機械設計與制造中綠色設計理念的應用研究

劉美仙

（福建工業學校，福建 福州 350002）

0 引言

在機械生產制造領域，綠色理念目前已經成為最基礎的一項理念，該理念的滲透使機械制造業呈現健康、可持續發展的趨勢，綠色化是機械制造業未來發展的主要方向。但是，在傳統機械設計與制造中產業鏈上下更關注設計、制造和使用質量，許多企業都未考慮機械設計與制造可能給環境造成的影響。綠色設計則立足于綠色發展理念與系統功能，強調各類機械在設計和制造過程中落實環境保護手段，從源頭上防治污染。綠色發展目標的實現，除了要關注機械的設計、制造和使用外，甚至要考慮機械使用后期的報廢和處置。本文以機械設計與制造等環節為研究要點，圍繞綠色設計理念的應用展開探討。

1 綠色設計理念簡介

1.1 綠色設計理念的內涵

綠色設計與制造是現代機械制造業的主要發展方向，機械制造業能為社會各行業領域提供必需的機械設備，在社會領域是實現節能減排的源頭之一。機械制造的生產能耗在工業總能耗中的占比較高，許多高能耗機械在使用期間還會消耗大量能源，并且會產生較重的污染，因此在機械設計與制造中應用綠色設計理念，將綠色理念貫穿于機械設備的全生命周期，有利于推動機械制造業轉型升級。綠色設計要求在機械設計與制造中充分考慮機械全生命周期對環境的影響、資源消耗等因素，以降低能耗、污染為目標進行機械設計與制造，強調在設計、制造中加強綠色材料的利用，要求具備再回收利用的優勢。

1.2 綠色設計理念的實現要點

⑴ 優化綠色節能設計方案

機械設計與制造中，設計方案屬于后期制造的藍圖，在機械設計中融入綠色節能理念，要在控制機械設計與制造成本的基礎上，減少材料和能源浪費。設計人員要站在可持續發展的角度，立體且全面地衡量機械設備的環保性、節能性、經濟性，重視機械設備在使用過程中對能源的高效利用，降低生產過程中廢棄物的排放。

⑵ 優選綠色節能環保材料

綠色設計理念下，在機械設計與制造中，機械設備要保證各行業生產活動的順利進行，滿足各行業生產對機械設備的真實需求。機械設備在制造、設計等環節，要表現出較強抗腐蝕、耐高溫的特性，機械制造過程必須實現無毒無害生產，機械使用后要方便回收利用。

2 機械設計與制造中應用綠色設計理念的必要性

2.1 社會可持續發展的必要要求

在社會不斷進步的過程中，機械設計與制造擁有更廣闊的發展空間，但與發達國家相比，我國機械制造業的發展水平還需提升，從而實現可持續發展的戰略目標。我國要想在改善生態環境的同時減少能源消耗，就要重視在機械設計與制造中滲透綠色設計理念，

2.2 提高國際競爭力的重要手段

當前，雖然我國經濟發展越來越追求經濟發展的質量，這一背景下機械制造行業得到長足進步。經濟全球化背景下，國內各類機械產品大量產品開始進入國際市場，在面對國際市場對綠色產品的需求，國內傳統的機械設計與制造方式存在的弊端開始顯現，供需失衡使得我國機械制造業的發展面臨阻礙，不利于我國在參與國際市場競爭的過程中占據有利地位，迫切需要我國轉變傳統的機械設計與制造方式，綠色設計理念的滲透為其提供了新的發展方向。

2.3 產業轉型的客觀需求

在日趨激烈的市場競爭中，各企業要想實現創新發展，建立較強競爭優勢，要不斷提高自身競爭力。在目前的國際市場中，現代科技已經全面向綠色化的方向發展，逐漸成為我國內各行業尋求突破創新的新方向。機械制造業作為典型的高污染、高能耗產業，要想順應時代潮流實現可持續發展，必須將綠色化的發展理念滲透到行業產業的各個環節，只有這樣才能滿足產業轉型升級的客觀需求。

2.4 國家愈發重視環境保護

我國機械制造業仍然在使用傳統技術的方式，以犧牲環境的方式尋求新的發展機會。新時期，社會各產業開始深入貫徹可持續發展戰略，但是機械制造領域許多企業仍然在使用傳統設計與制造方式，導致大量自然資源浪費，不利于在當前的社會環境中站穩腳跟。為進一步加快經濟發展速度，為經濟發展效果提供保障，提高企業可持續發展的穩定性，就要在機械設計與制造中將綠色設計作為新的追求，加快推進全球化發展的進程。

3 機械設計與制造中綠色設計理念的應用要點

3.1 綠色材料

綠色材料是綠色設計實現的前提，直接決定了機械產品的質量與性能。機械設計與制造中，企業要盡量選擇低污染甚至無污染的材料，機械原材料還要具備再回收利用的價值，確保機械設計與制造能滿足綠色設計的要求。因此，機械制造業要加大研發綠色材料的力度，在綠色材料的研發過程中充分考慮材料對環境的影響，確保綠色材料的性能、技術等各項指標達到相關要求。企業要考慮自身經濟效益、生態效益，合理設定綠色環保目標，在機械設計與制造過程中，優先選擇綠色材料。

綠色設計理念指導下，企業在機械設計與制造中，要考慮材料是否會給生態環境、人體健康帶來不良影響，綜合考慮材料在生產加工、運行使用、回收利用等環境的影響，如果材料對環境與人體健康存在潛在危害，要盡量減少此類材料的使用。

3.2 動力裝置

動力裝置是機械設備的核心，在機械設計與制造中，綠色設計要重視對發動機結構展開優化設計，如通過對噴油器結構進行改進，保證燃料充分燃燒、減少有害氣體排放；重視新能源的利用，加大力度研發以電能、太陽能、天然氣等清潔能源為驅動能源的動力系統；在發動機設計的過程中，加強對廢氣凈化技術的研究，如廢氣再循環技術、催化凈化技術等，降低機械設備運行過程中產生的污染，減少能耗。在機械動力裝置的綠色設計中，企業要始終遵循環保、實效、節能等原則，保證機械設備的環保性與經濟、技術、性能等保持一致。

3.3 產品界面

機械設備的操作界面直接影響著機械設備的實際運行，能幫助操作人員實時了解機械設備的運行狀態，在操作失誤的情況下可能引起機械故障，影響機械設備的使用壽命，加劇能源消耗。因此，在機械設備的產品界面設計中，要適當滲透綠色設計理念，從心理學、生理學等角度進行系統性設計。產品界面設計要保證功能完善、整體統一，產品界面要表現出較高的可識別性，便于操作人員的理解；操作界面上還要做好引導性設計，縮短操作人員操作反應的時間，避免因為操作不及時引起額外能耗，提高機械設備的運行效率。

3.4 液壓系統

機械設備的結構中，液壓系統屬于重要傳動部件，液壓系統對環境可能造成的影響，主要為液壓油泄漏，運行時傳動系統可能產生較大噪聲污染，且傳動系統運行可能存在較高的能耗問題。因此，在機械設計與制造中，要將液壓系統的綠色設計作為關注重點。企業在傳動系統的綠色設計中，要做好對系統的密封設計，選擇合理的液壓元件參數，做好對液壓系統密封結構的改造。機械設備在使用過程中，液壓系統面臨的油液泄漏故障無法完全避免，因此還要重視無毒液壓油的研發和使用，深入研究廢棄液壓油的回收利用技術，減少因為介質泄漏引發的環境污染問題。企業還要重視對液壓系統展開集成設計，盡量減少液壓系統中裝配零件的數量，實現系統的模塊化組合。噪聲污染與油液污染相比，會損害人體健康，因此還要在機械設計中，考慮降低液壓系統運行的污染同時嚴格控制噪聲，在機械設計與制造中設計適當的降噪措施。

3.5 可拆卸設計

機械設計與制造中，一種機械設備由多種材料組成，材料的多種組合要具備較強可拆卸性，只有這樣才能實現各類零部件的回收利用，避免因為不可拆卸導致的浪費，降低機械設備后期回收利用的難度。企業在機械設計中，要將可拆卸作為機械設備結構設計的評價標準，通過對機械零部件的傳統連接方式進行調整，將機械零部件結構設計成易于拆卸的方式。一方面，設計人員可以利用原本成熟的零部件連接方式，如螺栓連接，實現機械產品零部件的可拆卸；另一方面，設計人員可以操作計算機設備建立機械產品可拆卸性的評價指標體系，通過應用計算機軟件對不同設計方案的機械可拆卸性進行評價，保證各項設計方案的要求在可拆卸上達到綠色設計標準。

4 機械設計與制造中綠色設計理念應用的優化建議

4.1 科學應用密封技術，避免機械泄漏

傳統工業生產中，機械設備泄漏故障頻發，可能引發嚴重的污染、浪費問題，這與我國提倡的可持續發展和綠色發展理念相悖。機械泄漏流出的物質還會導致設備內部構件侵蝕，導致機械設備老化速度加快，影響機械運行效率與使用壽命，給正常的工業生產造成影響，帶來的維修、保養、成本增加等問題。因此，要從源頭上杜絕機械泄漏問題的發生，在機械綠色設計中重視機械密封技術的使用。機械設計與制造中，設計人員要額外關注機械設備容易泄漏的部位，針對這些部位做好密封設計工作，提前對易泄漏部位進行密封處理，并采取一定的警報設計方案，便于降低機械泄漏故障的發生率，或者在發生泄漏故障后及時報警，提醒維修人員處理。機械設備在使用過程中，養護也是非常重要的內容，在機械綠色設計中，設計人員還要根據機械結構、密封特性、故障特點等，在設計方案中明確機械養護措施，為后期機械設備的穩定運行提供有力保障。

4.2 落實降噪除塵設計，保證機械運行穩定

機械設備在運行過程中，可能因為振動產生噪聲污染和機械故障。機械綠色設計中，設計人員要考慮怎樣減少設備振動的問題，合理選擇具有減震性能的材料和設備，通過對機械結構布局進行調整，在保證產品性能的基礎上降低機械運行可能產生的振動。設計人員要考慮降低機械設備在運行時產生的噪聲，降低噪聲污染，關注發動機、液壓器等節點的降噪設計，采用一定的隔聲、消音、減振技術。工業生產中，機械設備所處運行環境普遍復雜，作業環境中可能產生大量灰塵，這些灰塵進入空氣后會造成嚴重污染，因此，設計人員要做好機械設備的除塵設計，采用相應的除塵技術，一方面降低揚塵污染，另一方面減少因揚塵導致的機械磨損加劇的問題。

4.3 完善產品配套設計，深入貫徹綠色理念

機械設計與制造中，綠色設計理念的應用需要設計人員深入貫徹綠色理念，綠色設計不能局限于機械主體設計，還要完善產品的配套設計。企業要針對綠色設計建立相應的支持制度和管理體系，充分調動社會資源，促進綠色理念和機械設計與制造的深度融合。企業還要加強人才隊伍建設，做好人才引進與培養工作，不斷提高設計人員的綜合能力，更新設計人員的理念，力求設計人員在機械設計中主動融入綠色設計理念。在具體設計中，企業要聯合高校做好人才引進工作，通過引進優秀的機械設計人才，更好地支持機械設計與制造的工作開展。企業還要加強與研發機構的合作，借鑒研發機構在機械設計與制造中應用綠色設計理念的經驗，不斷夯實自身在機械綠色設計中的基礎，為機械制造業以及社會的可持續發展創造良好條件。

5 結語

綜上所述，綠色設計理念應用于機械設計與制造，是時代進步的必然選擇。機械設計與制造是影響工業產業發展的核心工作，相關企業在轉型發展和高質量發展的過程中，要主動樹立綠色發展理念，重視將綠色設計理念融入于機械設計與制造環節。