机械产品创新设计方法之绿色设计

试论机械产品创新设计方法之绿色设计

【摘要】本文是以绿色为原型的创新设计原理，对于以往的经验型设计提供了新的理论思维工具；介绍了面向产品全生命周期的机械产品设计系统，分析了创新设计、绿色设计的基本理念及方法。【关键词】机械产品创新设计绿色设计

一、机械产品现代设计理论与方法

现代机械产品通过增加传感器，已经具有某些感知能力，计算机的应用又使产品具有智能性。机械产品设计可以是应用新的原理或新的概念，开发制造出新的机器，也可以是在已有机器上的重新设计或改进。现代产品设计，设计者不仅只是考虑自然科学技术，还要求面向产品的全生命周期进行设计，将“产品—人—环境—社会”看成是设计中完整的一个系统。既要考虑产品本身，又要考虑产品对环境的影响；既要考虑技术层面，又要考虑经济社会层面；既要看当前发展，又要看长远发展。

1创新设计

就创新设计本身，是要求设计者充分发挥创造性思维，吸收最新科技成果，运用现代设计理论和方法，设计出更具竞争力的新颖产品。“creative leap”概念认为：创新是经过一系列思维飞跃而最终获得的，每一次飞跃中都蕴藏着潜在的方法，而这些方法是可供借鉴和遵循的。机械产品创新设计类型可分为3种：原创设计、变异设计和反求设计。现代公司必须致力于开发新产品，必须学习如何有效的刨新，从产品概念到投放市场，都必须融合新的“设计”。

从另外一方面上说，产品设计可以看成是一种以解决问题为直接目标的活动，需要一系列复杂而系统的努力，包括：提出设计概念，拓展设计概念，修改细节，评价合理的解决方案等。

2绿色设计

绿色设计指在产品整个周期内，着重考虑产品环境属性(可拆卸性、可回收性、可维护性、可重复利用性等)，并将其作为设计目标，在满足环境目标要求的同时，保证产品应有的功能、使用寿命、品质等。机械产品的绿色设计原则有：

（1）生态效益最好原则：绿色设计强调不论是在产品制造过程中，还是在产品使用过程中，都要求产品对周围环境“零污染”。（2）经济效益最好原则：设计的机械零件既要功能满足客户要求，又要成本低廉。考虑经济最佳性必须从设计和制造两个方面上入手。

（3)安全可靠原则：安全可靠是机械产品品质的保证，必须确定零件在强度、刚度、耐磨性、稳定性及热平衡性上满足设计要求。（4)人机工程学原则：绿色设计倡导“以人为本”，进行人性化设计，实现对人体的良好保护。通过研究组成人机系统的人和机器的相互关系，以提高整个系统的工作效率，并使“人—机器—环境”相互协调，以求达到人的能力与作业活动要求相适应，创造高效、舒适、安全的劳动条件。

二、基于绿色原型的创新设计

1基于绿色原型的创新设计原理

传统的产品设计遵循“结构形式满足功能”的原则，在重视功能的条件下，设计者过分强调技术层面的满足，忽视面向环境设计对于产品全生命周期设计的重要性。此外，多数传统设计只考虑产品使用过程中所表现的特性，缺乏对制造过程中产品的绿色指标的考察，也不会考虑产品的使用报废与回收再利用。人类在自然环境中生存，形成了最初的“人—环境—系统”。随着人的不断进化，人的需求也日益扩大，在需求的发展膨胀过程中，人过分的依赖对资源的消耗，已经面临着社会发展与环境资源之间深刻的矛盾。由此，绿色设计理论的提出使此类问题的解决成为可能。这样，如果从产品、人、自然环境和社会整个系统去研究产品的设计、制造、使用和回收过程，以绿色原型为基础进行产品的创新设计，就为产品的设计提出了一种新型的设计原理——基于绿色原型的创新设计。

2基于绿色原型的创新设计的实现

基于绿色原型的机械产品创新设计的具体步骤如下：

（1）产品问题空间的提出。应用列举法，分析产品对自然资源的消耗和可能对周围环境、人产生的影响及造成的危害。分析产品环境属性就是在产品设计时着重考虑材料的选择、零部件的再使用、产品的拆卸及面向生命周期的评价等。材料的选择应注意如下要点：尽量减少使用稀有昂贵原材料及有毒、有害材料；寻找稀有昂贵材料的替代材料，多应用回收材料、废料及余料；减少所用材料的种类，采用相容性好的材料，以利于产品报废后的回收与处理；选用再生材料，形成一个有效使用资源的良性循环。采用系列化、

模块化的设计能够有效地保证零部件的再使用。

（2）寻找基于绿色的创新点。从用户期望出发，分析设计产品的技术功能属性，寻找新颖的创新点是基于绿色原型的创新设计的核心内容。寻找创新点需要设计者掌握很强的创造原理，充分发挥创新性思维，应用工程数据库和工程知识库等技术支持平台，完成产品创新概念设计。

（3）建立设计方案形态学矩阵。在这一阶段，以建立形态学矩阵为基础，对创造对象进行因素分解，找出因素可能的全部形态，并进行方案综合，以得到方案的多种解。

（4）分析、求解和组合方案。在分析、整理和求解方案中，根据绿色设计方法与理念，设计者预先制订出一套选优标准，将形态学矩阵中的所有方案进行组合，去除不符合要求的组合方案，最后得到满足要求的方案可能有多个。

（5）形成产品最终设计方案。这里最终方案指的是进行一次设计所实现的“最终”，任何成熟产品的设计都是经过反复多次修改而完成，是一个不断改进、循环的设计过程，同时也是一个面向产品全寿命周期的设计过程。

（6）分析产品的技术和功能属性，实现基于绿色原型的创新设计。绿色设计的核心是要实现“产品—人—环境—社会”的生态平衡，避免对环境的污染和资源的过多消耗。

3基于绿色原型的创新设计的特点

（1）体现绿色设计理念。基于绿色原型的创新设计所依赖的设

计实施技术方法群是建立在绿色设计的理论基础上，设计者充分利用创造原理，发挥创新性思维，以寻找产品设计的创新点。

（2）面向产品全生命周期进行设计。传统设计方法局限于考虑产品在使用过程中具有的功能属性（使用功能），设计者缺乏环境保护意识。

（3）强调创造原理与程序化思考。创造性活动的开展和完成，不仅依赖于创新性思维，更需要应用创造原理。

三、结论

基于绿色原型的创新设计方法，把绿色设计理念和创新智能充分利用到产品设计中，考虑产品的全生命周期，从而提出了以绿色为原型的创新设计原理，对于以往的经验型设计提供了新的理论思维工具，显示了基于绿色原型的创新设计（下转第127页）

（上接第95页）方法在设计自动化理论和实践方面的重要作用。参考文献：

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略研究报告（2006~2010）：机械与制造科学[m].北京：科学出版社，2006.

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［3］刘晓叙，陈敏.机械产品绿色设计理念[j].机械设计，2005，

22（11）：1 - 2.