基于綠色設計理念的紡機設備造型設計研究

李小彤 胡昌格

摘要：為了提升紡機設備的環境友好性、可拆卸性等綠色屬性，文章首先闡述了綠色設計的概念及其3R原則，其次分析了基于綠色設計理念的紡機設備造型設計意義，最后闡述了其設計原則與方法。通過上述分析與總結，從綠色設計的視角豐富了紡機設備造型設計的方法和內涵，為同類產品研究提供參考。

關鍵詞：綠色設計;紡機設備;造型設計

中圖分類號：TB472文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2021）02-0159-02

近年來，我國紡織行業規模與經濟效益得到迅猛增長，而紡機設備是紡織行業實現機械自動化的載體，也是紡織行業健康發展的關鍵。然而粗放的生產模式造成了嚴重的資源浪費，伴隨可持續發展政策的不斷深入人心，綠色設計理念也逐漸成為共識[1]。綠色設計理念倡導有效節約資源，主張以生態保護為前提，減少廢棄物產生并最大限度地保證生態平衡。基于綠色設計理念的紡機設備造型設計，可提高紡機設備的環保性與附加值，順應可持續發展的時代潮流。基于綠色理念進行創新升級更是當前紡機設備造型設計領域亟需重視的課題。

1 綠色設計理論概述

1.1 綠色設計的概念

綠色設計也稱為生態設計或面向環境的設計，是指在產品的整個生命周期內需要著重考慮資源以及環境特性并將其作為重要的設計目標，且確保產品壽命、質量和功能等要求，其目標是降低環境污染、減少能源消耗與產品和零部件的回收再利用。綠色設計理念立足于現有科技水平，在產品全生命周期過程中從資源可持續的角度來著重考慮環境因素，把“綠色度”或者“綠色性”作為衡量與評價指標[2]。其不僅在資源節約、環境友好以及可持續發展方面提供理論指導，也逐漸成為衡量企業乃至社會與國家發展是否科學合理的標準。

1.2 綠色設計的3R原則

綠色設計理念的核心思想是3R原則，即減量化、再使用、再循環。此三者是相互聯系、相互依存的整體，既可以作為循環經濟與可持續性生產發展的方法指導，也可作為紡機設備造型設計的靈感來源[3]。減量化追求較為簡單的造型設計風格，旨在通過減少原材料的重量、體積、面積和數量來簡化設備造型，追求單純而又優雅的形態;再使用指的是再次利用，主要通過使本來已廢棄的零部件重新返回到合適的功能結構中，來達到重復利用的目的;再循環是指將廢棄的零部件經過回收再加工之后以全新材料的形式而重新使用。減量化、再使用、再循環這三種原則能夠為紡機設備的可拆卸設計、模塊化設計、可回收設計提供有效的理論指導和行動路徑[4]。

2 基于綠色設計理念的紡機設備造型設計意義

2.1 促進紡機設備造型的精細化發展

在紡機設備的造型設計中，部分設計師易忽視設備在生產制造時空氣中的棉絮顆粒度、噪音震動、碳排放量、廢料堆放尺寸布局等參數的綠色性技術要求，導致設備的外觀造型仍停留在概念設計階段[5]。基于綠色設計理念的紡機設備造型設計要求在市場調研階段對紡機設備開展有效的綠色需求分析，在造型的概念設計和結構設計階段，通過計算機仿真分析進行試驗數據以及虛擬參數的調整來減少資源浪費以及環境污染，滿足紡機設備造型在結構設計與加工制造、生產運行與設備維護等方面的精細化發展需求。

2.2 推動紡機設備造型的創新性發展

綠色設計理念追求材料的可回收性、設備功能的模塊化組合以及結構件的減量化。在需求分析設計階段著重考慮材料的綠色環保性能，進而實現對紡機設備原材料的創新運用;在造型設計階段進行設備形態與材質的減量化設計以實現對外觀形態的突破創新;在結構設計階段對零部件進行模塊化設計和可拆卸設計，進而提升造型整體的功能與結構創新。基于綠色設計理念的紡機設備造型設計有助于從可持續發展和綠色環保的角度滿足紡機設備的綠色性要求，最終實現紡機設備造型在形態、材料、結構等方面的創新性發展。

3 基于綠色設計理念的紡機設備造型設計原則

3.1 環境友好原則

環境友好原則是指在紡機設備運行時對其使用環境的保護。通過對多個棉紡企業走訪調查發現，紡機設備所使用的原材料多以棉花為主，因此在棉紡廠房或車間中的空氣中會漂浮絲狀的微小棉絮而造成空氣污濁;紡機設備在生產過程中會產生較大的噪音而造成嚴重的噪音污染;電機等運動器件會產生大量的熱量，使得廠房整體的室內溫度偏高[8]。紡機設備的使用環境較為復雜，因此基于綠色設計理念的紡機設備造型設計需要著重考慮減少對環境的負面影響，如含有棉絮的空氣、廢物排放以及噪音污染等，提升紡機設備宜人的使用環境。

3.2 模塊化原則

基于綠色設計理念的紡機設備造型設計應遵循模塊化原則，在降低設計流程復雜度的同時能夠簡化安裝調試和后期維修等操作，使造型設計成果具有可控性。紡機設備通常體量較大且結構復雜，為了避免失效模塊對整體設備產生較大影響，可對紡機設備的外觀部件進行模塊劃分以及分離設計。首先可根據紡機設備外觀部件的功能進行模塊劃分，如安全防護功能、防塵防水功能、通風散熱功能等;其次，可根據功能類型進行必要的拆分，使功能模塊具有可拆卸與可替換性;最后，對拆分的功能模塊進行形態、結構與工藝設計，使其不僅能夠方便拆卸和更換，還能夠滿足紡機設備對于結構強度和生產制造的要求。

3.3 可回收原則

可回收原則是指在造型設計過程中系統地考慮紡機設備全生命周期中所涉及材料的回收經濟價值與工藝處理方法，優先選擇無害的環保材料，避免使用高耗能以及高污染的材料，從而提高紡機設備的環境友好性等綠色性[7]。因此，基于綠色設計理念的紡機設備造型設計應遵循可回收原則，優先選擇可回收和可重復利用的綠色材料，在減少自然資源與能源的消耗和降低生產制造成本投入的同時，也能夠通過回收材料的創新設計來避免設備外觀造型趨向同質化和單一化，助力紡機設備造型的創新研發并提高其市場競爭力。

3.4 簡潔原則

簡潔原則的目的是減少紡機設備造型設計與生產加工中資源的浪費。首先，在紡機設備的造型設計過程中可運用基本幾何元素將形態簡化到極致，強調設備形態的簡約性[8];其次，在滿足功能需求基礎上，簡化紡機設備造型的設計要素數量，可選擇性地刪減能夠干擾設備主體造型設計風格的外觀構件;最后，盡量減少設備外觀構件的材料和零部件種類，以避免后期較為復雜的采購流程和生產規格較多的模具。因此，基于綠色設計理念的紡機設備造型設計應遵循簡潔原則，有助于在降低生產成本的同時提升設備造型的美觀度和精致感。

4 基于綠色設計理念的紡機設備造型設計方法

4.1 基于綠色設計理念的紡機設備防護罩設計

紡機設備防護罩是安裝在機械運動構件或電子器件外部的防護板，通常具有通風口、維修門、觀察窗等部件。基于綠色設計理念的紡機設備防護罩設計可首先應用簡潔原則完成其外輪廓的形態設計;其次，在遵循模塊化原則基礎上，通過合理的分割使各部件能夠方便地拆卸和組裝。例如，可將通風孔分離成單獨部件以使其便于維修和更換，同時增加過濾棉絮的紗網和加大通風孔的相對面積，以減少對環境的負面影響。此外，在材料上可選用金屬板材來替代工程塑料，因為其不僅具有材料輕薄、加工簡便、使用壽命長、散熱性能好等優點，同時還能夠通過二次回收進入再利用的資源循環，進而實現對原材料的充分利用。

4.2 基于綠色設計理念的紡機設備操作面板設計

紡機設備的操作面板由操作按鍵、顯示屏、旋鈕、狀態燈等組成，根據操作面板的屏幕類型可分為全屏幕型、半觸摸型、綜合型（屏幕、按鍵等都有）[9]。基于綠色設計理念的紡機設備操作面板設計應遵循簡潔原則來避免繁瑣和復雜的操作。首先，從操作者真實使用場景出發，對圖標、文字等操作面板上的信息標識進行簡化并保持一致性;其次，操作面板的界面設計需要根據操作者使用習慣來簡化操作步驟，特別是在操作者個性化定制時的數字界面器、操作桿控制器、停止鍵等操作按鍵設計，從而縮短操作者在應急情況下的反應時間。

4.3 基于綠色設計理念的紡機設備連接結構設計

紡機設備中常見的連接結構包括鉸鏈連接、螺紋連接、磁吸連接等，由支撐框架以及連接件組成，可直接關系到設備的外觀形態[10]。基于綠色設計理念的紡機設備連接結構設計需要著重進行連接結構的模塊化以及標準化設計來提升其可回收性和可替換性，從而降低資源浪費和生產成本。首先，設計師需要在了解生產加工流程與制作工藝的基礎上，按照工序要求對連接結構件進行造型把控以生產出同時滿足造型設計和質量要求的零部件;其次，盡量使用市場上標準化的連接件如內外鉸鏈、鎖頭、卡扣等五金配件來減少加工成本。

5 結語

綠色設計理念是綠色生產發展的基礎，需要在紡機設備的整個生命周期中進行系統而全面地考慮。因此，紡機設備的造型設計不僅要全面地分析資源與環境的相關設計因素，進行設備造型的功能結構設計、模塊的分離與組合設計以及零部件的可拆卸與可回收設計，也要建立完善而系統的綠色觀念，提高設備零部件的循環利用效率，促進紡機設備的可持續發展，進而實現紡機設備的創新升級。

參考文獻

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