淺談“低碳”時代下機械產品的綠色化

黃海龍，曹新聞

（中國礦業大學藝術與設計學院，江蘇徐州221116）

20世紀以來，工業技術的革命性發展，給人類社會帶來史無前例了巨變，同時也對自然資源和生態環境造成了巨大的破壞。進入21世紀，資源短缺、環境污染和氣候問題日益嚴重。哥本哈根會議以后，席卷全球的“低碳革命”正悄然興起，人類社會步入了“低碳時代”，即以“低能耗、低污染、低排放”為基礎的全新時代。

長期以來，我國機械產品是高耗產業，帶來了諸多社會與環境問題。機械產品唯有走綠色設計、綠色制造的路途，才符合我國可持續發展戰略，才能與“低碳”這個時代的最強音發出和諧共鳴。

1 機械產品綠色化的必要性及內涵

機械產品制造業是將可用資源（包括能源）通過制造過程，轉化為可供人們使用和利用的工業品或生活消費品的產業。其在將制造資源轉變為產品的制造過程中，和產品的使用、處理過程中，同時產生了廢棄物，廢棄物是機械產品制造業業對環境污染的主要根源。

機械產品制造業量大面廣，對環境的總體影響很大。其一方面是創造人類財富的支柱產業，但同時又是環境污染的源頭之一。于是，以減少產品對環境破壞為目標的機械產品綠色化，便顯得十分必要。

機械產品綠色化，是解決機械產品環境污染問題的根本方法之一，是實施環境污染源頭控制的關鍵途徑之一。機械產品綠色化，實質上是人類社會可持續發展戰略在現代制造業中的體現。

2 機械產品綠色化的重要途徑

2.1 綠色設計——機械產品綠色化的天然基因

綠色設計，也稱為生態設計、生命周期設計、環境意識設計等。綠色設計是這樣一種設計，即在產品整個生命周期內，著重考慮產品環境屬性（可拆卸性、可回收性、可維護性、可重復利用性等），并將其作為設計目標，在滿足環境目標要求的同時，保證產品應有的功能、使用壽命、品質等要求[1]。

綠色設計并不是要求我們設計師單純地去追求產品的環境效益，綠色設計建立于傳統設計的基礎上，同樣追求產品的功能、品質、壽命等，綠色設計是傳統設計的補充和完善。實行綠色設計的關鍵，是熟悉機械產品生命周期的每一個階段，再針對每個特定階段進行設計，綜合考慮材料、資源、污染等。

（1）必須考慮延長機械產品的可使用周期。隨著技術的發展，為了降低成本，市場上的一些機械產品耐用性太低。產品不同部分、不同零件的耐用性不同，損壞速度不同，又由于不能及時買到替換零件，最后只能丟棄整個產品。伴隨著資源的日益減少，延長機械產品的可使用周期，延長機械產品的壽命，對于保護自然資源有著重要作用。

所以在設計時，要考慮到易損部件和易耗品的替換、拆卸、組裝的便利性。同時，為了再制造的設計在發展中國家的興起，也是延長機械產品生命的一個重要途徑。用性能更加優良、技術更加先進的部件，去替換舊有部件的同時，將舊產品的材料循環再利用，延長了整機的使用壽命，又使社會自然資源得到了合理的配置利用。

（2）必須考慮使用環保材料。環保材料的類型主要包括可再生材料、再利用材料、再循環材料、可回收材料、可降解材料、無害材料等。機械產品在生活中應用面廣、使用頻率高，衣食住行無處不活躍著機械產品的身影。這就需要我們設計師:

一是盡量不用或少用有毒、有害的材料（如重金屬），避免有害成分；

二是多采用新型環保材料，譬如生物可降解材料，可再循環材料等；

三是使用天然可再生材料，降低材料的資源依賴性。

另外，還要追求產品生產過程的廢料最小化，如在鈑金件模具的設計時，要通過優化沖壓程序、優化產品結構，使鈑金件在沖壓生產過程中對金屬材料的利用率達到最高，廢料降至最少；再如數控加工時，要綜合考慮工件特征，通過各種辦法提高金屬材料的利用率，將浪費降至最低。

（3）必須考慮機械產品的污染最小化。傳統機械產品，如汽車，是最嚴重的污染源之一。近年來全世界汽車數量激增，帶來了空氣、水和噪聲污染，這與低碳生活是嚴重相左的。設計師要解決這類問題，唯有走綠色設計之路。通過科技的發展、技術的進步，生產出清潔環保的汽車，如使用電能或者天然氣的汽車。

在設計綠色化機械產品時，要考慮產品報廢后資源的回收再利用。必須明確從制造資源到廢棄物最終命運如何安排，包括產品流程設計的所有活動。

總的來說，綠色設計思想，是機械產品綠色化的天然基因，只有在設計的初期，綜合考慮機械產品全生命周期，并統籌安排設計過程，才能達到綠色設計的目的。

2.2 綠色制造——機械產品綠色化的后天環境

（1）綠色制造的定義及內涵。綠色制造，綜合考慮環境影響和資源效益，其目標是使產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個產品生命周期中，對環境的負面影響最小，資源利用率最高，并使企業經濟效益和社會效益協調優化[4]。

制造系統中導致環境污染的根本原因，是資源消耗和廢棄物的產生，綠色制造涉及的領域：制造問題，包括產品生命周期全過程；環境保護問題；資源優化配置問題。

（2）綠色制造的實現途徑——工藝、材料、包裝。在綠色制造的思想下，產生了區別于傳統加工制造工藝的綠色制造工藝，綠色制造工藝是指在機械產品加工過程中，盡量節約能源、減少污染。綠色制造工藝主要還應從技術入手，盡量研究和采用物料和能源消耗少、廢棄物少、對環境污染小的工藝方案。科技人員對現有生產制造工藝進行了許多項優化和改進：如現在比較成熟的精確成形、干式切削、準干式切削、生產廢物再利用、快速原型制造等都是綠色工藝的新技術。

在機械產品原材料制備、產品制造加工、使用、回收處理的每一個過程中，材料都在直接地影響著環境。因此，面向機械產品綠色制造的材料的選擇，是綠色制造的重點之一，將直接影響產品全生命周期的資源環境特性。具體來說，選擇材料的途徑主要有：選用新型環保材料；選用原料豐富、低成本、少污染的材料替代昂貴、污染大的材料；選用無毒無害材料；選用可回收利用材料；減少所用材料種類；選用再生材料等。

機械產品的綠色包裝，是綠色制造思想在實際中的另一具體體現。綠色包裝保護了環境，節約了資源，與低碳的思想不謀而合。良好的綠色包裝，應體現在以下方面：

包裝減量化；包裝應易于重復利用；包裝廢棄物可以降解腐化；包裝材料對人體和生物無毒無害。機械產品的包裝應盡量做到以上幾點。

（3）生產企業的重視。綠色制造思想，不僅在要得到設計師的重視，還應得到企業的重視。企業生產要依據ISO14001環境管理體系的要求，建立、實施和完善環境管理體系；制定企業內部環境目標，并進行考評；加強固體廢棄物的回收再利用管理，減少污水、煙氣、噪聲等對環境的影響。開展節能降耗活動，合理利用能源資源。

總之，綠色制造對于機械產品的綠色化，具有重要意義。我國機械工業應在：建立并遵守環境保護體系，重視綠色意識教育；注重綠色設計，實施綠色制造工藝技術；創新技術工藝，發揮環保效益等處下足功夫。綠色制造是綠色設計成果的最終顯現過程，我們一定要在綠色設計的基礎上，開拓綠色制造的渠道，為我國機械產業低碳經濟的發展轉型貢獻力量。

3 結束語

通過以上闡述，不難發現，機械產品在其產品全生命周期的各個階段，都可能帶來環境污染，這必須引起我們足夠的重視。在當今大力倡導低碳經濟的時代，基于綠色設計、綠色制造思想的機械產品綠色化，是一種以保護生態和合理配置資源為目標的現代設計制造模式。我國機械行業的從業人員，應該加強低碳經濟意識，重視綠色設計與綠色制造的應用，開發更多綠色設計、綠色制造的工藝技術，以促進我國機械工業的可持續發展，增強我國機械行業的綜合實力，造福社會。

[1]劉志峰，劉光復.綠色設計[M].北京：機械工業出版社，2000.

[2]劉愛敏，李法新.基于機械產品全生命周期的綠色設計[J].機電工程技術，2006，35(6)：23-25.

[3]王茂輝.淺析機械工業中的綠色制造技術[J].商場現代化，2008,（36）：370.

[4]劉 飛，曹華軍，等.綠色制造的理論及技術[M].北京：科學出版社，2005.