[产品设计,可持续发展,视野]人类可持续发展视野下的机械产品设计趋势

人类可持续发展视野下的机械产品设计趋势

【摘要】经过不断的实践探索发现基于节能环保的机械产品设计能够完美地将机械制造、使用和回收与环境保护融合在一起，是机械设计行业实现人类可持续发展的有效途径。本文分析了人类可持续发展视野下的机械产品设计趋势，并探讨了基于可持续发展的机械产品设计方法。

【关键词】可持续发展；机械设计；环保

一、人类可持续发展视野下的机械产品设计趋势

可持续发展是指既满足当代人的需求，又不损害后代人满足需要的能力的发展。换句话说，就是指经济、社会、资源和环境保护协调发展，它们是一个密不可分的系统，既要达到发展经济的目的，又要保护好人类赖以生存的大气、淡水、海洋、土地和森林等自然资源和环境，使子孙后代能够永续发展和安居乐业。节能环保是可持续发展的重要方面。

当今人类社会面临资源、环境、人口的三大主要问题，特别是环境问题，正对人类社会的生存与发展造成严重威胁。工业设计的发展同样关系到国民经济的发展，也要以一定的自然资源为基础，以提高人们的生活质量为最终目标。因此，可持续发展理论对工业设计的发展有极其重要的现实指导意义。并且随着经济全球化趋势的日益加强，基于节能环保的机械电产品设计必将成为人类共同的价值趋向。在漫长的人类设计史中，工业设计在为人类创造了现代生活方式和生活环境的同时，也加速了资源、能源的消耗，对地球的生态平衡造成了极大的破坏，成为浪费资源、破坏环境的罪魁祸首。有鉴于此，在工业设计的发展过程中，我们必须面对并努力解决这些问题。将可持续发展理论纳入机械设计领域，促成设计理念的根本性变革。

在机械产品设计的全过程中，当考虑产品的基本技术性能属性与环境资源属性、经济属性并重，且环境资源属性优先和产品在使用废弃后的可拆性和回收利用性。在机械产品设计过程中，产品设计者在环境保护、节约资源方面应承担的社会责任。即对大宗工业产品，企业不但要生产产品，同时，还应在可能的范围内，承担产品回收和再利用的义务。促使绿色设计对传统设计方法、设计理念的发展和创新，体现了人类对机械及机电产品设计学认识的深化。

二、基于可持续发展的机械产品设计

（一）机械产品环保型材料的选择

1.尽量采用能再生利用的材料和资源

在各系统及部件设计中所选用的材料尽量是可回收、易分解、能再生而且在加工和使用过程中对环境无害的材料，特别是结构件的设计应尽可能采用比较容易装配和分解的大模块化结构和无毒材料，提高工程机械材料的再生率。

2.长寿命、低能耗及减轻重量的设计

通常来说，延长产品寿命就等于减少了机械的生产量和降低其报废量，降低产品能耗可减少对环境的污染，而减轻产品重量即可减少材料和资源的消耗。要从减少环境负荷的角度尽可以考虑各系列产品同类零部件的互换性和通用性。为此应在保持主机各项性能参数前提下，尽量减少主机和附属作业装置或机具的体积和重量，提高动力传动系统零部件的强度和耐久性能，实现液压系统的轻量化和高效率。

3.尽量采用低环境负荷材料

工程机械零部件设计中应尽可能不使用氟利昂（空调）、含氯橡胶、树脂及石棉等有害材料。如装载机驾驶室和内饰上使用难以自然分解且对环境有害的工程塑料及其它一些非金属材料都加重了资源浪费和环境污染；在仪表、散热器及蓄能电池等采购生产中，应尽可能减少或替代铅的使用量。因此在主机设计中一些附属零部件选用新型环保型材料很重要。

（二）机械的清洁性设计

常用机械动力为内燃机提供，内燃机环境性指标主要存在问题有：消耗一次性能源石油；噪声、废气污染；热排放和漏油污染。废气排放和漏油污染对环保影响很大，废气中NOX，HC 化合物直接影响农产品的品质和的可持续发展。机械动力环保选型设计应优先选择电力为动力的机械，加快开发太阳能、氢气、植物油、天然气发动机。同时加速发动机环保化学设计的研究，采用包括汽油无铅化与汽油抗磨性，柴油低硫化与柴油润滑性，生态燃料与生态摩擦学，汽油机沉积物与汽油清净剂，柴油机颗粒与消烟助燃剂，润滑油和添加剂与排放催化转化，润滑剂生物降解性与生物降解润滑剂，催化助燃/补燃，发动机机械与化学材料制造等措施。减少石油消耗、噪声污染、废气污染、热排放和漏油污染。采取自适应有源噪声控制系统控制发动机噪声。

（三）产品的可拆卸性设计

现代机械产品往往使用着多种不同材料，困而其拆卸就成为目前绿色设计研究的主要热点。田为不可拆卸不仅会造成大量可重复利用零部件材料的浪费，而且因废弃物不好处置，还会严重污染环境。拆卸在现代机械生产良性发展中起着重要的作用。已成为机械设计的重要内容可拆卸性是绿色产品设计的主要内容之一，它要求在产品设计的初级阶段就将可拆卸性作为结构设计的一个评价准则，使所设计的结构易于拆卸、维护方便，并在产品报废后可重用部分能充分有效地同收和重用，以达到节约资源和能源、保护环境的目的。可拆卸性要求在产品结构设计时改变传统的联接方式，代之以易于拆卸的联接方式，可拆卸结构设计有两种类型：一种是基于成熟结构的联接方法，如螺栓联接、键联接及过盈配台等；另一种则是基于计算机的目的设计方法，现在的研究已开发系统的可拆卸性评价指标体系，评价方法、拆卸结构设计准则，并开发相应的评价软件。

（四）机械产品的次生型优化设计

运用现代工业的设计方法对原有产品进行外观以及内部结构的优化与改进，实现局部改进创新，称为次生型设计创新。次生型设计无需进行原创型设计创新所需要进行的大量原型设计，因而能够有效提高机械产品的设计效率，减少设计环节所占用的时间。针对机械产品

的次生型优化设计创新是指以在原有产品设计的结构基础上，在保留原有产品设计的核心功能与产品优点的同时，对该产品外形、拓扑结构等进行优化和再设计，使得新产品具备原有产品所不具备的新功能和特征。产品的次生型优化设计创新是建立在产品的结构优化层次分类基础上的创新活动，机械结构的布局包括尺寸、形状、拓扑三个方面的信息，而尺寸优化、形状优化和拓扑优化体现了结构优化中三个不同层次的问题月。针对机械产品尺寸、形状、拓扑结构的优化创新设计，以产品基本架构组成零件之间的装配关系为前提，结构优化的关注点是有待改进或者进一步开发的结构要素。通常，这些结构要素在设计之初并不明确，隐藏在复杂的形状、色彩以及结构形态之中，只有通过对多变的市场需求、多方面的用户期望以及现有同类产品的优缺点进行深入分析，才能找出最具创新价值的结构优化要素。（五）虚拟快速成型设计

在如今的机械设计中，可模拟现实产品的绿色技术正在被积极的研究和利用。这种技术主要是模拟三维图形生成、利用高分辨率的显示从达到生成逼真的三维虚拟环境。这种技术在产品的设计上不会消耗资源，不会产生相应的实际产品。这样同原来的设计方式相比，这种技术更具时效性和高度集成性，提升产品的质量和开发速度有十分积极的意义。这些绿色技术不断推动整个机械产业的发展并且描绘出了广阔的发展前景。虚拟快速成型技术技术现在已经在许多领域里得到了应用，显示出极大的优越性，但它仍有一定的局限性，使用虚拟快速成型技术制造，其可成型的材料有限，加工精度比较低、单件成本高、强度和耐久性能还不能满足用户的要求，在一定程度上阻碍了该技术的推广和普及。

快速成形技术下一步研究开发工作主要在以下几方面：改善快速成形系统的可靠性、生产率和制作大件能力，尤其是提高快速成形系统的制造精度；开发经济型的快速成形系统，降低单件成本；改进快速成形技术的方法和工艺创新；加速其在快速模具制造中的应用；开发性能良好的快速成形材料；开发快速成形的高性能软件等。

（六）干切削机械设计

干切削技术是在绿色技术下的一次重要的变革，它改善了现有的湿切削技术。这也是一种全新的产业清洁技术，它在加工过程中不会使用切削液，这样就从源头上杜绝了污染。在整个制造过程中对环境保护有着巨大作用。这种技术同时也简化了相关机械装置，降低了生产成本。同时制造过程中产生的切屑也干净清洁方便对其进行回收，绿色技术现在已经成功运用到实际加工中。以细微加工的微机械技术也属于绿色技术，这种技术主要是在纳米尺度范围内进行加工。使得产品具有精密度高、体积重量小和能源资源消耗少等优势。这种技术可以广泛运用到机械生产中去，减少了对环境的污染和提高了产品的竞争力。

三、结束语

总之，节能环保设计是一种资源节约型有坏配置的相对增值的技术，是在运用等量资源、能源的前提下，环保设计技术是力图比传统设计方法获得数量更多质量更优的产品、使生产过程由粗放型转向集约型的先进设计技术。机械设计工作者应当遵循节能环保理念，不断优化设计，实现人类的可储蓄发展。

参考文献：