基于绿色设计理念的机械优化设计

钱安强

(潍坊科达化工工程设计有限公司，山东潍坊262400)

基于绿色设计理念的机械优化设计

钱安强

(潍坊科达化工工程设计有限公司，山东潍坊262400)

近年来，我国经济高速发展，人们的物质文化生活得到极大的满足，与此同时，也给自然生态环境带来巨大的压力，并且环境污染、生态资源枯竭等问题已严重威胁到社会发展。可持续发展、绿色发展已经成为当前的主题。机械行业一直是社会发展的中坚力量，也是资源消耗、破坏环境的主要产业，因此为了适应当前社会发展要求，将绿色设计理念引入到机械行业中是十分必要的。

绿色设计；机械设计；优化；应用

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.081

1 引言

机械行业是社会发展过程中的一个重要方面，也是衡量一个国家综合实力的主要方面。机械设计制造作为一个系统的流程，其中设计理念以及其中的各个设计环节直接关系到机械产品的整体性能。机械设计是对产品的后续生产、对机械结构、机械材料以及运动原理进行综合考虑和研究，从而使机械产品满足使用功能的要求。然而，由于传统机械制造业存在着高污染、高能源消耗等方面的问题，为了实现机械行业的可持续发展，转变机械行业粗放型的发展模式，就必须对机械设计理念进行改革，从本源上满足绿色发展、可持续发展的要求。因此，将绿色设计理念充分贯彻到机械设计过程中，实现机械材料、机械结构以及机械性能的优化设计意义重大。

2 绿色设计理念分析

2.1 绿色设计理念的概述

绿色设计的发展时间还比较短，但是已经得到全社会的广泛关注，并且已经在众多行业中得到应用。绿色设计是将产品设计、制造以及使用过程中的环境影响放在首要的位置，并且将其作为产品设计的主要依据，对产品性能、质量以及使用寿命等物理性能进行设计[1]。绿色设计理念始终贯彻环境保护、资源节约的要求，坚持绿色环保，是对可持续发展理念进一步发展的产物，是一种全新的产品设计理念。绿色设计理念不仅仅包括产品的功能、使用寿命，它还充分考虑了产品设计、制造、使用过程中对环境的影响，并且对机械产品回收也进行了充分地考虑，以实现产品的绿色循环。

2.2 绿色设计与传统设计的区别性分析

传统的产品设计主要考虑的是产品的成本、功能、质量以及使用寿命等因素，基本上没有考虑产品在制造、使用过程中对生态环境的影响。以传统设计理念为根本的产品，使用寿命终结后回收率较低，并且基本上都会产生较大的浪费和污染。绿色设计理念与传统的设计理念有很大的不同，在产品设计之初就已经充分考虑了产品的能源消耗、环境保护以及回收利用等问题，它对传统的设计理念进一步深化、扩展，使其满足科学发展、可持续发展的要求。对当今社会而言，环境污染、生态恶化等问题已经威胁到人们的生存发展，各行业都应该采取积极的措施，保护和改善人们的生态环境。因此对于机械产品而言，就应该从设计阶段将环境和资源因素加入其中，改变原来单一化的设计理念，采用多方位、全面化的发展理念。因此绿色设计理念需要考虑的因素，既包括传统理念需要考虑的产品功能、产品成本以及产品的使用寿命，还要考虑产品的环境影响。绿色设计与传统设计对比如图1所示。

图1 绿色设计与传统设计对比图

产品设计是为了满足某项生产需求而出现的，因此，功能性一直是产品设计的基础，无论是在传统设计还是绿色设计中都占据首要位置。而环境因素融入产品设计中，充分考虑了产品在制造和使用过程中对环境的影响，从源头上提高产品的环保性能，减少对环境的破坏。产品设计的成本也是产品设计的基本内容，并且直接关系到产品的盈利能力以及市场适用性，如果产品成本过高，该项设计的实用性将会大打折扣，产品设计缺乏科学性，因此，在产品设计的过程中一定要充分考虑产品的成本以及使用寿命。

目前，人们将绿色设计理念称为生态设计理念、自然设计理念等，主要是通过资源的重复利用、回收等减少资源的消耗，实现对生态资源的保护[2]。因此，在机械产品的设计过程中，主张机械产品的回收利用，从而减少资源的浪费，实现可持续发展。并且绿色设计理念还要求在设计的过程中要对市场进行充分地调研，然后再依据产品的性能要求构思设计方案。同时要严格审查设计方案和图纸，使绿色设计理念充分地体现其中，践行可持续发展。

3 机械设计中绿色理念的应用分析

3.1 绿色理念在机械设计准备阶段的应用

机械设计是一个系统性的工程体系，为了设计出满意的机械产品，必须做好准备工作，为后续工作的开展奠定基础。机械产品前期的准备工作主要就是设计方案的制定，直接指导后续产品的设计流程。在机械设计过程中引入绿色设计理念，也就是在机械产品先进设计理念和先进设计技术的基础上，充分考虑自然因素、生态因素等方面，以实现可持续发展为基础原则。基于绿色设计理念的机械设计在满足产品使用性、经济性的基础上，还赋予它生态环保性。

为了达到机械产品设计的绿色要求，在设计准备阶段可以从以下几方面入手。（1）提高对机械产品设计成本的分析。为了能够充分回收机械产品，必须在机械产品设计之前就做好产品回收问题的准备工作，从而保证设计方案的合理性。因此，在产品设计之前必须做好产品污染物处理成本以及产品回收成本的分析，保证设计方案的经济性要求。（2）建立数字化管理系统，并且利用先进的数据技术构建一个先进的数据库系统，为设计工作的正式开展提供可靠和海量的数据资源。通过绿色数据的构建，既方便了设计人员进行数据存储，也有利于数据资源的分析和处理，从而对涉及的参数进行优化，为设计工作提供坚实的数据基础。

3.2 绿色设计材料的选用

绿色设计的应用基础就是机械设计制造当中选择绿色环保节约型的材料。在机械设计制造时，在材料的选择上，最主要的是要考虑材料选择对环境造成的影响，是否能够回收利用。同时考虑到材料的经济性、安全性以及材料之间的兼容性，实现产品功能的加强和对环境的保护。机械行业在对机械进行设计时，要保障选择的材料能够符合产品基本的功能需求，保证材料的实用性，材料的抗冲击性、耐高温性和防腐蚀性等基本性能。对有毒和危害人体健康的材料要进行去除，安排专业的人员对材料的性能进行审核，在进行机械制造时，做好对废旧材料的利用和处理工作。

3.3 绿色理念在机械设计实施方案中的应用

在当前绿色设计理念的应用中，其方案的设计和技术有很多种，一般包括3种设计方案，即模块化设计、生命周期设计和拆卸设计。其中，模块化设计指的是产品的模块在进行重新组合时，能够形成新的系统，主要体现在产品构件的功能上，不仅能够提高产品在废旧后零部件的回收利用率，还能有效地对产品的结构进行替换、更新。生命周期设计体现在产品的性能方面，降低产品的成本要求和强化环境保护等方面，在这之中包括产品的回收利用、产品的更新替换、污染物的处理等问题。可拆卸设计是指产品能够进行有规律的拆卸工作，实现对产品性能的维护和管理，使产品可以设计改装。

4 绿色设计理念对机械设计的优化分析

4.1 优化机械设计原料的选择

在绿色设计理念的指导下，要求机械产品涉及的原材料基本上符合可回收再利用的要求，其中环保材料是其最理想的材料。机械产品必定会涉及较多的金属材料，这是无可避免的，但是在这些材料的选取过程中尽量减少放射性、毒性、刺激环境的材料的使用，并且为了减少原材料的回收成本，尽量减少原材料的使用种类。

4.2 对机械设计结构进行优化

在绿色理念的指导下，机械产品需满足回收利用、易于拆卸的要求，因此在机械产品设计之初就应该充分考虑其组织结构，并且优化组织结构使其更好地满足拆卸、回收的要求[2]。机械产品的组织结构是机械产品设计优劣的主要依据，也是机械产品使用寿命完结后可拆卸、回收的前提条件，并且在机械产品设计中更加注重产品总体结构的可回收性研究。

4.3 优化产品生产成本

原材料一直是机械产品生产成本支出的主要项目，直接关系到机械产品的生产效益。将绿色设计理念引入到机械产品设计中，在保证产品设计质量的前提下，选取无污染、可以回收再利用的原材料，实现持续化生产，这样既有利于减少资源的消耗，也降低了生产成本的支出；并且在机械产品设计的过程中优化原材料的种类，从而可以减少对原材料处理的费用，达到优化成本的目的。

5 机械设计实现绿色化发展的思考

目前，绿色理念在机械设计过程中并没有得到充分地应用，其效能没有得到充分发挥。对机械产品设计理念的变革，不能单纯地依赖于个人或者某个企业，而是需要全社会的共同参与。对国家而言，需要加大对绿色设计理念的宣传，并且制定一系列扶持政策，提高机械行业转变设计理念的积极性，在科技、资金以及政策上予以倾斜，促进机械产品绿色化发展。

6 结语

综上所述，将绿色设计理念引入到机械设计中具有重要的现实意义，不仅有利于提高产品的科技含量，实现产品的回收再利用，为机械行业创造更多的经济效益，还有利于保护环境，减少生态资源的消耗，符合社会可持续发展的要求。

【1】何望，王宏.机械设计中绿色理念的渗透[J].知识经济，2012(24):102-102.

【2】李宁，陈鹏冲，李朋阳，等.浅谈绿色理念在机械设计制造中的应用[J].建筑工程技术与设计，2015(33):1671.

Optimization of Mechanical Design Based on the Concept of Green Design

QIAN An-qiang

(Weifang Keda Chemical Engineering Design Co.Ltd.,Weifang 262400,China)

In recent years,China's economy has developed rapidly,and people's material and cultural life are greatly satisfied.At the same time,the natural ecological environment is under great pressure.Furthermore,environmental pollution,resource depletion and other ecological problems have seriously threatened the social development.Sustainable development and green development have become the important subjects.Machinery industry has been the backbone of social development,but also the main industry to consume resources,destruct the environment.In order to adapt to the social development,it is necessary to introduce the green design concept to the machinery industry.

green design;mechanical design;optimization;application

TH122;TH16

A

1007-9467（2016）08-0148-02

2016-07-25

钱安强（1981～），男，山东潍坊人，工程师，从事机械设计与研究。