现代机械设计与制造读书笔记05--14(6)

5.自学小结

先进制造技术不断向数字化、精细化、集成化、自动化、网络化、智能化、绿色化方面不断发展过程中，全生命周期设计技术的提出以及发展，将给现代先进制造技术注入新的活力，它将是产品全生命周期设计是产品设计理念与模式的变革，可以较大的缩短开发设计周期，提高产品质量、降低产品生命周期内的综合成本，有利于我们国家的可持续发展的建设，能使人类更好地与环境相处，而且对提高地区及国家的竞争力有重要意义。

目前还存在着如下一些问题和不足需要解决，如生命周期设计研究方法体系的建立和进一步完善；对产品的寿命没有进行有效的预测，不能为产品生命周期设计决策提供必要的支持；缺乏支持产品全生命周期过程的统一的集成产品信息模型；缺乏全生命周期的实时知识库和数据库的支持；生命周期设计方法与CAD系统的集成力度不够；缺乏实用的设计评价方法以及环境影响评估方法，这也将会是产品生命周期设计领域的发展趋势。

六.绿色产品设计技术 1.绿色产品的定义及内涵

绿色产品的定义

绿色产品或称为环境协调产品是相对于传统产品而言。由于产品绿色的描述和量化特征还不十分明确，因此，目前还没有公认的权威定义。不过分析对比现有的不同定义，仍可对绿色产品有一个基本的认识。以下即为绿色产品的几种定义：

（1）绿色产品是指以环境和环境资源保护为核心概念而设计生产的可以拆卸并分解的产品。其零部件经过翻新处理后，可以重新使用。

（2）绿色产品从生产到使用乃至回收的整个过程都符合特定的环境保护要求，对生态环境无害或危害极少，以及利用资源再生或回收循环再用的产品。

从上述这些定义可以看出，虽然描述的侧重点各不同，但其实质基本一致，即绿色产品应有利于保护生态环境，不产生环境污染或使污染最小化，同时有利于节约资源和能源，且这一特点应贯穿于产品生命周期全过程。因此，综合上述分析，我们可以给出绿色产品的下述定义以供参考：绿色产品就是在其生命周期全过程中，符合特定的环境保护要求，对生态环境无害或危害极少，对资源利用率最高，能源消耗最低的产品。

绿色产品的内涵

基本属性与环境属性紧密结合的绿色产品应具有以下内涵：

（1）环境友好性。即产品从生产到使用乃至废弃、回收处理的各个环节都对环境无害或危害甚小。这就要求企业在生产过程中选用清洁的原料，清洁的工艺过程，生产出清洁的产品；用户在使用产品时不产生环境污染或只有微小污染；报废产品在回收处理过程中产生的废弃物很少。

（2）限度地利用材料资源。绿色产品应尽量减少材料使用量，减少使用材料的种类，特别是稀有昂贵材料及有毒、有害材料。这就要求设计产品时，在满足产品基本功能的条件下，尽量简化产品结构，合理使用材料，并使产品中零件材料能最大限度地再利用。

（3）最大限度地节约能源。绿色产品在其生命周期的各个环节所消耗的能源应最少。可持续发展的概念及内涵。

要实现经济的快速增长，就必须有大量的投入。而目前的经济增长方式主要以自然资源和劳动力为主要投入手段。这种以自然资源的高投入、高消耗为特征的短期粗放型经济增长方式不仅大量消耗、浪费了地球的不可再生资源，而且资源消耗和工业废弃物造成的环境污染是对人类生态系统的破坏，将造成生态系统失衡，直接威胁人类的生存。而可持续发展是一种以高技术努力降低自然资源消耗，千方百计节约自然资源，把环境保护和自然资源统筹考虑的发展，是一种更高层次、更高质量的健康发展，也即在生产时尽可能少投入、多产出，在消耗时多利用、少排放。

可持续发展的最广泛定义是“人类应享有以与自然相和谐的方式过健康而富有生产成果的生活的权利”，并“公平地满足今世后代在发展与环境方面的需要”。可持续发展的内涵深刻，内容丰富，但它具有两个最基本的要点：一是强调人类享有追求而富有生产成果的生活权利，但这应该是坚持与自然相和谐方式的统一，而不应当是凭借着人们手中的技术和投资，采取耗竭资源、破坏生态和污染环境的方式来追求这种发展权利的实现；二是强调当代人在创造和追求今世发展与消费的时候，应当承认并努力做到使自己的机会与后代人的机会相平等，不能允许当代人一味地、片面地、自私地为了追求今世人的发展与消费，而毫不留情地剥夺后代人应享有的同等发展与消费的机会。

因此，人们在转变传统发展模式、实行可持续发展战略的时候，必然纠正过去那种单纯靠增加投入加大消耗实现发展的模式和以牺牲环境来增加产出的错误做法，从而使经济发展更少地依赖地球上有限的资源，而更多地与地球的承载能力达到有机的协调。

要实现可持续发展，就要求企业改变传统的生产方式和经营观念，走可持续生产之路，

即对每一种产品的产品设计、材料选择、生产工艺、生产设施、市场利用、废物产生和售后服务及处置都要有环境意识，都要有可持续发展的思想。要从根本上节约资源与能源，防止污染，关键在于设计与制造，绿色设计是实现可持续发展的关键。

2.绿色产品设计的主要内容及评价标准

过去判断企业的市场竞争力只需研究其生产成本、生产周期、产品质量就足够了，而如今从可持续发展的观念，还必须把产品的制造技术和对环境的重视这两点与上述三点以同等重要程度来考虑，也即为了获得市场竞争力，企业必须做到五点：生产成本低、生产周期短、产品质量高、技术水平高、不影响生态环境，即进行绿色产品设计。

绿色产品设计是以环境资源保护为核心概念的设计过程，它要求在产品的整个寿命周期内把产品的基本属性和环境属性紧密结合，在进行设计决策时，除满足产品的物理目标外，还应满足环境目标，以达到优化设计要求。绿色产品至今尚无严格的可供遵循的行业标准，但在市场层面上的绿色产品标准已经得到公认：产品在使用过程中用少量能源和资源且不污染环境，产品在使用过程中不污染环境且能耗低及产品在使用后可以易于拆卸、回收和翻新或能够安全废置并长期无虑。

由绿色产品的上述评价标准可见，进行绿色产品设计应包括以下主要内容。

（1）绿色产品设计的材料选择与管理

绿色产品设计要求产品设计人员要改变传统选材程序和步骤，选材时不仅要考虑产品的使用和性能，而且应考虑环境约束准则，同时必须了解材料对环境的影响，选用无毒、无污染材料和易回收、可重用、易降解材料。这为材料科学的发展也提出了新的要求，即要设计出适合绿色产品设计的绿色材料。除选材外还应加强材料管理。一方面不能把含有有害成分与无害成分的材料混放在一起；另一方面，达到寿命周期的产品，有用部分要充分回收利用，不可用部分要采用一定的工艺方法处理、回收，使其对环境的影响降低到最低限度，降低材料成本。

（2）产品的可回收性设计

可回收性设计是在产品设计初期充分考虑其零件材料的回收可能性、回收价值大小、回收处理方法、回收处理结构工艺性等与回收性有关的一系列问题，达到零件材料资源、能源的最大利用，并对环境污染为最小的一种设计思想和方法。 （3）产品的可拆卸性设计

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，因而维护方便。并可在产品报废后可重用部分充分有效地回收和重用，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连接方式代之于易于拆卸的连接方式。可拆卸结构设计有两种类型：一种是基于成熟结构的“案例”法；另一种则是基于计算机的自动设计方法。 （4）绿色产品的成本分析

绿色产品的成本分析与传统的成本分析截然不同。由于在产品设计的初期，就必须考虑产品的回收、再利用等性能，因此成本分析时，就必须考虑污染物的替代、产品拆卸、重复利用成本、特殊产品相应的环境成本等。对企业来说，是否支出环保费用，也会形成产品成本上的差异，同样的环境项目，在各国或地区间的实际费用，也会形成企业间成本的差异。因此，绿色产品成本分析，应在每一设计选择时进行，以便设计出的产品更具绿色且成本低。 （5）绿色产品设计数据库

绿色产品设计数据库是一个庞大复杂的数据库。该数据库对绿色产品的设计过程起着举足轻重的作用。该数据库应包括产品寿命周期中环境、经济等有关的一切数据，如材料成分、各种材料对环境的影响值、材料自然降解周期、人工降解时间、费用。制造装配、销售、使用过程中所产生的附加物数量及对环境的影响值，环境评估准则所需的各种判断。

3.绿色产品设计特点

产品能否达到绿色标准要求，其决定因素是该产品在设计时是否采用绿色设计。绿色设计是在世界“绿色浪潮”中诞生的一种全新的产品设计概念。

传统产品设计过程很少或根本没有考虑资源再生利用，以及产品对生态环境的影响。按传统设计生产制造出来的产品，在其使用寿命结束后就成为一堆废弃物垃圾，回收利用率低，资源、能源浪费严重，特别是其中的有毒有害物质，会严重污染生态环境，影响生产发展的持续性。

绿色设计就是实现产品绿色要求的设计。其目的是克服传统设计的不足，使所设计的产品具有绿色产品的各个特征。与传统设计不同的是，绿色设计包含产品从概念形成到生产制造、使用乃至废弃后的回收、重用及处理处置的各个阶段，即涉及产品整个寿命周期，是从摇篮到再现的过程。也就是说，要从根本上防止污染，节约资源和能源，关键在于设计与制造，要预先设法防止产品及工艺对环境产生的负作用，然后再制造，这就是绿色设计的基本思想。

概括起来，绿色设计是这样一种方法，即在产品整个生命周期内，优先考虑产品环境属性（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，保证产品应有的基本性能、使用寿命、质量等。绿色设计与传统设计的根本区别在于绿色设计要求设计人员在设计构思阶段，就要把降低能耗，易于拆卸、使之再生利用和保护生态环境，与保证产品的性能、质量、寿命、成本的要求列为同等的设计目标，并保证在生产过程中能够顺利实施。

4.绿色产品设计的关键技术

（1）面向环境的设计技术

面向环境的设计或称绿色设计是在世界“绿色浪潮”中诞生的一种新型产品设计概念，是以面向环境的技术为原则所进行的产品设计。按设计开发的产品通常称为“绿色产品”。 强调：要从根本上防止污染，节约资源和能源，关键在于设计与制造，不能等产品产生了不良的环境后果再采取防治措施（现行的末端处理即是如此），要预先设法防止产品及工艺对环境产生的负作用，然后再制造。概括起来，面向环境的设计是一种系统化的设计方法，即在产品整个生命周期内，以系统集成的观点考虑产品环境属性（可拆卸性、可回收性、可维护性、可重复利用性和人身健康及安全性等）和基本属性，并将其作为设计目标，使产品在满足环境目标要求的同时并保证应有的基本性能、使用寿命和质量等。 （2）面向能源的设计技术

面向能源的设计技术是指：用对环境影响最小和资源消耗最少的能源供给方式支持产品的整个生命周期，并以最少的代价获得能量的可靠回收和重新利用的设计技术，从而全面指导、优化产品设计过程。

面向能源设计技术，是一项综合应用设计技术，体现多学科发展成果转化的特征。而且，这一技术发展本身是一个不断扩充，不断优化和不断调整的过程。首先，面向能源设计技术吸收最新的环境保护方面的成就，并加以应用；其次，面向能源设计技术采用先进的新能源应用技术成果，加以转化，变成设计参数；再次，面向能源设计技术引用先进的控制技术、系统科学成果，把能源控制、回收保护等保持在最好的水平；最后，面向能源设计技术与其他设计理论多次交叉融汇，并需要从它们的研究成果中获取素材，充实到本项目研究中去。

产品设计是影响制造系统能源消耗的至关重要阶段。设计人员从开始就应具有能源意识。在设计中，不仅要考虑产品的功能、寿命、成本，还要考虑产品的能源消耗和环境特性，从

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