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基于机械产品绿色设计的研究

2016/12/20    来源:互联网    作者:贺志博      
关键字:机械产品  绿色设计  关键技术  设计方法  
随着科技的进步与发展,现代机械设备的绿色设计作为机械制造业可持续发展的关键技术已经成为人们的共识。文章简述了机械产品的绿色设计理念及其重要性,以及绿色设计的关键技术和常用设计方法等。

    随着社会的发展,资源短缺、环境污染和人口膨胀成为当今全人类面临的三大问题。由于世界人口的不断增多和人们对物质生活越来越高的要求,以大量消耗资源、能源为代价的高投入高输出的发展模式已不能适应社会的发展;只有采用以资源的高效利用为特色的集约型发展模式,才是实现可持续发展的根本出路。与此同时过量开采和低效利用也造成了大量的废弃物,恶化了人类生存环境,甚至威胁到人的身体健康乃至生命。而绿色设计正是以资源的高效利用为根本出命。而绿色设计正是以资源的高效利用为根本出发点,使产品制造过程及整个生命周期对环境的不良影响降低到最小,从而实现人类的可持续发展。目前,以绿色设计和制造为主要特征的绿色浪潮正在席卷全球。

1 机械产品中的绿色设计理念及重要性

    绿色设计也称为生命周期设计、环境设计或生态设计等,是指在产品的整个生命周期内着重考虑产品的环境属性(可拆卸性、可回收性、可维护性、可重复利用性等),并将其作为设计目标,在满足环境目标要求的同时,保证产品应有的功能、经济、质量和使用寿命等要求。其核心是“3R”,即Reduce(减少)、Recycle(再生)、Reuse(重新使用),就是不仅要尽量减少物质和能源的消耗、减少有害物质的排放,而且要使产品及零部件能够方便地分类回收并再生循环或重新利用。

    工业设计在为人类创造了现代生活方式和生活环境的同时,也加速了资源、能源的消耗,并对地球的生态平衡造成了巨大的破坏。要从根本上防止或减少污染、节约资源,关键在于设计与 制造,不能等产品产生了不良的环境后果再采取措施(现行的末端处理End—to—Pipe即是如此),要预先设法防止产品及工艺对环境产生的副作用,然后再制造。机械产品绿色设计作为可持续发展战略的重要组成部分,有着重大意义:其一,有利于保护环境,维护生态系统平衡;其二,可以减少不可再生资源的消耗;其三,减少了废弃物数量及其处理的棘手问题;其四,是消除绿色 贸易壁垒的最有效途径;其五,是人类实现可持续发展的必然选择。

2 机械产品中性的绿色设计 

    2.1 机械产品绿色设计的关键技术

    2.1.1 绿色材料及其选择管理

    (1)绿色材料

    产品设计与材料使用密切相关。然而过去人们只是孤立地设计产品,即仅就产品的使用和性能来选材,很少考虑材料对环境的影响。绿色材料具有良好的使用性能或功能,并对资源和能源消耗少,对生态和环境污染小,有利于人类健康,再生利用率高或可降解循环利用,在制备、使用、废弃直至再生循环利用的整个过程中,都与环境协调共存的材料。它有三个显著特征:①良好的使用性能;②较高的资源利用率;③对生态环境无副作用(环境负荷值最小)。

    (2)选择方法和管理

    绿色材料的选择不仅应考虑到材料的机械性能、工艺性能和经济性,而且要把环境属性作为重要因素考虑在内。其原则是优先选用可再生材料,尽量选用易回收、低能耗、少污染、环境兼容性好的材料,提高资源回收率,实现可持续发展,避免选用有毒、有害和有辐射性的材料。在进行绿色设计时,不仅要正确选择材料,还要重视材料的管理。首先,要做好材料的标识标记,对不同种类、性能的材料要分类归存和管理,不能把含有害成分与无害成分的材料混放,以免引起材料间的交叉感染;其次,要做好材料的回收利用工作,对于达到生命周期的产品,其有用部分要充分回收利用,不可用部分要采用一定工艺方法进行处理,使其对环境的影响最小;再次,要建立材料数据库,包括材料性能数据库和材料环境负荷数据库,开发材料计算机管理系统。

    2.1.2 回收性设计

    所谓回收性设计,就是在产品设计时,充分考虑产品零部件及材料的回收可能性、回收处理方法、回收价值大小、回收处理结构工艺性,以及与可回收性有关的一系列问题,以达到零部件及材料资源、能源的有效利用,并在回收过程中对环境污染降为最小的一种设计思想和方法。其内容主要包括:可回收材料及其标志、可回收工艺及方法、回收经济性问题、可回收零件结构工艺性设计。其设计准则为:

    ①产品结构易于拆卸、维修与调整;

    ②可重用零件材料易于识别与分类;

    ③尽量选取可翻新的零件;

    ④被回收件清理的清洁化;

    ⑤尽量减少材料种类;

    ⑥系列化、模块化的结构设计。

    2.1.3 易于制造和装配的设计

    机械产品的结构设计,不仅要使产品更易于制造和装配,提高产品的品质和可维护性,充分减少零件数量,而且要更利于减少制造和装配过程所产生的环境污染,实现清洁生产。其设计准则为:

    ①优化产品性能,改进工艺,提高产品合格率;

    ②简化产品加工流程,减少加工工序,煤球生产过程中废料最少化,避免不安全因素;

    ③减少生产过程中的污染物排放,如减少切削液的使用或采用干切削加工技术。

    仍然以环境为最终目标,减少零件数量,把产品造得简单些和提高产品质量,延长使用寿命,都能减少产品对环境的影响。    

    2.1.4 可拆卸性设计

    可拆卸性设计,是指从产品或部件上有规律地拆下可用零部件,同时保证拆卸过程不造成损伤的~种设计方法学。它研究如何设计产品才能高效率、低成本地进行组件、零件的拆卸及材料的分类拆卸,以便重新使用及回收,它要求在产品设计的初级阶段就将可拆卸性作为结构设计的一个评价准则,使所设计的结构易于拆卸,维护方便,并在产品报废后可重用部分能充分有效地回收和重用,以达到节约资源和能源、保护环境的目的。其设计准则有:拆卸工作量最少、易于拆卸、易于分离、减少零件的多样性、产品结构 的可预估性准则。

责任编辑:马倩
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