绿色设计与绿色制造

绿色设计与绿色制造课程小结院系名称：班级：学号：学生姓名：绿色设计与绿色制造课程小结1绿色设计及绿色制造一、绿色设计及制造概述制造业的快速发展在极大促进人类物质文明建设的同时，也对世界范围内的生态环境造成了巨大的破坏。能源、资源的过渡消耗，生态环境的恶化以及严厉的环保法规，迫使制造业由过去的粗放式发展向绿色设计、绿色制造转型。绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中，对环境的负面影响最小，资源效率最高，并使企业经济效益和社会效益协调优化。绿色制造领域研究的主要原则是强调采用能减轻对环境产生有害影响的制造过程，包括减少有害废弃物和排放物，降低能量消耗，提高材料利用率，增加操作安全性等。简言之，绿色制造应是在不牺牲质量、成本、可靠性、功能或能量利用率的前提下，尽量减少工业活动对生态环境造成的影响。它们虽然称谓不同，但是都是以设计和制造生命周期中对环境影响最小的产品为目标，所以常被互用。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与方法，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、废弃和回收过程中对环境和资源的影响，也即在传统设计中融入环境和资源能源等因素。绿色设计制造各部分及其关系可以简单以下框图概括绿色设计与绿色制造课程小结2二、绿色设计的主要特点。1、扩大了产品的生命周期绿色设计将产品的生命周期延伸到了“产品使用结束后的重用及处理处置”。这种扩大了的产品生命周期便于在设计过程中从总体的角度理解和掌握与产品有关的环境问题及原材料的循环管理、重复利用、废弃物的管理和堆放等。2、绿色设计是并行闭环设计传统设计是串行设计过程，其生命周期是指从设计、制造直至废弃的各个阶段，而产品废弃后如何进行处理处置则很少考虑，从这种意义上将可以说传统设计是一个开环过程；而绿色设计的生命周期除传统生命周期各阶段外，还包括产品废弃后的拆卸回收，处理处置，实现了产品生命周期阶段的闭环循环，而且这些过程在设计时必须被并行考虑，因而，绿色设计是并行闭环设计。3、进行绿色设计可以减少废弃物的数量及其处理的棘手问题。4、绿色设计有利于保护环境，维护生态系统平衡，防止地球上资源的枯竭。三、绿色设计的原则绿色设计利用并行设计的思想，综合考虑在产品生命周期中的技术、环境以及经济性等因素的影响，使所设计的产品对社会的贡献最大，对制造商、用户以及环境负面影响最小。绿色设计的设计原则如下：1、技术先进性原则技术先进性是绿色设计的前提。绿色设计强调在产品生命周期中采用先进的技术，从技术上保证安全、可靠、经济地实现产品的各项功能和性能。它主要包括：技术创新性原则和功能先进实用原则。2、环境协调性原则绿色设计强调在设计中通过在产品生命周期的各个阶段中应用各种先进的绿色技术和措施使得所设计的产品具有节能降耗、保护环境和人体健康等特性，因此要真正实现绿色设计必须遵守下列原则。(1)资源最佳利用原则在资源选用时，应充分考虑资源的再生能力，避免因资源的不合理使用而加剧资源的稀缺性和资源枯竭危机，从而制约生产的持续发绿色设计与绿色制造课程小结3展。因此设计中应尽可能选择可再生资源。在设计上应尽可能保证资源在产品的整个生命周期中得到最大限度的利用，对于确因技术限制而不能回收再生重用的废弃物应能够自然降解，或便于安全的最终处理，以免增加环境的负担。(2)能量最佳利用原则在选用能源类型时，应尽可能选用可再生能源，优化能源结构，尽量减少不可再生能源的使用，以有效减缓能源危机。通过设计，力求使产品全生命周期中能量消耗最少，以减少能源的浪费。同时，减少由于这些浪费的能量造成的环境污染。(3)污染极小化原则绿色设计应彻底抛弃传统的“先污染、后治理的末端治理方式，在设计时就充分考虑如何使产品在其全生命周期中对环境的污染最小；如何消除污染源，从根本上消除污染。产品在其全生命周期中产生的环境污染为零是绿色设计的理想目标。(4)安全宜人性原则绿色设计不仅要求考虑如何确保产品生产者和使用者的安全，而且还要求产品符合人机工程学、美学等有关原理，以使产品安全可靠、操作性好、舒适宜人。也就是说，绿色设计不仅要求所设计的产品在其全生命周期过程中对人们的身心健康造成伤害最小，还要求给产品的生产者和使用者提供舒适宜人的作业环境。(5)综合效益最佳原则经济合理性是绿色设计中必须考虑的因素之一。一个设计方案或产品若不具备用户可接受的价格，就不可能走向市场；与传统设计不同，绿色设计中不仅要考虑企业自身的经济效益，而且还要从可持续发展观点出发，考虑产品全生命周期的环境行为对生态环境和社会所造成的影响。以最低的成本费用收到最大的经济效益、生态效益和社会效益。绿色设计的原则可以通过建立一个相关产品的绿色设计数据库为产品的绿色设计提供支撑，这也为绿色设计的并行实施提供技术支持。绿色设计与绿色制造课程小结4四、绿色设计的设计准则1、绿色设计中的材料选择准则：材料相容性；提高材料的利用率；尽量选择绿色材料和可再生材料；采用清洁型可再生能源；材料能量利用率最高；材料生命周期的排放最小；材料的毒性最小等等。2、面向制造阶段的绿色设计准则：改善构件的承载能力：合理设计机械运动方案；机械装置的轻型化设计：按照节材原则进行工艺设计；选择恰当的工艺参数、设备；尽量采用无毒无害的原材料；适度自动化加工。3、面向拆卸回收的绿色设计准则：尽量使用标准件和通用件，通过零部件合并减少零部件数量，尽量使用兼容性能好的材料组合，尽量减少联接件的数量和类型，设计合理的拆卸基准。对于拆卸回收设计，利用模块化设计是其有效的方法之一，而模块化通常是以功能模块进行划分，模块独立与功能独立相一致。减少连接件数量类型，尽量使用易拆卸或易破坏的联接方式，尽量使用简单的拆卸路线等都与减少设计的信息含量相符合。4、面向包装运输的绿色设计准则：通过包装结构设计，减少包装物数量；包装设计中使用回收标志、不同颜色或辅助辨识系统，增强包装物的回收；尽量选用易于回收的材料；尽量使用回收得到的材料；避免过度包装；包装物的重用和重新装填；包装体上设计一些易于搬运的结构。对于包装的绿色设计准则，显然其更多集中在产品的外形，与被包装产品的功能关系不是十分密切。当然包装作为一种产品也可与公理设计相结合的。5、面向使用维护的绿色设计准则：减小运动部件的质量；减少运动副之间的摩擦；改进传动系统，提高传动效率；采用节能控制，如变频、模糊控制等；选择绝热材料减少散热和蓄热损失；进行合理的寿命设计(长寿命设计、均衡寿命设计)：进行维修性设计。面向维护的绿色设计准则与面向拆卸回收的设计相似的地方，二者都要考虑拆卸的问题。不过面向使用维护的设计还要考虑设计的强健性和控制的优化。绿色设计与绿色制造课程小结5五、绿色设计中的功能评价功能评价是一个比较抽象的评价体系。传统的功能评价法又称价值工程VE或者功能成本分析，是指将产品的功能产品所担的职能与成本对比，寻找降低成本途径的管理活动，其目的在于以最小的成本实现产品适当的、必要的功能。绿色设计中的功能评价是指分别对在绿色设计建立模型过程中对所建功能模型(总功能和分解后的功能元)进行的评价，以实现最终的建模意图，不仅要对所确立的功能进行可以实现的可能性及功能成本分析评价，还要对功能的故障模式和实现该功能对资源、环境的影响等进行评价。1、在确定要评价的功能之后，结合相关的知识库和数据库得出要评价的信息：主要包括与绿色设计相关的和与功能故障相关的信息。2、组建一个并行的评价小组，根据评价目标的不同选择不同的人员构成和小组成员的权限。3、进行评价分析得出评价的结论。主要包括目标功能可能出现的故障模式及影响分析，依照绿色设计相关的准则要求分析评定。方法主要是依靠专家建议和利用专家系统同时进行得出最终的结论。4、如果评价结果中产生矛盾，则应对矛盾进行解决，若是无法解决的矛盾，则对目标功能进行修改，将修改信息输入知识库，并再次进行评价。5、评价结束，对评价信息进行管理。六、国内外研究动态及存在的问题近年来，绿色设计与制造及其相关问题的研究非常活跃。随着各国政府和社会各界的日益重视，环境立法的逐渐完善和相关研究的深入，人们开始研究产品在其整个生命周期中的环境问题，并研究如何在产品设计时来避免和减少环境污染。产品生命周期评价LCA(LifeCycleAssessment)技术是其中研究最为活跃目前应用最广泛的一项技术，欧洲研究机构在LCA方面的研究要更早更系统和深入。现在LCA方法的基本框架已经形成国际标准IS014040，但环境影响的评估方法还未达成共识。绿色设计和绿色制造的研究也引起了国内众多研究单位的高度重绿色设计与绿色制造课程小结6视，国家自然科学基金委和863高技术计划也多次立项给予支持，各项研究均取得了较大的进展。现阶段绿色设计的研究主要集中在绿色设计作为一种环境评价准则，产品的全生命周期评价设计，以及回收利用的实现等方面，更多的体现在详细设计阶段的研究，而其作为一种新的设计理念和方法像传统设计那样在概念设计阶段的研究，尤其是对功能模型的研究并不多见，这使得绿色设计并没有实现真正意义上的全生命周期设计。绿色设计从研究视角上说，关注的是产品全生命周期环境影响和资源利用问题。如何有效的对产品全生命周期中的环境和资源问题进行综合分析、评价，进而指导设计，得到技术、经济和环境性能综合最优的产品是绿色设计所面临的挑战和需要解决的关键问题。结合机电产品的特点，其绿色设计的关键技术主要集中在以下几个方面：1、面向产品全生命周期的绿色设计基础理论和方法的研究。2、综合利用现有技术和工具建立产品系统模型，解决绿色设计和现有设计方法及其工具的融合问题。3、建立合适的绿色设计综合评价模型，对产品全生命周期特性进行环境影响分析和技术，经济和环境属性的综合评价。4、如何体现绿色设计对产品开发的指导作用，为设计这提供辅助决策支持工具。其中拆卸和回收设计的研究已经成为先进设计和制造研究领域的一个热点，也是与绿色设计中的功能模型相关的关键技术。绿色设计数据库也是机电产品绿色设计中的关键技术之一，可以说上述的四个方面都要求有数据库技术的支持。当有一个系统完整的绿色设计理论体系，用绿色设计的核心思想“保护环境，节约资源，谋求环境与发展的协调”来指导产品的设计和开发，从根本上实现产品的绿色化。这就有利于增强产品的市场竞争能力，保证绿色设计在一定程度上能够自的实施。绿色设计并不是单纯的消极驱动，当它发展到一个比较完整的程度时，必将给人类带来无可比拟的财富。