基于綠色設計理念的新能源電池材料窯爐面板設計與研究

摘要：為優(yōu)化新能源電池材料窯爐面板設計，使其得以滿足工作人員的操作需求，并且便于快速安裝與拆卸。文章以綠色設計相關理論為基礎，探索新能源電池材料窯爐面板的綠色創(chuàng)新點與工作人員的真實需求，分析現(xiàn)有通過新能源電池材料窯爐面板的設計現(xiàn)狀與問題，設計出符合綠色設計理念和用戶需求的新能源電池材料窯爐面板。以期運用綠色設計方法對新能源電池材料窯爐面板的外觀、使用操作和結構在設計上得到創(chuàng)新，使新能源電池材料窯爐面板的設計更符合工作人員的需求，和更好地體現(xiàn)綠色設計觀念。

關鍵詞：綠色設計；新能源電池材料窯爐；面板設計；快速拆卸；用戶需求

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A文章編號：1003-0069（2025）03-0098-04

Abstract：To optimise the design of the panels of the kiln for new energy battery materials so that they meet the operational needs of the staff and are easy to set up and dismantle quickly. The article is based on green design related theories，exploring the green innovation points of new energy battery material kiln panels and the real needs of the staff，analysing the existing design status and problems through the new energy battery material kiln panels. Design new energy battery material kiln panels that meet green design concepts and user needs. In order to apply the green design methodology to the appearance，operation and structure of the kiln panels of the new energy battery material，the design of the kiln panels of the new energy battery material will be innovative，so that the design of the kiln panels of the new energy battery material will be more in line with the needs of the staff，and better reflect the concept of green design.

Keywords：Green design； New energy battery material kiln； Panel design； Quick disassembly； User needs

引言

綠色設計作為提升產品環(huán)境友好性的關鍵策略，自20世紀90年代中期以來已成為產品設計的核心議題。盡管綠色設計在全球范圍內的研究活躍，但中國與國際先進水平仍有差距。工業(yè)窯爐是推動文明進步的重要工具，其高能耗和高污染問題亟須通過綠色設計實現(xiàn)創(chuàng)新與改造。市場調查顯示，基于綠色設計理念的新能源電池材料窯爐面板較為稀缺，且現(xiàn)有設計存在同質化問題。因此，文章從綠色設計視角出發(fā)，針對新能源電池材料窯爐面板進行創(chuàng)新設計，通過優(yōu)化造型、結構、功能、色彩、材料和工藝，減少資源和經濟浪費，同時滿足工作人員的實際需求，提高工作效率。

一、綠色設計理念概述

綠色設計的概念最早出現(xiàn)在20世紀70年代，當時這一概念還不夠清晰，但經過多年的發(fā)展后，現(xiàn)在其已經有了較為科學的定義[1]：綠色設計也被叫作生態(tài)設計（ecological design）、環(huán)境設計（design for environment）或環(huán)境意識設計（environment conscious design）。在產品的整個生命周期內，綠色設計將著重考慮產品的環(huán)境屬性（可拆卸性、可回收性、可維護性以及可重復利用性等）并將其作為設計目標，在滿足環(huán)境目標要求的同時，保證產品能實現(xiàn)應有的功能、使用壽命、質量等要求。

綠色設計研究現(xiàn)狀主要體現(xiàn)在4個層面，包括綠色產品的概念設計、綠色產品的詳細設計、產品生命周期評價以及綠色設計知識。在綠色產品的概念設計層面，鮑宏等人[2]以提升綠色產品滿意度為目標，提出了一種新的設計方法，該方法面向多樣性和綠色性需求，以滿足市場對環(huán)保產品的需求，肖人彬等人[3]提出了一種數據驅動的產品創(chuàng)新設計方法，該方法利用數據技術的特點，以促進產品設計的創(chuàng)新。在綠色產品詳細設計層面，劉志峰等人[4]運用TRIZ原理進行家電產品的易拆解可回收設計，建立了易拆解可回收設計方案與發(fā)明原理、標準解法的映射關系；張寵元等人[5]從多個維度衡量產品的主動回收度，并以此為優(yōu)化目標進行模塊劃分。在產品生命周期評價層面，宋小龍等人[6]采用生命周期評價（LCA）分析了廢棄手機回收處理系統(tǒng)的能耗和碳足跡，進行了產品參數設定的敏感性分析，為廢棄手機回收處理系統(tǒng)環(huán)境績效的量化與改進提供了參考。在綠色設計知識層面，郭鑫等人[7]提出了一種工藝知識檢索模型，以滿足創(chuàng)新設計目標。

綠色設計應用現(xiàn)狀主要體現(xiàn)在4個方面，包括綠色材料代替設計、節(jié)能設計、輕量化設計以及面向回收/拆卸/再制造的設計。在綠色材料代替設計方面，汽車領域中使用了PLA基復合材料，推動了汽車行業(yè)綠色轉型的進程。在節(jié)能設計方面，美菱BCD-350系列冰箱通過改進制冷劑和結構設計，實現(xiàn)了節(jié)能的目標。在輕量化設計方面，奇瑞新能源的螞蟻SUV通過采用全鋁車身和特殊結構設計，實現(xiàn)了重量減輕、剛度增強和材料高效利用。在面向回收/拆卸/再制造的設計方面，BMW的轉向機通過可拆卸設計減少了材料浪費，并通過再制造工藝提高了舊件的利用率，確保了再制造產品的品質。

二、新能源電池材料窯爐面板的設計現(xiàn)狀與問題

（一）新能源電池材料窯爐面板的設計現(xiàn)狀

工業(yè)窯爐是指在工業(yè)生產過程中利用燃料燃燒或電能等轉換產生的熱量，將物料或工件進行熔煉、熔化等的熱工設備，包括熔化爐、焙燒爐、干燥爐、煤氣發(fā)生爐等，在鋼鐵、建材和化工等行業(yè)中得到廣泛應用，而新能源電池材料是該領域一個新興的應用范疇。目前，工業(yè)窯爐裝備質量和污染治理水平良莠不齊。實施工業(yè)窯爐升級設計和深度治理是改善空氣質量、推動制造業(yè)高質量發(fā)展的重要措施。

本研究通過對A公司現(xiàn)有工業(yè)窯爐的產品線及其競爭對手的產品進行深入研究與分析，A公司生產的單層輥道窯產品有3個不同的系列：極光系列、卓越系列、經典系列，如圖1。在視覺上，這些產品的外觀設計均展現(xiàn)出了一種全新的工業(yè)設計美學。雖然這些都是大型工業(yè)機械設備，但它們給人以雜亂無序之感，相反，它們展現(xiàn)的是一種大氣且充滿科技感的整體外觀。另外，在色彩上，A公司在其所有產品線上統(tǒng)一采用了藍色作為主色調。這種色彩設計策略使整個產品系列串聯(lián)了起來，并且提升了品牌的辨識度。

“極光系列”“卓越系列”“經典系列”等系列命名都從語言色彩上充分體現(xiàn)了其產品的功能性和設計理念，為其品牌形象塑造力和產品市場競爭力添磚加瓦。色彩的統(tǒng)一性設計策略、簡約大氣的外觀造型設計和富有內涵的系列命名，這3點對設計師來說都是值得學習的地方。

另外，通過對比分析可以發(fā)現(xiàn)，B公司在“高鐵時代”系列產品的設計上與其他產品相比具有明顯的差異化特征。該系列產品在色彩上采用了藍白相間的設計，然后與其流線型的外觀造型相結合，制造了強烈的視覺特征，從而體現(xiàn)出高速列車的設計主題。

C公司的產品同樣采用了藍白結合的色彩設計，并且加入了圓弧造型的設計元素。因此可以發(fā)現(xiàn)，A公司與B公司的產品設計具有較高的相似度。而D公司作為A公司的子品牌，其產品的外觀設計與A公司的產品存在一定的聯(lián)系和延續(xù)性，其原因可能是由于品牌間的設計理念和技術共享所導致的。

（二）新能源材料窯爐面板的設計問題

1.產品同質化嚴重

綜合工業(yè)窯爐的設計現(xiàn)狀和競品分析，當前市面上的工業(yè)窯爐面板設計呈現(xiàn)出嚴重同質化的問題。將市面上這些產品在同一界面進行對比時，可以發(fā)現(xiàn)它們在色彩設計、形態(tài)比例和分件方式上具有高度的相似性。這種高度同質化現(xiàn)象會導致產品失去其設計的獨特性和市場競爭力。所以，如果想在當今激烈的市場競爭中脫穎而出，在對新能源電池材料窯爐面板設計中需要運用一些創(chuàng)新設計方法，使其具有設計亮點，來體現(xiàn)產品的獨特性和增強市場競爭力。

2.安裝與拆卸方式煩瑣

在實地觀察中發(fā)現(xiàn)，工作人員在遇到更換窯爐中的零配件或緊急情況時，往往需要復雜的操作流程對面板進行拆卸，這對工作效率造成了極大影響。這就需要在對新能源電池材料窯爐面板的操作方式和結構設計上進行改良。

3.面板重量過大

面板重量過大使得工作人員在拆裝過程中十分費勁，并且需要非常經常謹慎。面板太重具有較大的安全隱患，因為面板的掉落會對工作人員造成傷害。長期頻繁地搬運拆裝面板也會對工作人員造成身體上的損傷。所以，對面板可以采用輕量化設計。

三、新能源電池材料窯爐面板綠色設計原則

（一）資源最佳利用原則

1.選擇資源時，應基于可持續(xù)發(fā)展的理念，重視資源的再生能力和跨時期的合理分配，優(yōu)先考慮可再生資源的使用，以減緩資源枯竭[8]。

2.設計過程中，應確保所選資源在產品全生命周期內得到高效利用。

（二）能源消耗最少原則

1.在能源選擇中，可以優(yōu)先考慮使用太陽能、風能等清潔可再生能源。通過減少使用汽油等不可再生能源來應對能源危機。

2.在產品設計中，應力求減少產品全生命周期的能源消耗，盡量避免能源浪費。能源轉化為振動、噪聲、熱輻射和電磁波等都是對能源消耗的不利形勢。

（三）零污染原則

綠色設計應摒棄傳統(tǒng)的“先污染，后治理”模式，轉而采取“預防為主，治理為輔”的環(huán)保策略，以實現(xiàn)生產過程和產品使用中的零污染[9]。

（四）零損害原則

綠色設計需確保產品在全生命周期內對生產者和使用者無害，考慮產品制造、使用環(huán)境、質量和可靠性等因素，確保安全，并符合人機工程學和美學原則，避免對健康和福祉造成損害。

（五）技術先進原則

為了使產品達到綠色標準，設計過程中應采用最新技術，并發(fā)揮創(chuàng)造性，以提升產品市場競爭力。

（六）生態(tài)經濟效益最佳原則

綠色設計需綜合考慮產品經濟效益及環(huán)境影響，確保產品在生命周期內對生態(tài)環(huán)境和社會的影響最小，實現(xiàn)經濟效益和環(huán)境效益的雙重優(yōu)化[9]。

四、新能源電池材料窯爐面板設計實踐

（一）設計定位

1.未來工廠的視覺傳達：為體現(xiàn)未來工廠的先進性和創(chuàng)新精神，在新能源電池材料窯爐面板的外觀設計上要符合整潔、時尚和流暢的視覺效果需求。通過在色彩表達、材料工藝、圖案紋理和造型特征等上進行深入設計，有效對窯爐復雜的結構表征進行柔和或弱化，降低產品的笨重感，給人們傳達以簡約、大氣和穩(wěn)定的視覺感受。

2.產品特色的凸顯：對于新能源電池材料窯爐，其面板設計需要具有節(jié)能、環(huán)保、精工制造以及科技智能等設計特點，以塑造一個全新的產品形象。這可以通過集成創(chuàng)新技術、采用環(huán)保材料和展示精密工藝等途徑來實現(xiàn)，使得產品在視覺和功能上都能體現(xiàn)出其核心競爭力。

3.企業(yè)形象的統(tǒng)一： 企業(yè)視覺識別系統(tǒng)（VI）在建立和加強品牌識別度方面起著至關重要的作用。在新能源電池材料窯爐面板設計中應統(tǒng)一產品的視覺元素，包括風格、色彩、材質和工藝、造型和細節(jié)等，以打造一致的家族色彩和企業(yè)標識形象。這種視覺統(tǒng)一性有助于加強消費者對品牌的印象，使得用戶對品牌忠誠度的提升。

4.以人為本的設計理念：設計應以用戶為中心，充分考慮操作的便利性、拆裝的簡易性和維護的安全性。設計師需要深入理解用戶需求，并運用人機工程學原理，確保產品易于使用且安全，以提升整體的用戶體驗。SVE8原則中的Ergonomics（人機工程學）強調了產品設計中人機交互的重要性，以提高產品的易用性和用戶的滿意度。

（二）設計方案的提出與篩選

根據新能源電池材料窯爐面板綠色設計原則和設計定位，提出了4個不同的設計方案，如圖2。產品設計方案的篩選是指在設計過程中，通過專家評審、用戶測試、數據分析等方法，對設計方案進行評估和選擇，以確保最終選擇的設計方案能夠滿足設計目標和用戶需求。經過對比分析4個設計方案的創(chuàng)新性和可行性后，確定了設計方案D。最后，基于對產品功能和結構細節(jié)上的思考與設計，還有考慮到產品的安全性和人機工學，對新能源電池材料窯爐面板的產品造型進行了適當調整，初步確立了新能源電池材料窯爐面板的設計方案。

（三）設計創(chuàng)新點

最終選定的設計方案D是基于綠色設計理念提出的一種創(chuàng)新的新能源電池材料窯爐面板設計方案。該設計方案維持了企業(yè)品牌的家族化一致性和品牌調性，并且添加了綠色作為點綴，與新能源主題相呼應。

1.色彩設計策略的創(chuàng)新：面板的色彩設計延續(xù)了企業(yè)品牌的標志性藍色，同時引入綠色作為輔助色，以象征新能源的環(huán)保和創(chuàng)新特性。通過色彩對比和互補的運用，創(chuàng)造出更好的視覺效果，與其他產品形成區(qū)別，提高了品牌的辨識度。

2.極簡主義的設計理念：整體設計采用了簡約且硬朗的風格，對線條和形狀的簡化，給人們在視覺上一種清新和簡潔的感受。極簡主義的運用不僅提升了產品的現(xiàn)代感，并且通過剔除多余的裝飾元素，提升了產品的功能性和實用性。

3.高低錯落的面板設計：在新能源電池材料窯爐首尾兩端，對高低廂面板進行了高低錯落外觀造型設計。高低錯落外觀設計賦予了產品的動態(tài)感，而且與傳統(tǒng)面板設計區(qū)別了開來。

4.標準化設計：設計方案中采用了標準化設計，遵循了綠色設計原則。標準化設計極大減少了產品生產材料和生產工序，并且提升了產品的裝卸效率和可操作性。該設計不但通過設計實現(xiàn)可持續(xù)生產，而且給產品和品牌附加了價值。

5.功能性與美學的結合：綠色鑲件部分的設計不僅作為視覺上的點綴，同時綠色鑲件也作為扣手，方便工作人員取下面板。這樣的設計既符合工作人員的真實使用需求，又為設計的美觀性增添了色彩。

（四）設計說明

在新能源電池材料窯爐面板的每個設計步驟中都細致入微，旨在通過精心挑選的色彩和設計元素，以及對功能性的深思熟慮，來強化品牌形象并提升產品的實用性。

1.外觀造型：在整體的外觀設計中，采用了簡約和硬朗的外觀造型，如圖3、圖4、圖5。這種設計風格不僅符合現(xiàn)代人的審美，而且體現(xiàn)出新能源電池材料窯爐的高效能和環(huán)保特性。新能源電池材料窯爐兩端側邊的頂部藍色面板逐漸收窄，造型線條連貫一致，兩端整體看似車頭的造型，給人以一種勇往直前的沖擊感和快速刺激的視覺感受。新能源電池材料窯爐兩頭的面板留有口子，開口設計整齊，一頭是物料入口，另一頭是經過燒制完成后的成品。新能源電池材料窯爐兩頭拐角處的面板進行了圓角處理，使得整體外觀造型流暢完整。新能源電池材料窯爐整體做了“收腰”的設計，中部呈現(xiàn)往內凹的造型，面板折彎角度為53°，使得新能源電池材料窯爐整體看起來緊湊、精煉、簡潔。新能源電池材料窯爐腰部的一整條油槽盒子顏色上采用了綠色，中間間隔設有藍色模塊，使得油槽盒子像是爐體的一條“綠色腰帶”，為外觀設計增添了特色。每塊面板上都設計有與整體腰線相呼應的缺口，每兩塊面板合并起來可以看到一個六邊形的出現(xiàn)，這成為整體上的點綴，該設計元素表現(xiàn)了產品的科技感。在整體設計上，其外觀線條沒有中斷的表現(xiàn)，線條造型具有力量感和流暢性，對稱統(tǒng)一，富有視覺美感。

2.產品結構：在結構設計上聚焦于產品的功能性和用戶體驗。每塊面板通過了標準化設計，大幅提升了面板在裝卸效率和可操作性上，而且給人以一種整潔的視覺感受。綠色部件作為面板的扣手，起到了方便、安全、快捷安裝和取下白色面板的作用。綠色部件是通過橫向嵌入安裝到白色面板的背部，不需要焊接，減少了面板制造安裝過程中工序、能耗和污染的排放。精心設計的綠色部件和白色面板形成了層疊關系，提升了產品在視覺上的層次感，使得產品在空間中更加立體和生動。這樣不僅增強了產品的實用性，也提高了其辨識度。

在裝卸方式上，創(chuàng)新的掛扣結構設計極大提升了工作人員裝卸面板的速度，如圖6。在新能源電池材料窯爐的周圍裝有固定在爐體和地面上的支架，支架上設有掛扣結構。工作人員在安裝時只需要雙手抓住白色面板的扣手，再將白色面板稍微往外傾斜舉到支架對應掛扣的位置上方，然后放下讓其自然垂直，白色面板就能固定在支架上。而且其結構牢固結實，為工作人員的工作效率和工作安全提供了有效的保障。

3.材質與工藝：為了能夠更完美地呈現(xiàn)外觀設計和相關功能性，在材質上選用了1.4507不銹鋼薄板，而工藝上則采用了沖壓成形和粉末靜電噴涂技術 。

1.4507不銹鋼薄板具有優(yōu)異的耐腐蝕性和耐熱性能，這使得其在惡劣環(huán)境下也能保持良好的工作性能。這些特性不僅適用于工程應用，也適用于需要上色的情況，確保了不銹鋼在上色后的長期穩(wěn)定性和耐用性。而且不銹鋼具有良好的再生性，可以通過熔煉回收再利用。

沖壓成型工藝是使用壓力機和模具對1.4507不銹鋼薄板加以外力，讓1.4507不銹鋼薄板發(fā)生塑性變形或者分離，從而獲得設計方案中的形狀和尺寸的模塊和零部件。

粉末靜電噴涂工藝使用粉末涂料代替溶劑涂料，具有環(huán)保節(jié)能、涂裝效率高、可回收利用等優(yōu)點。粉末涂料中不含有機溶劑，所以沒有難以處理的廢液產生，而且其涂層性能優(yōu)異。

4.產品尺寸：新能源電池材料窯爐加上面板整體尺寸達到65515mm×4570mm×2333mm，約為65.52m×4.57m×2.33m。主要的標準化面板，白色上面板尺寸為780mm×692mm×180mm，白色下面板尺寸為886mm×692mm×180mm，上擋板尺寸為2082mm×387mm×20mm。

由于新能源電池材料窯爐會經常出現(xiàn)需要更換零部件的情況，這種情況下就需要工作人員卸下白色上下面板，更換好零部件后再裝配上面板，這就需要每塊面板都要輕便且安裝方便。而1.4507不銹鋼的密度為7.8g/cm3，通過公式重量等于長度×寬度×厚度×密度，可以計算得出每塊面板的重量。白色上下面板采用的不銹鋼薄板厚度為2mm。通過計算得出，白色上面板重量約為1kg，白色下面板重量約為1.2kg。通過對面板尺寸大小的設計和材料工藝的選擇，使得工作人員裝卸面板更加便捷。

5.色彩設計：面板的色彩設計，使用了標志性的藍色對企業(yè)品牌進行了延續(xù)。這里的藍色不僅象征了品牌的核心價值，也是家族化設計一致性的體現(xiàn)。藍色使其在視覺上給產品打上了品牌的烙印，與消費者之間建立起了情感的橋梁，給人傳遞了一種品牌的穩(wěn)定性和可靠性。

在產品的細節(jié)上，運用了綠色作為輔助色。綠色的添加與新能源的主題作呼應，其象征著創(chuàng)新、生態(tài)可持續(xù)性以及對未來的積極展望。綠色作為生命和活力的象征，與新能源電池材料窯爐的環(huán)保特性完美契合，傳達出一種萬物向新、不斷進步的設計理念。

結語

本文所研究的新能源電池材料窯爐面板設計具備綠色環(huán)保、快捷裝卸、創(chuàng)新色彩策略和標準化設計等特征。文章通過對現(xiàn)有新能源電池材料窯爐進行系統(tǒng)的分析，基于綠色設計理論，設計出一款符合現(xiàn)代新能源材料生產制造所需的新能源電池材料窯爐面板，具備創(chuàng)新性，使得工作人員能夠容易、省心、安全地操作新能源電池材料窯爐，為新能源電池材料窯爐行業(yè)提供了新的設計思路和參考。未來的研究工作可以集中在材料選擇的優(yōu)化、生產過程的節(jié)能減排以及產品回收和再利用策略的開發(fā)上。

參考文獻

[1]劉志峰，劉光復.綠色設計[M]北京：機械工業(yè)出版社，1999.

[2]鮑宏，劉光復，張雷，等，面向多樣性和綠色性需求滿意的產品配置設計[J].中國機械工程，2012，23（07）：815-822.

[3]肖人彬，林文廣，數據驅動的產品創(chuàng)新設計研究[J].機械設計，2019，36（12）：1-9.

[4]劉志峰，成煥波，袁合.面向家電產品的易拆解可回收設計系統(tǒng)研究[J].中國機械工程，2014，25（16）：2213-2218.

[5]張寵元，魏巍，詹洋，等.面向主動回收的產品模塊化設計方法[J].中國工程科學，201820（2）：42-49.

[6]宋小龍，李博，呂彬，等.廢棄手機回收處理系統(tǒng)生命周期能耗與碳足跡分析[J].中國環(huán)境科學，2017，37（6）：2393-2400.

[7]郭鑫，趙武，王杰，等.面向創(chuàng)新設計的工藝設計知識模型及檢索方法研究[J].機械工程[36]學報，2017，53（15）：66-72.

[8]ANASTAS P T，ZIMMERMAN JB. Design through the 12 principles of green engineering[J].

Environmental Science .Technology，2003，37（05）：94A.

[9]傅志紅，彭玉成，產品的綠色設計方法[J].機械設計與研究，2000（02）：10-12，6.