轻化机械绿色设计理论

1绿色设计的定义、原则与特点

1.1绿色设计的定义

绿色设计是以环境资源为核心概念的设计过程，即在产品的整个生命周期内，优先考虑产品的环境属性（可拆卸性、可回收性等），并将其作为产品的设计目标，在满足环境目标的同时，保证产品的物理目标（基本性能、使用寿命、品质等）。绿色设计包含了产品从概念形成到生产制造、使用乃至废弃后的回收、再用及处理的各个阶段，即涉及产品的整个生命周期，是从“摇篮到再现”的过程。

1.2绿色设计的原则

绿色设计应遵循以下原则：即资源最佳原则、能源消耗最少原则、零污染原则、零损害原则、技术先进原则和整体效益最佳原则。

1.3绿色设计的特点

（1）设计目标。设计目标中除考虑功能、性能、品质、成本等方面外，还必须考虑产品在整个生命周期过程中与环境和人的友好性；

（2）设计技术。除常规设计方法外，还必须采用拆卸设计、可回收设计、模块化设计等新的设计思想和方法；

（3）设计评价。全面考虑从原材料提炼、材料加工、部件制造、产品的装配、包装、运输、使用、废弃后的回收、重用和处理等整个生命周期中，对环境造成的总负荷为最小；

（4）设计流程。是并行闭环设计。绿色设计中产品废弃后，并不是作为垃圾排入环境，而是考虑通过重用、修理、再加工、回收等手段，重新应用于新产品的制造过程，从而使理想的绿色产品可以接近实现对环境的零排放。

（5）设计目的。兼顾需求和环境。

2绿色设计的重要意义

2.1提高产品竞争力

绿色设计的本质特征之一，是在不影响产品的功能、寿命、品质等传统指标的前提下，通过技术和管理两个途径，提高资源及能源利用率的一种先进设计方法。从经济学的意义上讲，绿色技术是一种产品降低成本、使技术或资源、能源相对增值的技术，即在同量资源、能源的前提下，绿色设计技术是力图比传统设计方法获得更多更好产品，使生产过程由粗放型转向集约型的充满生命力的先进设计技术。

2.2减少企业风险

随着社会对环保要求的不断提高，造纸、制糖、皮革、酿造、洗涤等一系列废弃物处理任务较重的轻工企业，如果不采用绿色设计的高性能机械，则随时有着因环境问题被关、停、并、转的危险，使企业的发展存在严重的隐患。反之，如果企业采用以绿色设计为基础的轻工机械而实现清洁生产，则可为企业创造一个持续、稳定、高效发展的空间。

2.3提高工作效率

采用绿色设计的轻工机械，还由于低噪声、人机界面友好等，也可为现场工作人员提供良好的工作环境，提高工作效率。

3绿色设计的关键技术

3.1产品结构设计

除了满足普通产品的基本要求外，主要考虑结构的易于拆卸与回收处理。拆卸是废弃物回收的前提，回收则是废弃物再利用的保证。其研究内容包括：

（1）产品拆卸设计方法研究；

（2）拆卸评价指标体系的建立；

（3）拆卸结构模块的建立；

（4）零部件及材料分类编码及识别系统的建立等。

3.2绿色材料设计

包括在环境中易光降解或生物降解材料的设计技术和天然材料的开发应用；在材料选择方面，绿色材料是构成绿色产品的基础。其研究内容包括：

（1）材料选择的经济性分析；

（2）材料选择对环境影响的定量化分析；

（3）材料绿色程度综合评价理论和方法；

（4）材料相容性分析和优化配备技术等。

3.3材料选择与管理

尽量减少材料种类，尽量少用有毒有害材料和贵重稀缺材料，尽量做好材料分类管理和废弃及边角料的回收利用。

3.4产品环境性能设计

不同的产品有可能对环境有不同的影响，设计时应根据产品性能，尽可能满足对环境的要求。如生产电冰箱，要求不用氯氟类的制冷剂和发泡剂，减少或消除酸洗、磷化过程中产生的环境污染物，降低能耗，减少噪声等。

3.5产品资源性能设计

为了使产品的资源得到合理利用和配置。其研究的主要内容是：（1）产品生命周期的资源消耗模型建立；（2）产品生产过程的资源消耗特性分析等。

3.6产品可拆卸，易回收设计

尽量采用模块化设计、采用易于拆卸的连接方法，尽量减少材料表面的涂渡处理等；

3.7绿色工艺流程设计

通过采用可再生能源，提高能源利用率，加强能源的综合利用及余热回收；

3.8环境与社会成本评估

包括环境污染治理成本、环境恢复成本、废弃物社会处理成本、造成人体健康损害的医疗成本等；

3.9绿色用能方案的设计

尽量采用可再生能源，提高能源利用率，加强能源的综合利用及余热回收；

3.10废弃物再生、处理及其资源化

包括废弃物的减量化、无害化，废弃物的再生重有技术、废弃物的深加工资源化技术等；

3.11绿色设计数据库、知识库及绿色设计集成工具等

包括材料性能数据库、材料环境负荷数据库、能源生产及利用环境负荷数据库、国内外法律法规及标准、量化评估指标体系、计算机辅助绿色设计工具等。

3.12典型绿色设计方法

（1）生命周期设计。即综合考虑调研、研制、设计、制造、销售、使用、回收、处理等生命周期中各环节，对环境及人的影响的设计方法；

（2）并行工程设计。利用并行工程技术，综合考虑产品绿色设计中的各因素，并在设计过程中，随时在各环节间进行信息交流和反馈，实现多因素、多目标、闭环设计过程的全局电优化；

（3）模块化设计。由此可实现功能和结构的集成，进而实现绿色产品的快速开发及易拆卸、易回收的要求。

4绿色设计与传统设计的根本区别

绿色设计与传统设计的根本区别，在于将产品的环境性作为设计的主要目标之一。绿色设计包含产品从概念形成到生产制造、使用直到废弃后的回收、重复使用及处理的各个阶段的环境污染，也就是说涉及产品整个寿命周期。绿色设计要求，在产品的设计构思阶段，必须按环境保护的指标，选用合理的原材料、结构和工艺；在制造和使用过程中，降低能耗、不产生毒副作用，并有利于拆卸和回收；回收的材料可用于再生产，对无回收价值的产品，可进行降低能耗、易于拆卸，使之重复利用和保护生态环境与保证产品的性能、品质和成本的要求，列入同等的设计指标，并保证在生产过程中能够顺利实施。

5设计中应做好的基础性工作

轻工机械涵盖造纸、塑料、酿造饮料、乳品、皮革、服装、陶瓷、制糖、洗涤、日用化工、日用玻璃、木工家具、刀片、包装装潢钟表、五金、电池、照明电器、制盐机械等。（1）纸浆、塑料、乳品、玻璃等物料的物性数据研究和物性数据库建设；（2）钟表、五金、照明电器等用户直接消费型轻工机械，应充分运用人机工程学的研究成果，实现方便、美观、保健兼顾的目标；（3）及时了解轻工行业与环境相关的法律法规及标准信息，把握其发展动态，随时应对社会对轻工产品、轻工行业越来越高的环保要求所导致的对轻工机械绿色设计要求的提高；（4）轻工机械生产、使用过程中系列数据的获取与整理；（5）开发造纸、酿造、乳品、皮革等行业废液及废气的回收处理、再生和资源化新技术和新设备；（6）化工机械的绿色设计。化工机械设计涉及的各种耐腐蚀、空压析理，搅拌机、离心机、阀门、塔等等。绿色设计在化工机械的设计与制造中，应分别考虑到其耐磨与安全使用为前提。

6绿色产品设计对机械制造业影响

绿色产品设计，不仅仅局限于产品设计的范畴，而且给整个机械制造业都带来极大的影响。首先，绿色产品设计从产品设计初期，已经对产品设计人员提出了更高的要求，即要求设计人员在产品构思与设计阶段，考虑降低能耗、再生资源和保护生态环境，可持续使用自然资源。其次，绿色产品设计对制造业也提出了清洁生产的要求，即指既可满足人们的需求，又可合理使用自然资源并保护环境的实用生产力方法和措施。

7结束语

绿色设计是人类实现可持续发展、拥有高品质生存环境、享受健康生活的必然要求，也是未来技术经济发展的大势所趋。轻化工机械的绿色设计，具有良好的应用前景。