綠色制造的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

1、 目 錄摘要 3Abstract40文獻(xiàn)綜述 5 0.1 發(fā)展綠色制造的背景 5 0.2 綠色制造的內(nèi)涵5 0.3 綠色制造的特點(diǎn)6 0.4 綠色制造發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)7 0.5 結(jié)語(yǔ)91 引言92 綠色制造的概念 103 綠色設(shè)計(jì)113.1 綠色設(shè)計(jì)的概念 113.2 綠色設(shè)計(jì)的內(nèi)容 123.3 綠色設(shè)計(jì)的方法 123.3.1 產(chǎn)品生命周期設(shè)計(jì)法123.3.2 并行工程法133.3.3 模塊化設(shè)計(jì)法163.4 綠色設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀 173.5 綠色設(shè)計(jì)理念在機(jī)械實(shí)踐中的體現(xiàn) 204 綠色材料224.1 綠色材料的概念 224.2 綠色材料的分類(lèi) 234.3 綠色材料的發(fā)展現(xiàn)狀 234.4 綠色材料

2、的發(fā)展趨勢(shì) 245 綠色制造工藝技術(shù)255.1 綠色制造工藝技術(shù)的概念255.2 綠色制造工藝技術(shù)的具體內(nèi)容及應(yīng)用26 5.2.1 干式加工26 5.2.2 準(zhǔn)干式加工295.2.3 風(fēng)冷卻切削技術(shù)295.3 綠色制造工藝技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)306 產(chǎn)品的綠色包裝技術(shù)306.1 概念闡述 306.2 綠色包裝材料的種類(lèi)316.3 綠色包裝的發(fā)展現(xiàn)狀326.4 發(fā)展綠色包裝技術(shù)的意義 337 產(chǎn)品的可拆卸、可回收技術(shù)337.1 產(chǎn)品回收利用概念337.2 影響產(chǎn)品拆卸回收利用的因素 347.3 我國(guó)產(chǎn)品回收利用現(xiàn)狀 348 綠色制造的研究方向359 實(shí)施綠色制造的措施369.1 加緊綠色制造關(guān)鍵技術(shù)的

3、研究369.2 提高公眾和企業(yè)的環(huán)境意識(shí)389.3 政府立法并加大執(zhí)法力度3810 結(jié)論 38參考文獻(xiàn)39致謝40綠色制造的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)摘要：本文在綜合大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，首先對(duì)綠色制造的概念和內(nèi)容作了簡(jiǎn)要的論述。綠色制造過(guò)程包括五大部分：綠色設(shè)計(jì)、綠色材料的使用、面向環(huán)境、能源、材料的綠色制造工藝技術(shù)、產(chǎn)品的綠色包裝技術(shù)和產(chǎn)品可拆卸、可回收技術(shù)。著重介紹了各個(gè)環(huán)節(jié)的具體定義和發(fā)展現(xiàn)狀、這些部分在發(fā)展過(guò)程中所遇到的各種問(wèn)題以及克服這些問(wèn)題應(yīng)該采取的措施。面對(duì)制造行業(yè)對(duì)環(huán)境帶來(lái)的巨大影響，綠色制造是我國(guó)制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)。綠色制造是制造業(yè)發(fā)展的必由之路，它將使傳統(tǒng)的制造業(yè)發(fā)生巨大的變化，為可持

4、續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略提供重要的保證。綠色制造的研究具有非常高的科學(xué)價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：綠色設(shè)計(jì)；綠色材料；綠色制造工藝技術(shù)；綠色包裝；回收利用 The development of green manufacturing and trendsAbstract: The concept and content of green manufacturing are discussed briefly basing on a great deal of integrated literature in this thesis. Green manufacturing process includes

5、 five major parts: green design, using of green materials, art and technology of green manufacturing which are facing environment, energy and materials, green packaging technology of products and sectional products, recyclable technology. Introduction is most focused on specific definition and devel

6、opment of all aspects, various problems and settlement measure should be taken in the development process of these parts. Green manufacturing is new trend of Chinese manufacturing industry development in facing of tremendous environmental impact brought by manufacturing industry. Green Manufacturing

7、 is the only way for development of the manufacturing industry. It will change the traditional manufacturing industry a lot and provide sustainable development strategy an important guarantee to. Research on green manufacturing has high scientific value and broad application prospects.Keywords：green

8、 design；green materials；art and technology of green manufacturing；green packaging；recycling0 文獻(xiàn)綜述迄今為止，人們對(duì)制造的理解和看法尚有許多不同的觀點(diǎn)，因而對(duì)綠色制造更各有所云。不管怎樣去理解、去認(rèn)識(shí)，但其實(shí)質(zhì)是相同的，即綠色制造具有節(jié)能、降耗、少環(huán)境污染或無(wú)環(huán)境污染的特征，是在傳統(tǒng)制造的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的。綠色制造，又稱(chēng)環(huán)境意識(shí)制造、面向環(huán)境的制造等。它是一個(gè)綜合考慮環(huán)境影響和資源效益的現(xiàn)代化制造模式，其目標(biāo)是使產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用到報(bào)廢處理的整個(gè)產(chǎn)品生命周期中，對(duì)環(huán)境的影響（負(fù)作用）最

9、小，資源利用率最高，并使企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益協(xié)調(diào)優(yōu)化。綠色制造這種現(xiàn)代化制造模式，是人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在現(xiàn)代制造業(yè)中的體現(xiàn)。0.1 發(fā)展綠色制造的背景人與自然和諧發(fā)展問(wèn)題已成為眾多領(lǐng)域、部門(mén)所關(guān)注的焦點(diǎn)。全球經(jīng)濟(jì)自20世紀(jì)60年代以來(lái)以前所未有的速度持續(xù)發(fā)展，但由于忽略了環(huán)境保護(hù)，結(jié)果帶來(lái)了嚴(yán)重的后果。當(dāng)今人類(lèi)面臨著三大全球性的災(zāi)難：大氣層中臭氧的破壞和局部消失、過(guò)量的二氧化碳逸入大氣層導(dǎo)致溫室效應(yīng)以及酸雨的迅速蔓延。此外，工業(yè)廢棄物的大量增加和能源的巨大消耗，也已經(jīng)成為威脅人類(lèi)生存的全球性問(wèn)題。傳統(tǒng)的環(huán)境治理方法是末端治理，但不能從根本上實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的保護(hù)，要徹底解決環(huán)境污染問(wèn)題，必須從源頭

10、上進(jìn)行治理。對(duì)于制造業(yè)而言，就是要求考慮產(chǎn)品整個(gè)生命周期對(duì)環(huán)境的影響，最大限度地利用原材料、能源，減少有害廢物和固體、液體、氣體的排放物，改進(jìn)操作安全，減輕對(duì)環(huán)境的污染。綠色制造就是在這樣的背景下提出來(lái)的。它被看作是解決問(wèn)題的根本方法和途徑，也是現(xiàn)代企業(yè)獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的主要來(lái)源。0.2 綠色制造的內(nèi)涵綠色制造技術(shù)是指在保證產(chǎn)品的功能、質(zhì)量、成本的前提下，綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式。它使產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、使用到報(bào)廢整個(gè)產(chǎn)品生命周期中不產(chǎn)生環(huán)境污染或環(huán)境污染最小化，符合環(huán)境保護(hù)要求，對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)害或危害極少，節(jié)約資源和能源，使資源利用率最高，能源消耗最低1。目前綠色制造的研究思路主要集

11、中在：（）從產(chǎn)品壽命周期的角度出發(fā)考慮制造全過(guò)程的技術(shù)和管理；（）從制造模式的角度來(lái)看待綠色制造；（）從環(huán)境和資源的角度來(lái)看待制造。由此看出，綠色制造具有廣義的內(nèi)涵。它首先有1個(gè)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，即保護(hù)環(huán)境和最有效地利用有限的資源。還包括2個(gè)層次的全過(guò)程控制，一是集體的制造過(guò)程，即物料轉(zhuǎn)化過(guò)程中，充分利用資源，減少環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)具體綠色制造的過(guò)程；另一是指在構(gòu)思、設(shè)計(jì)、制造、裝配、運(yùn)輸、銷(xiāo)售、售后服務(wù)及產(chǎn)品報(bào)廢后回收的整個(gè)產(chǎn)品周期中每個(gè)環(huán)節(jié)均充分考慮資源和環(huán)境問(wèn)題，以實(shí)現(xiàn)最大限度地優(yōu)化利用資源和減少環(huán)境污染的廣義綠色制造過(guò)程。綠色制造的產(chǎn)物是綠色產(chǎn)品，綠色產(chǎn)品是在其生命周期全程中，符合特定的環(huán)境保護(hù)要

12、求，對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)害或危害極少，資源利用率最高，能源消耗最低的產(chǎn)品。即綠色產(chǎn)品應(yīng)有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境，不產(chǎn)生環(huán)境污染或使污染最小化，同時(shí)有利于節(jié)約資源和能源，且這一特點(diǎn)應(yīng)貫穿于產(chǎn)品。傳統(tǒng)的制造模式是一個(gè)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，即原料工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品使用報(bào)廢二次原料資源，從設(shè)計(jì)、制造、使用一直到產(chǎn)品報(bào)廢回收整個(gè)壽命周期對(duì)環(huán)境影響最小，資源效率最高，也就是說(shuō)要在產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)，以系統(tǒng)集成的觀點(diǎn)考慮產(chǎn)品環(huán)境屬性，改變了原來(lái)末端處理的環(huán)境保護(hù)辦法，對(duì)環(huán)境保護(hù)從源頭抓起，并考慮產(chǎn)品的基本屬性，使產(chǎn)品在滿足環(huán)境目標(biāo)要求的同時(shí)，保證產(chǎn)品應(yīng)有的基本性能、使用壽命、質(zhì)量等2。0.3 綠色制造的特點(diǎn)綠色制造與傳統(tǒng)制造相比，具有以下

13、特點(diǎn)1：（1）系統(tǒng)性。 綠色制造系統(tǒng)與傳統(tǒng)的制造系統(tǒng)相比，其本質(zhì)特征在于綠色制造系統(tǒng)除保證一般的制造系統(tǒng)功能外，還要保證環(huán)境污染為最小。綠色制造系統(tǒng)資源利用率最大 廢棄資源最少環(huán)境污染最?。?）突出預(yù)防性。 綠色制造對(duì)產(chǎn)品和生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行綜合預(yù)防污染的戰(zhàn)略，強(qiáng)調(diào)以預(yù)防為主，通過(guò)污染源消減和保證環(huán)境安全的回收利用，杜絕廢棄物產(chǎn)生或使廢棄物最小化。（3）保持適合性。 綠色制造必須結(jié)合產(chǎn)品的特點(diǎn)和工藝要求，使綠色制造目標(biāo)符合企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)發(fā)展的需要，又不損害生態(tài)環(huán)境，且能保持資源的合理使用。（4）符合經(jīng)濟(jì)性。 通過(guò)綠色制造技術(shù)的應(yīng)用，可節(jié)省原材料，減少能源的消耗，降低廢棄物處理處置費(fèi)用，降低生產(chǎn)成本，

14、提高產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性。在國(guó)際上綠色產(chǎn)品已經(jīng)獲得越來(lái)越廣泛的市場(chǎng)，生產(chǎn)綠色產(chǎn)品或環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)品必然使企業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)上具有更大的競(jìng)爭(zhēng)力。（5）注意有效性和動(dòng)態(tài)性。 綠色制造從產(chǎn)品末端治理轉(zhuǎn)向?qū)Ξa(chǎn)品及生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)控制，使污染物產(chǎn)生最少化或消失于生產(chǎn)過(guò)程中，綜合利用再生資源和能源、物料的循環(huán)利用技術(shù)，有效地防止二次污染。隨著相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，綠色制造的目標(biāo)、內(nèi)容會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化和提高，也會(huì)不斷地走向完善。綠色制造必須與市場(chǎng)需求、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動(dòng)態(tài)相適應(yīng)。0.4 綠色制造發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)0.4.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)一些高等院校和研究院所在國(guó)家科委、國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)和有關(guān)部門(mén)的支持下對(duì)綠色制造技術(shù)進(jìn)行了廣泛的研

15、究探索。機(jī)械科學(xué)研究院已完成了國(guó)家科委“九五”攻關(guān)項(xiàng)目清潔生產(chǎn)技術(shù)選擇與數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、機(jī)械工業(yè)基金項(xiàng)目綠色設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及對(duì)策研究。圍繞機(jī)械工業(yè)中九個(gè)行業(yè)對(duì)綠色技術(shù)需求和綠色設(shè)計(jì)技術(shù)自身發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了調(diào)研，在國(guó)內(nèi)首次提出適合機(jī)械工業(yè)的綠色設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展體系，同時(shí)還進(jìn)行了車(chē)輛的拆卸和回收技術(shù)的研究。目前正在開(kāi)展國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“環(huán)境綠色技術(shù)評(píng)價(jià)體系的研究”。以環(huán)境保護(hù)綠色技術(shù)評(píng)價(jià)體系為研究載體，將ETV評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)入機(jī)械制造業(yè)的綠色設(shè)計(jì)、綠色制造，建立制造業(yè)的綠色概念、描述方法和ETV評(píng)價(jià)體系。清華大學(xué)為創(chuàng)建綠色大學(xué)，已將綠色工程技術(shù)列為優(yōu)先發(fā)展和支持項(xiàng)目，在美國(guó)China Bridge基金和

16、國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)的支持下，已與美國(guó)Texas Tech University先進(jìn)制造實(shí)驗(yàn)室建立了關(guān)于綠色設(shè)計(jì)技術(shù)研究的國(guó)際合作關(guān)系，對(duì)全生命周期建模等綠色設(shè)計(jì)理論和方法進(jìn)行系統(tǒng)研究，取得一定進(jìn)展。上海交通大學(xué)針對(duì)汽車(chē)開(kāi)展可回收性綠色設(shè)計(jì)技術(shù)的研究，與Ford公司合作，研究中國(guó)轎車(chē)的回收工程問(wèn)題；與內(nèi)貿(mào)部中國(guó)物資再生利用華東分公司合作，撰寫(xiě)了“探討中國(guó)汽車(chē)銷(xiāo)售、維修、二手車(chē)交易及回收利用一條龍管理模式的可行性報(bào)告”；與法國(guó)柏林工業(yè)大學(xué)IWF研究所建立了合作關(guān)系，在廢棄工業(yè)品回收方面展開(kāi)了研究工作。重慶大學(xué)承擔(dān)了國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家863CIMS主題資助的關(guān)于綠色制造技術(shù)的研究項(xiàng)目，主要研究可

17、持續(xù)發(fā)展CIMS（SCIMS）的體系結(jié)構(gòu)研究、清潔化生產(chǎn)系統(tǒng)和體系結(jié)構(gòu)及實(shí)施策略、清潔化生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)等。國(guó)內(nèi)已形成了一支從事綠色制造技術(shù)研究的專(zhuān)業(yè)隊(duì)伍，為我國(guó)發(fā)展綠色制造技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。0.4.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀國(guó)外不少?lài)?guó)家的政府部門(mén)已推出了以保護(hù)環(huán)境為主題的綠色計(jì)劃。1991年日本推出了綠色行業(yè)計(jì)劃，加拿大政府已開(kāi)始實(shí)施環(huán)境保護(hù)綠色計(jì)劃。美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)也推出類(lèi)似計(jì)劃。目前，在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，除政府采取一系列環(huán)境保護(hù)措施外，廣大消費(fèi)者已熱衷于購(gòu)買(mǎi)環(huán)境無(wú)害產(chǎn)品的綠色消費(fèi)的新動(dòng)向，促進(jìn)了綠色制造的發(fā)展。產(chǎn)品的綠色標(biāo)志制度相繼建立，凡產(chǎn)品標(biāo)有“綠色標(biāo)志”圖形的，表明該產(chǎn)品從生產(chǎn)到使用以及回收的整個(gè)

18、過(guò)程都符合環(huán)境保護(hù)的要求，對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)害或危害極少，并利于資源的再生和回收，這為企業(yè)打開(kāi)銷(xiāo)路、參與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)提供了條件。如德國(guó)水溶油漆自1981年開(kāi)始被授于環(huán)境標(biāo)志（綠色標(biāo)志）以來(lái)，其貿(mào)易額已增加20。德國(guó)目前已有60種類(lèi)型3500個(gè)產(chǎn)品授予環(huán)境標(biāo)志，法國(guó)、瑞士、芬蘭和澳大利亞等國(guó)于1991年對(duì)產(chǎn)品實(shí)施環(huán)境標(biāo)志，日本于1992年對(duì)產(chǎn)品實(shí)施環(huán)境標(biāo)志，新加坡和馬來(lái)西亞也在1992年開(kāi)始實(shí)施環(huán)境標(biāo)志。目前已有20多個(gè)國(guó)家對(duì)產(chǎn)品實(shí)施環(huán)境標(biāo)志，從而促進(jìn)了這些國(guó)家綠色產(chǎn)品的發(fā)展，在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中取得更多的地位和份額。國(guó)際經(jīng)濟(jì)專(zhuān)家分析認(rèn)為，目前綠色產(chǎn)品比例大約為510，再過(guò)10年，所有產(chǎn)品都將進(jìn)入綠色設(shè)計(jì)

19、家族，可回收、易拆卸，部件或整機(jī)可翻新和循環(huán)利用。也就是說(shuō)，在未來(lái)10年內(nèi)綠色產(chǎn)品有可能成為世界商品市場(chǎng)的主導(dǎo)產(chǎn)品。0.4.3 綠色制造的發(fā)展趨勢(shì)當(dāng)前，世界上掀起一股綠色浪潮，環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)成為世界各國(guó)關(guān)注的熱點(diǎn)，并列入世界議事日程。制造業(yè)將改變傳統(tǒng)制造模式，推行綠色制造技術(shù)，發(fā)展相關(guān)的綠色材料、綠色能源和綠色設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)等基礎(chǔ)技術(shù)，生產(chǎn)出保護(hù)環(huán)境、提高資源效率的綠色產(chǎn)品，如綠色汽車(chē)、綠色冰箱等，并用法律、法規(guī)規(guī)范企業(yè)行為，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，那些不推行綠色制造技術(shù)和不生產(chǎn)綠色產(chǎn)品的企業(yè)，將會(huì)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中被淘汰，使發(fā)展綠色制造技術(shù)勢(shì)在必行。綠色制造的未來(lái)發(fā)展方向，主要是以新能源在制造加

20、工中的利用，作為制造行業(yè)的動(dòng)力發(fā)展方向，如使用風(fēng)能來(lái)進(jìn)行機(jī)械制造中的切削加工的冷卻等。同時(shí)對(duì)制造加工過(guò)程中的材料以及附加資源進(jìn)行再次處理進(jìn)行循環(huán)利用，如工業(yè)廢水的多次循環(huán)利用，使水資源缺乏的情況得到一定的緩解。同時(shí)使在產(chǎn)品制造過(guò)程中所用機(jī)器的精準(zhǔn)度不斷提高，減少因?yàn)闄C(jī)器本身而產(chǎn)生的對(duì)生產(chǎn)材料的浪費(fèi)以及工人勞動(dòng)力的浪費(fèi)。加快全球制造行業(yè)同類(lèi)企業(yè)間的技術(shù)交流，有利于防止因機(jī)械加工過(guò)程引起的不必要的浪費(fèi)。綠色制造的實(shí)施與應(yīng)用首先必須得到企業(yè)自身的重視，從企業(yè)內(nèi)部的管理入手，不斷進(jìn)行工藝及管理創(chuàng)新，加強(qiáng)人員管理與培訓(xùn)，按照要求，對(duì)企業(yè)的運(yùn)行進(jìn)行全過(guò)程控制，最終取得企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益與環(huán)境效益的同步

21、發(fā)展。0.5 結(jié)語(yǔ) 綠色制造過(guò)程包括綠色設(shè)計(jì)和綠色制造設(shè)備以及綠色制造的工藝、物料和環(huán)境。綠色制造是人類(lèi)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在制造業(yè)的重要體現(xiàn)，而且是決定能否實(shí)現(xiàn)人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)。綠色制造是制造業(yè)發(fā)展的必由之路，它將使傳統(tǒng)的制造業(yè)發(fā)生巨大的變化，為可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略提供重要的保證。綠色制造的研究具有非常高的科學(xué)價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。1 引言制造業(yè)是將可用資源(包括能源)通過(guò)制造過(guò)程，轉(zhuǎn)化為可供人們使用和利用的工業(yè)產(chǎn)品和生活消費(fèi)品的過(guò)程。制造業(yè)一方面是制造人類(lèi)財(cái)富的支柱產(chǎn)業(yè)；另一方面也產(chǎn)生大量廢棄物(物料廢棄物、能源廢棄物、產(chǎn)品使用終結(jié)后的廢棄物等)，對(duì)環(huán)境造成污染，是當(dāng)前環(huán)境污染的主要源頭。如

22、何使制造業(yè)盡可能少地產(chǎn)生環(huán)境污染是當(dāng)今的環(huán)境問(wèn)題研究的個(gè)重要方面。資源、環(huán)境、人口是當(dāng)今人類(lèi)社會(huì)面臨的三大主要問(wèn)題，特別是環(huán)境問(wèn)題，正對(duì)人類(lèi)社會(huì)生存與發(fā)展造成嚴(yán)重的威脅。隨著全球環(huán)境問(wèn)題的日益惡化，人們愈來(lái)愈重視對(duì)于環(huán)境問(wèn)題的研究。近年來(lái)的研究和實(shí)踐使人們認(rèn)識(shí)到：環(huán)境問(wèn)題決非是孤立存在的，它和資源、人口兩大問(wèn)題有著根本性的內(nèi)在聯(lián)系，特別是資源問(wèn)題，它不僅涉及人類(lèi)世界有限資源的合理利用，而且它又是環(huán)境問(wèn)題的主要根源。傳統(tǒng)的環(huán)境治理方法主要采用過(guò)程末端治理, 但存在諸多弊端, 如部門(mén)分割、增量發(fā)展、成本高昂、經(jīng)濟(jì)效益惡化、科技惰性等, 難以從根本上實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)與治理。為了從源頭上治理環(huán)境污染, 在

23、宏觀上必須遵循熱力學(xué)第二定律, 在中觀上必須采用工業(yè)生態(tài)學(xué)原理, 在微觀上必須實(shí)施清潔生產(chǎn)和綠色制造。為了尋求從根本上解決制造業(yè)環(huán)境污染的有效方法，到了90年代，隨著全球性產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和人類(lèi)對(duì)客觀認(rèn)識(shí)的日益深化，在全球掀起了一股綠色消費(fèi)浪潮。在這股綠色浪潮中設(shè)計(jì)師們更多地以冷靜、理性的思維來(lái)反省一個(gè)世紀(jì)以來(lái)工業(yè)設(shè)計(jì)的歷史進(jìn)程。展望新世紀(jì)的發(fā)展方向，而不只是追求形式上的創(chuàng)新。而實(shí)際上，進(jìn)入90年代，工業(yè)設(shè)計(jì)需要理論上的突破。于是不少設(shè)計(jì)師轉(zhuǎn)向從深層次上探索工業(yè)設(shè)計(jì)與人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)系，力圖通過(guò)設(shè)計(jì)活動(dòng)，在人社會(huì)環(huán)境之間建立起一種協(xié)調(diào)發(fā)展的機(jī)制，這標(biāo)志著工業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)展的一次重大轉(zhuǎn)變。綠色制造的概

24、念應(yīng)運(yùn)而生，成了當(dāng)今制造工業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)之一。2 綠色制造的概念綠色制造是一種現(xiàn)代制造模式, 它綜合考慮了制造業(yè)對(duì)環(huán)境的影響和對(duì)資源效率的利用, 它的目標(biāo)是使產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、制造、裝配、運(yùn)輸、銷(xiāo)售、使用的整個(gè)過(guò)程中, 對(duì)資源的利用率最高, 對(duì)環(huán)境造成的有害影響最小。其主要內(nèi)容為：（1）綠色設(shè)計(jì)。在簡(jiǎn)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、建立綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)指標(biāo)評(píng)價(jià)體系的基礎(chǔ)上，提出綠色設(shè)計(jì)工具，并與其它設(shè)計(jì)工具如CAD(Computer Aided Design)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，CAPP（Computer Aided Process Planning）計(jì)算機(jī)輔助工藝過(guò)程設(shè)計(jì)等集成，形成集成環(huán)境。特別積極推行產(chǎn)品的生態(tài)設(shè)計(jì)，即

25、一切環(huán)境問(wèn)題都要解決在設(shè)計(jì)之中。選用無(wú)污染、低污染、可再生、可再用的材料進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，選用科技含量高，資源消耗低，環(huán)境污染少的生產(chǎn)技術(shù)和工藝，選用便于高效拆洗、綜合利用的產(chǎn)品技術(shù)方案。（2）綠色材料。減少所用材料的品種和數(shù)量，選用易加工、低能耗、少污染、容易再回收的材料。（3）面向環(huán)境、能源、材料的綠色制造工藝技術(shù)。（4）產(chǎn)品的綠色包裝技術(shù)。（5）產(chǎn)品可拆卸、可回收技術(shù)1。實(shí)施綠色制造是一個(gè)極其復(fù)雜的系統(tǒng)工程。制造系統(tǒng)中資源消耗種類(lèi)繁多，消耗情況復(fù)雜，從而造成制造過(guò)程對(duì)環(huán)境的污染狀況多樣，程度不一。在這種情況下，不僅需要研究制定一套綠色制造的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和標(biāo)準(zhǔn)，而且要隨著產(chǎn)品的變換、技術(shù)的更新

26、，及時(shí)進(jìn)行修訂?？傊?，綠色制造是綜合考慮制造、環(huán)境與資源三大領(lǐng)域的創(chuàng)新。從技術(shù)層面上來(lái)看，綠色制造是綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)、綠色制造技術(shù)、產(chǎn)品的回收與循環(huán)再制造技術(shù)的集成與綜合。從生產(chǎn)性質(zhì)層面上來(lái)看，綠色制造又是精益生產(chǎn)、柔性生產(chǎn)、快捷制造的延伸與發(fā)展。從技術(shù)創(chuàng)新層面上來(lái)看，綠色制造已經(jīng)在影響和引導(dǎo)當(dāng)今制造技術(shù)的發(fā)展理念和方向2。3 綠色設(shè)計(jì)綠色設(shè)計(jì)是獲得綠色產(chǎn)品的基礎(chǔ)，并且已成為當(dāng)前設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。研究表明：設(shè)計(jì)階段決定了產(chǎn)品制造成本的70一80，而設(shè)計(jì)本身的成本僅占產(chǎn)品總成本的10，如果考慮環(huán)境因素，這個(gè)比例還會(huì)增大。因?yàn)楫a(chǎn)品設(shè)計(jì)所造成的生態(tài)破壞程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)過(guò)程本身所造成的對(duì)生態(tài)影響

27、的程度。出此，只有從設(shè)計(jì)階段將產(chǎn)品“綠色程度”作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，才能取得理想的設(shè)計(jì)結(jié)果。目前，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)努力追求小型化（少用料)、多功能(一物多用，少占地)、可回收利用(減少?gòu)U棄物數(shù)量和污染)；生產(chǎn)技術(shù)追求節(jié)能、省料、無(wú)廢少?gòu)U，閉路循環(huán)等，都是努力實(shí)現(xiàn)綠色設(shè)計(jì)的有效手段。綠色設(shè)計(jì)是綠色制造的關(guān)鍵和第一步。不僅要在產(chǎn)品及其生命周期全過(guò)程的設(shè)計(jì)中，充分考慮對(duì)資源和環(huán)境的影響，而且要在充分考慮產(chǎn)品的功能、質(zhì)量、開(kāi)發(fā)周期和成本的同時(shí)，優(yōu)化各有關(guān)設(shè)計(jì)因素，使得產(chǎn)品及其制造過(guò)程對(duì)環(huán)境的總體影響減到最小。因此，綠色設(shè)計(jì)在很大程度上決定了材料、工藝、包裝和產(chǎn)品壽命終結(jié)后處理的綠色性。3.1 綠色設(shè)計(jì)

28、的概念綠色設(shè)計(jì)不同于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，綠色設(shè)計(jì)包含產(chǎn)品從概念形成到生產(chǎn)制造、使用乃至廢棄后的回收、重用及處理處置的各個(gè)階段，即涉及產(chǎn)品整個(gè)壽命周期，是從搖籃到再現(xiàn)的過(guò)程。也就是說(shuō)，要從根本上防止污染，節(jié)約資源和能源，不能等產(chǎn)品產(chǎn)生了不良的環(huán)境后果之后再采取防治措施(現(xiàn)行的末端處理即是如此)，要預(yù)先設(shè)法防止產(chǎn)品及其工藝對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)作用。概括起來(lái)，可以給綠色設(shè)計(jì)這樣一個(gè)定義：綠色設(shè)計(jì)是這樣一種設(shè)計(jì)，即在產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)，著重考慮產(chǎn)品環(huán)境屬性(自然資源的利用、環(huán)境影響及可拆卸性、可回收性、可重復(fù)利用性等)，并將其作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，在滿足環(huán)境目標(biāo)要求的同時(shí)，并行地考慮并保證產(chǎn)品應(yīng)有的基本功能、使用壽命、經(jīng)濟(jì)性

29、和質(zhì)量等。其基本思想是：在設(shè)計(jì)階段就將環(huán)境因素和預(yù)防污染的措施納入產(chǎn)品設(shè)計(jì)之中，將環(huán)境性能作為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)目標(biāo)和出發(fā)點(diǎn)，力求使產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的影響為最小。對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)而言，綠色設(shè)計(jì)的核心是“3R”（Reduce.Recycle.Reuse）,不僅要減少物質(zhì)和能源的消耗，減少有害物質(zhì)的排放，而且要使產(chǎn)品及零部件能夠方便地分類(lèi)回收并再生循環(huán)或重新利用3。 3.2 綠色設(shè)計(jì)的內(nèi)容 綠色設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)的材料選擇與管理；產(chǎn)品的可拆卸性設(shè)計(jì)；產(chǎn)品的可回收性設(shè)計(jì)16。 1）綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)的材料選擇與管理。 一方面，不能把含有有害成分與無(wú)害成分的材料混放在一起；另一方面，對(duì)于達(dá)到壽命周期的產(chǎn)品，有用部

30、分要充分回收利用，不可用部分要用一定的工藝方法進(jìn)行處理，使其對(duì)環(huán)境的影響降到最低。 2）產(chǎn)品的可回收性設(shè)計(jì)。 綜合考慮材料的回收可能性，回收價(jià)值的大小，回收的處理方法等。 3）產(chǎn)品的可拆卸性設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)師要使所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)易于拆卸，維護(hù)方便，并在產(chǎn)品報(bào)廢后能夠重新回收利用。 除此之外，還有綠色產(chǎn)品的成本分析，綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)等。 3.3 綠色設(shè)計(jì)的方法 3.3.1 產(chǎn)品生命周期設(shè)計(jì)法傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)是產(chǎn)品的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性能和相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范。企業(yè)通常只管設(shè)計(jì)與制造產(chǎn)品，并將生產(chǎn)的產(chǎn)品投向市場(chǎng)，而使用是用戶的事，廢棄淘汰后的處理或回收則是社會(huì)的事，生產(chǎn)廠家、用戶和社會(huì)三者之間沒(méi)有太多的聯(lián)系。產(chǎn)品使用期

31、間對(duì)人體健康造成的傷害及在生命周期過(guò)程中造成的環(huán)境污染由社會(huì)承擔(dān)，不會(huì)追溯到生產(chǎn)廠家。這種狀況已經(jīng)不能適應(yīng)未來(lái)社會(huì)發(fā)展的要求。只有生產(chǎn)廠家、用戶和社會(huì)三者共同關(guān)心并參與產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，也就是進(jìn)行產(chǎn)品的全生命周期設(shè)計(jì)，才能克服傳統(tǒng)設(shè)計(jì)存在的不足。產(chǎn)品生命周期設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)可用圖1來(lái)描述。從此圖可以看出，個(gè)產(chǎn)品的生命周期包括以下各個(gè)環(huán)節(jié)：市場(chǎng)需求分析、設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)制造、銷(xiāo)售、使用及廢棄后的回收處理。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)方案的選擇是根據(jù)某種評(píng)價(jià)函數(shù)來(lái)進(jìn)行，這種評(píng)價(jià)函數(shù)必須包含圖1中外圍所示的各項(xiàng)因素，即產(chǎn)品的基本屬性、環(huán)境屬性、勞動(dòng)保護(hù)、資源有效利用、可制造性、企業(yè)策略和生命周期成本4。 圖1 產(chǎn)品

32、生命周期設(shè)計(jì)輪圖 Fig1. Design Cycle of Product Lifecycle 產(chǎn)品的基本屬性是指產(chǎn)品應(yīng)具有的功能、質(zhì)量、成本、服務(wù)及壽命。環(huán)境屬性是指在產(chǎn)品生命周期內(nèi)的任何一個(gè)階段都不會(huì)造成環(huán)境污染。勞動(dòng)保護(hù)或職業(yè)保健是指在生命周期設(shè)計(jì)中，分析評(píng)價(jià)產(chǎn)品生命周期內(nèi)各階段的工作條件對(duì)勞動(dòng)安全和人體健康的影響，并采取適當(dāng)措施減少或消除這種影響。資源有效利用在這里通常是指材料資源和能源，由于材料和能源生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染，如煤炭發(fā)電會(huì)排放出大量的二氧化碳和二氧化硫，原材料的提取冶煉會(huì)排放大量的煙塵和產(chǎn)生輻射等，因而必須節(jié)約能源和原材料，實(shí)現(xiàn)其最佳有效的利用。可制造性是指產(chǎn)

33、品可制造性能的好壞，如制造工藝性、裝配工藝性、拆卸工藝性等。企業(yè)策略是指企業(yè)為迎合市場(chǎng)及用戶需求而制定的本企業(yè)的若干特殊政策，如綠色產(chǎn)品戰(zhàn)略、綠色設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、企業(yè)綠色形象等。生命周期成本不同于傳統(tǒng)產(chǎn)品的成本概念，它不僅包括設(shè)計(jì)成本、生產(chǎn)成本及某些附加成本，也包括使用成本及廢棄淘汰產(chǎn)品的拆卸回收、處理處置成本等。3.3.2 并行工程方法為了在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮產(chǎn)品的整個(gè)生命周期，在設(shè)計(jì)觀念、方法和組織方面必然產(chǎn)生根本性的變革。從這個(gè)意義上講，設(shè)計(jì)就是將產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)適應(yīng)挑戰(zhàn)性要求而提出的所有商業(yè)屬性和技術(shù)屬性匯集起來(lái)的過(guò)程。對(duì)設(shè)計(jì)的這種理解使設(shè)計(jì)跨出了只是滿足某種技術(shù)要求的概念范圍，它同時(shí)強(qiáng)調(diào)了產(chǎn)

34、品設(shè)計(jì)的商業(yè)效果。并行工程正是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的有效途徑。并行工程是現(xiàn)代產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的一種模式和系統(tǒng)方法，它以集成、并行的方式設(shè)計(jì)產(chǎn)品及其相關(guān)，力求使產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員在設(shè)計(jì)一開(kāi)始就考慮產(chǎn)品生命周期全過(guò)程的所有因素，包括質(zhì)量、成本、進(jìn)度計(jì)劃和用戶的要求等，最終使產(chǎn)品達(dá)到最優(yōu)化4。綠色設(shè)計(jì)與一般設(shè)計(jì)相比而言，對(duì)并行工程有著更加迫切的需求。綠色設(shè)計(jì)的產(chǎn)品既要具有基本的性能與功能，又要滿足環(huán)境要求。綠色設(shè)計(jì)比一般產(chǎn)品設(shè)計(jì)涉及的問(wèn)題更多，問(wèn)題的復(fù)雜程度也更高(如涉及資源消耗、產(chǎn)品綠色性能的評(píng)價(jià)等)。GTW環(huán)保技術(shù)人員職業(yè)健康及安全監(jiān)督人員回收處理人員維修服務(wù)人員市場(chǎng)銷(xiāo)售人員工藝設(shè)計(jì)人員產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員圖2 綠色產(chǎn)品并行

35、設(shè)計(jì)小組的組成Fig.2 Composition of Concurrent Design Group for Green Products要實(shí)現(xiàn)并行綠色設(shè)計(jì)，首先要實(shí)現(xiàn)人員的集成。即采用綠色協(xié)同工作組(Green Team WorkGTW)的模式，這是一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)人員組織模式。由于設(shè)計(jì)目標(biāo)和涉及問(wèn)題的復(fù)雜性，并行綠色設(shè)計(jì)應(yīng)組織多專(zhuān)業(yè)(如材料、設(shè)計(jì)、工藝和環(huán)境等)開(kāi)發(fā)小組負(fù)責(zé)整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，并要求設(shè)計(jì)小組內(nèi)所有人員協(xié)調(diào)工作，并行交叉地進(jìn)行。圖2即為綠色產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)小組的組成。其次，要進(jìn)行有關(guān)信息與技術(shù)集成。實(shí)現(xiàn)并行綠色設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是產(chǎn)品的信息集成和技術(shù)方法的集成。產(chǎn)品生命周期全過(guò)程中的各類(lèi)信息

36、的獲取、表達(dá)、表現(xiàn)和操作工具都集成在一起并組成統(tǒng)一的管理系統(tǒng)，特別是產(chǎn)品信息模型和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中涉及的多學(xué)科知識(shí)以及各種技術(shù)和方法也必須集成，并形成集成的知識(shí)庫(kù)和方法庫(kù)，以利于并行過(guò)程的實(shí)施。這兩種集成能提供所需的分析工具和信息，并能在設(shè)計(jì)過(guò)程中盡可能早地分析設(shè)計(jì)特征的影響，規(guī)劃生產(chǎn)過(guò)程，從而提供一個(gè)集成的工程支撐環(huán)境。并行綠色設(shè)計(jì)的支撐環(huán)境并行工程支撐環(huán)境綠色設(shè)計(jì)支撐環(huán)境統(tǒng)一的產(chǎn)品模型分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)支撐環(huán)境開(kāi)放式界面控制系統(tǒng)綠色設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)綠色數(shù)據(jù)庫(kù)綠色設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)圖3 并行綠色設(shè)計(jì)的支撐環(huán)境Fig3. Support Environment for Concurrent Gr

37、een Design此外，并行綠色設(shè)計(jì)需要有一定的支撐環(huán)境。由于并行綠色設(shè)計(jì)是基于并行工程的綠色設(shè)計(jì)，因此其支撐環(huán)境應(yīng)包括并行工程支撐環(huán)境和綠色設(shè)計(jì)支撐環(huán)境兩部分，如圖3所示。并行綠色設(shè)計(jì)可根據(jù)圖4所示的設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)。每個(gè)設(shè)計(jì)人員在各自的工作站上既可以像在傳統(tǒng)的CAD工作站上一樣進(jìn)行自己的設(shè)計(jì)工作，又可以同時(shí)與其他工作站進(jìn)行通信。根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)的要求，既可以隨時(shí)應(yīng)其他設(shè)計(jì)人員的要求修改自己的設(shè)計(jì)，也可以要求其他設(shè)計(jì)人員修改其設(shè)計(jì)以適應(yīng)自己的要求。這樣，多種工作就可以并行協(xié)調(diào)地進(jìn)行。 設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)工作站設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)工作站綠色設(shè)計(jì)公用數(shù)據(jù)庫(kù)和知識(shí)庫(kù)設(shè)計(jì)工作站設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)工作站 圖4 并行綠

38、色設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò) Fig4. Design Network of Concurrent Green Design并行綠色設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，實(shí)現(xiàn)了各環(huán)節(jié)之間的信息交流與反饋，在每一次決策中都能從優(yōu)化產(chǎn)品生命周期的角度考慮問(wèn)題，從而消除了產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中的反復(fù)修改。而且在設(shè)計(jì)過(guò)程中將產(chǎn)品壽命終結(jié)后的拆卸、分離、回收、處理處置等環(huán)節(jié)都考慮進(jìn)去，使所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品從概念形成到壽命終結(jié)再回到回收處理形成了一個(gè)閉環(huán)過(guò)程，滿足了產(chǎn)品生命周期全程的綠色要求。3.3.3 模塊化設(shè)計(jì)法 模塊化設(shè)計(jì)就是在對(duì)一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計(jì)出一系列功能模塊，通過(guò)模塊的

39、選擇和組合可以構(gòu)成不同的產(chǎn)品，以滿足市場(chǎng)的不同需求。模塊化設(shè)計(jì)既可以很好地解決產(chǎn)品品種規(guī)格、設(shè)計(jì)制造周期和生產(chǎn)成本之間的矛盾，又可為產(chǎn)品快速更新?lián)Q代，提高產(chǎn)品質(zhì)量，方便維修，有利于產(chǎn)品廢棄后的拆卸回收，增強(qiáng)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力提供必要條件4。產(chǎn)品模塊化對(duì)綠色設(shè)計(jì)具有重要意義。這主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1)模塊化設(shè)計(jì)能夠滿足綠色產(chǎn)品的快速開(kāi)發(fā)要求。按模塊化設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是由便于裝配、易于拆卸和維護(hù)、有利于回收及重用等模塊單元織成的，簡(jiǎn)化了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，并能快速組合成用戶和市場(chǎng)需求的產(chǎn)品。 2)模塊化設(shè)計(jì)可將產(chǎn)品中對(duì)環(huán)境或?qū)θ梭w有害的部分、使用壽命相近的部分等集成在同一模塊中，便于拆卸回收和維護(hù)更換等，

40、同時(shí)，由于產(chǎn)品由相對(duì)獨(dú)立的模塊組成，團(tuán)此，便于維修，必要時(shí)可更換模塊，而不致影響生產(chǎn)。3)模塊化設(shè)計(jì)可以簡(jiǎn)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。按傳統(tǒng)的觀點(diǎn)，產(chǎn)品由部件組成，部件由組件構(gòu)成，組件由零件構(gòu)成，因而要生產(chǎn)一種產(chǎn)品，就得制造大量的專(zhuān)用零件。而按模塊化的觀點(diǎn)，產(chǎn)品由模塊構(gòu)成，模塊即為構(gòu)成產(chǎn)品的單元，從而減少了零部件數(shù)量，簡(jiǎn)化了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。模塊化設(shè)計(jì)可根據(jù)綠色設(shè)計(jì)的不同目標(biāo)要求來(lái)進(jìn)行。如在模塊化設(shè)計(jì)時(shí)，若以可重用性為主，則需要考慮兩個(gè)主要因素：期望的零(部)件壽命及其重用性能?？紤]零(部)件壽命時(shí)，可將長(zhǎng)壽命的零(部)件集成在相同模塊中，以便產(chǎn)品維護(hù)和回收后的重用；當(dāng)考慮可重用性時(shí)，應(yīng)將具有相同重用性零(部)件(回

41、收價(jià)值與回收成本之比)集成在同一模塊中。模塊化設(shè)計(jì)能較為經(jīng)濟(jì)地用于多品種小批量生產(chǎn)，更適合與綠色產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如可拆卸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。除上述設(shè)計(jì)方法之外，在綠色設(shè)計(jì)中，還必須考慮所設(shè)計(jì)的每個(gè)零部件應(yīng)具有均衡的使用壽命，即進(jìn)行均衡壽命設(shè)計(jì)。對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)而言，要達(dá)到使產(chǎn)品的每個(gè)零部件具有相同或相似的使用壽命，有時(shí)是不可能的。此時(shí)，應(yīng)考慮使一些重要組成部件具有較長(zhǎng)的壽命，而那些易損件、易于更換的零部件，則可設(shè)計(jì)成在產(chǎn)品整個(gè)生命周期中根據(jù)具體情況可多次更換的短壽命零部件，即所謂的長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)。3.4 綠色設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀 目前的綠色設(shè)計(jì)研究主要集中在能源、原材料等資源的合理利用；廢舊產(chǎn)品的回收利用和拆卸；安

42、全健康問(wèn)題等方面。1）合理利用能源、材料等資源為了解決各種重大的環(huán)境影響問(wèn)題，美國(guó)國(guó)家制造科學(xué)中心制定了一項(xiàng)綠色制造計(jì)劃，它采用兩種方法來(lái)減輕制造過(guò)程對(duì)環(huán)境的影響：一是在制造過(guò)程中不用或少用有害物質(zhì)；二是分析各種置換方案中廢棄物的產(chǎn)生機(jī)理。前者的研究目標(biāo)大部分集中在材料置換與選擇上，后者則努力改進(jìn)制造過(guò)程的安全性。選擇理想的材料和制造過(guò)程，既可以提高技術(shù)效果和生產(chǎn)效率，還能減輕對(duì)環(huán)境的影響。然而，選擇最合適的材料和工藝過(guò)程是非常復(fù)雜的。一種叫做計(jì)算機(jī)輔助材料與工藝選擇的交互式專(zhuān)家系統(tǒng)提供了選擇材料和工藝過(guò)程的方法。它由4個(gè)主要模塊織成：篩選模塊；知識(shí)采集與咨詢模塊；設(shè)計(jì)分析模塊；成本估計(jì)模塊。

43、為了合理地選擇材料，還需要建立包括各種材料特性信息的材料數(shù)據(jù)庫(kù)。成對(duì)比較法提供了綠包產(chǎn)品的決策體系，并可用來(lái)進(jìn)行樣品比較。這些決策包括：零部件材料選擇；緊固件的數(shù)量和類(lèi)型；接觸件用的潤(rùn)滑劑；裝配件上零部件的幾何關(guān)系。然后用比較結(jié)果來(lái)分派設(shè)計(jì)任務(wù)，這樣能極大地提高設(shè)計(jì)方案的環(huán)境適應(yīng)性。 節(jié)能就是采取“少入少出”的原則，在一種產(chǎn)品上少用額外能源，或者減少這個(gè)產(chǎn)品在不用期間的能量總消耗。最近在大多數(shù)電池供電的“掌中寶”和膝上式計(jì)算機(jī)開(kāi)始安裝能量管理軟件，以減少能量浪費(fèi)。2）廢舊產(chǎn)品的拆卸回收 綠色設(shè)計(jì)突出了綠色產(chǎn)品拆卸和回收利用的重要性。所謂回收利用就是從用過(guò)產(chǎn)品上回收材料或零部件，然后再把它們用到

44、新產(chǎn)品上?；厥绽玫牧硪粋€(gè)含義就是采用有利于產(chǎn)品材料回收和重新使用的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法。實(shí)質(zhì)上，回收利用就是反復(fù)地利用用過(guò)的材料和零部件。 (1)回收利用 據(jù)報(bào)道造紙業(yè)的產(chǎn)品回收利用率已達(dá)到50，而塑料工業(yè)的回收利用率卻很低。在美國(guó)售出的2620萬(wàn)噸塑料樹(shù)脂中，回收利用率還不到1。回收利用廢舊產(chǎn)品的好處在于：一是創(chuàng)造企業(yè)的綠色形象；二是重新使用全部零部件或分裝件，這樣能降低生產(chǎn)成本?；厥绽靡笏玫牟牧虾途o固方法與現(xiàn)行技術(shù)相適應(yīng)。材料回收利用可適用的總原則包括：簡(jiǎn)化機(jī)械拆卸；避免材料間發(fā)生自污染結(jié)合；材料使用標(biāo)準(zhǔn)化等。在回收利用設(shè)計(jì)上存在著兩個(gè)問(wèn)題，就是拆卸技術(shù)和回收利用成本問(wèn)題。由于回收利用和重

45、構(gòu)技術(shù)是不斷發(fā)展變化的，這就增加了廢舊產(chǎn)品利用的困難性。處理這一問(wèn)題遵循兩條準(zhǔn)則：一是先拆卸最有價(jià)值的部分；二是盡量發(fā)揮每一拆卸作業(yè)的生產(chǎn)效率。寶馬汽車(chē)公司在回收利用和拆卸設(shè)計(jì)方面做了大量工作該公司生產(chǎn)的Z1型和BMW3251汽車(chē)計(jì)多零部件是由可回收利用的塑料制成的。在拆卸時(shí)，公司首先將注意力放在適合重新使用的、最有價(jià)值的零部件的拆卸上5。一種產(chǎn)品要做到百分之百完全回收利用是不現(xiàn)實(shí)，也是不經(jīng)濟(jì)的，所以部分拆卸可能是最經(jīng)濟(jì)的方式。因而，回收利出的目的是最大可能地利用這種回收資源，盡量減少產(chǎn)品的剩余量和污染。為了有助于回收利用，還必須重視材料的識(shí)別與分類(lèi)技術(shù)。(2)拆卸 產(chǎn)品拆卸主要是從經(jīng)濟(jì)和環(huán)境

46、兩方面考慮。廢舊產(chǎn)品的拆卸就是尋求在現(xiàn)行技術(shù)條件下如何經(jīng)濟(jì)地回收利用其材料和零部件。拆卸的定義就是從產(chǎn)品或部件上有規(guī)律地拆下可用的構(gòu)成件的過(guò)程，同時(shí)保證不因拆卸過(guò)程而造成該零部件的損傷。在拆卸方面所遇到的最大的技術(shù)挑戰(zhàn)是怎樣設(shè)計(jì)出易于拆卸的產(chǎn)品。設(shè)計(jì)一種易于拆卸又易于裝配的產(chǎn)品是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。以往在設(shè)計(jì)產(chǎn)品和機(jī)器時(shí)，考慮裝配多，而很少考慮拆卸。在易于裝配易于拆卸的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，需要解決易分離性、緊固件、模塊化設(shè)計(jì)、材料選擇等諸多問(wèn)題。拆卸設(shè)計(jì)是綠色設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分，這樣設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品，其大部分零部件都能重新使用或回收利用。拆卸成本則與所用的時(shí)間和拆卸的零部件數(shù)量成正比13。產(chǎn)品拆卸方法通常

47、有兩種：逆裝配法和強(qiáng)力法。逆裝配法就是以裝配順序的反方向進(jìn)行拆卸。強(qiáng)力法就是采用各種方法切開(kāi)零部件14。目前的產(chǎn)品拆卸起來(lái)不是很方便，其主要原因在于缺少拆卸所需的全部信息；產(chǎn)品的某些部分在使用過(guò)程中可能改動(dòng)過(guò)；因磨損而使連接在一起的元件難于分開(kāi)；許多消費(fèi)品采用不易拆卸的設(shè)計(jì)方式等。拆卸設(shè)計(jì)就是設(shè)法克服這些不足，提高產(chǎn)品的可回收利用能力和可拆卸能力。在拆卸沒(méi)計(jì)中遇到的另一個(gè)問(wèn)題就是拆卸順序。為了順利拆卸，需要考慮產(chǎn)品局部和全局兩方面的幾何形狀信息。零部件的成功拆卸，不僅取決于所要拆卸的零部件之間的關(guān)系，而且也取決于與裝配件上其他所有零部件的關(guān)系。基于圖形的推理方法可通過(guò)特征數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)生成拆卸順序

48、。3）安全健康問(wèn)題 綠色設(shè)計(jì)的另一個(gè)研究?jī)?nèi)容就是安全和健康問(wèn)題。如在汽車(chē)和電子工業(yè)行業(yè)中，現(xiàn)在最常用的是鉛錫釬料。由于鉛毒性極大，近十年來(lái)，已經(jīng)限制或禁止在油漆、汽油等其他許多產(chǎn)品中使用鉛。因此，大量的研究集中在用無(wú)鉛釬料或?qū)щ娦阅z粘劑代替鉛錫釬料。導(dǎo)電性膠粘劑由于具有良好的經(jīng)濟(jì)性和可回收利用能力，可能是鉛錫釬料的最合適替代品。同樣，鈹是另一種工業(yè)有毒材料，與其接觸后可能危及健康，必須對(duì)工業(yè)用鈹進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。 瑞典的沃爾沃(volvo)汽車(chē)公司設(shè)計(jì)了一種產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)境優(yōu)先戰(zhàn)略系統(tǒng)，它使用環(huán)境負(fù)荷基數(shù)指標(biāo)來(lái)衡量汽車(chē)所用材料對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響。4）其他相關(guān)問(wèn)題 除上述主要研究?jī)?nèi)容外，綠色設(shè)計(jì)也與其他學(xué)

49、科領(lǐng)域有密切的關(guān)系，如環(huán)境保護(hù)、污染防治等。因此，研究這些相關(guān)內(nèi)容對(duì)有效地開(kāi)展綠色設(shè)計(jì)也是必不可少的，如面向環(huán)境的設(shè)計(jì)DFE(Design For Environment) 、生命周期工程LCE（Life Cycle Engineering)與生命周期估計(jì)LCA（Life Cycle Assessment）等。 綠色設(shè)計(jì)由于涉及的學(xué)科領(lǐng)域多(如機(jī)械學(xué)科、材料學(xué)科、環(huán)境保護(hù)、社會(huì)科學(xué)和管理學(xué)科等)，涉及的范圍廣，屬于多學(xué)科交叉研究領(lǐng)域，目前還處于不斷發(fā)展完善之中。因此，綠色設(shè)計(jì)的實(shí)施需要從系統(tǒng)的角度，進(jìn)行綜合分析和協(xié)調(diào)，從技術(shù)和管理兩方面著手，并需要社會(huì)各方面的共同努力。3.5 綠色設(shè)計(jì)理念在機(jī)

50、械實(shí)踐中的體現(xiàn)8數(shù)控車(chē)床是制造業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)加工的主要工作母機(jī)之一，隨著制造業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展和數(shù)字化加工要求的提高，其市場(chǎng)需求量大幅度增加。因此，開(kāi)發(fā)綠色環(huán)保的數(shù)控車(chē)床尤為重要。普通車(chē)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)主要是變速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，傳動(dòng)鏈多、傳動(dòng)關(guān)系復(fù)雜、制造周期長(zhǎng)。在綠色設(shè)計(jì)規(guī)范下，為簡(jiǎn)化傳動(dòng)鏈，數(shù)控車(chē)床主軸驅(qū)動(dòng)可有三種形式：a.采用變頻電機(jī),實(shí)現(xiàn)多檔內(nèi)自動(dòng)無(wú)級(jí)調(diào)速；b.采用主軸伺服電機(jī),實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速；c.由電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。床身是數(shù)控車(chē)床的主要支承件，傳統(tǒng)的鑄造過(guò)程環(huán)境污染嚴(yán)重、能耗高。目前，采用鋼板焊接床身結(jié)構(gòu)代替，不但可提高機(jī)床的強(qiáng)度和剛性，而且因?yàn)闇p少了鑄造工藝而大大減少了機(jī)床在制造過(guò)程中的環(huán)境

51、污染和能源消耗。同時(shí)，為了消減車(chē)床工作中的振動(dòng)，可在床身內(nèi)填充泥芯和混凝土等阻尼材料，當(dāng)振動(dòng)時(shí)，利用相對(duì)摩擦來(lái)耗散振動(dòng)能量。數(shù)控車(chē)床的潤(rùn)滑油路主要包括主軸箱油路和導(dǎo)軌潤(rùn)滑油路。一般主軸箱油路是封閉的，機(jī)油在循環(huán)使用，不會(huì)飛濺污染環(huán)境。而導(dǎo)軌潤(rùn)滑油路則是敞開(kāi)式的，主要通過(guò)安裝在床身尾側(cè)的集中潤(rùn)滑器集中供油，沒(méi)有進(jìn)行回收，是造成加工中工作環(huán)境污染的主要因素。根據(jù)綠色制造理念的可回收性設(shè)計(jì)思想，為達(dá)到機(jī)油完全回收，可以對(duì)導(dǎo)軌潤(rùn)滑油路進(jìn)行改造或在導(dǎo)軌外加輔助回油槽。此外，從導(dǎo)軌回流的機(jī)油，可能含有雜質(zhì)，需過(guò)濾干凈方可重新使用。為達(dá)到此目的，需外加一個(gè)多層回油過(guò)濾器，使從導(dǎo)軌回流的機(jī)油經(jīng)多層過(guò)濾后再回流

52、到油箱，從而達(dá)到機(jī)油的反復(fù)利用。包括減少拆卸的工作量。如使產(chǎn)品模塊化，減少連接件的數(shù)量，減少使用材料的種類(lèi)，采用可兼容的材料，盡量合并需要拆卸的零件，使需要拆卸的零件易于獲得、易于拆卸。如保證產(chǎn)品拆卸過(guò)程中具有穩(wěn)定性，廢液易于排放，使用易拆卸或破壞的緊固件，減少緊固件數(shù)量。多數(shù)零件采用相同的緊固方式，易于到達(dá)拆卸或切割位置，避免零件復(fù)雜的拆卸路徑。由于軸承屬于精密的機(jī)械零部件，又是用硬質(zhì)耐磨材料構(gòu)成，其制造一般都需要經(jīng)過(guò)車(chē)削、磨削等工序來(lái)完成，這就必然要使用切削液、磨削液等對(duì)環(huán)境具有污染的物質(zhì)。隨著切削刀具和切削技術(shù)的發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)軸承采用干切削和硬切削已有很多的研究。但由于軸承是經(jīng)受交變

53、應(yīng)力的部件，如何有效地控制其加工表面的殘余應(yīng)力狀態(tài)，成為制約這一技術(shù)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。目前國(guó)外已有先通過(guò)硬車(chē)削再對(duì)軸承滾道表面進(jìn)行滾壓的軸承加工工藝，這一方法除了使成本減少到原來(lái)的55%，壽命也提高了五倍。國(guó)內(nèi)對(duì)軸承的硬車(chē)削技術(shù)還停留在實(shí)驗(yàn)的階段，如何改進(jìn)軸承的加工工藝，通過(guò)改變切削條件和方法，主動(dòng)控制軸承加工表面的應(yīng)力狀態(tài)是當(dāng)前我國(guó)軸承行業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色制造的關(guān)鍵技術(shù)。故障診斷技術(shù) 較常用的技術(shù)手段有振動(dòng)監(jiān)測(cè)、噪聲監(jiān)測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)、油液分析、無(wú)損探傷等。故障診斷技術(shù)可以在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程或基本不拆卸的情況下,監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行技術(shù)狀況, 預(yù)測(cè)設(shè)備的可靠性, 判斷故障的部位和原因?？煞乐雇话l(fā)故障和事故的發(fā)生,減

54、少事故性停機(jī)，較科學(xué)地確定設(shè)備修理間隔期和內(nèi)容,降低維修成本,保證安全生產(chǎn),節(jié)約能源。據(jù)統(tǒng)計(jì), 采用該項(xiàng)技術(shù)后, 可減少75%以上的機(jī)械設(shè)備事故, 維修費(fèi)用降低25%75%, 已成為提高機(jī)械設(shè)備安全、穩(wěn)定、可靠、長(zhǎng)周期、滿負(fù)荷地優(yōu)質(zhì)運(yùn)行服務(wù)以及實(shí)現(xiàn)綠色維修的關(guān)鍵技術(shù)。表面工程技術(shù)表面工程指表面預(yù)處理后，通過(guò)進(jìn)行鍍層、涂覆、注入和氧化等表面處理,改變固體材料表面的形態(tài)、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)等，制備出優(yōu)于本體材料的特殊功能薄層，使機(jī)件達(dá)到更高的耐磨損、防腐蝕、抗疲勞和耐高溫等性能。表面處理技術(shù)的主要加工方法有：原子分子沉積，如鍍、氣相沉積等；顆粒沉積, 如熱噴涂等； 涂敷覆蓋,如噴塑、刷鍍等；表面改性處理,如離子濺射注入、激光表面處理等；表