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【摘要】绿色设计法是新背景下机械设计与制造环境友好型的保证。本文主要分析了绿色设计的概念，绿色设计的要求及优点，并就绿色设计方法的整个过程和意义进行了探讨。
【关键词】机械；设计；制造；绿色；设计法
机械制造行业在生产机器的同时会产生了大量的工业废水，废气，固体污染废物。随着企业家和技术人员以及普通大众环保意识的增长，人们意识到，如果继续经营这样一个庞大的机械装备制造系统而不作出改变，将不利于整个行业和社会的可持续发展，迫切需要探索符合环保，节能，能源，污染少的绿色的机械设计和制造方法，并采取相应的绿色模式，以适应社会发展所需要的绿色产品诞生的理念设计方法。
一、绿色设计的概念
绿色设计，也叫生态设计，环境设计和环境意识设计。进行绿色设计是为了减少产品的环境破坏度和更好利用自然资源，实现绿色拆解和可循环回收，可重用的设计目标。考虑到产品应具备的基本功能，经济和质量及其他因素，通常的传统的产品设计是根据产品的基本特性的功能、品质、生活、生产、产品开发周期，使用串行方法，即分析市场需求，再由设计部门对结果进行分析，最后由设计师对产品进行设计，并画在图纸上，另一个部门进行模具的设计和制造准备，采购部门按照要求进行采购，然后由生产部门进行生产、加工和测试，得到结果后，再对设计和工艺进行反复修改，最后进行再加工和再检测，直至符合要求。开发周期越长，产品的拆卸及寿命结束，回收就更困难，造成了大量的能源和资源浪费，并会污染环境。
绿色设计是人们基于现代科技文化所引起的环境及生态破坏的反思，它也是设计师道德和社会责任心的回归。
机械设计的绿色设计法包括好几个方面，具体见图1。
在绿色设计中要从选择产品材料、确定生产和加工流程，选定产品包装材料，直到运输到位等整个过程都要考虑资源消耗对于环境的影响，以找到最合理和最优化的结构和方案，最大限度的降低资源消耗和环境负影响。
二、绿色设计的要求及优点
（一）绿色设计的要求
绿色设计是一种全新的设计理念，并且它附带着一定的设计规则。首先，尽量做到以最少的使用原材料，最少的生物降解材料，以及很少或没有毒的物质材料来完成设计和制造。其次，产品在结构上要做到小而精简，尽量减少零件的使用数量。最后，实现生产过程的废物最小化，减少这个过程中的污染物排放量，采用先进的制造装置来减少使用的液体。
（二）绿色设计的优点
使用绿色设计可以实现最大限度地能源节约和材料资源利用；绿色产品设计可以实现材料数量和材料种类的最少使用；尽量简化设备结构，合理使用材料，并可最大限度地实现设备材料的再利用；最大限度地减少污染、保护环境；实现绿色产品从开发设计、生产制造到使用维护乃至报废后回收处理的各个过程的无污染和无负面影响。
三、绿色设计方法
（一）绿色产品的初始设计
准确、全面的描述绿色产品，创建一个绿色产品评价模型系统，认真研究绿色设计实例和其他机械设计，采用多目标模糊优化设计，使产品最轻、最小和使用材料最少；目前国家提出了绿色产品的评价指标体系和评价标准的制定原则，评估绿色产品设计过程采用模糊评价法，并适当的发展评估工具。
（二）绿色设计的材料选择
绿色产品设计的相关要求，使得传统的选择流程和程序发生了改变，需要选择适用的性能，并协调好与环境绿色设计要求的材料的发展，提供再生绿色材料，绿色产品设计，提高输出产品功能，简化结构，减少所用材料，可选易于加工、能耗低、污染少的材料，使用可回收的轻型材料，如汽车使用铝制车身，可减少40%的重量，并节省燃油消耗；使用柳条、竹、麻、木材等可再生的材料在产品包装上。再者，还应加强材料管理，绿色产品设计中的物料管理主要包括两个方面：一方面不能含有对人体有害的成分和配料素材；另一方面，在产品的生命周期中，可以对部分进行可回收使用，争取在处理后将其环境破坏度降到最低。
（三）拆卸的产品设计
现代机械产品往往需要使用各种不同的材料，目前拆除回收已成为绿色设计研究的主要热点。不可拆卸不仅浪费了大量可重用的组件材料，还形成了许多无法处理的垃圾，而且还严重污染环境。这就使得良性发展现代机械，成为了机械设计的重要内容。可拆卸回收是绿色产品设计的主要内容，它需要产品早期阶段就进行可拆卸的结构设计，这样的设计结构易于拆卸、维修，并且使得产品可进行再利用，充分和有效的回收和重用，以达到节约资源和能源、保护环境，灵活拆卸的目的，改变传统的产品结构设计连接模式，并以轻松卸除连接模式取而代之。可拆卸分为两类：一类是基于成熟的结构耦合的结构设计方法，如螺栓连接，另一类是基于计算机的设计方法发展拆装系统的评价指标体系、评价方法、拆卸卸载结构的设计标准，并制定相应的评价软件。
（四）产品的可回收性设计
回收设计就是在进行产品设计的初期阶段，充分考虑产品零部件及材料的回收可能性、回收价值、回收处理方法、回收处理结构工艺性等与可回收有关的一系列问题，以达到零部件及材料资源和能源的充分有效利用，并在回收过程中对环境污染为最小的一种设计思想和方法。
（五）机械产品绿色设计实例研究
机械产品绿色设计要求在初期设计时考虑其零件回收及再生的可能性，即在其它新产品中，可以利用使用过的或废弃产品中的零部件及材料。从产品的回收层次来看，产品的回收有6个层次，即产品级、部件级、零件级、材料级、能量级和填埋级。
现对某一Z50型装载机变速箱回收处理的过程大致如下：
清除减速箱内的废油，用专门的装置过滤回收，拆卸各轴系零部件，进行重用、修复、材料回收或废弃处理。而拆卸回收优化模型，是一个非线性的、混合离散的，直接求解困难较大。现根据Z50型装载机变速箱拆卸回收的具体情况，假设完全拆卸的边界条件，可近似求出各轴系部件的最优拆卸顺序。例如在求解Z50型装载机变速箱V轴系最优拆卸顺序时，即在装配模型图建立的基础上，通过产品拆卸网络的构建，实现从装配模型图到拆卸模型图的转化。具体步骤是首先对零部件层次划分，形成V轴系的零部件层次图，如图2（b）所示，接着进行装配与拆卸转换，整体拆卸后再进行细拆，最后得出V轴系的拆卸模型如图2（c）所示。由此得出的拆卸序列为：
① ②→1→③→4→3④⑤→④→⑤→2
分析后可知，按以上序列执行拆卸的过程是由外往内进行的，所花费时间最少，因此计算结果符合要求。图2所示为Z50型装载机变速箱V轴系最优拆卸顺序求解结果。
滤清后的柴油和机油进行重用；
拆卸可直接重用的零部件，根據评估对其中可以直接重用的零部件进行回收；
对可修复后重新利用的零部件及可降级使用的零部件进行拆解回收，进入再制造环节；
对材料回收的部分，按回收材料企业的要求进行切割，进入材料回收环节；
对废弃物无害化处理后，进行填埋和焚烧。
其中，对变速箱的每根轴系零部件均需在理论上进行具体的回收方式考察，并在此基础上进行了零件级回收零件的改进设计，从而保证零件的实际回收价值。
参考文献：
[1]曾庆良，许艳.机械工业产品的绿色设计研究[J].现代机械.2005，（2）：58—59.
[2]苏纯，陈志伟.绿色设计法在机械产品设计中的应用[J].中国制造业信息化.2008，4（3）：30-31.
【关键词】机械；设计；制造；绿色；设计法
机械制造行业在生产机器的同时会产生了大量的工业废水，废气，固体污染废物。随着企业家和技术人员以及普通大众环保意识的增长，人们意识到，如果继续经营这样一个庞大的机械装备制造系统而不作出改变，将不利于整个行业和社会的可持续发展，迫切需要探索符合环保，节能，能源，污染少的绿色的机械设计和制造方法，并采取相应的绿色模式，以适应社会发展所需要的绿色产品诞生的理念设计方法。
一、绿色设计的概念
绿色设计，也叫生态设计，环境设计和环境意识设计。进行绿色设计是为了减少产品的环境破坏度和更好利用自然资源，实现绿色拆解和可循环回收，可重用的设计目标。考虑到产品应具备的基本功能，经济和质量及其他因素，通常的传统的产品设计是根据产品的基本特性的功能、品质、生活、生产、产品开发周期，使用串行方法，即分析市场需求，再由设计部门对结果进行分析，最后由设计师对产品进行设计，并画在图纸上，另一个部门进行模具的设计和制造准备，采购部门按照要求进行采购，然后由生产部门进行生产、加工和测试，得到结果后，再对设计和工艺进行反复修改，最后进行再加工和再检测，直至符合要求。开发周期越长，产品的拆卸及寿命结束，回收就更困难，造成了大量的能源和资源浪费，并会污染环境。
绿色设计是人们基于现代科技文化所引起的环境及生态破坏的反思，它也是设计师道德和社会责任心的回归。
机械设计的绿色设计法包括好几个方面，具体见图1。
在绿色设计中要从选择产品材料、确定生产和加工流程，选定产品包装材料，直到运输到位等整个过程都要考虑资源消耗对于环境的影响，以找到最合理和最优化的结构和方案，最大限度的降低资源消耗和环境负影响。
二、绿色设计的要求及优点
（一）绿色设计的要求
绿色设计是一种全新的设计理念，并且它附带着一定的设计规则。首先，尽量做到以最少的使用原材料，最少的生物降解材料，以及很少或没有毒的物质材料来完成设计和制造。其次，产品在结构上要做到小而精简，尽量减少零件的使用数量。最后，实现生产过程的废物最小化，减少这个过程中的污染物排放量，采用先进的制造装置来减少使用的液体。
（二）绿色设计的优点
使用绿色设计可以实现最大限度地能源节约和材料资源利用；绿色产品设计可以实现材料数量和材料种类的最少使用；尽量简化设备结构，合理使用材料，并可最大限度地实现设备材料的再利用；最大限度地减少污染、保护环境；实现绿色产品从开发设计、生产制造到使用维护乃至报废后回收处理的各个过程的无污染和无负面影响。
三、绿色设计方法
（一）绿色产品的初始设计
准确、全面的描述绿色产品，创建一个绿色产品评价模型系统，认真研究绿色设计实例和其他机械设计，采用多目标模糊优化设计，使产品最轻、最小和使用材料最少；目前国家提出了绿色产品的评价指标体系和评价标准的制定原则，评估绿色产品设计过程采用模糊评价法，并适当的发展评估工具。
（二）绿色设计的材料选择
绿色产品设计的相关要求，使得传统的选择流程和程序发生了改变，需要选择适用的性能，并协调好与环境绿色设计要求的材料的发展，提供再生绿色材料，绿色产品设计，提高输出产品功能，简化结构，减少所用材料，可选易于加工、能耗低、污染少的材料，使用可回收的轻型材料，如汽车使用铝制车身，可减少40%的重量，并节省燃油消耗；使用柳条、竹、麻、木材等可再生的材料在产品包装上。再者，还应加强材料管理，绿色产品设计中的物料管理主要包括两个方面：一方面不能含有对人体有害的成分和配料素材；另一方面，在产品的生命周期中，可以对部分进行可回收使用，争取在处理后将其环境破坏度降到最低。
（三）拆卸的产品设计
现代机械产品往往需要使用各种不同的材料，目前拆除回收已成为绿色设计研究的主要热点。不可拆卸不仅浪费了大量可重用的组件材料，还形成了许多无法处理的垃圾，而且还严重污染环境。这就使得良性发展现代机械，成为了机械设计的重要内容。可拆卸回收是绿色产品设计的主要内容，它需要产品早期阶段就进行可拆卸的结构设计，这样的设计结构易于拆卸、维修，并且使得产品可进行再利用，充分和有效的回收和重用，以达到节约资源和能源、保护环境，灵活拆卸的目的，改变传统的产品结构设计连接模式，并以轻松卸除连接模式取而代之。可拆卸分为两类：一类是基于成熟的结构耦合的结构设计方法，如螺栓连接，另一类是基于计算机的设计方法发展拆装系统的评价指标体系、评价方法、拆卸卸载结构的设计标准，并制定相应的评价软件。
（四）产品的可回收性设计
回收设计就是在进行产品设计的初期阶段，充分考虑产品零部件及材料的回收可能性、回收价值、回收处理方法、回收处理结构工艺性等与可回收有关的一系列问题，以达到零部件及材料资源和能源的充分有效利用，并在回收过程中对环境污染为最小的一种设计思想和方法。
（五）机械产品绿色设计实例研究
机械产品绿色设计要求在初期设计时考虑其零件回收及再生的可能性，即在其它新产品中，可以利用使用过的或废弃产品中的零部件及材料。从产品的回收层次来看，产品的回收有6个层次，即产品级、部件级、零件级、材料级、能量级和填埋级。
现对某一Z50型装载机变速箱回收处理的过程大致如下：
清除减速箱内的废油，用专门的装置过滤回收，拆卸各轴系零部件，进行重用、修复、材料回收或废弃处理。而拆卸回收优化模型，是一个非线性的、混合离散的，直接求解困难较大。现根据Z50型装载机变速箱拆卸回收的具体情况，假设完全拆卸的边界条件，可近似求出各轴系部件的最优拆卸顺序。例如在求解Z50型装载机变速箱V轴系最优拆卸顺序时，即在装配模型图建立的基础上，通过产品拆卸网络的构建，实现从装配模型图到拆卸模型图的转化。具体步骤是首先对零部件层次划分，形成V轴系的零部件层次图，如图2（b）所示，接着进行装配与拆卸转换，整体拆卸后再进行细拆，最后得出V轴系的拆卸模型如图2（c）所示。由此得出的拆卸序列为：
① ②→1→③→4→3④⑤→④→⑤→2
分析后可知，按以上序列执行拆卸的过程是由外往内进行的，所花费时间最少，因此计算结果符合要求。图2所示为Z50型装载机变速箱V轴系最优拆卸顺序求解结果。
滤清后的柴油和机油进行重用；
拆卸可直接重用的零部件，根據评估对其中可以直接重用的零部件进行回收；
对可修复后重新利用的零部件及可降级使用的零部件进行拆解回收，进入再制造环节；
对材料回收的部分，按回收材料企业的要求进行切割，进入材料回收环节；
对废弃物无害化处理后，进行填埋和焚烧。
其中，对变速箱的每根轴系零部件均需在理论上进行具体的回收方式考察，并在此基础上进行了零件级回收零件的改进设计，从而保证零件的实际回收价值。
参考文献：
[1]曾庆良，许艳.机械工业产品的绿色设计研究[J].现代机械.2005，（2）：58—59.
[2]苏纯，陈志伟.绿色设计法在机械产品设计中的应用[J].中国制造业信息化.2008，4（3）：30-31.