面向机电产品的绿色设计探析

徐 刚，宋颖慧

（中国矿业大学，江苏 徐州 221000）

0 引言

随着社会经济的不断发展，机电产品的生产与制造所发挥的作用逐渐增大，在进行机电产品绿色设计与制造的同时，我们需要对绿色制造的关键技术进行合理的分析与探讨，这样才可以对后续的具体设计有一定的借鉴意义。希望本文通过相关内容的阐述，能够对今后的行业发展有一定的借鉴意义。

1 绿色制造的关键技术

1.1 绿色设计技术

绿色设计一般指的是生态设计，在学术定义上指的是整个生命周期之中的生态属性，其主要指的是可回收利用等一系列的具体指标，在满足环境目标的同时，也能够满足产品应有的设计性能要求，从而让其达到既定的目标。绿色产品设计在一定程度上决定了绿色产品。生命周期之中出现的损耗，这就是绿色设计有别于传统设计的最关键特征。

1.1.1 绿色设计属于并行式闭环设计

绿色产品设计的闭环设计，与传统设计方式存在极大的差异，闭环设计能够实现信息的相互交换以及反馈，在一定程度上，能够将产品设计过程中多次修改的问题改善，同时，绿色产品设计对于产品的回收利用以及报废拆卸等方面进行了综合性的设计与考量，这样就使得从成型概念到最后的生产与回收利用形成了闭环设计[1]。

1.1.2 绿色设计是为了实现绿色产品的要求

绿色设计有利于环境的保护，能够维持生态系统的平衡，主要是为了实现绿色产品的具体要求。在整个设计与使用周期之中，首先需要考虑其概念，分析产品与工艺，了解其环境污染等副作用，这样才可以从根本上消除环境污染带来的影响。

1.2 绿色包装技术

绿色包装技术指的是基于减小环境污染的过程设计。绿色包装技术能够满足我国可持续发展战略的要求，基于绿色包装技术的具体原则，需要考虑：第一，减少包装材料。第二，使用包装材料，需要满足重复使用的要求。第三，进行能量的再次回收利用。目前，机电产品的包装材料使用中，合理的包装结构设计与材料的选择才是绿色包装的前提条件。良好的包装结构设计，可以减少包装材料，能够满足绿色包装的Reduce的原则。按照相关的统计显示，增加包装容器内部结构的强度，可以降低62%的包装费用，同时也可以节约54%的包装材料。同时，通过产品结构的改善，还可以满足包装设计的要求，并且也可以简化包装，减少材料带来的环境污染以及材料的实际消耗[2]。

2 机电产品绿色设计的核心内容

目前，机电产品已经深入人们生活的各个方面，但是废旧机电产品所带来的环境问题就一直困扰着人们。所以，针对机电产品进行绿色设计，就成为当前研究的重点。对于机电产品的绿色设计而言，其涉及到的内容较为广泛。为了让研究更有针对性，本章节主要是针对材料、拆卸、回收、绿色评价等关键性的内容进行了讲解。

2.1 材料选择

材料的选择是产品设计开发初期需要面对的问题，同时也是产品设计中需要进行的重要决策，其作为最直接的手段，能够帮助产品实现最小的环境影响。在选择机电产品绿色材料的时候，需要考虑到：第一，选择能够满足机电产品设计功能要求的材料，也就是刚度、强度、弹性模量等多个方面的物理量都需要符合产品设计的要求，并且还能够保证产品的使用性能与质量[3]。第二，充分考虑到对环境带来的影响，尽量选择容易降解、无毒害，可以再制造重新使用的材料，这样也可以满足机电产品的环境属性要求。针对机电产品进行绿色设计，其具体的材料选择要求见图1所示。

图1 绿色设计对材料的要求Fig.1 The requirements of green design for materials

2.2 拆卸性设计

传统的设计一般只会考虑产品装配性能的提升，但是却忽略了拆卸性能如何。正是因为有这一种传统设计理念的存在，导致很多废旧的机电产品在进行回收处理的时候，都没有一个良好的拆卸性结构，这样就可能无法让产品内部性能完好的零件进行再一次的回收重用，或者是完全呈现出无法回收的局面，导致资源出现严重浪费，并且出现恶劣的环境影响。所以，在进行机电产品绿色设计的时候，就需要重点的考虑产品的拆卸性能。拥有良好的拆卸性能，才能够让机电产品在今后报废处理的环节能够将零部件高效的拆卸下来，这样也方便零部件的回收与重用，同时也可以满足时间与成本的节约，并且还可以起到一定的环境保护作用[4]。所以，就目前的可拆卸性设计而言，其具体的内容见图2所示。

图2 拆卸性设计的内容Fig.2 Disassembly design content

通过上图2的具体内容可以看出，对于可拆卸性设计的研究，主要还是集中在拆卸序列的规划以及构建拆卸模型这两个方面，但是研究人员对于可拆卸序列的评价不够重视，对于在今后的研究之中还需要重点的关注对于机电产品的可行拆卸序列的评价。不过，考虑到不同的产品结构特点，所以针对不同的产品，还需要作出不同的拆卸设计，一般来说，拆卸设计应该遵循的原则见图3所示。

图3 拆卸性设计遵循的一般原则Fig.3 General principles for disassembly design

具体而言：第一，拆卸工作量最少。也就是说在确保产品质量的前提条件下，尽可能的减少材料的总类以及零部件的数量，这样就可以减少拆卸的时间；第二，结构可拆卸。这一原则是的是零部件之间连接应该选择同一种紧固的类型，尽量选择简单的方式来进行连接，并且在拆卸的过程之中还需要具备良好的可达性以及拆卸运动；第三，容易操作；第四，容易进行分离，其中主要包含了表面原则、识别原则、模块化设计原则以及标准件原则；第五，产品结构的可预估性原则。在使用产品的时候，由于各个方面的因素影响，就可能让产品的原始状态和最终状态出现不确定性的变化，这样就会增加拆卸的难度。结构的可预估性主要指的是避免将容易腐蚀以及容易老化的材料同可以进行拆卸和回收的材料放置在一起。避免需要拆卸的零部件受到污染或者是腐蚀的情况。

2.3 回收性设计

回收性设计主要指的是广义的回收手段和方法。考虑到机电产品应有的广泛性，所以我国的废旧机电产品的回收必定会成为具有良好前景的行业。所以，将机电产品回收效率提高，研究回收价值势在必行。机电产品零部件组成相对复杂，其包含了诸多类型，如容易造成污染，并且不容易降解的材料。所以，在进行废旧机电产品处理的时候，一般会选择填埋或者是焚烧的方式，但是这样无法满足环境保护以及资源节约的产品设计理念。反之，如果我们在设计产品的阶段就可以考虑到产品的可回收性，那么所设计出来的产品就会具有良好的回收性能。并且在其报废之后，还可以高效合理的回收其零部件，这样才可以满足资源节约，减少环境污染，同时还能够增加机电产品全生命周期的经济效益[5]。

针对机电产品的回收性设计，其主要内容和设计原则见图5与图6。

图4 广义产品回收系统Fig.4 Generalized product recovery system

图5 研究内容Fig.5 Research contents

图6 设计原则Fig.6 Design principles

2.4 绿色度评价

针对机电产品的绿色设计，主要是要考虑到设计出来的产品具有环境友好型和技术先进性。那么如何才能够判断一个机电产品是否属于绿色产品呢？目前，定量与定性分析相互结合的方式，就是目前最有效的方式之一。通过评价指标体系的建立，利用合理的评价方法，开展产品绿色度的评价，具体见图7所示。

在构建机电产品评价体系的时候，需要考虑到资源、技术、经济、能源等多个方面的内容，其本身属于多层次、多指标、典型的评价指标体系，如图8。因为机电产品的种类较多，所以，在设计产品的时候，需要根据实际的情况来对评价指标进行合理的增减，并建立相对应的评价指标体系。

在选择绿色度评价的时候，直接关系到产品绿色度评价的准确性和科学性。按照机电产品评价质保体系，机电产品的绿色度评价属于多指标的综合评价，目前，多指标评价的方法有很多，从适用的范围以及应用的特点出发，其包含了两个方面，主观评价与客观评价。单一的评价方法无法做到全面而准确，一般在解决中会考虑到将两种或者是两种以上的评价方法相互的结合起来，从而对机电产品的绿色度进行评价，这样才能让评价的结果更加满足真实情况的要求。

图7 产品绿色度评价过程Fig.7 Evaluation process of product greenness

图8 机电产品绿色度评价指标体系Fig.8 Evaluation index system of green degree of mechanical and electrical products

3 结束语

总而言之，在现代制造行业中，绿色制造是可持续发展战略的基本体现，综合特色就是绿色制造业的特色。在绿色制造与产品制造的应用之中，整体产品生命周期的设计，其使用与处置不会对环境带来过大的负面影响，并且其资源的利用效率较高，可以满足经济效益和社会效益的相互协调。随着社会大众环保意识的不断增强，越来越多的企业开始考虑绿色制造，相信绿色制造必定会成为制造业的未来发展主流方向。

[1]李委委.绿色产品设计在当代社会的全方位构建[J].生态经济，2013，2.

[2]杨茜.绿色产品设计的起源发展和研究现状[J].中国高新技术企业，2016，1.

[3]杨茜.基于生命周期评价的绿色产品工业设计评价体系研究[J].中国高新技术企业，2015，16.

[4]陈梦瑶，张仲凤.绿色产品设计中的材质情感研究[J].家具与室内装饰，2015，1.

[5]吉祥.面向产品绿色设计的知识建模及应用技术研究[D].浙江大学，2013.