人类可持续发展视野下的机械产品设计趋势

侯昌青

【摘 要】机械制造业为整个国家的国民经济的发展提供了技术装备，其发展水平更是一个国家工业化程度的主要标志之一。可持续发展战略思想运用于制造业使得机械产品的绿色设计成为趋势。本文分析了人类可持续发展视野下的机械产品设计的绿色趋势，介绍了绿色设计的实施策略和几种设计方法。

【关键词】持续发展；机械产品设计；绿色设计

一、绿色设计是机械产品实现可持续发展的必然设计趋势

可持续发展战略思想运用于制造业，就要着眼于其发展的可持续性，改变原有单纯面向利润、面向成本的制造模式，转变为同时面向环境、面向资源的设计模式，即实行“绿色设计”。产品设计要改变“一次性”使用的设计概念，要认识到，我们所设计的产品，最终仍要返回生产制造系统，旧部件经过“再制造”后，重新使用于新机器制造中。

绿色设计是在当前面临的资源危机、环境危机和人口危机的总体局面下，基于不同的层面和角度而被提出的。目的是在社会、经济的协调可持续发展的前提下，在人类一社会一环境之间建立起一种协调发展的机制。从社会意识层面来看，在资源减少，不断加剧的生态危机等的情况下，人们的生存危机感越来越严重，同时绿色消费意识也逐渐增强，可以很形象的将绿色设计比喻为是人类在面临自身制造的生存危机时的一种补救。从经济效益层面来看，过去单纯依赖于资源消耗来提高经济增长的模式，加之生产成本的增加和越来越严格的地区性法规，已经开始转变为绿色生态型资源循环的经济增长模式。具体表现为“资源一产品一再生资源”这种循环的经济增长方式。创新技术层面来看，伴随着各种技术的发展，在对产品的设计目的，设计思想上，将环境的影响因子融人到其中，将需求和环境联系在一起，从这两个因素出发来设计产品。

二、绿色设计的实施策略

1.有效的绿色设计应在并行环境下实施，其实施过程具有闭环特性

绿色设计的实施，首先要实现人员的集成，即采用绿色协同工作组的模式，这是一种先进的设计人员组织模式。由于设计目标和涉及问题的复杂性，绿色设计应组织多专业，多学科（材料、设计，工艺、环境和管理等）的人员组成开发小组负责整个产品的设计，并要求设计小组内所有人员协调工作，并行交叉地进行设计。

2.绿色设计要实现有关信息与技术集成

实现绿色设计的关键是产品的信息集成和技术方法的集成。产品生命周期全过程的各类信息的获取、表达、表现和操作工具都集成在一起并组成统一的管理系统，特别是产品信息模型和产品数据管理。产品开发过程中涉及的多学科知识以及各种技术和方法也必须集成，并形成集成的知识库和方法库，以利于并行过程的实施。这两种集成能提供绿色设计所需的分析工具和信息，并能在设计过程中尽可能早地分析设计特征的影响、规划生产过程，从而提供一个集成的工程支撑环境。

3.绿色设计需要有一定的支撑环境

由于绿色设计是基于并行工程的绿色设计，因此其支撑环境应包括并行工程支撑环境和绿色设计支撑环境两部分。

4.绿色设计可通过设计网络来实现

每个设计人员在各自的工作站上既可以像在传统的CAD工作站上一样进行自己的设计工作，又同时可以与其它工作站进行通讯。根据设计目标的要求，既可以随时应其他设计人员的要求修改自己的设计，也可以要求其他设计人员修改其设计以适应自己的要求。这样，多种工作就可以并行协调地进行。

5.实例研究是绿色设计较为可行的方法

实例研究可以有效地表达和处理绿色设计中的环境因素，可从研究实例中为绿色设计提供设计参考和设计准则并及时跟踪市场变化，获取改进设计所需的信息。

三、机械产品绿色设计的方法

（一）选择环保型材料

1.尽量采用能再生利用的材料和资源

在各系统及部件设计中所选用的材料尽量是可回收、易分解、能再生而且在加工和使用过程中对环境无害的材料，特别是结构件的设计应尽可能采用比较容易装配和分解的大模块化结构和无毒材料，提高工程机械材料的再生率。

2.尽量采用低环境负荷材料

工程机械零部件设计中应尽可能不使用氟利昂（空调）、含氯橡胶、树脂及石棉等有害材料。如装载机驾驶室和内饰上使用难以自然分解且对环境有害的工程塑料及其它一些非金属材料都加重了资源浪费和环境污染；在仪表、散热器及蓄能电池等采购生产中，应尽可能减少或替代铅的使用量。因此在主机设计中一些附属零部件选用新型环保型材料很重要。

3.尽量采用废弃零部件处理污染小的材料

工程机械产品在设计初始阶段就要考虑报废件处理简单、费用低和污染小，零部件要解体方便、破碎容易，能焚烧处理或可作为燃料回收。

（二）机械产品设计功能上的绿色原则

机械的发展是人类进步的具体推动者，机械劳动取代人力劳动，但这种基本的取代已经满足不了人类的需求。机械产品的设计功能已经向系统化、智能化发展，即产品设计应综合程序设计、机电一体化技术与计算机的辅助指导完整结合起来。在日常生活中我们也可以设计出一些多功能结合于一体的产品，比较常见的办公室用小型打印与复印结合的一体机，既满足打印机的基本功能又具有复印机的基本功能，将二者结合到一起制造时，减少了很多零部件的重复，降低了生产成本。不仅如此，这些设计在使用过程中方便易操作，节省了机器本身的空间占有量，很多方面都满足绿色的原理。

（三）产品的可拆卸性设计

现代机械产品往往使用着多种不同材料，困而其拆卸就成为目前绿色设计研究的主要热点。田为不可拆卸不仅会造成大量可重复利用零部件材料的浪费，而且因废弃物不好处置，还会严重污染环境。拆卸在现代机械生产良性发展中起着重要的作用。已成为机械设计的重要内容可拆卸性是绿色产品设计的主要内容之一，它要求在产品设计的初级阶段就将可拆卸性作为结构设计的一个评价准则，使所设计的结构易于拆卸、维护方便，并在产品报废后可重用部分能充分有效地同收和重用，以达到节约资源和能源、保护环境的目的。可拆卸性要求在产品结构设计时改变传统的联接方式，代之以易于拆卸的联接方式，可拆卸结构设计有两种类型：一种是基于成熟结构的联接方法，如螺栓联接、键联接及过盈配台等；另一种则是基于计算机的目的设计方法，现在的研究已开发系统的可拆卸性评价指标体系，评价方法、拆卸结构设计准则，并开发相应的评价软件。

（四）长寿命、低能耗及减轻重量的设计

通常来说，延长产品寿命就等于减少了机械的生产量和降低其报废量，降低产品能耗可减少对环境的污染，而减轻产品重量即可减少材料和资源的消耗。要从减少环境负荷的角度尽可以考虑各系列产品同类零部件的互换性和通用性。为此应在保持主机各项性能参数前提下，尽量减少主机和附属作业装置或机具的体积和重量，提高动力传动系统零部件的强度和耐久性能，实现液压系统的轻量化和高效率。

四、结束语

机械制造业作为国民经济的基础和支柱产业，绿色设计不仅将为人类带来更多更环保的机器、装备和产品，而且能有效保护人类生活的环境和资源，造就人类社会的可持续发展。因此在机械产品设计中必须重视绿色设计理念的应用。

参考文献：

[1]刘光复.绿色设计与绿色制造[M].北京：机械工业出版社，2009.

[2]吕修海.制造业的必由之路-绿色制造[J].农机化研究，2011（7）.

[3]何光远.中国机械制造业面向新世纪的思考[J].机械管理开发，2009（2）.

[4]宋健.制造业与现代化[J].机械工程学报，2012（12）.