王珊珊

河北省機(jī)械科學(xué)研究設(shè)計(jì)院 河北石家莊 050051

1 機(jī)電產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)的原則

1.1 最小能耗和污染的原則

最低能耗原則包括兩個(gè)方面。第一，從能源選擇的角度出發(fā)，要盡量使用清潔、可再生的風(fēng)能、太陽(yáng)能能源，避免不可再生的化石能源的使用，緩解化石能源消耗引起的環(huán)境危機(jī)。第二，從設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，力爭(zhēng)在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期中將能耗降至最低，確保設(shè)計(jì)時(shí)在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期中最大化發(fā)揮所選資源的作用。同時(shí)，機(jī)電產(chǎn)品的綠色設(shè)計(jì)應(yīng)貫徹“預(yù)防為主、治理為輔”的環(huán)保戰(zhàn)略。因此，設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮如何消除污染源，從根本上防止污染。

1.2 生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益最佳原則

綠色設(shè)計(jì)不僅應(yīng)考慮產(chǎn)品創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)利益，而且還應(yīng)從可持續(xù)發(fā)展角度考慮產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用中的環(huán)境行為對(duì)生態(tài)環(huán)境和社會(huì)的影響，及其帶來的生態(tài)效益和社會(huì)效益的喪失。換句話說，綠色產(chǎn)品的生產(chǎn)者不僅應(yīng)獲得良好的環(huán)境效益，而且還應(yīng)獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益，即最佳的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益。

2 機(jī)電產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)內(nèi)容

根據(jù)生產(chǎn)和使用機(jī)電產(chǎn)品的市場(chǎng)需求，要求產(chǎn)品的綠色設(shè)計(jì)必須滿足以下三個(gè)部分：機(jī)電產(chǎn)品在生命周期中對(duì)環(huán)境無污染，對(duì)人體無傷害；機(jī)電產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和功能在滿足生產(chǎn)需求的同時(shí)要做到能耗最小；機(jī)電產(chǎn)品在淘汰時(shí)必須是可回收的，并且可以翻新或重復(fù)使用。根據(jù)具體情況，如果不能翻新或重復(fù)使用，則需要一種安全的回收方法?？梢钥闯?，機(jī)電產(chǎn)品的綠色設(shè)計(jì)需要包括以下內(nèi)容：

2.1 機(jī)電綠色產(chǎn)品的描述和建模

建立機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)模型，根據(jù)機(jī)電產(chǎn)品的特性優(yōu)化設(shè)計(jì)，測(cè)量每個(gè)屬性元素，提出重量、材料消耗、體積等評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，并使用模糊評(píng)估來評(píng)估機(jī)電產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)的程度。

2.2 材料選擇

材料選擇是綠色設(shè)計(jì)必不可少的部分。這是產(chǎn)品開發(fā)過程中最早也是最重要的設(shè)計(jì)決策，也是減少產(chǎn)品對(duì)環(huán)境影響的重要手段。因此，綠色設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)師改變傳統(tǒng)的選擇程序和步驟，要選擇降低能耗、環(huán)境協(xié)調(diào)性好、污染少、環(huán)保的綠色材料，且要滿足產(chǎn)品報(bào)廢后易于回收、再利用或降解等條件。

2.3 產(chǎn)品的可拆卸、可回收設(shè)計(jì)

由于現(xiàn)代機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)材料不同，機(jī)電產(chǎn)品每個(gè)組件的生命周期也會(huì)有所不同。如果不可拆卸替換，則會(huì)造成浪費(fèi)。因此，機(jī)電產(chǎn)品部件可以設(shè)計(jì)為可拆卸的結(jié)構(gòu)，從而可以回收并更換高度磨損的部件，以避免浪費(fèi)。

3 機(jī)電產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 材料設(shè)計(jì)

在選擇綠色機(jī)電產(chǎn)品的材料時(shí)，應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)：①使用易于加工和制造的材料，以減少零件加工的難度和報(bào)廢率，并降低能耗；②盡量減少所用材料的種類，尤其是稀有和昂貴的原材料；③優(yōu)先使用便于回收或再利用的材料。

3.2 制造工藝

干切割技術(shù)作為對(duì)傳統(tǒng)濕切割生產(chǎn)方法的重大改革，是指在加工過程中不使用或少量使用切削液，并且控制環(huán)境污染源以使生產(chǎn)過程清潔環(huán)保的制造工藝。干式切割技術(shù)無需使用切削液即可進(jìn)行。切削液的傳統(tǒng)排屑、冷卻和潤(rùn)滑功能已被工具設(shè)計(jì)和制造等方法逐漸取代，不僅使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)得以簡(jiǎn)化，降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)切屑更加清潔干凈，便于回收利用和加工。干切割已成為綠色制造技術(shù)研究的熱點(diǎn)，并已成功地應(yīng)用于實(shí)際加工中。

3.3 微機(jī)電技術(shù)

微機(jī)電的關(guān)鍵技術(shù)是微加工技術(shù)。微加工是指加工規(guī)模在微米范圍內(nèi)的加工方法。具有體積小、精度高、重量輕、能耗低、效率高的優(yōu)點(diǎn)。適用于機(jī)電工業(yè)中產(chǎn)品的批量生產(chǎn)，可以降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染。

3.4 模塊化設(shè)計(jì)

模塊化設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)功能與結(jié)構(gòu)的集成，也是一種標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)。模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)為機(jī)電產(chǎn)品的快速升級(jí)和產(chǎn)品質(zhì)量的提高提供了必要的條件，以方便維護(hù)，并在產(chǎn)品磨損后便于產(chǎn)品的拆卸和回收。因此，在機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能使用模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化的組件。例如，在模具設(shè)計(jì)中，由于模具通常以多個(gè)品種、單個(gè)零件或小批量生產(chǎn)，因此標(biāo)準(zhǔn)的模具底座和標(biāo)準(zhǔn)零件解決了產(chǎn)品品種和規(guī)格、設(shè)計(jì)和制造周期以及生產(chǎn)成本之間的矛盾，為標(biāo)準(zhǔn)零件的重復(fù)使用提供了保證。

3.5 面向環(huán)境的設(shè)計(jì)方法

面向環(huán)境的設(shè)計(jì)方法是世界環(huán)保潮流中誕生的一種新產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念，其強(qiáng)調(diào)從根本上防止污染、節(jié)約資源和能源，關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)和制造，而不是等產(chǎn)生不利的環(huán)境后果之后再治理，應(yīng)積極采取預(yù)防措施。因此，必須在制造之前就采取措施防止產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。該技術(shù)涵蓋了以下方面：①綠色產(chǎn)品評(píng)估體系和方法研究；②綠色產(chǎn)品集成設(shè)計(jì)的理論與方法研究；③建立適用于規(guī)范和量化綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)的環(huán)境指標(biāo)；④建立綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)的材料和數(shù)據(jù)庫(kù)；⑤建立以回收為導(dǎo)向的產(chǎn)品拆卸設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；⑥可拆卸結(jié)構(gòu)的模塊化劃分和接口設(shè)計(jì)；⑦可回收的零件和材料識(shí)別和分類系統(tǒng)；⑧開發(fā)特定產(chǎn)品的系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具平臺(tái)。

3.6 面向能源的設(shè)計(jì)

面向能源的設(shè)計(jì)技術(shù)指優(yōu)化能源供應(yīng)驅(qū)動(dòng)方式，對(duì)能源回收和再利用的有效性進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析和優(yōu)化。各種能量的消耗最終以熱量消耗的形式排出。采用傳熱理論，并采用熱管、熱泵、儲(chǔ)熱相變材料等技術(shù)手段進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，有效回收余熱，提高其他環(huán)節(jié)的回用質(zhì)量。研究的主要內(nèi)容包括：①能源供應(yīng)形式與回收轉(zhuǎn)化形式的一致性和效率；②明確合理使用、分配和儲(chǔ)存回收能源的設(shè)計(jì)。

4 結(jié)語(yǔ)

綠色設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是產(chǎn)品對(duì)人和環(huán)境的友好性，對(duì)于機(jī)電產(chǎn)品，這種友好性主要體現(xiàn)在產(chǎn)品的高效率、實(shí)用性上。高效是指材料和能源的利用率高、危害小，這意味著更少的環(huán)境排放，更少的浪費(fèi)和更少的危害。實(shí)用性是指便于使用、安全、有益于健康并符合人體工學(xué)要求的產(chǎn)品。作為一種新的設(shè)計(jì)方法，綠色設(shè)計(jì)將成為21世紀(jì)機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主要特征之一，必將對(duì)人類的未來生存和發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。