1、綠色制造技術(shù)在“機械設(shè)計課程設(shè)計”中的應(yīng)用    摘 要:本文從綠色制造的理念內(nèi)涵,及在課程設(shè)計中的貫徹實施方面作了有益探討,將綠色制造理念和方法與傳統(tǒng)的機械設(shè)計課程設(shè)計實際結(jié)合做了系統(tǒng)敘述。引導學生從綠色設(shè)計開始,考慮產(chǎn)品的再回收再利用,最終實現(xiàn)產(chǎn)品的綠色制造。關(guān)鍵詞:機械設(shè)計 課程設(shè)計 綠色制造中圖分類號:G642 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2011)02(c)-0153-02“機械設(shè)計課程設(shè)計“是機械類專業(yè)本科生的一個重要基礎(chǔ)設(shè)計訓練,是整個教學環(huán)節(jié)中的一個必不可少的實踐性教學環(huán)節(jié)。以往的“機械設(shè)計課程設(shè)計“對學生的要求更多強調(diào)

2、按照設(shè)計對象的基本屬性指標進行設(shè)計,其設(shè)計指導原則側(cè)重于產(chǎn)品的功能性、制造工藝性要求和經(jīng)濟性要求,而很少考慮設(shè)計與環(huán)境間的協(xié)調(diào)以及對資源的最優(yōu)化配置問題,也就是說沒有將綠色制造的理念貫穿到整個設(shè)計過程中去。1 明確綠色制造理念內(nèi)涵綠色制造的概念是美國制造工程師學會(SME)在1996年提出的。它是一個綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的先進制造模式,其內(nèi)涵是產(chǎn)品生命周期的全過程均具有綠色性1。高校應(yīng)走在時代前列,充當新科學、新技術(shù)發(fā)展的先導。在高校課程中應(yīng)充分體現(xiàn)對新理念、新知識、新技術(shù)的快速反應(yīng)。將綠色理念引入機械設(shè)計課程設(shè)計中來正是基于這一考慮。首先應(yīng)讓學生明確傳統(tǒng)制造與綠色制造概念間的區(qū)別,理解

3、綠色制造的理念。傳統(tǒng)的制造過程是:設(shè)計制造包裝運輸使用報廢。它的弊端在于不重視制造過程的資源消耗和污染問題,不考慮報廢后的回收處理問題。而綠色制造強調(diào)產(chǎn)品的全生命周期,是將環(huán)境問題和資源問題加以同等重視的一種生態(tài)和諧的制造模式。綠色制造主要涉及三個方面的問題:產(chǎn)品全生命周期的制造問題、環(huán)保問題、資源優(yōu)化利用問題,它是這三部分的交叉和集成2。如圖1所示。2 在設(shè)計過程中強化綠色理念傳統(tǒng)制造模式是一個開環(huán)系統(tǒng),而綠色制造過程是一個封閉的循環(huán)系統(tǒng).綠色設(shè)計處于綠色制造系統(tǒng)的上端,是實現(xiàn)綠色制造的第一個關(guān)鍵環(huán)節(jié),在很大程度上決定了產(chǎn)品的品質(zhì)。綠色設(shè)計包含的要素有:整機設(shè)計模式確定;綠色材料和潤滑的選取

4、;各零部件連接關(guān)系的設(shè)計;機器的拆卸設(shè)計;采用新型制造技術(shù)等。“機械設(shè)計課程設(shè)計“主要是引導學生完成第一個環(huán)節(jié)的工作,實現(xiàn)整機的綠色設(shè)計。2.1 整機設(shè)計模式確定在課程設(shè)計中引導學生突破傳統(tǒng)串行設(shè)計模式的框框,在整機設(shè)計模式上采用與信息技術(shù)結(jié)合的綠色并行設(shè)計和模塊化設(shè)計。并行設(shè)計(Concurrent Design)強調(diào)各部門之間的協(xié)同工作,在設(shè)計之初就考慮生命周期全過程的各項因素,以提高產(chǎn)品設(shè)計、制造的一次成功率;模塊化設(shè)計是以模塊作為其構(gòu)成單元,通過現(xiàn)有通用模塊的不同組合,形成新品種,或者對產(chǎn)品中某個或幾個模塊改型,形成新品種。使產(chǎn)品開發(fā)速度和市場響應(yīng)能力大大提高,同時極大降低成本,延長產(chǎn)

5、品壽命。符合綠色制造的節(jié)約性原則。綠色設(shè)計離不開信息化的支撐,在設(shè)計過程中倡導學生采用CAD軟件或Solidworks軟件。建立CAD或Solidworks的二次開發(fā)庫,整合常用的通用模塊,實現(xiàn)模塊化設(shè)計。2.2 綠色設(shè)計材料和潤滑的選取材料選擇是綠色設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)之一。傳統(tǒng)設(shè)計選材只注重材料的機械性能、加工工藝性能和經(jīng)濟性能,而忽略材料對環(huán)境的影響因素。綠色設(shè)計選材重視材料與環(huán)境間的關(guān)系,并將資源的優(yōu)化利用納入重要考慮。綠色設(shè)計選擇材料的原則應(yīng)為:(1)優(yōu)先選用儲量豐富、可再生材料和回收材料,以提高資源利用率,實現(xiàn)制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展;(2)盡量選用低能耗、少污染的材料;(3)盡量選用無毒、無害

6、和低輻射特性的材料;(4)為便于回收,材料上要標注出其型號、種類、等級等。節(jié)約材料是減少環(huán)境污染的重要途徑。產(chǎn)品加工時采用成型制造技術(shù)可以直接或者稍加處理即可用于組成產(chǎn)品,這樣就可以大大減少原材料和能源的消耗。機器的綠色潤滑也是綠色設(shè)計應(yīng)該充分考慮的內(nèi)容。傳統(tǒng)課程設(shè)計多采用礦物基潤滑油。由于運輸、泄漏、濺射、自然更換等原因,潤滑油不可避免地被排放到環(huán)境中,從而對環(huán)境造成污染。礦物基潤滑油在自然環(huán)境中可生物降解能力又很差,滯留時間長,嚴重污染了土壤和水資源。據(jù)不完全統(tǒng)計,每年大約有500萬噸石油基化學品進入生物圈3。因此在綠色課程設(shè)計中應(yīng)讓學生盡量選擇干式加工或環(huán)境友好型的可生物降解的潤滑油,以

7、免對環(huán)境造成污染。干式加工簡化了工藝、減少成本并消除了冷卻液帶來的一系列問題,如廢液排放和回收等等4。目前美國、日本、德國等采用干車削、干磨削、干鏜削等都取得了一定的成果,但在我國還屬于起步階段,有待學生畢業(yè)后的研究與探討。2.3 綠色設(shè)計中的可拆卸設(shè)計在課程設(shè)計階段,就應(yīng)該充分考慮到產(chǎn)品中各種不同連接關(guān)系和類型的拆卸特點,將可拆卸作為綠色設(shè)計的目標之一。拆卸性好的產(chǎn)品,在產(chǎn)品的裝配、維修、檢查過程中不易造成意外損壞;也不會因拆卸過程而導致?lián)p壞;可以回收利用報廢機器中可以直接繼續(xù)使用的零部件。同時使不同材質(zhì)零部件的能順利分類,為回爐重煉提供方便。CAD軟件或Solidworks軟件可以學生實現(xiàn)

8、在滿足功能和使用要求的前提下,盡可能采用最簡單的結(jié)構(gòu)和外形,組成產(chǎn)品的零部件材料種類盡可能少,采用易于拆卸的聯(lián)結(jié)方法,拆卸部位的緊固件數(shù)量盡量減少。3 將產(chǎn)品回收再利用納入設(shè)計之中產(chǎn)品的回收再制造是綠色產(chǎn)品生命周期中的重要環(huán)節(jié)。在課程設(shè)計中幫助學生建立產(chǎn)品全生命周期的概念,按照封閉循環(huán)的原則在設(shè)計之初就充分考慮到產(chǎn)品報廢后的零部件及材料回收的可能性與可行性、回收價值分析、回收結(jié)構(gòu)工藝性與回收處理方法及回收經(jīng)濟性等有關(guān)一系列問題,以達到零部件及材料的充分有效利用5。在設(shè)計中建立產(chǎn)品零部件的回收再制造、再利用的信息清單,對所設(shè)計的全部內(nèi)容做出綠色度等級標識;提供回收再利用相關(guān)技術(shù)和方法的實用信息;

9、讓學生參與建立回收再利用信息平臺和回收再利用數(shù)據(jù)庫,利用計算機技術(shù)和信息技術(shù)為產(chǎn)品的回收再利用提供信息服務(wù)。4 結(jié)語我國機械制造行業(yè)具有“高投入、高消耗、高污染、低水平、低效益“的特征,它的快速發(fā)展是以過度的能源消耗和對生態(tài)環(huán)境的破壞為代價的。這種發(fā)展模式給國家的能源和資源安全帶來嚴峻挑戰(zhàn),也成為制約中國制造業(yè)發(fā)展的瓶頸。為了實現(xiàn)我國機械制造業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展,推行綠色制造已成為刻不容緩的當務(wù)之急。因此,將綠色制造理念滲透于本科生“機械設(shè)計課程設(shè)計“成為一項重要內(nèi)容。參考文獻1 李建國,張秀棉綠色再制造資源環(huán)境與經(jīng)濟效益巨大的工程J輕工機械,2006,24(2):132 Zhang Hua,Ji

10、ang Zhi gang.A study ofprocess route selection for green manufacturing.Proceedings of the lnternational Conference on Agile Manufacturing,Advances in Agile Manufacturing,ICAM2003,523527.3 王德巖,徐連蕓,常明華綠色潤滑劑的過去、現(xiàn)在和將來J潤滑油,2004(4):67.4 何春燕,林朝平,機械制造中綠色工藝技術(shù)的應(yīng)用J輕工機械,2005(2):7273.5 林朝平機電制造業(yè)回收再制造系統(tǒng)J輕工機械,2007(7):114116.    相關(guān)論文