機械產品綠色設計

工業(yè)革命以來，人類社會經過100多年的快速發(fā)展，目前已經面臨社會發(fā)展與環(huán)境和資源之間的深刻矛盾。在人類對自己長期以來采用較為粗放的、大規(guī)模工業(yè)發(fā)展模式及由此而引起的資源枯竭、環(huán)境惡化等問題的反思之后，如何選擇一條適合該國國情的可持續(xù)發(fā)展道路，實現(xiàn)人與自然的和諧相處，成為世界大多數(shù)國家的共識。這種共識的代表就是1972年在瑞典斯德哥爾摩召開的“聯(lián)合國人類環(huán)境會議”通過的《人類環(huán)境行動計劃》，1992年聯(lián)合國在巴西里約熱內盧召開的“世界環(huán)境與發(fā)展大會”通過的《關于環(huán)境與發(fā)展的里約熱內盧宣言》、《21世紀議程》，以及2002年聯(lián)合國在南非約翰內斯堡召開的“可持續(xù)發(fā)展世界首腦會議”通過的《關于可持續(xù)發(fā)展的約翰內斯堡宣言》與《可持續(xù)發(fā)展世界首腦會議實施計劃》，其核心是提出了應建立社會、經濟、資源和環(huán)境相協(xié)調的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

作為人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要標志，是使子孫后代擁有與當代人相同，甚至比當代人還多的人均財富和生存發(fā)展空間。這就要求當代人要有對歷史和子孫后代負責的精神，切實地改變現(xiàn)在傳統(tǒng)的發(fā)展思維模式以及由這種思維模式而產生的生產、生活和經濟發(fā)展方式，特別是在這么一個經濟快速增長、人口眾多、人均資源不到世界平均水平1/2的發(fā)展中國家更是如此。應該看到，由于中國經濟基礎薄弱，技術相對落后，發(fā)展大部分是通過以自然資源和勞動力為主要的投入手段所推動的，是一種粗放型的經濟增長方式。這種發(fā)展的結果，是現(xiàn)在面臨越來越嚴重的資源短缺和生態(tài)環(huán)境惡化問題。

經濟發(fā)展必須有利于資源的良性利用，有利于生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)，有利于改善和提高人民的生活水平；而不能以浪費資源、破壞生態(tài)環(huán)境和降低人民生活質量為代價。黨中央提出了“要樹立以人為本，實現(xiàn)全面、均衡和可持續(xù)的科學發(fā)展觀”，這體現(xiàn)了中國政府在國家經濟發(fā)展基本模式上觀念的進步。作為可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，以綠色設計和綠色制造為主要特征的綠色浪潮正在席卷全球。通過綠色設計和綠色制造，人們希望實現(xiàn)對資源的循環(huán)利用、降低能源消耗和最大程度地減小產品制造和使用對環(huán)境的影響，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標。

下面，從機械產品設計理念的角度，討論綠色設計理念對機械設計的影響。

機械產品綠色設計的概念

有關機械產品綠色設計概念方面的研究，國內近年來進行得比較多。機械產品綠色設計的概念可歸納為：機械產品綠色設計是一種基于產品整個生命周期，并以產品的環(huán)境資源屬性為核心的現(xiàn)代設計理念和方法，在設計中，除考慮產品的功能、性能、壽命、成本等技術和經濟屬性外，還要重點考慮產品在生產、使用、廢棄和回收的過程中，對環(huán)境和資源的影響。

其基本的內涵有：

(1) 在產品設計的全過程中，產品的基本技術性能屬性與環(huán)境資源屬性、經濟屬性并重，且環(huán)境資源屬性優(yōu)先。

(2) 在設計階段應充分考慮產品在使用廢棄后的可拆性和回收利用性。
(3) 提出了產品設計者和生產企業(yè)在環(huán)境保護、節(jié)約資源方面應承擔的社會責任。即對大宗工業(yè)產品，企業(yè)不但要生產產品，同時，還應在可能的范圍內，承擔產品回收和再利用的義務。

(4) 它是對傳統(tǒng)設計方法、設計理念的發(fā)展和創(chuàng)新，體現(xiàn)了人類對機械產品設計學科認識的深化。

傳統(tǒng)的機械產品設計側重的是產品的性能、質量、成本等產品的基本技術與經濟屬性，對產品的考慮最多到產品使用報廢為止。按傳統(tǒng)的機械產品設計理念，在產品使用報廢后，就成了一堆廢鐵和垃圾，與制造企業(yè)也沒有任何關系，報廢產品金屬零件的回收利用主要采用回爐冶煉方式，很少直接利用因而是一種“從搖籃到墳墓”的過程。

所以，綠色設計與傳統(tǒng)設計的根本區(qū)別在于：綠色設計要考慮產品的整個生命周期，從產品的構思開始，在產品的結構設計、零部件的選材、制造、使用、報廢和回收利用過程中對環(huán)境、資源的影響，希望以最小的代價實現(xiàn)產品“從搖籃到再現(xiàn)”的循環(huán)。

綠色設計理念對現(xiàn)代機械產品設計的影響

想法決定生活，理念決定設計。理念或觀念的進步對社會發(fā)展有巨大的推動作用，理念雖然不是具體的方法，但理念可以為具體方法的研究指引方向，而具體的設計方法，是建立在一定的設計理念之上的，理念是具體方法的基礎?？v觀人類機械產品設計理念和產品設計技術的進步歷程，不難看出，設計理念的進步給產品設計帶來的巨大影響。從機械設計學科的角度，近代設計方法學的發(fā)展主要體現(xiàn)為：

“功能思想”的提出；“人機學”思想的形成；“工業(yè)設計”學科的發(fā)展和成熟。

在這三項近代機械設計學科的核心技術中，對后來機械產品設計的影響，都首先體現(xiàn)在由于它們出現(xiàn)而帶來的設計理念的進步，其次才是具體的方法，所有先進的具體設計方法如：優(yōu)化設計、可靠性設計、CAD等等，都是為實現(xiàn)設計理念服務的。

例如：以美國人麥爾斯“顧客購買的不是產品本身，而是產品所具有的功能”為標志的“功能思想”的提出，并逐步為人們廣泛的理解和接受后，使設計者認識到：可以采取不同的原理、結構來實現(xiàn)同樣的功能，它所帶來的是人們在設計思想上的一次革命，大大地拓展了設計人員的視野，在此之前，人們在設計時，更多的是用數(shù)學、力學的方法來研究機械的設計，用更合理的結構設計去完善已能完成某種功能的機器，忽視了作為產品本質的“功能”的研究。正是在功能思想的指導下，涌現(xiàn)出了大量采用新的功能原理的產品，如電子手表、激光打印機、噴墨打印機以及現(xiàn)在的數(shù)碼相機等。

綠色設計作為一種新的設計方法，出現(xiàn)的時間并不長，還遠沒有達到完善的程度，很多具體的方法還有待研究，但綠色設計作為一種新的設計理念，它的出現(xiàn)，使人們看到了過去設計思想方法的不足，意識到了在過去長期的設計活動中，所忽視的產品設計與環(huán)境資源之間的關系和產品設計對環(huán)境、資源的影響。綠色設計理念的提出，是機械設計學科發(fā)展歷史上一個重要的里程碑，是機械設計理念的一次革命和飛躍，它對現(xiàn)代機械設計學科所帶來的革命性影響主要表現(xiàn)為：

(1)第一次從人類整體利益的高度，強調了設計者、生產企業(yè)在人類社會可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境資源保護方面應該承擔的社會責任。這種責任一方面可以通過國家法律的形式強制企業(yè)承擔，如汽車尾氣的排放法規(guī)、鍋爐的尾氣排放法規(guī)、工業(yè)廢水的排放法規(guī)等，而更重要的是作為設計者和生產企業(yè)，必須主動意識到自己應承擔的社會責任，在企業(yè)的產品開發(fā)、生產和企業(yè)發(fā)展過程中，能進行自我約束，不能僅僅為了實現(xiàn)自己企業(yè)商業(yè)利益的最大化，而置社會利益于不顧。當今所面臨的環(huán)境污染和資源短缺等問題，并不是由于個別企業(yè)或某一行業(yè)的行為造成的，而是整個社會在一段時間內共同行為的累計結果。所以，綠色設計理念反映了人們對現(xiàn)代生產方式和生活方式所引起的生態(tài)和環(huán)境破壞的反思，從道德層面上提高了對設計師和企業(yè)素質的要求，代表了一種新的設計文化，反映了人類道德認知水平的提高，這種提高和認識的深化，必將從更高的層次上，推動社會文明的進步和實現(xiàn)所追求的人類社會可持續(xù)發(fā)展的理想。綠色設計所代表的是“以人為本，實現(xiàn)人與自然和諧相處”的現(xiàn)代設計文化。所以，如果說“功能思想”的提出是在技術層面上推動了設計學科的進步；而“綠色設計理念”的提出是在人的思想道德和設計文化的層面上推動了設計學科的進步，它體現(xiàn)了：“地球環(huán)境與資源保護是大家的共同責任”的崇高思想。

(2)對機械產品來講，設計是源頭。今天所面臨的主要由工業(yè)設備、工業(yè)產品制造與使用所造成的環(huán)境污染、資源浪費等問題，除受當時時代的科學技術發(fā)展水平的限制，對可能引起的問題預見、認識不夠有關外，還在很大程度上與一些傳統(tǒng)落后的產品設計理念有關。例如：在過去的設計理念中，幾乎不考慮環(huán)境問題，也不考慮產品的回收利用問題，并將煙囪林立、濃煙滾滾、污水橫流、機器轟鳴等看成是工業(yè)化的標志就是最典型的代表。對所制造和銷售的產品與企業(yè)和設計人員的關系，現(xiàn)在很多設計人員仍認為“產品過了保修期就與自己和企業(yè)沒有關系了”。所以，必須改變產品設計的傳統(tǒng)觀念，要樹立“今天的產品，就是明天的廢品”的產品設計理念，從產品的性能、材料選擇、制造、使用、合理的產品壽命、報廢回收的整個過程來看待現(xiàn)在正進行的產品設計，尤其是考慮產品報廢后的回收性，進行綜合平衡和決策，樹立全新的綠色產品設計理念。

對報廢產品的重新認識。當今社會，科學技術發(fā)展很快，新產品層出不窮，產品的有效壽命周期明顯縮短，很多產品不是因為不能使用，而是由于性能落后或僅僅由于外觀老舊而報廢。雖然可以花錢買新的，但被廢棄的不僅是報廢的產品，而且還有廢棄產品中所包含的資源。所以，綠色設計強調對“物理報廢”和“性能報廢”產品的回收和再利用。為此，要在產品設計的各個環(huán)節(jié)上綜合考慮對產品整個壽命周期的影響，對產品技術的發(fā)展有科學的預測，在現(xiàn)有產品、儲備產品和研發(fā)產品之間有合理的技術繼承和聯(lián)系，充分考慮由于產品款式、技術升級等因素引起的產品報廢，使產品具有合理的使用壽命，而不一味地追求產品的經久耐用。同時，在設計中，廣泛運用現(xiàn)代的設計技術，如采用系列化、模塊化和標準化設計技術，在產品設計中考慮產品零部件的技術和結構的繼承性[8]，為產品在報廢后的再制造奠定技術基礎。運用面向拆卸的設計技術，注意考慮產品的裝拆結構設計，方便裝拆。同時，還應考慮對一些產量大、使用時間長的產品，在技術進步后，如何對已銷售的產品進行合理的、較為經濟的改裝，以提高產品使用性能的設計方法，例如像家用空調、電冰箱等產品就是屬于這種情況。由于技術進步，現(xiàn)在產品的耗電量較前幾年已經明顯降低，如前幾年普通電冰箱24h耗電量為1kWh左右，但現(xiàn)在可以達到0.4kWh左右，與現(xiàn)在新的節(jié)能型電冰箱相比，大量還在使用的老電冰箱就像電老虎一樣每天都在大量地消耗寶貴的電力。但由于這些老冰箱不能以較為方便的方式和用戶能接受的價格實現(xiàn)節(jié)能方面的改裝，依然會在若干年內繼續(xù)使用這些棄之可惜的冰箱，并為它們多使用的電付錢，造成社會資源的巨大浪費。從政府的角度講，如何在政策上大力鼓勵和扶持對報廢產品的再制造是值得研究的。

結束語

綠色設計理念的提出，是人類在探索實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展途徑過程中的一個重要成果，是機械設計學科發(fā)展歷史上一個重要的里程碑，是機械設計理念的一次革命和飛躍。提出了在實現(xiàn)保護環(huán)境、節(jié)約資源，實現(xiàn)人與自然和諧相處的歷史進程中，設計者和企業(yè)應該自覺承擔的社會責任。隨著綠色設計理念的時，對應帶寬比可以控制在2.5%以下，并且結點總數(shù)越大，帶寬比就越小.