绿色设计与绿色制造

绿色设计与绿色制造

课程小结

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绿色设计及绿色制造

一、绿色设计及制造概述

制造业的快速发展在极大促进人类物质文明建设的同时，也对世界范围内的生态环境造成了巨大的破坏。能源、资源的过渡消耗，生态环境的恶化以及严厉的环保法规，迫使制造业由过去的粗放式发展向绿色设计、绿色制造转型。绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中，对环境的负面影响最小，资源效率最高，并使企业经济效益和社会效益协调优化。

绿色制造领域研究的主要原则是强调采用能减轻对环境产生有害影响的制造过程，包括减少有害废弃物和排放物，降低能量消耗，提高材料利用率，增加操作安全性等。简言之，绿色制造应是在不牺牲质量、成本、可靠性、功能或能量利用率的前提下，尽量减少工业活动对生态环境造成的影响。

它们虽然称谓不同，但是都是以设计和制造生命周期中对环境影响最小的产品为目标，所以常被互用。产品绿色设计是一种基于产品整个生命周期，并以产品的环境资源属性为核心的现代设计理念与方法，在设计中除考虑产品的功能、性能、寿命、成本等技术和经济属性外，还要重点考虑产品在生产、使用、废弃和回收过程中对环境和资源的影响，也即在传统设计中融入环境和资源能源等因素。绿色设计制造各部分及其关系可以简单以下框图概括

二、绿色设计的主要特点。

1、扩大了产品的生命周期绿色设计将产品的生命周期延伸到了“产品使用结束后的重用及处理处置”。这种扩大了的产品生命周期便于在设计过程中从总体的角度理解和掌握与产品有关的环境问题及原材料的循环管理、重复利用、废弃物的管理和堆放等。

2、绿色设计是并行闭环设计传统设计是串行设计过程，其生命周期是指从设计、制造直至废弃的各个阶段，而产品废弃后如何进行处理处置则很少考虑，从这种意义上将可以说传统设计是一个开环过程；而绿色设计的生命周期除传统生命周期各阶段外，还包括产品废弃后的拆卸回收，处理处置，实现了产品生命周期阶段的闭环循环，而且这些过程在设计时必须被并行考虑，因而，绿色设计是并行闭环设计。

3、进行绿色设计可以减少废弃物的数量及其处理的棘手问题。

4、绿色设计有利于保护环境，维护生态系统平衡，防止地球上资源的枯竭。

三、绿色设计的原则

绿色设计利用并行设计的思想，综合考虑在产品生命周期中的技术、环境以及经济性等因素的影响，使所设计的产品对社会的贡献最大，对制造商、用户以及环境负面影响最小。绿色设计的设计原则如下：

1、技术先进性原则

技术先进性是绿色设计的前提。绿色设计强调在产品生命周期中采用先进的技术，从技术上保证安全、可靠、经济地实现产品的各项功能和性能。它主要包括：技术创新性原则和功能先进实用原则。

2、环境协调性原则

绿色设计强调在设计中通过在产品生命周期的各个阶段中应用各种先进的绿色技术和措施使得所设计的产品具有节能降耗、保护环境和人体健康等特性，因此要真正实现绿色设计必须遵守下列原则。

(1)资源最佳利用原则

在资源选用时，应充分考虑资源的再生能力，避免因资源的不合理使用而加剧资源的稀缺性和资源枯竭危机，从而制约生产的持续发

展。因此设计中应尽可能选择可再生资源。在设计上应尽可能保证资源在产品的整个生命周期中得到最大限度的利用，对于确因技术限制而不能回收再生重用的废弃物应能够自然降解，或便于安全的最终处理，以免增加环境的负担。

(2)能量最佳利用原则

在选用能源类型时，应尽可能选用可再生能源，优化能源结构，尽量减少不可再生能源的使用，以有效减缓能源危机。通过设计，力求使产品全生命周期中能量消耗最少，以减少能源的浪费。同时，减少由于这些浪费的能量造成的环境污染。

(3)污染极小化原则

绿色设计应彻底抛弃传统的“先污染、后治理"的末端治理方式，在设计时就充分考虑如何使产品在其全生命周期中对环境的污染最小；如何消除污染源，从根本上消除污染。产品在其全生命周期中产生的环境污染为零是绿色设计的理想目标。

(4)安全宜人性原则

绿色设计不仅要求考虑如何确保产品生产者和使用者的安全，而且还要求产品符合人机工程学、美学等有关原理，以使产品安全可靠、操作性好、舒适宜人。也就是说，绿色设计不仅要求所设计的产品在其全生命周期过程中对人们的身心健康造成伤害最小，还要求给产品的生产者和使用者提供舒适宜人的作业环境。

(5)综合效益最佳原则

经济合理性是绿色设计中必须考虑的因素之一。一个设计方案或产品若不具备用户可接受的价格，就不可能走向市场；与传统设计不同，绿色设计中不仅要考虑企业自身的经济效益，而且还要从可持续发展观点出发，考虑产品全生命周期的环境行为对生态环境和社会所造成的影响。以最低的成本费用收到最大的经济效益、生态效益和社会效益。绿色设计的原则可以通过建立一个相关产品的绿色设计数据库为产品的绿色设计提供支撑，这也为绿色设计的并行实施提供技术支持。

四、绿色设计的设计准则

1、绿色设计中的材料选择准则：材料相容性；提高材料的利用率；尽量选择绿色材料和可再生材料；采用清洁型可再生能源；材料能量利用率最高；材料生命周期的排放最小；材料的毒性最小等等。

2、面向制造阶段的绿色设计准则：改善构件的承载能力：合理设计机械运动方案；机械装置的轻型化设计：按照节材原则进行工艺设计；选择恰当的工艺参数、设备；尽量采用无毒无害的原材料；适度自动化加工。

3、面向拆卸回收的绿色设计准则：尽量使用标准件和通用件，通过零部件合并减少零部件数量，尽量使用兼容性能好的材料组合，尽量减少联接件的数量和类型，设计合理的拆卸基准。对于拆卸回收设计，利用模块化设计是其有效的方法之一，而模块化通常是以功能模块进行划分，模块独立与功能独立相一致。减少连接件数量类型，尽量使用易拆卸或易破坏的联接方式，尽量使用简单的拆卸路线等都与减少设计的信息含量相符合。

4、面向包装运输的绿色设计准则：通过包装结构设计，减少包装物数量；包装设计中使用回收标志、不同颜色或辅助辨识系统，增强包装物的回收；尽量选用易于回收的材料；尽量使用回收得到的材料；避免过度包装；包装物的重用和重新装填；包装体上设计一些易于搬运的结构。对于包装的绿色设计准则，显然其更多集中在产品的外形，与被包装产品的功能关系不是十分密切。当然包装作为一种产品也可与公理设计相结合的。

5、面向使用维护的绿色设计准则：减小运动部件的质量；减少运动副之间的摩擦；改进传动系统，提高传动效率；采用节能控制，如变频、模糊控制等；选择绝热材料减少散热和蓄热损失；进行合理的寿命设计(长寿命设计、均衡寿命设计)：进行维修性设计。面向维护的绿色设计准则与面向拆卸回收的设计相似的地方，二者都要考虑拆卸的问题。不过面向使用维护的设计还要考虑设计的强健性和控制的优化。