輕化機械綠色設計理論

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1綠色設計的定義、原則與特點

1.1綠色設計的定義

綠色設計是以環(huán)境資源為核心概念的設計過程，即在產(chǎn)品的整個生命周期內(nèi)，優(yōu)先考慮產(chǎn)品的環(huán)境屬性（可拆卸性、可回收性等），并將其作為產(chǎn)品的設計目標，在滿足環(huán)境目標的同時，保證產(chǎn)品的物理目標（基本性能、使用壽命、品質(zhì)等）。綠色設計包含了產(chǎn)品從概念形成到生產(chǎn)制造、使用乃至廢棄后的回收、再用及處理的各個階段，即涉及產(chǎn)品的整個生命周期，是從“搖籃到再現(xiàn)”的過程。

1.2綠色設計的原則

綠色設計應遵循以下原則：即資源最佳原則、能源消耗最少原則、零污染原則、零損害原則、技術先進原則和整體效益最佳原則。

1.3綠色設計的特點

（1）設計目標。設計目標中除考慮功能、性能、品質(zhì)、成本等方面外，還必須考慮產(chǎn)品在整個生命周期過程中與環(huán)境和人的友好性；

（2）設計技術。除常規(guī)設計方法外，還必須采用拆卸設計、可回收設計、模塊化設計等新的設計思想和方法；

（3）設計評價。全面考慮從原材料提煉、材料加工、部件制造、產(chǎn)品的裝配、包裝、運輸、使用、廢棄后的回收、重用和處理等整個生命周期中，對環(huán)境造成的總負荷為最小；

（4）設計流程。是并行閉環(huán)設計。綠色設計中產(chǎn)品廢棄后，并不是作為垃圾排入環(huán)境，而是考慮通過重用、修理、再加工、回收等手段，重新應用于新產(chǎn)品的制造過程，從而使理想的綠色產(chǎn)品可以接近實現(xiàn)對環(huán)境的零排放。

（5）設計目的。兼顧需求和環(huán)境。

2綠色設計的重要意義

2.1提高產(chǎn)品競爭力

綠色設計的本質(zhì)特征之一，是在不影響產(chǎn)品的功能、壽命、品質(zhì)等傳統(tǒng)指標的前提下，通過技術和管理兩個途徑，提高資源及能源利用率的一種先進設計方法。從經(jīng)濟學的意義上講，綠色技術是一種產(chǎn)品降低成本、使技術或資源、能源相對增值的技術，即在同量資源、能源的前提下，綠色設計技術是力圖比傳統(tǒng)設計方法獲得更多更好產(chǎn)品，使生產(chǎn)過程由粗放型轉(zhuǎn)向集約型的充滿生命力的先進設計技術。

2.2減少企業(yè)風險

隨著社會對環(huán)保要求的不斷提高，造紙、制糖、皮革、釀造、洗滌等一系列廢棄物處理任務較重的輕工企業(yè)，如果不采用綠色設計的高性能機械，則隨時有著因環(huán)境問題被關、停、并、轉(zhuǎn)的危險，使企業(yè)的發(fā)展存在嚴重的隱患。反之，如果企業(yè)采用以綠色設計為基礎的輕工機械而實現(xiàn)清潔生產(chǎn)，則可為企業(yè)創(chuàng)造一個持續(xù)、穩(wěn)定、高效發(fā)展的空間。

2.3提高工作效率

采用綠色設計的輕工機械，還由于低噪聲、人機界面友好等，也可為現(xiàn)場工作人員提供良好的工作環(huán)境，提高工作效率。

3綠色設計的關鍵技術

3.1產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計

除了滿足普通產(chǎn)品的基本要求外，主要考慮結(jié)構(gòu)的易于拆卸與回收處理。拆卸是廢棄物回收的前提，回收則是廢棄物再利用的保證。其研究內(nèi)容包括：

（1）產(chǎn)品拆卸設計方法研究；

（2）拆卸評價指標體系的建立；

（3）拆卸結(jié)構(gòu)模塊的建立；

（4）零部件及材料分類編碼及識別系統(tǒng)的建立等。

3.2綠色材料設計

包括在環(huán)境中易光降解或生物降解材料的設計技術和天然材料的開發(fā)應用；在材料選擇方面，綠色材料是構(gòu)成綠色產(chǎn)品的基礎。其研究內(nèi)容包括：

（1）材料選擇的經(jīng)濟性分析；

（2）材料選擇對環(huán)境影響的定量化分析；

（3）材料綠色程度綜合評價理論和方法；

（4）材料相容性分析和優(yōu)化配備技術等。

3.3材料選擇與管理

盡量減少材料種類，盡量少用有毒有害材料和貴重稀缺材料，盡量做好材料分類管理和廢棄及邊角料的回收利用。

3.4產(chǎn)品環(huán)境性能設計

不同的產(chǎn)品有可能對環(huán)境有不同的影響，設計時應根據(jù)產(chǎn)品性能，盡可能滿足對環(huán)境的要求。如生產(chǎn)電冰箱，要求不用氯氟類的制冷劑和發(fā)泡劑，減少或消除酸洗、磷化過程中產(chǎn)生的環(huán)境污染物，降低能耗，減少噪聲等。

3.5產(chǎn)品資源性能設計

為了使產(chǎn)品的資源得到合理利用和配置。其研究的主要內(nèi)容是：（1）產(chǎn)品生命周期的資源消耗模型建立；（2）產(chǎn)品生產(chǎn)過程的資源消耗特性分析等。

3.6產(chǎn)品可拆卸，易回收設計

盡量采用模塊化設計、采用易于拆卸的連接方法，盡量減少材料表面的涂渡處理等；

3.7綠色工藝流程設計

通過采用可再生能源，提高能源利用率，加強能源的綜合利用及余熱回收；

3.8環(huán)境與社會成本評估

包括環(huán)境污染治理成本、環(huán)境恢復成本、廢棄物社會處理成本、造成人體健康損害的醫(yī)療成本等；

3.9綠色用能方案的設計

盡量采用可再生能源，提高能源利用率，加強能源的綜合利用及余熱回收；

3.10廢棄物再生、處理及其資源化

包括廢棄物的減量化、無害化，廢棄物的再生重有技術、廢棄物的深加工資源化技術等；

3.11綠色設計數(shù)據(jù)庫、知識庫及綠色設計集成工具等

包括材料性能數(shù)據(jù)庫、材料環(huán)境負荷數(shù)據(jù)庫、能源生產(chǎn)及利用環(huán)境負荷數(shù)據(jù)庫、國內(nèi)外法律法規(guī)及標準、量化評估指標體系、計算機輔助綠色設計工具等。

3.12典型綠色設計方法

（1）生命周期設計。即綜合考慮調(diào)研、研制、設計、制造、銷售、使用、回收、處理等生命周期中各環(huán)節(jié)，對環(huán)境及人的影響的設計方法；

（2）并行工程設計。利用并行工程技術，綜合考慮產(chǎn)品綠色設計中的各因素，并在設計過程中，隨時在各環(huán)節(jié)間進行信息交流和反饋，實現(xiàn)多因素、多目標、閉環(huán)設計過程的全局電優(yōu)化；

（3）模塊化設計。由此可實現(xiàn)功能和結(jié)構(gòu)的集成，進而實現(xiàn)綠色產(chǎn)品的快速開發(fā)及易拆卸、易回收的要求。

4綠色設計與傳統(tǒng)設計的根本區(qū)別

綠色設計與傳統(tǒng)設計的根本區(qū)別，在于將產(chǎn)品的環(huán)境性作為設計的主要目標之一。綠色設計包含產(chǎn)品從概念形成到生產(chǎn)制造、使用直到廢棄后的回收、重復使用及處理的各個階段的環(huán)境污染，也就是說涉及產(chǎn)品整個壽命周期。綠色設計要求，在產(chǎn)品的設計構(gòu)思階段，必須按環(huán)境保護的指標，選用合理的原材料、結(jié)構(gòu)和工藝；在制造和使用過程中，降低能耗、不產(chǎn)生毒副作用，并有利于拆卸和回收；回收的材料可用于再生產(chǎn)，對無回收價值的產(chǎn)品，可進行降低能耗、易于拆卸，使之重復利用和保護生態(tài)環(huán)境與保證產(chǎn)品的性能、品質(zhì)和成本的要求，列入同等的設計指標，并保證在生產(chǎn)過程中能夠順利實施。

5設計中應做好的基礎性工作

輕工機械涵蓋造紙、塑料、釀造飲料、乳品、皮革、服裝、陶瓷、制糖、洗滌、日用化工、日用玻璃、木工家具、刀片、包裝裝潢鐘表、五金、電池、照明電器、制鹽機械等。（1）紙漿、塑料、乳品、玻璃等物料的物性數(shù)據(jù)研究和物性數(shù)據(jù)庫建設；（2）鐘表、五金、照明電器等用戶直接消費型輕工機械，應充分運用人機工程學的研究成果，實現(xiàn)方便、美觀、保健兼顧的目標；（3）及時了解輕工行業(yè)與環(huán)境相關的法律法規(guī)及標準信息，把握其發(fā)展動態(tài)，隨時應對社會對輕工產(chǎn)品、輕工行業(yè)越來越高的環(huán)保要求所導致的對輕工機械綠色設計要求的提高；（4）輕工機械生產(chǎn)、使用過程中系列數(shù)據(jù)的獲取與整理；（5）開發(fā)造紙、釀造、乳品、皮革等行業(yè)廢液及廢氣的回收處理、再生和資源化新技術和新設備；（6）化工機械的綠色設計。化工機械設計涉及的各種耐腐蝕、空壓析理，攪拌機、離心機、閥門、塔等等。綠色設計在化工機械的設計與制造中，應分別考慮到其耐磨與安全使用為前提。

6綠色產(chǎn)品設計對機械制造業(yè)影響

綠色產(chǎn)品設計，不僅僅局限于產(chǎn)品設計的范疇，而且給整個機械制造業(yè)都帶來極大的影響。首先，綠色產(chǎn)品設計從產(chǎn)品設計初期，已經(jīng)對產(chǎn)品設計人員提出了更高的要求，即要求設計人員在產(chǎn)品構(gòu)思與設計階段，考慮降低能耗、再生資源和保護生態(tài)環(huán)境，可持續(xù)使用自然資源。其次，綠色產(chǎn)品設計對制造業(yè)也提出了清潔生產(chǎn)的要求，即指既可滿足人們的需求，又可合理使用自然資源并保護環(huán)境的實用生產(chǎn)力方法和措施。

7結(jié)束語

綠色設計是人類實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、擁有高品質(zhì)生存環(huán)境、享受健康生活的必然要求，也是未來技術經(jīng)濟發(fā)展的大勢所趨。輕化工機械的綠色設計，具有良好的應用前景。