葉青

柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣西 柳州 545000

引言

近二十余年來，工業(yè)發(fā)展對環(huán)境造成的消極影響越發(fā)顯著，“碳達(dá)峰”及“碳中和”等理念逐漸開始受到整個社會的高度關(guān)注。為實現(xiàn)環(huán)保，促進(jìn)社會可持續(xù)發(fā)展，包括機(jī)械工業(yè)在內(nèi)的工業(yè)領(lǐng)域開始探索綠色設(shè)計理念的有效應(yīng)用，其目的是延緩資源枯竭的速度，降低工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的影響，在獲取經(jīng)濟(jì)效益的同時對環(huán)境保護(hù)也予以應(yīng)有的重視及關(guān)注，進(jìn)而實現(xiàn)人類社會的可持續(xù)發(fā)展。而為實現(xiàn)這一點，維系人與自然的和諧共處，在機(jī)械設(shè)計制造行業(yè)應(yīng)用綠色設(shè)計理念就顯得尤為重要。

1 綠色設(shè)計理念的內(nèi)涵

工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展初期，人類將發(fā)展工業(yè)的重點放在如何提升生產(chǎn)效率獲取更多經(jīng)濟(jì)效益上，對環(huán)境保護(hù)缺乏應(yīng)有的關(guān)注與重視，機(jī)械設(shè)計制造行業(yè)也是如此，其設(shè)計制造過程給環(huán)境造成了嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)，因此最初各個國家在推動工業(yè)化發(fā)展時均面臨著嚴(yán)重污染生態(tài)環(huán)境的情況，且多采用先污染、后治理的策略。然而早期給環(huán)境造成了污染再后續(xù)治理，面臨著數(shù)倍乃至十?dāng)?shù)倍于工業(yè)發(fā)展的成本投入，從整體上來看明顯得不償失，且并非所有的污染都能夠得到有效治理，同時一些難以挽回的污染也給人類帶來堪稱慘烈的災(zāi)難[1]。為降低以機(jī)械設(shè)計制造為首的各類工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境產(chǎn)生的影響，改變高能耗、高污染的現(xiàn)狀，綠色設(shè)計理念開始被應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中的各個領(lǐng)域，以產(chǎn)品回收利用、資源與產(chǎn)品循環(huán)利用和降低產(chǎn)品設(shè)計制造及使用過程中對環(huán)境的污染為原則，實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)及發(fā)展對環(huán)境影響的有效控制。從這一角度來看，綠色設(shè)計理念能夠推動工業(yè)生產(chǎn)方式及機(jī)械設(shè)計制造理念的變革，使之更符合低碳發(fā)展與循環(huán)發(fā)展的要求，進(jìn)而在工業(yè)發(fā)展過程中做好環(huán)境保護(hù)工作，推動人與自然和諧局面的實現(xiàn)。

2 綠色設(shè)計理念在機(jī)械設(shè)計制造中的重要性

綠色設(shè)計理念在機(jī)械設(shè)計制造中的應(yīng)用，有其獨特的重要性與價值。在經(jīng)過一段時間的發(fā)展之后，我國機(jī)械設(shè)計制造行業(yè)關(guān)于綠色設(shè)計理念已經(jīng)擁有了非常豐富的研究經(jīng)驗，且表現(xiàn)出一定的深度與廣度。由于市場處于動態(tài)發(fā)展過程中，因此傳統(tǒng)理念下開展的設(shè)計制造工作會面臨頻繁的試做和多種功能的大量修改，很容易出現(xiàn)設(shè)計、制造周期增加的情況，進(jìn)而給環(huán)境帶來顯著且沉重的負(fù)擔(dān)。在這種情況下，將綠色設(shè)計理念應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計制造中就有其獨特的重要性。

首先，基于綠色設(shè)計理念開展的機(jī)械設(shè)計制造工作，能夠提升行業(yè)獲取的經(jīng)濟(jì)效益。綠色設(shè)計理念更注重對原材料應(yīng)用及損耗的控制，且在產(chǎn)品設(shè)計時也充分考慮到產(chǎn)品回收及循環(huán)利用功能的實現(xiàn)，因此在貫徹綠色設(shè)計理念下機(jī)械設(shè)計制造產(chǎn)業(yè)不僅能夠進(jìn)一步獲得產(chǎn)能的提升，同時也能收獲良好的環(huán)境效益。

其次，當(dāng)今社會已經(jīng)將低碳與環(huán)保作為全球發(fā)展的主題，任何領(lǐng)域、任何行業(yè)在發(fā)展過程中都需要將環(huán)境效益作為重要考量因素，在無法保證實現(xiàn)應(yīng)有環(huán)保效益的情況下，具體產(chǎn)業(yè)的正常生產(chǎn)活動也會受到遏制甚至叫停。在這樣的社會背景下，機(jī)械設(shè)計制造產(chǎn)業(yè)要獲得長足發(fā)展，就需要高度重視綠色設(shè)計理念的應(yīng)用，來確保行業(yè)能夠同時兼顧經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益，降低機(jī)械設(shè)計制造過程中揮發(fā)物、懸浮物及其他有害物質(zhì)產(chǎn)生的數(shù)量，最終使機(jī)械設(shè)計制造產(chǎn)業(yè)完全符合相應(yīng)的環(huán)保低碳要求及標(biāo)準(zhǔn)[2]。

最后，將綠色設(shè)計理念應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計制造中，意味著生產(chǎn)技術(shù)和科研力量將被以倒逼的形式實現(xiàn)向更高層次的演化與發(fā)展。為使機(jī)械設(shè)計制造能夠充分體現(xiàn)出綠色設(shè)計理念，并完全順應(yīng)相關(guān)要求及內(nèi)容，就需大幅增強(qiáng)技術(shù)裝備及生產(chǎn)工藝的研發(fā)力度，通過完善設(shè)計理念、優(yōu)化生產(chǎn)工藝、引入先進(jìn)技術(shù)等策略，來實現(xiàn)機(jī)械設(shè)計制造產(chǎn)業(yè)能源利用低碳化、生產(chǎn)過程清潔化、產(chǎn)品應(yīng)用循環(huán)化的特征。從當(dāng)前的發(fā)展?fàn)顟B(tài)來看，要實現(xiàn)這一步還需要長時間的投入與嘗試，也需要各方的共同努力，但就其前景所蘊藏的價值而言，機(jī)械設(shè)計制造產(chǎn)業(yè)在應(yīng)用綠色設(shè)計理念上的投入無疑是值得的。

3 綠色設(shè)計理念在機(jī)械設(shè)計制造中的具體應(yīng)用

3.1 機(jī)械制造材料的應(yīng)用

綠色設(shè)計理念在機(jī)械設(shè)計制造中的運用首先體現(xiàn)在材料層面。在運用綠色設(shè)計理念之前，機(jī)械設(shè)計制造產(chǎn)業(yè)在材料的應(yīng)用上僅關(guān)注材料的強(qiáng)度、可塑性、韌性等物理化學(xué)特性，其主要目的是確保應(yīng)用材料加工出的設(shè)備在性能上滿足該設(shè)備的運行需求，通常不考慮材料是否具有良好的環(huán)保性能。在綠色設(shè)計理念被運用之后，整個產(chǎn)業(yè)對材料的選擇變得更加慎重，除了要考慮材料的各方面性能之外，還要考慮材料是否達(dá)到應(yīng)有的節(jié)能環(huán)保要求。在運用綠色設(shè)計理念的過程中，機(jī)械制造材料的選擇依然以能否滿足設(shè)備使用需求為主要參考條件，同時考量制造工藝是否會對材料產(chǎn)生額外的影響，導(dǎo)致材料發(fā)生性能改變等[3]。這主要是因為不同的機(jī)械設(shè)備產(chǎn)品會需要采用不同的加工方式，其中某些設(shè)備部件會經(jīng)歷高溫高壓的生產(chǎn)工序，因此需要進(jìn)行詳細(xì)的計算，來確定生產(chǎn)工序不會對設(shè)備部件性能造成影響。此外，機(jī)械設(shè)備運行的環(huán)境也具有不確定性，但多數(shù)情況下均處于惡劣的工況中，因此需要考慮設(shè)備在生產(chǎn)過程或應(yīng)用過程中可能面臨的腐蝕等復(fù)雜情況，在材料的選擇上也就需要確保耐腐蝕性。在確保這幾方面性能的基礎(chǔ)上，就需要對機(jī)械制造材料的環(huán)保性能予以充分考量，這主要集中在材料的穩(wěn)定性上，要求材料在加工生產(chǎn)過程中或是投入運行之后不會大規(guī)模產(chǎn)生、揮發(fā)有害物質(zhì)，即產(chǎn)生的有害物質(zhì)數(shù)量應(yīng)在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，且越小意味著材料性能越優(yōu)異，并能夠在產(chǎn)品因其他原因淘汰后可被加工再利用，或是回收轉(zhuǎn)化為新的能源，如果達(dá)不到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)及要求，很多材料即使是在各項性能過關(guān)的情況下也不會被加以利用，一些高強(qiáng)度聚合材料制作的機(jī)械部件在這方面就非常具有代表意義。從社會整體發(fā)展?fàn)顩r上來看，我國高度重視綠色環(huán)保材料的研發(fā)工作，對機(jī)械設(shè)計制造行業(yè)中會造成嚴(yán)重環(huán)境污染的材料，都在大力研發(fā)其替代性材料，以使綠色設(shè)計理念充分貫徹到機(jī)械制造材料的選用工作中。

3.2 機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計的應(yīng)用

機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計對整個機(jī)械設(shè)計制造流程都有根本性的影響，其他內(nèi)容均是以這一工序的藍(lán)圖為基礎(chǔ)開展的，因此在產(chǎn)品設(shè)計階段運用綠色設(shè)計理念具有非常重要的意義。傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計如材料選用一般僅考慮機(jī)械設(shè)備功能、性能的實現(xiàn)，但在融入綠色設(shè)計理念之后，則需要以滿足設(shè)備功能、質(zhì)量及使用壽命為基礎(chǔ)，在具體設(shè)計過程中融入關(guān)于各項環(huán)保相關(guān)因素，并使之體現(xiàn)在產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)用的整個壽命周期內(nèi)。原則上機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計對綠色設(shè)計理念的運用需要以資源最佳利用、能耗充分控制、零污染影響、零加工損耗、實現(xiàn)最佳生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益為出發(fā)點和最終目標(biāo)[4]。因此在設(shè)計過程中會考慮設(shè)備后期應(yīng)用和回收的有效性，通過調(diào)整設(shè)備的裝配結(jié)構(gòu)，減少設(shè)備結(jié)構(gòu)中的強(qiáng)固定內(nèi)容，來使設(shè)備具有相應(yīng)的可拆卸性及回收利用性能；設(shè)計過程中也會重點考量材料的應(yīng)用，優(yōu)先選擇那些可回收的材料；在設(shè)計技術(shù)上會盡可能應(yīng)用虛擬現(xiàn)實設(shè)計技術(shù)，通過建立設(shè)備零件的3D建模并加以組裝、試運行，找出設(shè)備在設(shè)計層面存在的缺陷，以技術(shù)優(yōu)勢全面模擬設(shè)備的性能、運行策略、生態(tài)環(huán)保價值、可回收性等眾多特性，避免大量試制造成的材料損耗，在設(shè)計過程中進(jìn)一步體現(xiàn)綠色設(shè)計理念，為產(chǎn)品的有效應(yīng)用及使用壽命提供可靠保障。

3.3 機(jī)械界面系統(tǒng)的應(yīng)用

綠色設(shè)計理念在機(jī)械界面系統(tǒng)中的運用同樣十分重要。對于用戶而言，機(jī)械界面系統(tǒng)是與他們直接進(jìn)行交互的系統(tǒng)，因此界面的簡約程度及功能的完善程度直接影響到用戶對機(jī)械設(shè)備的評價。在機(jī)械界面系統(tǒng)中對綠色設(shè)計理念的運用，首先需要設(shè)計工作者調(diào)查、研究用戶的設(shè)備使用狀況及使用需求，充分把握用戶的心理特征，以此為基礎(chǔ)設(shè)計界面系統(tǒng)；其次則需要保證界面布局的合理性與簡潔程度，使用戶能夠以簡單快速的方式應(yīng)用機(jī)械設(shè)備；再次則是做好機(jī)械界面系統(tǒng)的優(yōu)化工作，提升整個系統(tǒng)的運行效率，能夠?qū)τ脩舻母鞣N操作快速做出反應(yīng)，提升用戶的使用體驗；最后則是在界面系統(tǒng)中明確整個機(jī)械設(shè)備的功能說明及指引，使用戶能夠充分了解不同操作的功能與作用，這就需要對屏顯及操作流程進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而在機(jī)械界面系統(tǒng)設(shè)計中體現(xiàn)綠色設(shè)計理念。

3.4 機(jī)械液壓系統(tǒng)的應(yīng)用

液壓系統(tǒng)是一種能夠提供強(qiáng)大輸出能力、有效實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的可靠系統(tǒng)，因此在機(jī)械設(shè)備及產(chǎn)品中的應(yīng)用具有普遍性。但就傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備的設(shè)計、應(yīng)用狀況來看，設(shè)計液壓系統(tǒng)時普遍具有粗放性的特征，因此在設(shè)備應(yīng)用過程中會因各種因素導(dǎo)致液壓系統(tǒng)受損，而液壓系統(tǒng)受損之后，液壓油的外漏會對環(huán)境造成顯著影響，且液壓油造成的污染難以有效治理、甚至難以實現(xiàn)充分控制。在此基礎(chǔ)上將綠色設(shè)計理念應(yīng)用在機(jī)械液壓系統(tǒng)中就具有其必要性，主要是以綠色設(shè)計理念為先導(dǎo)，重新設(shè)計機(jī)械設(shè)備的液壓系統(tǒng)，使之具備相應(yīng)的可靠性與穩(wěn)定性。在實際設(shè)計過程中，首先需做好對液壓油型號選用的控制，選擇滿足環(huán)境保護(hù)要求的合格液壓油，降低環(huán)境因液壓油面臨的風(fēng)險；其次是合理設(shè)計整個液壓系統(tǒng)，確保液壓系統(tǒng)支持回收再利用，通過循環(huán)利用的方式實現(xiàn)資源的有效節(jié)約；再次是合理控制液壓系統(tǒng)的污染程度及污染范圍，對液壓系統(tǒng)受損可能造成的污染予以充分考量，在設(shè)計液壓系統(tǒng)時為之配套設(shè)計防范液壓油污染的配套措施，確保液壓系統(tǒng)受損后造成的污染能夠在第一時間得到有效控制；最后則是對液壓系統(tǒng)運行中可能產(chǎn)生的噪聲予以充分考量，通過安裝穩(wěn)定可靠的噪聲控制系統(tǒng)，降低液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲污染。

3.5 機(jī)械視覺系統(tǒng)的應(yīng)用

在整個社會高速發(fā)展的當(dāng)下，人們在應(yīng)用機(jī)械設(shè)備的同時，也會對設(shè)備的外觀、形態(tài)提出一定的要求，這使得機(jī)械設(shè)計制造在實際設(shè)計過程中還需將產(chǎn)品的形態(tài)作為重點考量因素。當(dāng)前機(jī)械設(shè)計制造行業(yè)誕生的新產(chǎn)品，大多開始向著輕量化、智能化與生態(tài)化發(fā)展，而這種發(fā)展趨勢就很好地體現(xiàn)出綠色設(shè)計理念在機(jī)械視覺系統(tǒng)中的應(yīng)用。過去的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計通常不會考量產(chǎn)品的外形，因此大多顯得方正粗獷，有一種獨特的機(jī)械感與力量感，但這種形態(tài)也增加了機(jī)械產(chǎn)品及設(shè)備的維護(hù)成本。在綠色設(shè)計理念被運用到機(jī)械視覺系統(tǒng)中之后，機(jī)械設(shè)備及產(chǎn)品的設(shè)計還需要使其體現(xiàn)出應(yīng)有的人工形態(tài)，充分考量產(chǎn)品與周圍環(huán)境的融合性，因而應(yīng)最大限度地避免高消耗及高污染機(jī)械材料，以保證材料本身的綠色性與環(huán)保性[5]。在此基礎(chǔ)上還需要重視產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，這主要是由于不同材料的受力強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)形狀及受力點均有所不同，同時機(jī)械設(shè)備大多面臨著高負(fù)載的要求，因此需要從結(jié)構(gòu)上保證設(shè)備具有強(qiáng)大的支撐能力，并且要使設(shè)備在使用壽命結(jié)束后能夠進(jìn)行優(yōu)化重組和回收利用，降低對環(huán)境造成的影響。

4 結(jié)束語

綠色設(shè)計理念在機(jī)械設(shè)計制造中的應(yīng)用能進(jìn)一步開發(fā)資源利用的效率，同時也為機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量提供可靠保障。對于相關(guān)從業(yè)者而言，應(yīng)從材料、設(shè)計、界面、工藝等多角度入手，使設(shè)備創(chuàng)造最大化的綠色環(huán)保價值，進(jìn)而推動機(jī)械工業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。