工程机械的绿色设计
摘 要：绿色设计就是在生态哲学的指导下，运用生态思维，将物的设计纳入“人—机—环境”系统，考虑满足人的需求，以注重生态环境的保护与可持续发展的原则，既实现社会价值又保护自然价值，促进人与自然的共同繁荣。当下随着工程机械品种和数量的不断增加，大量工程机械所消耗的资源、排放的污染物对环境产生了难以估计的负荷。为保护人类十分宝贵且有限的地球资源，实现全球可持续发展，提高操作人员的安全性及工作舒适性，努力达到人、机和环境的亲和，很有必要按照汽车行业的环保标准来设计工程机械产品。
关键词：绿色设计 绿色材料 绿色工艺 绿色理念 可持续发展
一、 绿色设计的产生
当下，资源、环境、人口是人类社会面临的三大主要问题，特别是环境问题，正对人类社会生存与发展造成严重的威胁。随着全球环境问题的日益恶化，人们愈来愈重视对于环境问题的研究。近年来的研究和实践使人们认识到：环境问题决非是孤立存在的，它和资源、人口两大问题有着根本性的内 在联系，特别是资源问题，它不仅涉及人类世界有限资源的合理利用，而且它又是环境问题的主要根源。而据统计,造成环境污染的排 放物 有70%以上来自制造业,它们每年约产生出55亿吨无害废物和7 吨有害废 物。在过去,我们把保护环境的重点更多地放在了污染物的末端治理上,而忽略了污 染物的全过程控和预。要想彻底地解决环境污染问题,必须从源头上进行治理。而绿色设计与制造正是围绕着如何节约资源、有效利用能源和保护环境这一主题而提出来的新的设计制造概念和方法,近几年已成为现代设计技术的研究热点。在美国、西欧和日本等发达国家和地区,研究更是十分活跃。在我国的制造业中绿色设计与制造至今还没有得到企业 的足 够重视。许 多企 业缺乏绿色设计与制造的观念仍然走的是粗放型的老路子(即高投入、高消耗、高污染的发展模式) ,只注重产品的质量、成本和效益,而忽略了加工、使用、产品报废给环境带来的污染(环境成本)。
为了寻求从根本上解决制造业环境污染的有效方法，到了90年代，随着全球性产业结构的调整和人类对客观认识的日益深化，在全球掀起了一股“绿色消费浪潮”。在这股“绿色浪潮”中设计师们更多地以冷静、理性的思辩来反省一个世纪以来工业设计的历史进程。展望新世纪的发展方向，而不只是追求形式上的创新。而实际上，进入90年代，风格上的花样翻新似乎已经走到了尽头，后现代已成明日黄花，解构主义依旧是曲高和寡，工业设计需要理论上的突破。于是不少设计师转向从深层次上探索工业设计与人类可持续发展的关系，力图通过设计活动，在人——社会——环境之间建立起一种协调发展的机制，这标志着工业设计发展的一次重大转变。“绿色设计”的概念应运而生，成了当今工业设计发展的主要趋势之一。
自我国加入WTO后，工程机械的质量和绿色生产得到了更加多的关注，很多节能环保行工程器械营运而生。
二、 工程机械绿色设计的途径
1. 广泛应用绿色型材料
当前工程机械产品绿色化的一个重要发展方向是产品绿色材料的使用比重不断提高。绿色材料即环境协调性材料或生态材料，是指那些具有良好使用性能或功能，并对资源和能源消耗少，对生态与环境污染小，有利于人类健康，再生利用率高或可降解循环利用，在制备、使用、废弃直到再生循环利用的整个过程中，与环境协调共存的一大类材料。传统的材料选择方法已不能适应绿色产品及绿色没计的要求，必须从更广泛的角度考虑材料的选择，不仅应考虑基本性能要求，更要着重考虑材料的环境属性。在现阶段，选择工程机械绿色材料的主要原则包括：尽量选用回收材料，提高资源利用率，实现可持续发展；尽量选用低能耗、少污染的材料；尽量选择环境兼容性好的材料及零部件，避免选用有毒、有害和有辐射特性的材料，所用材料应易于再利用、回收、再制造或易于降解。达到生命周期的产品，有用部分要充分回收利用，不可利用部分要进行处理，使其对 环境的影响降低到最低限度。
提倡开发使用天然新能源，根据地域性特点有效开发利用风能、水能、太阳能、沼气等绿色能源，并最大限度地发挥其作用。在城市环境和景观设计中，更应遵循可持续发展的总原则，有机地建设城市环境 ，有序地规划景观，让城市绿起来，让环境美起来，尽早实现“ 绿色生态城市” 的美好构想。
2. 提高绿色型设计理念
在以往机械产品设计最终目标，是针对产品的基本属性：即在完成了该产品应达到的技术、功能、工艺以及市场的目标后，传统的设计目标就算大功告成了。而绿色设计则包含机械产品从创意构思到制造、使用以及废弃后回收、再生处理的各个过程，也就是包括产品的整个生命周期。在考虑产品环境属性的同时，预先考虑防止产品及工艺对环境的负面影响，并以此作为绿色设计的目标。
叉车作为物料装卸和短途搬运的一种常用设备，机动性好，适应性强，适合制造型企业日常生产中的物料搬运工作。在叉车设计过程中，产品的性能是否能够满足应用的要求，是非常重要的。尤其是一些关键部位的结构，如果频繁的损坏，就会直接导致叉车工作效率低下，部件报废更换频繁，所以好的产品结构设计十分重要，那么如何来保证设计质量呢？由于叉车的使用范围比较广泛，作业环境又是多种多样的。用户常不满足于企业提供的现有叉车产品的品种和规格，在订货时常常附加很多技术要求。例如，起升高度、属具配备、排烟净化等等，这就要求叉车在性能和结构上也必须多样化。叉车产品结构比较复杂，设计、生产周期比较长，如果逐一进行设计，将会耗费了大量的资源，对环境的影响也是巨大的。这就需要实施以面向模块和功能分析为主要特征的模块化设计来缩短开发周期、减少制造成本。某公司根据模块化的设计思路，将叉车按结构分成若干模块，如：车体、驾驶室、门架、驱动系统、电池、控制系统等。每个模块都有相对固定的外形和功能，但其规格可以近乎无极地微调，而且各模块间彼此相互兼容。这样一种绿色设计的理念就应运而生。
工程机械的设计从以往单调的机械化造型转向具有语意化、人性化的造型设计，并力求使造型简洁，设法减少空间、减少材料的浪费和消耗，使产品能耐久和持续使用，绿色设计不仅需要设计师的理性，更需要新兴科学和技术的融入，同时具有广泛的社会性，绿色设计的推广不应仅限于设计师本身，更应广泛深入公众和消费者。绿色设计是现代设计师应有的良知和责任。在设计中表达现代与传统的统一，设计与生产的调和，生产与消费的默契，生活与生态的和谐。
3. 积极采用绿色工艺
产品对环境的影响不仅在设计过程中要加以考虑,而且在产品制造过程中对环境的各种影响也要作相应的考虑。采用绿色工艺是实现绿色制造的重要环节，绿色工艺与清洁生产密不可分。绿色工艺是指清洁工艺，指既能提高经济效益，又能减少环境影响的工艺技术。它要求在提高生产效率的同时必须兼顾削减或消除危
险废物及其它有毒化学品的用量，改善劳动条件，减少对操作者的健康威胁，并能生产出安全的与环境兼容的产品。在加工过程中的零件绿色工艺主要包括加工顺序工艺优化、加工参数、切削刀具、切削液、润滑剂的使用、加工质量、热处理、金属成型(铸造、熔炼)中的清洁工艺以及环境评估。绿色工艺就是要从技术入手，尽量研究和采用物料和能源消耗少、废弃物少、对环境污染小的工艺方案和工艺路线。尽量运用高可靠性的成熟技术和借用经市场考验后的成熟系列零部件可延长各关键系统或零件的使用寿命，减少更换次数。例如降低制动元件的更换频率就相当于减轻了对周围环境的破坏与污染。
4. 加强回收与再制造
工程机械绿色再制造应以优质、高效、节能、节材、环保为目标，以先进再制造技术和产业化生产为手段来修复、改造并以高新技术提升即将报废产品的一系列技术措施或工程活动。
工程机械回收与再制造交点是节能、资源利用最大化、环保的再制造技术，是集先进高能束技术、先进数控和计算机技术、CAD/CAM技术、先进材料技术、光电检测控制技术为一体的综合性技术。是企业发展的战略需要，同时整体提升工程械行业各机型的清洁化、节能化、人性化和绿色再制造的技术水平，有利于扩大产品出口，提高国际竞争力。
三、 工程机械绿色设计的发展前景
随着高新科技的不断发展人类已跨入高度文明的崭新时代：以信息技术为代表21世纪，人口、资源和环境之问矛盾日益加剧，生态环境问题已成为全球关注的焦点。人类寄希望于通过设计改变环境，摆脱困境，并在可持续发展理论指导下进行“ 人类自救活动”。同时，绿色工程机械产品本身是一项庞大、复杂的系统工程，应按绿色产品的要求推广采用可行的成熟技术，进一步研发具有绿色理念的前瞻性相关技术。绿色技术在应用初期，相关经济成本可能高一些，但随着技术的不断完善和发展，其经济性会逐步改善，其综合影响和社会效益是不可低估的。废旧工程机械的再生利用也属于资源再生利用范围，并逐步得到法律的支持和社会的认同。
目前，产品绿色化已成为世界进步和发展的必然潮流，绿色技术是解决资源和环境问题的最佳途径。工程机械面临绿色的挑战，理应顺应时代潮流，推广绿色技术，生产绿色产品，提高市场竞争力，使工程机械获得更大的发展。最近天津工程机械研究院与装备再制造技术国防科技重点实验室签署了国家“十一五”科技攻关项目“工程机械再制造技术的研究”。
四、 结论
工程机械的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。它不仅是一个社会效益显著的行为, 也是取得显著经济效益的有效手段，更是一种企业战略经营策略。更是工程机械设计的必然选择。
参考文献：
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