绿色设计在现代生产中的应用研究Word文档下载推荐.docx

1、国外尤其是欧美国家和日本的相关研究机构对绿色设计研究比较早，作了大量的研究工作，取得了不错的研究成果，并且这些国家在绿色设计方面的推行力度比较大，绿色设计研究理论成果能够很好的与企业的生产相结合。这方面，已经走在了世界的前列。（1）国外绿色材料选择研究现状对于机电产品绿色设计的材料选择方面的内容，国外学者进行了大量的研究，取得一定的研究成果。R。Venkata R4针对给定工程组件的材料选择进行了详细的研究，提出了“材料适应性指数”的概念，并提出了基于图论和矩阵的材料多目标选择决策模型。Kalpesh Maniya与M。G。Bhatt5提出了 一种基于“偏好指数（PSI）“的材料选择方法，并对

2、该方法进行了一致性检验，实验研究表明PSI方法是一种合理适用的材料选择方法。 Jeya Girabha， s。 vinodh6针对汽车组件的材料选择提出了一种基于模糊VIKOR和环境影响分析的材料选择模型，对汽车组件的材料进行了合理的选择。（2）国外拆卸性设计研究现状拆卸设计是产品绿色设计的又一项重要内容，拆卸性能的好坏直接影响到产品后期的回收工作，一个具有良好拆卸性能的机电产品，当产品报废后，能够简化产品的回收重用过程，节省拆卸时间，从而达到节约资源，减少环境污染的目的。因此，在这方面，国外学者也对相关内容进行了研究。例如，Rahman等7针对报废汽车产品采用遗传算法对其拆卸序列进行优化。日

3、本东京大学在1996年提出了逆生产理论，该理论主要用于针对产品的拆卸及拆卸下来的零部件的回收利用和再制造处理等，从而更好的解决废旧产品的处理问题。Shinichiro8提出了基于LCA的废旧家电产品主动拆卸技术，为家电产品的设计提供了理论支撑，简化了家电产品报废后的拆卸过程，提高了拆卸效率。（3）国外回收设计研究现状对于机电产品的回收性设计，各国尤其是部分发达国家在这方面投入了大量的人力物力对其进行了深入的研究，并将回收设计的理论研究成果与生产实践有机的结合，取得了很好的经济效益。J Mar-Ortiz等9针对废旧电子产品的收集，提出了废旧电子产品的回收网络模型，提高了废旧电子产品的回收效率。

4、GSelige等详细地研究了以废旧机电产品回收价值为评价因素的回收方法。在产品设计与回收理论方面，提出长远规划和现时规划。1995年，A。 Kriwet针对机电产品的回收提出了回收网络模型，并对产品回收性设计准则进行了详细的研究。（4）国外生命周期评价研究现状在机电产品生命周期评价方面。我们知道绿色设计的目的就是为了生产出具有环境友好性的绿色产品，所以衡量绿色设计的优劣可以通过对绿色产品的绿色性能进行评估，国外的相关研究机构和专家学者对其展开了深入的研究。OngSK，KohTH等10针对机电产品的评价体系特点，提出了基于层次分析法的机电产品绿色度评价模型。Niall Murtagh等11开发设

5、计出了一款面向机电产品的生态设计评价工具。Edgar0等12对产品及产品生产过程对环境的影响评价进行了系统的研究，为产品绿色度评价提供了科学的依据。1.2.2 国内绿色设计研究现状（1）国内绿色材料选择研究现状四川大学的周长春等13提出了一种基于神经网络和遗传算法的材料选择模型，并在冰箱壳体的材料选择应用上得到验证。彭安华，岳睿14对材料选择的多目标决策进行了研究，在充分考虑产品质量及成本的前提下，提出了基于Choquet积分的材料选择混合关联多属性决策方法，并以滑动轴承为例，验证了该方法的有效性。合肥工业大学的王雁，黄海鸿，刘光复等15考虑到材料多属性决策的不确定性，提出了基于集对分析的材料

6、多属性决策模型。（2）国内拆卸性设计研究现状国内针对拆卸设计的研究目前主要还是集中在拆卸序列的规划和拆卸模型的建立两方面。江吉彬16针对多数拆卸设计理论的计算过程复杂、难以实际应用的问题，提出了基于层次网络图模型的可拆卸性设计，降低了拆卸理论与工程实践结合的难度。赵树恩等17针对废旧汽车的拆卸技术进行了研究，提出了关于废旧汽车的可拆卸性设计系统模型，为汽车工业的可持续发展提供了科学的方法。南京航空航天大学孙有朝等18在着重考虑拆卸效率的基础上，提出了基于零件故障率和拆卸时间的产品拆卸性定量评估方法，并通过相关的实例研究验证了该方法的实际应用价值。（3）国内回收设计研究现状国内对于机电产品回收性

7、设计旳研究也取得了一定的进展，很多高校都在这方面投入了大量的精力进行研究，其中以合肥工大刘光复教授为代表的科研团队在这方面取得了较多的研究成果。王淑旺19为了实现废旧产品回收方案的择优选择，提出了产品回收性能评估模型，并开发设计了对应的回收设计支持系统。刘学平20提出了基于神经网络的机电产品回收评估方法。凌波21针对汽车产品的回收利用，开发了汽车产品的回收信息管理系统。（4）国内产品绿色度评价研究现状目前，国内对于机电产品绿色度评价的研究，主要还是集中在评价指标体系科学合理的建立，寻求适当的评价方法以及评价工具的开发等方面。浙江大学的苏庆华22对机电产品的评价指标体系的构建进行了研究，提出了面

8、向机电产品的绿色度评价模型，并开发了具有使用价值的机电产品绿色度评价系统。王桂萍23等提出了基于模糊可拓层次分析法的产品绿色度评价方法，并以此对数控机床的绿色度进行评价，得到与实际相符的结果。刘英会24等在分析了传统模糊层次分析法在选择隶属函数时引起的复杂性和不准确性，提出了基于改进层次分析法的产品绿色度评价方法，并将其应用于冰箱的绿色度评价，取得了预期的效果。国内的很多高等院校在机电产品的绿色设计研究方面取得一定的研究成果，尤其是绿色设计理论在这些年的研究下正在逐步完善。目前，虽然国内的企业对机电产品的绿色设计也逐步重视起来，但就总体研究情况而言与国外还有较大的差距，只有为数不多的企业开展绿

9、色制造的相关试点工作，且企业对于绿色设计的研究工作还未深入开展。2 绿色设计在现代生产中的应用2.1 工程机械工程机械在中国装备工业中占有重要的地位,是中国装备工业的重要组成部分。总的来讲,只要是路面修建,石施工,流动式的起重装卸作业及一些建筑构建等所需的机械设备,称为工超机械。它的主要用途有;、交通运输工程建设、工业与民用建筑、资源与能源工业建设和生产、矿山等原材料加王工业建设和生产、国防建设工程、农林水利维护和建设、城乡建设、化态环境保护等领域。当今,各个国家虽然对工程机械有着不同的定义,但称为在一定程度上有大的相似么处,如日本称为建设机械,美国和英国称为建筑机械与设备,俄罗斯称为建筑与筑

10、路机械,德国称为建筑机械与装置。另外,在中国有些机械设备主要用于建设工程,为此成为建设工程,由于机械系统根据国务院的相关规定统称为了工程机械。中国工程机械的范畴相比其他国家还增加了铁路建设工程机械、搬运机械、电梯安装等。2.1.1 工程机械的分类众所周知,工程机械设备种类是非常多的。工程机械有很多零部件姐成,比如由驱动装貴、变速装貴、传动装貴、工作装置、制动装置、防护装置、涧滑系统、冷却系统等部分组成。那么根据各个机械设备的用途,抖下对工程机械进行了分类。工程机械包括的产品可分为18大类,初步统计有288个系列。这些产品类别包括有:2.1.2 绿色设计思维的应用工程机械产品低碳也就是绿色设计理

11、念是,在产品的整个生命周期中为了环境、健康、安全的目标进行系统性考虑的设计过程。比如说,最小化在产品制造阶段对环境的影响,节约能源的设计是我们提倡的;我们可采用先进的设计方法来减少对资源的耗费;最小化在使用阶段为产生有害副产品的设计;最后,在产品寿命结束阶段,提高产品的回收效益,包括面向材料和产品回收的设计,面向拆卸的设计,最少污染物的设计,遵循一定法律条款的设计等。随着国内外各大中城市对环境保护的円益重视,对机动车辆尾气排放用烟度、噪声等指标的限制愈来愈严格;特别是随着装载机等工程机械产品在市政建设中的使用量不断加大以及人们日益增强的环保意识,尽管目前工程机械尚未纳入限制排放的机动车行列,但

12、可以预见对工程机械进行绿色设计势在必行。（1） 产品材料的绿色设计低碳材料的使用是工程机械绿色化中重要的一环。工程机械材料涉及面很广,通过属性大致分为金属材料和非金属材料两大类。金属材料主要包括黑色金属和有色金属。有色金属用量虽对于金属材料来说占的比重较小,但由于具有良好的导热性、导电性,W及优异的化学稳定性等,而在工程机械产品研发中占有重要的地位。对工程机械零件的设计不仅仅是结构设计,还更多的是材料和工艺的设计。.由于传统工程机械产品设计在材料的选择上对环境的考虑不多,使得工程机械产品在全生命周期内对环境产生了一定的不良影响。当今环境的问题越来越突出和产品设计在新形势下有了更高的新要求,设汁

13、过程中的材料选择问题也就比较明显。低碳工程机械产品巧计对选用材料提出了更高的标准,不但要求选择的材料既要在产品的基本属性之内,而且能够有利于环境的协调发展。理解和判断出各种工程机械材料的特性,合理的选择和使用材料及能够分析出工程机械及零部件在使用过程中的一些材料问题,是对从事产品研发人员的基本要求。为此对于工程机械绿色材料的选择和使用,回收处理上作出了几点建议。从工程机械产品的结构上进行产品的功能结构和产品材料结构的分析,在达到相关规定和功能的条件下,要考虑选择一些低碳材料以及要可能减少材料的种类。在工程机械的制造过程中采用绿色的工艺和加工设备,减少原材料的消耗。与此同时从产品的零部件上考虑产

14、品在加工制造过程中的环保状况。在工程机械的报废处理阶段综合分析出的原材料使用量、材料的再回收率及废弃物的数量,加大对材料的使用状况的分析。（2） 动力装置的绿色设计动力装置是工程机械的核也动力。工程机械动力源大多为内燃机,内燃机在使用过程中就会有大量的有害的气体或者有毒颗粒散发到空气中去,对环境造成了破坏,尤其是在一些空气流通比较差的地方如沟壑、隧道等。与此巧时内燃机在使用当中存在着一些突出的问题如带来了废气污染,增加了热排放量,消耗了大量的石油资源等。因此我们首先,要加大研究天然气、太阳能、液化石油气、氨气及其Ai与天然气混合用的清洁能源,化如用电力作为工程机械的动力源是个发展趋势,具有广阔

15、的市场前景。其次,通过改进发动机的一些结构,使得喷油器喷油雾化好、功率大,提高新技术的研发力度,加强相关充气设施的建设,减少二氧化碳和一氧化碳的排放,保护环境,进一步解决当今日益严重的环境问题。再次,运用低碳的设计理念进行发动机的机内、机外废气净化技术的研究,要求在现实的条件下,加快研发发动机的燃油电控喷射技术、各种催化净化技术和废气再循环技术,进一步的减少发請机燃油的消耗以及热量的排放,实现工程机械发动机的低排放,高效率。同时通过寻找节能、实效、环保的平衡点,将三者结合起来,从而设计出集经济性能、技术性能和环保效应为一体的低碳工程机械动力装置。（3） 液压系统的绿色设计工程机械液压系统的低巧

16、设计是通过节约能源与环境维护并行工程的方式进行地,依据低碳设计的理念,要求在产品的整个尘命周期内把工程机械产品的基本属性和环境属性结合起来综合地分析。在实际化活中,工程机械的使用给环境带来了不小的破坏和污染,如由于液压油的泄漏造成的工作介质对外部环境的污染,液压系统噪声对工作环境的污染等。液压系统的故障大部分是由于液压油的不清洁造成的。工程机械液压系统的污染物分为装配污染物、入侵污染物和生成污染物。装配污染物主要来自于厂家的制造、装配和调试过程中,入侵污染物和生成污染物来自于使用过程中,取决于工程机械的工作环境、维护和保养水平。根据液压系统出现的问题,需采取以下措施来实现液压系统的低碳设计。（

17、1）对于工程机械的液压系统带来的污染,应在研发时就做好未雨绸缪的准备,提前考虑污染的源头以及如何降低污染和防止污染。（2）在工程机械产品低碳设计的设计阶段,应考虑不但要符合产品自身的属性还应该符合相关的环境要求,W及考虑产品在报废后的回收利用,加工处理,再利用等问题等,从而达到环境保护和资源优化应用的目的。与此同时还要充分考虑工程机械在加工制造阶段与使用阶段对生态环境的负作用,并将其对环境的危害程度降到最低。（3）在工程机械液压系统使用的过程中,要求使用符合规格的液压油如采用无毒液压油,进一步的研发液压油的回收再利用技术,提升设备的质量,从而减少液压油的泄漏,要求通过相关的技术条件加快实现工程

18、机械传动装置的工作介质绿色化的速度。另外要求在设计时尽量的减少用于装配的零件数目,优化组合多个功能元件,提高液压系统的集成度,从而达到优化配置,节约资源的目的,实现液压系统模块化组合的综合研究。（4）液压系统噪声对于工作环境的污染来讲破坏性是很大的。为了控制噪声,在工程机械产品的制造阶段和安装阶段应加强监督和管理,确保产品制造和安装的质量,降低噪声带来的环境污染。4.2.2.2工程机械液压系统维护的注意事项（1）选用适合工程机械的液压油液压油是工程机械设备重要组成部分,在工程机械液压油系统中液压油起着传递润滑、压力、冷却、密封的作用。液压系统出现故障和使用的程度降低的主要原因是液压油选择不恰当

19、。应按照产品说明中规定的型号选择液压油,不同型号的液压油不能使用,否则会使得液压油产生化学反应,影响机器的运转。当遇到特殊惰况还应使用一定的代替油。对于一些变质油要禁止使用。（2）保养时需要注意的要点。目前智能装置被安装了工程机械液压系统上,它可以对液压系统某些隐患提供一定的报警作用。由于它的准确度、可靠性及监测范围有一定局限性的,因此对于液压系统的检查保养,需采用将智能装置监测结果与定期检查保养相结合的方式。（3）在实际中预防固体的物质进入到工程机械的液压系统内。干净适合的液压油对于液压系统讲至关重要,是液压系统的化命。液压系统中是由许许多多精密的组件组成的,如一些精密的空隙或小孔等。如果固

20、体杂质进入到液压系统的精密組件内将造成精密组件拉伤,损坏、油道堵塞等,阻碍了液压系统的正常运行,给工作人员带来了安全隐患（4）要求防止空气和水入侵液压系统。液压系统是高精度,高强度的系统,为此需加强对液压系统的管理和维护,主要强调两个方面:一方面,如果在通常的温度和压力下液压的油含有容积化为6%8%的空气,压力降低了里面的空气就会散发出来,导致大量的气泡裂开和噪声的出现,使得液压元件严重损坏。进一步讲,这种山许多的气体进入到液压系统中造成的液压气蚀现象,不但使液压油氧化,加速其变质还使得液压油压缩性增大,从而导致液压系统王作不稳定以及执斤元件不玉作或者工作怠慢的不良后果,降低工作效率,浪费了能

21、源与资源。另一方面,如果有大量的水分进入到液压系统内,液压元件就会绣蚀,造成油液乳化变质,润滑油膜强度降低,使得机械磨损程度加大。与此同时,除了维护保养时注意不要把水弄到液压系统内,还要注意储油桶不用时要巧紧盖子,最好把它倒立放置,把机械的故障率降到最低,保证机械设备的安全运行。（4）产品界面的绿色设计工程机械是衡量一个国家工业发法水平的重要因素么一。由于工程机械是用于国家建设、工业生产的重要设备,从理论上來讲更应该注重人性化设计。但是在现实中,目前国内的一些王程机械仍然具有傻、大、笨、粗的特征,W及一直存在着的混乳的操纵界面。界面设计主要目的是给用户提供一个便利的工作条件,提高工作效率而不是

22、把一些没有意义的东西堆积到产品的界面中。对于用户要完成的任务和目标來讲,界面不但是明确的还应该是非常高效率及舒适的,能让人们有个很好的状态进行工作的,从而大大提高工程机械的工作效率,减少了由于误操作导致的机械故障,保证了设备的完好率,提高了机械的使用寿命,所W也就是节省了资源,响应了界面低碳设计的要求。W下通过低碳的设计理念主要阐述的是指导工程机械界面设计的一些有价值的相关建议。（1）对用户的生理和必理进行系统化的研究在实际工程机械产品界面设计的过程中,首先要考虑用户的也理因素及对其进行客观的分析。作为研发人员,我们在分析用户也理时,要更多的去分析操作者的价值观、消费观、需求W及对事物的认知和

23、感知能力,另外也要考虑操作者的身体疲劳的程度、外界影响的程度因此,我们应综合的分析操作者的生理及必理的变化W及通过使用一些合理的用户模型来指导工程机械的界面设计。（2）在工程机械的界面设计中坚持统一的理念。工程机械人机界面的统一性主要是指产品的界面外观、人机交互方式、布局11及一些信息显示的方式在不同的系统之间或者是应用系统的内部之间具有统一性和合理性。要求利用统一性理念在界面的一些风格上要保持统一如显示屏和操作按钮的搭配。要求使操作者在使用过程中不会因为出现不同形状与风格的按键而引起操作失误或者操作事故。与此同时应把使用不到的或者没有价值的按键进行去除,W免给操作者造成一定的视觉障碍,通过界

24、面整体的简洁性和协调性使得操作人员不会受到自身技能和知识的限制。另外进行整合经常用的或者具有相似功能的按键部分,这样才能使得那些使用频率高的及具有相似功能的按键得到合理的规划设计。如果驳持统一性的理念,那么作为操作者就能够很快的进行工程机械的操作,降低了操作者操作时出现的出错率,大大节省了时间和减少了资源的浪费,符合绿色设计的要求。（3）工程机械的界面要求简洁明了,方便识别。当设计工程机械界面的时,要求界面能够合理的布局,使界面看起来非常的直观,简洁。要求界面上的各个区域功能明确,抵制一些繁琐设计或者是运用一些没有意义的元素进行设计。要求使得用户更容易理解和操作,加大了用户对界面的识别度。（4

25、）工程机械的界面具有引导的作用作为工程机械的界面不但要能够让用户在使用界面的时候受到界面的相关引导,也要突出界面上功能区域的引导作用,提高操作者的视觉识别度和敏感度,从而节省了反应的时间W及机械运作时对资源的消耗2.2 机床制造机床是制造业加工零部件的主要设备，其基本功能是将具有机械性质的原材料转化成具有一定几何形状、尺寸以及表面质量的零件。机床在使用过程中不仅存在大量的物能消耗，还会直接或间接产生严重污染环境的三废，因此绿色设计在机床设计与制造的应用会越来越广泛，机床设计与制造的绿色化是今后的发展趋势。欧盟的下一代生产系统项目概括了绿色机床应具备的五个特点：即机床零部件由再生材料制造；机床的

26、重量和体积减少 50%以上；通过减轻移动质量、降低空运转功率等措施使功率消耗减少 30%-40%；使用过程的各种废弃物减少 50%-60%，保证基本没有污染的工作环境；报废后机床的材料 100%可回收。目前绿色设计在机床设计与制造中的应用主要集中在机床设备的绿色化、机床加工工艺的绿色化、机床设计与制造过程相关分析与评价等几个研究领域，如图 2.1 所示。2.2.1 机床设备绿色化（1） 机床设备的轻量化机床设备的轻量化主要包括机床设备质量的减重化和体积的减小化。现有机床80%的重量用于保证机床的刚度，而只有20%用于满足机床运动学的需要，因此在满足机床设备结构刚度及性能的同时，应该尽可能使机床

27、设备及其相关零部件的重量有所减轻或体积有所减小，也可以尽量简化机床设备的结构设计，减少不必要的零件数量。欧盟的生态效益机床项目就是一个典型的机床设备轻量化、减量化的例子，该项目中的机床使用机电一体化结构代替现有机床的纯机械结构，在保证机床刚性和精度的同时减少机床设备本身的重量。（2） 机床设备的模块化模块化设计广泛应用于各种工程领域，其中柔性制造系统中应用模块化设计最为显著，模块化设计中的各个单元的功能是相互独立的，可以选择不同的模块单元进行组合。对机床设备进行模块化设计既能够最大化满足不同用户的不同需求，同时也易于机床的组装、拆卸、维修、回收及重组，提高了机床零部件的通用性，也有助于机床的相

28、关标准化研究，机床设备的模块化可以最大限度的利用各种不可再生资源，减少浪费和环境污染。组合机床就是一种机床设备模块化的典型例子，该种机床可以随着产品或工艺的改变而组装成另外一种功能不同的机床。（3） 机床设备新材料与新结构的开发机械加工所用机床各种各样，根据加工方式的不同可分为车床、铣床、刨床、磨床、镗床等，不同种类不同型号的机床设备其结构组成不尽相同，但是一般都具有动力系统、加工系统、润滑与冷却系统以及车身主体等结构。绿色设计在机床设备动力系统中的应用主要就是节能电机的开发以及电机工作时候的噪声和电磁辐射等污染的降低与控制；在机床设备加工系统中的应用主要集中于新型刀具材料的研制、加工效率的提高以及对加工系统噪声的控制与改善；在机床设备润滑与冷却系统中的应用主要包括润滑剂和冷却液污染排放及热辐射的防治、各种干式加工技术的开发以及各种新型可生物降解的润滑剂和冷却液的