机械产品绿色设计

工业革命以来，人类社会经过100多年的快速发展，目前已经面临社会发展与环境和资源之间的深刻矛盾。在人类对自己长期以来采用较为粗放的、大规模工业发展模式及由此而引起的资源枯竭、环境恶化等问题的反思之后，如何选择一条适合该国国情的可持续发展道路，实现人与自然的和谐相处，成为世界大多数国家的共识。这种共识的代表就是1972年在瑞典斯德哥尔摩召开的“联合国人类环境会议”通过的《人类环境行动计划》，1992年联合国在巴西里约热内卢召开的“世界环境与发展大会”通过的《关于环境与发展的里约热内卢宣言》、《21世纪议程》，以及2002年联合国在南非约翰内斯堡召开的“可持续发展世界首脑会议”通过的《关于可持续发展的约翰内斯堡宣言》与《可持续发展世界首脑会议实施计划》，其核心是提出了应建立社会、经济、资源和环境相协调的可持续发展战略。
作为人类社会可持续发展的重要标志，是使子孙后代拥有与当代人相同，甚至比当代人还多的人均财富和生存发展空间。这就要求当代人要有对历史和子孙后代负责的精神，切实地改变现在传统的发展思维模式以及由这种思维模式而产生的生产、生活和经济发展方式，特别是在这么一个经济快速增长、人口众多、人均资源不到世界平均水平1/2的发展中国家更是如此。应该看到，由于中国经济基础薄弱，技术相对落后，发展大部分是通过以自然资源和劳动力为主要的投入手段所推动的，是一种粗放型的经济增长方式。这种发展的结果，是现在面临越来越严重的资源短缺和生态环境恶化问题。
经济发展必须有利于资源的良性利用，有利于生态系统的良性循环，有利于改善和提高人民的生活水平；而不能以浪费资源、破坏生态环境和降低人民生活质量为代价。党中央提出了“要树立以人为本，实现全面、均衡和可持续的科学发展观”，这体现了中国政府在国家经济发展基本模式上观念的进步。作为可持续发展战略的重要组成部分，以绿色设计和绿色制造为主要特征的绿色浪潮正在席卷全球。通过绿色设计和绿色制造，人们希望实现对资源的循环利用、降低能源消耗和最大程度地减小产品制造和使用对环境的影响，实现可持续发展的目标。
下面，从机械产品设计理念的角度，讨论绿色设计理念对机械设计的影响。
机械产品绿色设计的概念
有关机械产品绿色设计概念方面的研究，国内近年来进行得比较多。机械产品绿色设计的概念可归纳为：机械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和方法，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、废弃和回收的过程中，对环境和资源的影响。
其基本的内涵有：
(1) 在产品设计的全过程中，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。
(2) 在设计阶段应充分考虑产品在使用废弃后的可拆性和回收利用性。
(3) 提出了产品设计者和生产企业在环境保护、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。
(4) 它是对传统设计方法、设计理念的发展和创新，体现了人类对机械产品设计学科认识的深化。
传统的机械产品设计侧重的是产品的性能、质量、成本等产品的基本技术与经济属性，对产品的考虑最多到产品使用报废为止。按传统的机械产品设计理念，在产品使用报废后，就成了一堆废铁和垃圾，与制造企业也没有任何关系，报废产品金属零件的回收利用主要采用回炉冶炼方式，很少直接利用因而是一种“从摇篮到坟墓”的过程。
所以，绿色设计与传统设计的根本区别在于：绿色设计要考虑产品的整个生命周期，从产品的构思开始，在产品的结构设计、零部件的选材、制造、使用、报废和回收利用过程中对环境、资源的影响，希望以最小的代价实现产品“从摇篮到再现”的循环。
绿色设计理念对现代机械产品设计的影响
想法决定生活，理念决定设计。理念或观念的进步对社会发展有巨大的推动作用，理念虽然不是具体的方法，但理念可以为具体方法的研究指引方向，而具体的设计方法，是建立在一定的设计理念之上的，理念是具体方法的基础。纵观人类机械产品设计理念和产品设计技术的进步历程，不难看出，设计理念的进步给产品设计带来的巨大影响。从机械设计学科的角度，近代设计方法学的发展主要体现为：
“功能思想”的提出；
“人机学”思想的形成；
“工业设计”学科的发展和成熟。
在这三项近代机械设计学科的核心技术中，对后来机械产品设计的影响，都首先体现在由于它们出现而带来的设计理念的进步，其次才是具体的方法，所有先进的具体设计方法如：优化设计、可靠性设计、CAD等等，都是为实现设计理念服务的。
例如：以美国人麦尔斯“顾客购买的不是产品本身，而是产品所具有的功能”为标志的“功能思想”的提出，并逐步为人们广泛的理解和接受后，使设计者认识到：可以采取不同的原理、结构来实现同样的功能，它所带来的是人们在设计思想上的一次革命，大大地拓展了设计人员的视野，在此之前，人们在设计时，更多的是用数学、力学的方法来研究机械的设计，用更合理的结构设计去完善已能完成某种功能的机器，忽视了作为产品本质的“功能”的研究。正是在功能思想的指导下，涌现出了大量采用新的功能原理的产品，如电子手表、激光打印机、喷墨打印机以及现在的数码相机等。
绿色设计作为一种新的设计方法，出现的时间并不长，还远没有达到完善的程度，很多具体的方法还有待研究，但绿色设计作为一种新的设计理念，它的出现，使人们看到了过去设计思想方法的不足，意识到了在过去长期的设计活动中，所忽视的产品设计与环境资源之间的关系和产品设计对环境、资源的影响。绿色设计理念的提出，是机械设计学科发展历史上一个重要的里程碑，是机械设计理念的一次革命和飞跃，它对现代机械设计学科所带来的革命性影响主要表现为：
(1) 第一次从人类整体利益的高度，强调了设计者、生产企业在人类社会可持续发展和环境资源保护方面应该承担的社会责任。这种责任一方面可以通过国家法律的形式强制企业承担，如汽车尾气的排放法规、锅炉的尾气排放法规、工业废水的排放法规等，而更重要的是作为设计者和生产企业，必须主动意识到自己应承担的社会责任，在企业的产品开发、生产和企业发展过程中，能进行自我约束，不能仅仅为了实现自己企业商业利益的最大化，而置社会利益于不顾。当今所面临的环境污染和资源短缺等问题，并不是由于个别企业或某一行业的行为造成的，而是整个社会在一段时间内共同行为的累计结果。所以，绿色设计理念反映了人们对现代生产方式和生活方式所引起的生态和环境破坏的反思，从道德层面上提高了对设计师和企业素质的要求，代表了一种新的设计文化，反映了人类道德认知水平的提高，这种提高和认识的深化，必将从更高的层次上，推动社会文明的进步和实现所追求的人类社会可持续发展的理想。绿色设计所代表的是“以人为本，实现人与自然和谐相处”的现代设计文化。所以，如果说“功能思想”的提出是在技术层面上推动了设计学科的进步；而“绿色设计理念”的提出是在人的思想道德和设计文化的层面上推动了设计学科的进步，它体现了：“地球环境与资源保护是大家的共同责任”的崇高思想。
(2) 对机械产品来讲，设计是源头。今天所面临的主要由工业设备、工业产品制造与使用所造成的环境污染、资源浪费等问题，除受当时时代的科学技术发展水平的限制，对可能引起的问题预见、认识不够有关外，还在很大程度上与一些传统落后的产品设计理念有关。例如：在过去的设计理念中，几乎不考虑环境问题，也不考虑产品的回收利用问题，并将烟囱林立、浓烟滚滚、污水横流、机器轰鸣等看成是工业化的标志就是最典型的代表。对所制造和销售的产品与企业和设计人员的关系，现在很多设计人员仍认为“产品过了保修期就与自己和企业没有关系了”。所以，必须改变产品设计的传统观念，要树立“今天的产品，就是明天的废品”的产品设计理念，从产品的性能、材料选择、制造、使用、合理的产品寿命、报废回收的整个过程来看待现在正进行的产品设计，尤其是考虑产品报废后的回收性，进行综合平衡和决策，树立全新的绿色产品设计理念。
(3) 对报废产品的重新认识。当今社会，科学技术发展很快，新产品层出不穷，产品的有效寿命周期明显缩短，很多产品不是因为不能使用，而是由于性能落后或仅仅由于外观老旧而报废。虽然可以花钱买新的，但被废弃的不仅是报废的产品，而且还有废弃产品中所包含的资源。所以，绿色设计强调对“物理报废”和“性能报废”产品的回收和再利用。为此，要在产品设计的各个环节上综合考虑对产品整个寿命周期的影响，对产品技术的发展有科学的预测，在现有产品、储备产品和研发产品之间有合理的技术继承和联系，充分考虑由于产品款式、技术升级等因素引起的产品报废，使产品具有合理的使用寿命，而不一味地追求产品的经久耐用。同时，在设计中，广泛运用现代的设计技术，如采用系列化、模块化和标准化设计技术，在产品设计中考虑产品零部件的技术和结构的继承性[8]，为产品在报废后的再制造奠定技术基础。运用面向拆卸的设计技术，注意考虑产品的装拆结构设计，方便装拆。同时，还应考虑对一些产量大、使用时间长的产品，在技术进步后，如何对已销售的产品进行合理的、较为经济的改装，以提高产品使用性能的设计方法，例如像家用空调、电冰箱等产品就是属于这种情况。由于技术进步，现在产品的耗电量较前几年已经明显降低，如前几年普通电冰箱24h耗电量为1kWh左右，但现在可以达到0.4kWh左右，与现在新的节能型电冰箱相比，大量还在使用的老电冰箱就像电老虎一样每天都在大量地消耗宝贵的电力。但由于这些老冰箱不能以较为方便的方式和用户能接受的价格实现节能方面的改装，依然会在若干年内继续使用这些弃之可惜的冰箱，并为它们多使用的电付钱，造成社会资源的巨大浪费。从政府的角度讲，如何在政策上大力鼓励和扶持对报废产品的再制造是值得研究的。
结束语
绿色设计理念的提出，是人类在探索实现可持续发展途径过程中的一个重要成果，是机械设计学科发展历史上一个重要的里程碑，是机械设计理念的一次革命和飞跃。提出了在实现保护环境、节约资源，实现人与自然和谐相处的历史进程中，设计者和企业应该自觉承担的社会责任。随着绿色设计理念的时，对应带宽比可以控制在2.5%以下，并且结点总数越大，带宽比就越小.