冀永曼

(新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南 新鄉(xiāng) 453000)

0 引言

機(jī)械制造是人類社會(huì)的重要產(chǎn)業(yè)之一,但在生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的高能耗、高污染等問題,嚴(yán)重威脅著生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展[1]。在全球變暖、自然災(zāi)害頻發(fā)、生態(tài)環(huán)境惡化等問題日益嚴(yán)峻的當(dāng)下,人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的意識(shí)與日俱增。隨著環(huán)保要求的提高和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇,傳統(tǒng)的機(jī)械制造模式難以滿足人們對(duì)環(huán)保、高效、安全等方面的需求,機(jī)械制造企業(yè)必須轉(zhuǎn)向綠色可持續(xù)的發(fā)展模式[2-4]。

在該背景下,綠色設(shè)計(jì)理念逐漸成為了機(jī)械制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵所在。綠色設(shè)計(jì)是指通過減少產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響,從而實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計(jì)方法。綠色設(shè)計(jì)注重產(chǎn)品的生命周期管理,通過在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、使用和回收等環(huán)節(jié)中考慮環(huán)保因素,降低產(chǎn)品的資源消耗、能耗、污染物排放等[5],提高產(chǎn)品的環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性。通過綠色設(shè)計(jì),可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的環(huán)保效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益的統(tǒng)一,提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和品牌形象,推動(dòng)社會(huì)朝著可持續(xù)發(fā)展的方向邁進(jìn)。因此,綠色設(shè)計(jì)成為實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造可持續(xù)發(fā)展的有效手段。

1 綠色設(shè)計(jì)原則

綠色設(shè)計(jì)是一種以可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)的設(shè)計(jì)方法,其核心理念是通過減少產(chǎn)品在整個(gè)生命周期中對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響來實(shí)現(xiàn)環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益的雙贏[6]。綠色設(shè)計(jì)注重從產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就考慮環(huán)境因素,包括材料的選擇、制造過程的能源消耗、使用階段的能源效率、廢棄物的處理和回收等方面。

1.1 周期思維

在綠色設(shè)計(jì)中,周期思維的實(shí)踐包括以下幾個(gè)方面[7]。

1)原材料的選擇。在選擇原材料時(shí),需要考慮其來源、采集方式、加工過程中的能源消耗和污染排放等因素,盡可能選擇環(huán)保的、可再生的原材料。

2)制造過程的優(yōu)化。在制造過程中,需要考慮能源的使用效率、廢水廢氣的排放控制、危險(xiǎn)廢物的處理等問題,盡可能減少對(duì)環(huán)境的影響。

3)包裝設(shè)計(jì)的優(yōu)化。在包裝設(shè)計(jì)中,需要考慮包裝材料的環(huán)保性、重復(fù)使用性和可回收性等因素,盡可能減少包裝對(duì)環(huán)境的影響。

4)使用階段的優(yōu)化。在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí),需要考慮產(chǎn)品的耐用性、維修性和節(jié)能性等因素,盡可能減少產(chǎn)品在使用過程中對(duì)環(huán)境的影響。

5)廢棄物的處理和回收。在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí),需要考慮廢棄物的產(chǎn)生量和處理方式,盡可能采用可回收的材料和可回收的設(shè)計(jì),提高產(chǎn)品的再利用率,減少對(duì)環(huán)境的影響。

通過周期思維的實(shí)踐,可以最大限度地減少產(chǎn)品在整個(gè)生命周期中對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響,實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

1.2 材料選擇

在綠色設(shè)計(jì)中,材料選擇是一項(xiàng)非常重要的工作。為了減少產(chǎn)品的環(huán)境負(fù)擔(dān),設(shè)計(jì)師應(yīng)該選擇具有可持續(xù)性的材料。這些材料可以是可回收、可再利用、無毒、無害、低能耗的材料。選擇這些材料可以降低生產(chǎn)過程中對(duì)環(huán)境的影響,同時(shí)減少對(duì)自然資源的消耗。此外,在設(shè)計(jì)中盡量減少材料的使用量,也是一種節(jié)約資源的行為。可持續(xù)性材料通常具有以下特點(diǎn)。

1)可回收性。材料可以通過回收、再加工的方式得到新的產(chǎn)品。例如,廢紙可以回收再利用,制成新的紙張。

2)可再利用性。材料可以通過重新使用的方式得到新的產(chǎn)品。例如,廢舊木材可以重新加工制成新的家具。

3)無毒、無害。材料在生產(chǎn)、使用和處理過程中不會(huì)對(duì)人體和環(huán)境造成危害。例如,采用無毒、無害的顏料和染料制造產(chǎn)品。

4)低能耗。材料在生產(chǎn)、加工和運(yùn)輸過程中能夠節(jié)約能源,降低碳排放。例如,使用節(jié)能型材料可以降低能源的消耗。

在選擇材料時(shí),設(shè)計(jì)師需要考慮材料的可用性、可回收性、成本、質(zhì)量和安全性等因素。設(shè)計(jì)人員還需要對(duì)材料的性能和特性有一定了解,以便在設(shè)計(jì)中合理使用材料,并確保產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性。此外,設(shè)計(jì)師還應(yīng)該盡可能減少材料的使用量,避免過度使用資源。

1.3 能源效率

在綠色設(shè)計(jì)中,能源效率是降低產(chǎn)品環(huán)境負(fù)擔(dān)的重要方面。設(shè)計(jì)師應(yīng)該在產(chǎn)品制造和使用階段盡可能地降低能源消耗,以減少對(duì)環(huán)境的影響,同時(shí)節(jié)約成本。

在產(chǎn)品制造階段,采用高效的能源設(shè)備和生產(chǎn)工藝可以降低能源消耗。例如,使用能效比較高的機(jī)器設(shè)備,選擇高效的生產(chǎn)工藝,采用智能化的生產(chǎn)管理系統(tǒng)等。此外,對(duì)于能源消耗比較大的環(huán)節(jié),如熔煉、加熱和冷卻等,設(shè)計(jì)師可以通過優(yōu)化工藝參數(shù)、改進(jìn)設(shè)備設(shè)計(jì)等方式來降低能源消耗。

在產(chǎn)品使用階段,設(shè)計(jì)節(jié)能的產(chǎn)品是提高能源效率的重要手段。例如,采用低功率的電子元件、使用高效的動(dòng)力系統(tǒng)、設(shè)計(jì)節(jié)能的照明系統(tǒng)等。此外,設(shè)計(jì)師還可以通過改進(jìn)產(chǎn)品的使用方式,如提高用戶的能源消費(fèi)意識(shí)、開發(fā)智能化控制系統(tǒng)等方式來降低產(chǎn)品的能源消耗。

1.4 減少廢棄物排放

減少廢物排放是綠色設(shè)計(jì)的重要原則之一。在設(shè)計(jì)中盡可能減少廢棄物的產(chǎn)生,可以降低環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。

在設(shè)計(jì)過程中,采用可重復(fù)使用的包裝材料是減少廢物排放的重要措施之一[8]。例如,使用可回收的紙袋代替一次性塑料袋,采用可重復(fù)使用的保護(hù)材料代替一次性泡沫塑料等。此外,在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能考慮廢棄物的處理和回收。例如,采用易于拆卸和回收的產(chǎn)品設(shè)計(jì),使廢棄物可以更容易地分離和處理。

除此之外,還可以采用“零廢棄”設(shè)計(jì)思想。即在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中盡可能減少廢棄物的產(chǎn)生,例如采用可再生材料、減少包裝材料的使用、設(shè)計(jì)可以回收的組件等。在產(chǎn)品制造過程中,也可以采用閉環(huán)生產(chǎn)系統(tǒng),使廢棄物得到循環(huán)利用。

2 綠色設(shè)計(jì)理念在機(jī)械制造中的應(yīng)用案例

當(dāng)今,越來越多的機(jī)械制造企業(yè)開始關(guān)注環(huán)境問題,推行綠色設(shè)計(jì)理念,以降低對(duì)環(huán)境的影響,本章節(jié)對(duì)在機(jī)械制造中應(yīng)用綠色設(shè)計(jì)理念的案例或企業(yè)開展分析。

2.1 捷普集團(tuán)

捷普集團(tuán)是一家致力于綠色制造的德國(guó)工程和科技公司,主要從事機(jī)械制造和工廠自動(dòng)化領(lǐng)域的創(chuàng)新。該公司在研發(fā)和生產(chǎn)過程中,注重可持續(xù)性和環(huán)保性,采用綠色設(shè)計(jì)理念,通過使用可持續(xù)性材料和節(jié)能技術(shù),實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境的最小化影響。

在制造機(jī)械設(shè)備時(shí),該公司選擇更環(huán)保的材料和零部件,例如使用可回收、可再利用、無毒、無害、低能耗的材料,并在設(shè)計(jì)中盡量減少材料的使用量。同時(shí),采用了高效的生產(chǎn)工藝和能源設(shè)備,以達(dá)到低能耗和高效率的生產(chǎn)。此外,該公司還注重減少廢物排放及廢棄物的處理和回收,采用可重復(fù)使用的包裝材料和設(shè)計(jì)易于拆卸和回收的產(chǎn)品,提高產(chǎn)品的再利用率,減少對(duì)環(huán)境的影響。

在實(shí)踐中,捷普集團(tuán)的綠色設(shè)計(jì)理念得到了有效應(yīng)用和驗(yàn)證。該公司的產(chǎn)品和生產(chǎn)工藝在能效和環(huán)保性方面得到了良好的表現(xiàn)和認(rèn)可,同時(shí)也為其他企業(yè)提供了可供借鑒和參考的案例。

2.2 通用電氣

通用電氣作為一家具有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的跨國(guó)綜合性企業(yè),在綠色設(shè)計(jì)方面的探索和實(shí)踐體現(xiàn)了其對(duì)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的承諾。在航空、醫(yī)療、能源等多個(gè)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)中,均融入了綠色設(shè)計(jì)理念,并在實(shí)踐中不斷探索和創(chuàng)新。

以通用電氣的空氣壓縮機(jī)產(chǎn)品為例,采用更環(huán)保的潤(rùn)滑劑和節(jié)能技術(shù),降低碳排放和節(jié)省能源。除此之外,通用電氣還通過改變?cè)O(shè)計(jì)理念,采用可持續(xù)性材料和節(jié)能技術(shù),提高產(chǎn)品質(zhì)量和環(huán)保性。例如,在醫(yī)療領(lǐng)域,通用電氣的醫(yī)療成像設(shè)備采用了可回收材料,設(shè)計(jì)可拆卸和易于清洗的組件,從而提高了產(chǎn)品的環(huán)保性和可持續(xù)性。

在未來,隨著社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的要求日益提高,綠色設(shè)計(jì)將成為企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要策略之一。通用電氣通過在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、材料選擇、生產(chǎn)工藝等方面的創(chuàng)新和實(shí)踐,為行業(yè)樹立了良好的榜樣,同時(shí)也在實(shí)踐中不斷推動(dòng)綠色設(shè)計(jì)的發(fā)展。

2.3 中國(guó)中車

中國(guó)中車是一家國(guó)有企業(yè),主要從事鐵路交通設(shè)備和工程機(jī)械的研發(fā)、制造和銷售。作為綠色設(shè)計(jì)的踐行者,該公司注重環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展,積極推進(jìn)節(jié)能減排,推動(dòng)綠色生產(chǎn)。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過程中,中國(guó)中車采用了一系列環(huán)保材料和節(jié)能技術(shù),提高產(chǎn)品的能效和環(huán)保性能。

在城市軌道交通領(lǐng)域,中國(guó)中車采用了多項(xiàng)綠色設(shè)計(jì)技術(shù),如能量回收制動(dòng)、智能能源管理系統(tǒng)等。其中,能量回收制動(dòng)是將車輛制動(dòng)產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為電能,儲(chǔ)存在電容或電池中,以便在車輛加速時(shí)重新利用,從而實(shí)現(xiàn)能源消耗的降低和碳排放的減少。智能能源管理系統(tǒng)可以對(duì)車輛能源消耗情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和管理,幫助提高能源利用效率。

除了城市軌道交通領(lǐng)域,中國(guó)中車在高速列車、城市綠色交通等領(lǐng)域也積極推進(jìn)綠色設(shè)計(jì)。在高速列車領(lǐng)域,中國(guó)中車的“和諧號(hào)”動(dòng)車組采用了多項(xiàng)節(jié)能技術(shù),如氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)、輕量化設(shè)計(jì)等,使列車的能效得到了顯著提升。在城市綠色交通領(lǐng)域,中國(guó)中車開發(fā)了多款新能源公交車,如純電動(dòng)公交車、混合動(dòng)力公交車等,實(shí)現(xiàn)了公共交通領(lǐng)域的碳排放減少和環(huán)保型可持續(xù)發(fā)展。

3 綠色設(shè)計(jì)在機(jī)械制造中的發(fā)展趨勢(shì)

隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和社會(huì)對(duì)環(huán)保的要求不斷提高,綠色設(shè)計(jì)在機(jī)械制造中的應(yīng)用也在不斷發(fā)展。綠色設(shè)計(jì)在機(jī)械制造中的發(fā)展趨勢(shì)主要圍繞以下幾方面開展。

3.1 資源節(jié)約

制造企業(yè)將更加注重資源的節(jié)約,采用更加高效的生產(chǎn)方式和設(shè)備,以減少能源和材料的消耗,從而降低對(duì)環(huán)境的影響。

3.2 可持續(xù)發(fā)展

制造企業(yè)將更加注重可持續(xù)發(fā)展,采用可再生資源和可回收材料,減少廢棄物的產(chǎn)生,提高產(chǎn)品的再利用率。

3.3 產(chǎn)品升級(jí)

制造企業(yè)將更加注重產(chǎn)品升級(jí)和創(chuàng)新,推出更加節(jié)能、環(huán)保的產(chǎn)品,以滿足消費(fèi)者對(duì)環(huán)保產(chǎn)品的需求。

3.4 國(guó)際合作

制造企業(yè)將更加注重國(guó)際合作,加強(qiáng)國(guó)際技術(shù)交流,引進(jìn)先進(jìn)的環(huán)保技術(shù)和設(shè)備,以提高企業(yè)的環(huán)保水平。

3.5 政策引導(dǎo)

政府將加強(qiáng)對(duì)環(huán)保產(chǎn)業(yè)的政策引導(dǎo)和支持,推動(dòng)綠色設(shè)計(jì)在機(jī)械制造中的應(yīng)用,促進(jìn)機(jī)械制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)論

隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng),綠色設(shè)計(jì)理念在機(jī)械制造中的應(yīng)用越來越受到關(guān)注和重視。本文首先介紹了綠色設(shè)計(jì)的概念和原則,包括周期思維、材料選擇、能源效率、減少廢物排放以及廢棄物的處理和回收。然后,通過具體的案例分析,闡述了綠色設(shè)計(jì)在機(jī)械制造中的應(yīng)用,包括采用可再生材料、節(jié)能降耗、減少廢物排放等方面的實(shí)踐。最后,探討了綠色設(shè)計(jì)在機(jī)械制造中的發(fā)展趨勢(shì),并呼吁更多的企業(yè)和個(gè)人參與到綠色設(shè)計(jì)的推廣中來,共同建設(shè)一個(gè)更加美好的生態(tài)環(huán)境。