要保障。

参考文献：

[1]黄德中.机床的绿色设计[J].机床与液压,2002,（6）：30-31.

作者：刘颖 单位：中国民用航空华东空管局山东分局