【文章內(nèi)容簡介】 發(fā)展戰(zhàn)略在現(xiàn)代制造業(yè)中的體現(xiàn)，是一種綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的先進的現(xiàn)代 設計 模式。是制造業(yè)的發(fā)展趨勢。是現(xiàn)代企業(yè)提高核心競爭力的必由之路。 2 綠色設計的特點 綠色設計在產(chǎn)品整個壽命周期中都把其綠色程度作為設計目標，即在概念設計及粗略設計階段，就充分考慮到產(chǎn)品在制造、銷售、使用及報廢后對環(huán)境的各種影響，與產(chǎn)品有關的技術人員都應密切合作，信息共享，運用環(huán)境評價準則約束制造、裝配、拆卸、回收等設計過程，并使之具有良好的經(jīng)濟性。 綠色設計必須遵循一定的系統(tǒng)化的設計程序，其中包括：環(huán)境規(guī)章評價，環(huán)境污染鑒別，環(huán)境問題的提出，減少污染、滿足用戶要求的替代方案，替代方案的技術與商業(yè)評估等。綠色設計人員應該考慮這樣的問題：制造過程中可能產(chǎn)生的廢棄物是什么，有毒成分的可能替代物是什么，報廢產(chǎn)品怎么處理，設計對產(chǎn)品回收性有什么影響，零件材料對環(huán)境有何影響，用戶怎樣使用產(chǎn)品等。 綠色設計所關心的目標除了傳統(tǒng)設計的基本目標外，還有兩個：一是防止影響環(huán)境的廢棄物產(chǎn)生；二是良好的材料管理。綠色設計通常有三個階段：①跟蹤材料流，確定材料輸入與輸出之間的平 衡；②對特殊產(chǎn)品或產(chǎn)品種類分配環(huán)境費用，并確定相應的產(chǎn)品價值；③對設計過程進行系統(tǒng)性研究，而不是將注意力集中在產(chǎn)品本身。從產(chǎn)品的整體質量考慮，設計人員不應根據(jù)物理目標設計產(chǎn)品，而應以產(chǎn)品為用戶提供的服務或損害為主要依據(jù)。 3 綠色機械產(chǎn)品設計的方法 機械產(chǎn)品綠色沒計的概念可歸納為：機械產(chǎn)品綠色設計是一種基于產(chǎn)品整個生命周期，并以產(chǎn)品的環(huán)境資源屬性為核心的現(xiàn)代設計理念和方法。在設計中，除考慮產(chǎn)品的功能、性能、壽命、成本等技術和經(jīng)濟屬性外，還要重點考慮產(chǎn)品在生產(chǎn)、使用、廢棄和回收的過程中。對環(huán)境和資源的影響 。其主要包括以下幾個方面。 建立系統(tǒng)的綠色產(chǎn)品評價模型是綠色設計的關鍵。例如針對減速器等機械零部件，采用多目標模糊優(yōu)化設計，使其重量最輕、體積最小、用材最少、消耗能源最少?，F(xiàn)在已經(jīng)提出綠色產(chǎn)品的評價指標體系、評價標準制定原則，利用模糊評價法對 “ 綠色程度 ” 進行了評價，并開發(fā)了相應的評價工具。 產(chǎn)品的 結構 設計 除了滿足普通產(chǎn)品的基本要求外，主要考慮結構的易于拆卸與回收處理。拆卸是廢棄物回收的前提，回收則是廢棄物再利用的保證其研究內(nèi)容包括： (1)產(chǎn)品拆卸設計方法 ； 除了滿足普通產(chǎn)品的基本要求外，主要考慮結構的易于拆卸與回收處理。拆卸是廢棄物回收的前提，回收則是廢棄物再利用的保證 。 不可拆卸不僅會造成大量可重復利用零部件材料的浪費，而且因廢棄物不好處置，還會嚴重污染環(huán)境。拆卸已成為機械設計的重要內(nèi)容?？刹鹦缎允蔷G色產(chǎn)品設計的主要內(nèi)容之一，它要求在產(chǎn)品設計的初級階段就將可拆卸性作為結構設計的一個評價準則?？刹鹦缎砸笤诋a(chǎn)品結構設計時改變傳統(tǒng)的聯(lián)接方式，代之以易于拆卸的聯(lián)接方式?？刹鹦督Y構設計有兩種類型：一種是基于成熟結構的聯(lián)接方法，如螺栓聯(lián)接、鍵聯(lián)接及過盈配合等；另一種 則是基于計算機的目的設計方法，現(xiàn)已開發(fā)系統(tǒng)的可拆卸性評價指標體系、評價方法、拆卸結構設計準則，并開發(fā)了相應的評價軟件。 (2)拆卸評價指標體系的建立 。 (3)拆卸結構模塊的劃分及其結構設計 。 (4) 可回收性設計 ； 可回收性設計是指：在產(chǎn)品設計初期充分考慮其零件材料的回收可能性、回收價值大小、回收處理方法、回收處理結構工藝性等與回收性有關的一系列問題，最終達到零件材料資源、能源的最大利用，并對環(huán)境污染最小的一種設計思想和方法，可回收性設計包括以下幾方面的主要內(nèi)容： ① 可回收材料及其標志； ② 可回收工藝與方法； ③ 可回收性經(jīng)濟評價； ④ 可回收性結構設計。 產(chǎn)品環(huán)境性能設計 不同的產(chǎn)品有可能對環(huán)境有不同的影響，設計時應根據(jù)產(chǎn)品性能、盡可能滿足對環(huán)境的要求。如生產(chǎn)電冰箱要求不用氯氟類的制冷劑和發(fā)泡劑減少或消除酸洗、磷化過程中產(chǎn)生的環(huán)境污染物，降低能耗，減少噪聲等。 產(chǎn)品資源性能設計 為了使產(chǎn)品的資源得到臺理利用和配置。其設計的主要內(nèi)容是： (1)產(chǎn)品生命周期的資源消耗模型建立 。 (2)產(chǎn)品生產(chǎn)過程的資源消耗特性分析等。 由于在產(chǎn)品設計初期，就必須考慮產(chǎn)品的回收、再利用等性能，因此成本分析時，就必須考慮污染物的替代、產(chǎn)品拆卸、重復利用成本、特殊產(chǎn)品相應的環(huán)境成本等。企業(yè)是否支出環(huán)保費用，也會形成產(chǎn)品成本上的差異；同樣的環(huán)境項目，在各國或地區(qū)間的實際費用，也會形成企業(yè)間成本的差異。因此，在每一設計決策時都應進行綠色產(chǎn)品成本分析，以便設計出的產(chǎn)品 “ 綠色程度 ” 高且總休成本低。 4 綠色材料的選擇 與管理 綠色材料（ Gren Material）又稱環(huán)境協(xié)調材料（ Environmental Conscious Material）是指具有良好使用性能，并對資源和能源消耗少，對生態(tài)與環(huán)境污染小，有利于人類健康，再生利用率高或可降解循環(huán)利用，在制備、使用、廢棄直至再生循環(huán)利用的整個過程中，都與環(huán)境協(xié)調共存的一大類材料綠色材料開發(fā)不僅包括直接具有凈化、修復環(huán)境功能的高新技術材料的開發(fā)，也包括對使用量大、使用面廣的傳統(tǒng)材料的改造，使其“環(huán)境化”。 綠色材料與環(huán)境具有良好的協(xié)調性，其特點主要表現(xiàn)在以下兩個方面： ⑴在生命周期全程（原材料獲取、生產(chǎn)、加工、使用、廢棄、再生等）具有很低的環(huán)境負荷值。環(huán)境負荷值是評價一種材料 對生態(tài)環(huán)境的污染程度及再生利用率高低的綜合指標。具有高的再生利用率并對生態(tài)和環(huán)境的污染小的材料具有低的環(huán)境負荷值，該值通常有標準設定值，該設定值可作為評判標準，該標準主要參考國家標準和國際標準。 ⑵具有很高的循環(huán)再生率。這本身就可以節(jié)約資源、能源，減少原材料生產(chǎn)制造過程中的污染。從某種意義上講，具有很高的循環(huán)再生率本身就是具有較低環(huán)境負荷的表現(xiàn)之一。 常用的材料綠色程度的評價方法有一下幾種： ⑴材料的生命周期（ Life Cycle Assessment， LCA）評價。生命周期評價 LCA是一個對產(chǎn)品從原材料取得階段到最終廢棄處理的全過程中對社會和環(huán)境影響的評價方法。它把環(huán)境分析和產(chǎn)品設計聯(lián)系起來。其主要內(nèi)容有：成本分析、能源分析 ⑵ 泛環(huán)境函數(shù)法 這是一個能量、資源和環(huán)境影響的綜合評價方法。材料的評價不僅要考慮污染物的直接危害、還要考慮資源消耗和能源消耗的間接危害。這些危害和影響涉及的范圍稱之為泛環(huán)境（ Pan – environment），可用一個函數(shù)即泛環(huán)境函數(shù)來描述，泛環(huán)境函數(shù)的通用表達式為： ELV=ψ（ n） = f [R（ n）， E（ n）， P（ n） ] 式中 ELV為泛環(huán)境函數(shù)，其值稱之為泛環(huán)境負荷，是材料在某過程或全過程中的資源消耗、能源消耗、污染物排放對生態(tài)環(huán)境的干擾和危害的綜合程度的衡量。它是材料過程數(shù)目n的函數(shù)。 R為材料的資源環(huán)境因子， E為材料的能源環(huán)境因子， P為材料的污染環(huán)境因子。R、 E、 P都是過程數(shù)目 n的函數(shù)。泛環(huán)境函數(shù) ELV有兩種處理方式，一種是加和處理法，另一種是乘積處理法，即加和模型和乘積模型。 ⑶ 材料再生循環(huán)利用度的評價及表示系統(tǒng) 這是日本關西大學的學者中野加都之提出的一種面向消費者的普及型綠色材料評價方法，它將產(chǎn)品（商品）的所有零部件分類并加以標識與說明： ① 可以再生循環(huán)利用； ② 再生循環(huán)利用； ③ 再生循環(huán)利用度。 綠色材料選擇是一個系統(tǒng)性和綜合性很強的復雜問題。 因為綠色材料尚無明確界限，實際中選用很難處理，而且選用材料，不僅要考慮其綠色性，還必須考慮產(chǎn)品的功能、質量、成本等多方面問題。美國卡耐基美隆大學 Rosy提出了一種將環(huán)境因素融入材料選擇的方法，該方法在滿足功能、幾何形狀、材料等特性和環(huán)境等需求的基礎上，使零件的成本最低。該材料選擇方法的流程圖如圖 。 圖 材料選擇方法的流程 綠色設計的材料管理包括兩方面的內(nèi)容：一是原材料的管理；二是回收重用材料的管理。對原材料管理而言，就是不能把含有有害成分的材料與無害材料混在一起，以免引起材料之間的交叉感染；另一方面，對結束產(chǎn)品生命周期的產(chǎn)品來說，其有用部分要充分有效地回收利用，并根據(jù)各種材料的性能分類存放管理，不能重用的材料要采用適宜的工藝方法進行處理處置，使其對環(huán)境的影響降低到最低限度。因此產(chǎn)品設計時，可回收利用的部分要有識別標志，連接結構易于拆卸，并增加可處理性。目前常用的管理方法有：減少材料種類，設計需求 初步工程計算與經(jīng)驗判斷 初選材料 A 初選材料 B 初選材料 C 制造工 藝選擇 制造 費用 功能 要求 材料 特性 幾何 形狀 環(huán)境 費用 LCA 分析 總費用計算 材料 A總費用 材料 B總費用 材料 C總費用 按最小費用選擇材料 材料選擇結果 研究開發(fā)新材料替代有毒有害材料，開發(fā)使 用天然材料，并增加產(chǎn)品結構的可拆卸性、可回收性及可重用性。 綠色設計要求選材時應考慮既要有良好的適用性能，又要與環(huán)境有較好的協(xié)調性。綠色設計對材料的要求也為材料科學的發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)，即能提供或生產(chǎn)出適合綠色產(chǎn)品設計的綠色材料，選用易加工的材料，低耗能、少污染的材料，可回收和利用的材料。如鋁材料，若汽車車身改用輕型鋁材制造，重量可減少 40%，且節(jié)約燃油消耗。采用天然可再生材料，如豐富的柳條、竹類、麻類、木材等用于產(chǎn)品的外包裝。除合理選材外，還應加強材料管理。綠色產(chǎn)品設計的材料管理內(nèi)容：一方面不能把含有有害 成分與無害成分的材料混放在一起；另一方面，達到壽命周期的產(chǎn)品，有用部分要充分回收利用，不可用部分要進行處理，使其對環(huán)境的影響降低到最低限度。 在現(xiàn)階段，機械產(chǎn)品選擇綠色材料的主要原則包括： (1)材料本身性能的先進性 。 (2)材料與環(huán)境協(xié)調相容性，包括易加工、低毒害、污染小等 。 (3)盡量采用不加涂鍍工藝的材料以及易回收、可再生、分解或降解的材料 。 (4)盡可能采用回收率較高的零部件和材料 。 (5)盡量減少所用材料種類、數(shù)量。 第 3 章 機械產(chǎn)品綠色制造系統(tǒng)研究 綠色 制造技術 是指在保證產(chǎn)品的功能、質量、成本的前提下，綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式。它使產(chǎn)品從設計、制造、使用到報廢整個產(chǎn)品生命周期中節(jié)約資源和能源，不產(chǎn)生環(huán)境污染或使環(huán)境污染最小化。環(huán)保型制造技術是指在制造過程中最大限度地減少環(huán)境污染，創(chuàng)造安全、舒適的工作環(huán)境。包括減少廢料的產(chǎn)生及廢料有序地排放 。減少有毒有害物質的產(chǎn)生及有毒有害物質的適當處理 。減小振動與噪聲 。實行溫度調節(jié)與空氣凈化 。對廢料的回收與再利用等。其下簡要介紹一些 綠色制造技術。 1 精確成形工藝 精確成形工藝，亦稱少無切屑加工，它主要是通過精鑄、精鍛、冷擠、粉末冶金等加工方法來獲得零件或精坯。 20 世紀以來，人們開始探索各種減少切削或不切削的精密成形新方法和新材料，以減少工時和材料耗費。例如，采用擠壓、冷鐓、搓絲等工藝生產(chǎn)螺栓、螺母和機械配件，使材料利用率大大提高，有時列 ‘完全不需要切削 。采用金屬模壓力鑄造制造鋁合金件。與普通鑄造相比，制件質量提高，且可基本不用切削加工 。采用粉末冶金方法可制造高強度、高密度的機械零件，如精密齒輪等 。工程塑料的壓塑和注塑件強度高、成型容易，基本上沒有加工余量 。通過提高傳統(tǒng)鑄造、鍛壓工藝的精度也能減少加加工余量，實現(xiàn)毛坯精化?？傊?，精確成形工藝具有顯著的技術經(jīng)濟效益，能實現(xiàn)多種冷、熱工藝綜合交叉、多種材料復合選用，把材料與工藝有機地結合起來，是機械制造技術的一項突破。對輕工機械制造業(yè)來說，不僅可以節(jié)約傳統(tǒng)毛坯制造時的能耗、物耗，也大大減少了產(chǎn)品的制造周期和生產(chǎn)費用。 2 高速切削機床 我們知道，機械干式加工在切削區(qū)域會產(chǎn)生大量的切削熱，如果不及時散熱，會使機床受熱不均而產(chǎn)生熱變形，這個熱變形就成為 影響工件加工精度的一個重要因素，因此機床應配置循環(huán)冷卻系統(tǒng)，帶建切削熱量，并在結構上有良好的隔熱措施。 實驗 表明，干式切削理想的條件應該是在高速切削條件下進行，這樣可以減少傳到工件、刀具和機床上的熱景。干切削時產(chǎn)生的切屑是干燥的，這樣可以盡可能的將干切削機床設計成立軸和傾斜式床身。工作臺上的傾斜蓋板用絕熱材料制成，在機床上配置過濾系統(tǒng)排出灰塵，對機床主要部位進行隔離?，F(xiàn)在切削加工已朝著高速、超高速方向發(fā)展，高速切削機床的發(fā)展給千切 削的實現(xiàn)創(chuàng)造了良好的條件，對于精密切削機床，可在機床上裝上監(jiān)控系統(tǒng)，以檢測切削區(qū)域的溫度變化、切削力的變化以及刀具的磨損，井配以機床補償裝置。 3 機械 設備 綠色化 實現(xiàn)機械 設備 生命周期的綠色化，對機械 設備 實行綠色使用也是必不可少的。如果在 生產(chǎn)車間 采取有效措施，采取綠色使用策略，通過綠色保養(yǎng)、維修是可以有效防止機械故障，保證設備的完好率。相應減少了廢棄排放物對環(huán)境的危害，提高機械 設備 壽命，也就是節(jié)省了資源，比如設備維修技術以最少的資源消耗，保持、恢復、延長和改善設備的功能，實現(xiàn)材料利用的高效率，減少材 料和能源消耗，從而提升經(jīng)濟運行質量和效益。一般說來。通過維修恢復一種產(chǎn)品的性能所消耗的勞動量和物質資源，僅是制造同一產(chǎn)品的幾分之一，甚至十幾分之一，這種消耗的減少就意味著對環(huán)