1、 機電產品的綠色設計摘 要： 綠色設計已成為我國機械制造業實現可持續發展的有效途徑，具有廣泛的應用前景。綠色設計中不僅要考慮企業自身的經濟效益，而且還要從可持續發展觀點出發，考慮產品全生命周期的環境行為對生態環境和社會所造成的影響，通過節約材料，優化設計方案，對材料的回收再利用等方法，最終取得良好的經濟效益、生態效益和社會效益。本論文以材料選擇、可拆卸性設計為主進行的設計。關鍵詞： 機電產品； 材料選擇； 綠色設計； 1 引言進入21世世紀以來來，以保保護環境境、實現現人與自自然和諧諧發展為為目標的的綠色浪浪潮正在在全球全全面興起起。在這這股浪潮潮的推動動下，一一種全新新的設計計理念綠色色設計

2、，成成為設計計領域人人們關注注的一個個重點。將將綠色設設計融入入機電產產品的設設計開發發之中，是是可持續續發展戰戰略思想想在工業業產品設設計領域域的重要要體現，將將對人類類社會的的發展具具有非常常深遠的的意義。 當微電電子技術術、大規規模集成成電子技技術和機機械工業業相結合合，從而而使古老老的機械械工業蓬蓬勃發展展的同時時，卻產產生了對對能源和和原材料料的巨大大消耗和和浪費及及對生態態環境的的日益破破壞，使使得全世世界的技技術人員員和環保保人士都都在全力力解決此此類問題題，美國國、日本本、德國國等取得得了不少少成果。我我國的資資源并不不豐富，但但環境污污染問題題己經非非常突出出。我國國的工業業

3、發展至至今仍然然沿用高高能耗、高高投入的的粗放型型工業發發展模式式，單位位能耗比比發達國國家高出出1-33倍，“三廢”排放量量大，污污染嚴重重，嚴重重影響了了我國產產品在國國際市場場上的競競爭能力力。現在在中國已已加入WWTO(世界貿貿易組織織)，可可以預見見，在不不久的將將來，國國外的綠綠色產品品將會大大量充斥斥國內市市場，我我國的企企業將會會遭受更更加激烈烈的競爭爭壓力。因因此，開開展綠色色設計與與制造的的研究與與應用已已成為我我國迫在在眉睫的的任務。 機電產產品綠色色設計和和傳統設設計的對對比 2.1傳統統設計在傳統的產產品設計計中，設設計僅涉涉及到產產品壽命命周期的的市場分分析、產產品

4、設計計、工藝藝設計、制制造（CCADCAPPPCCAM）、銷銷售及售售后服務務等幾個個階段，而而且設計計也主要要是從企企業自身身的發展展和經濟濟利益出出發，僅僅僅考慮慮如何滿滿足用戶戶要求，滿滿足產品品的基本本屬性（如如基本功功能、質質量、壽壽命、成成本等），而而不考慮慮或很少少考慮環環境屬性性，其設設計指導導原則是是只要產產品易于于制造，并并且具有有要求的的功能、性性能即可可。按傳傳統設計計生產的的產品在在達到其其使用壽壽命后基基本上成成了一堆堆垃圾，傳傳統產品品設計是是從“搖籃到到墳墓”的過程程，傳統統產品的的壽命周周期具有有開環性性。長期期以來，盡盡管這種種開環運運行模式式曾經極極大地推

5、推動了社社會的發發展，但但它是以以破壞生生態環境境、加速速資源枯枯竭為代代價的。隨隨著現代代科技、經經濟的飛飛速發展展，傳統統設計已已經無法法滿足社社會發展展和環境境保護的的要求，采采用一種種新的設設計理念念和方法法來逐漸漸代替傳傳統設計計方法就就成為解解決上述述問題的的關鍵。2.2 綠綠色設計計 1.綠色設設計的含含義 綠色設計作作為具有有環保意意識的設設計，它它不同于于傳統的的從搖籃籃到墳墓墓的設計計，而是是一種從從搖籃到到再生的的設計。它它采取并并行工程程的思想想，采用用全生命命周期評評價、分分析，將產品品的設計計、制造造、使用用和最終終處理作作為一個個整體來來加以重重視，從從產品的的最

6、初設設計起就就開始防防治污染染，預先先考慮產產品在制制造、使使用和最最終處理理(即產產品的全全生命周周期)中中可能給給環境帶帶來的負負面影響響，然后后在設計計中加以以解決。設計中充分考慮產品的環境屬性和資源屬性，在考慮功能、質量、開發周期和成本的同時，也將可拆卸性、可回收性、可制造性等作為設計的目標，在產品設計時，選擇與環境友好的材料、機械結構和制造工藝，在使用過程中能耗最低，不產生或少產生毒副作用，使產品及其制造過程、使用過程和報廢處理后，對環境和資源消耗的總體影響減到最低1。由于產品成成本的880900取決于于設計階階段，因因此綠色色設計決決定了綠綠色制造造系統的的效率，是是綠色制制造的核

7、核心。能源能源回收和焚燒通過熱裂解的清潔燃料的生產產品拆卸材料拆解處置環境空氣水產品回收原材料加工流通使用維護產品制造提取重復利用利用再造原料再生能源其他廢物廢渣廢水廢氣 圖圖1產品品的生命命周期過過程與傳統設計計相比，綠綠色設計計的內涵涵更加豐豐富，主主要表現現在：綠綠色設計計將產品品的生命命周期拓拓展為從從原材料料制備到到產品報報廢后的的回收處處理及再再利用。圖圖1描述了了一個產產品的生生命周期期全過程程，即從從地球環環境(土地、空空氣和海海洋)中提取取材料，加加工制造造成產品品，并流流通給消消費者使使用，產產品報廢廢后經拆拆卸、回回收和再再循環將將資源重重新利用用的整個個過程。在在產品整

8、整個生命命周期過過程中，系系統不斷斷地從外外界吸收收能源和和資源，排排放各種種廢棄物物質。利利用系統統的觀點點，將環環境、安安全性、能能源、資資源等因因素集成成到產品品的設計計活動之之中，其其目的是是獲得真真正的綠綠色產品品。由于于綠色設設計將產產品生命命周期中中的各個個階段(包括原原材料制制備、產產品設計計制造、產產品使用用維護、回回收處理理及再利利用等)看成是是一個有有機的整整體，并并從產品品生命周周期整體體性出發發，在產產品概念念設計和和詳細設設計的過過程中運運用并行行工程的的原理在在保證產產品的功功能、質質量和成成本等基基本性能能的條件件下，充充分考慮慮產品生生命循環環周期各各個環節節

9、中資源源和能源源的合理理利用、環環境保護護和勞動動保護等等問題。因因此有助助于實現現產品生生命周期期中“預防為為主，治治理為輔輔”的綠色色設計與與制造戰戰略，從從根本上上達到保保護環境境、保護護勞動者者和優化化利用資資源與能能源的目目的。 2.綠色色設計的的特點1.節約資資源和能能源：綠綠色產品品設計從從整體上上優化了了產品性性能，使使組成產產品的零零部件和和材料得得到充分分、有效效的利用用，減緩緩了資源源消耗。2.從源頭頭上減少少了環境境污染：綠色產產品設計計減少了了廢棄物物產生，減減少了處處理垃圾圾帶來的的種種棘棘手問題題。3.有利于于生態系系統的平平衡和實實現可持持續發展展是綠色色設計的

10、的核心所所在：綠綠色設計計力圖將將產品制制造和使使用對環環境產生生的負面面影響降降到最小小。綜上所述，綠綠色設計計的目的的就是利利用并行行設計的的思想，綜綜合考慮慮在產品品生命周周期中的的技術、環環境以及及經濟性性等因素素的影響響，使所所設計的的產品對對社會的的貢獻最最大，對對制造商商、用戶戶以及環環境負面面影響最最小2。3.綠色設設計所遵遵循的原原則 綠色設計與與傳統設設計相比比較，應應該遵循循以下主主要原則則.l)資源、能能源最佳佳利用原原則該原則包含含兩層意意思，一一是在考考慮選用用時，應應盡可能能選用可可再生的的資源、能能源；另一方面，在在設計上上應盡可可能保證證在產品品的整個個壽命周

11、周期中得得以最大大限度的的利用資資源及能能源。2)“零污污染”原則綠色設計應應徹底拋拋棄傳統統的“先污染染、后治治理”的末端端治理環環境保護護方式，而而實施“預防為為主，治治理為輔輔”的環境境保護戰戰略，因因此設計計時就應應充分考考慮如何何消除污污染源，從從根本上上防止污污染。產產品壽命命循環周周期中環環境污染染趨于零零為最佳佳狀態，是是綠色設設計所追追求的最最終目標標。3)“零損損害”原則確保產品壽壽命周期期中對操操作者良良好的勞勞動保護護是綠色色設計必必須遵循循的設計計原則。從從設計上上不僅要要從產品品制造和和使用環環境以及及產品的的質量和和可靠性性等方面面考慮如如何確保保生產者者和使用用

12、者的安安全，而而且還要要使產品品符合人人機工程程學、美美學等有有關原理理，以免免對人們們的身心心健康造造成傷害害。總的的來說，應應力使損損害趨于于零。4)技術先先進原則則綠色產品生生產過程程中，不不僅要實實現產品品方便實實用、無無冗余的的功能，而而且還要要力求所所生產的的產品在在壽命周周期中節節資、節節能、勞勞保性好好、環保保性好，這這是傳統統生產技技術所難難以作到到的。因因此，綠綠色設計計考慮生生產技術術時，技技術先進進性是一一個十分分重要的的設計原原則。5)整體效效益最佳佳原則與傳統設計計不同，綠綠色設計計中不僅僅要考慮慮企業自自身的經經濟效益益，而且且還要從從可持續續發展現現點出發發，考

13、慮慮產品全全生命周周期的環環境行為為對生態態環境和和社會所所造成的的影響，色色設計不不應只片片面地追追求某一一項效益益而忽略略其它，應應該追求求整體效效益最佳佳化。3 機電產產品的綠色設設計 3.1材料料選擇 在機械產產品生產產制造過過程中，人人類既期期望獲得得大量高高性能或或高功能能的各種種材料，又又要求有有一個良良好的生生態環境境，達到到可持續續發展的的目的。從從資源、能能源和環環境的角角度出發發，提取取、制備備、生產產、使用用、再生生和廢棄棄材料的的過程實實際上是是一個資資源消耗耗和能源源消耗及及環境污污染的過過程。而而在這個個過程中中，材料料選擇是是產品設設計的第第一步，其綠色色特性對

14、對產品的的綠色性性能具有有重要的的影響。3.1.11 產品材材料的選選擇與環環境的關關系各種統計表表明，從從資源、能能源消費費的比重重和造成成環境污污染的根根源分析析，材料料及其材材料加工工過程是是造成能能源短缺缺、資源源過度消消耗乃至至枯竭和和環境污污染的主主要根源源之一，這這就要求求人們重重新評價價過去研研究、開開發、生生產和使使用材料料的活動動，更新新忽視環環境惡化化、單純純追求高高性能高高附加值值材料的的觀念，探探討發展展既有良良好性能能和功能能、又對對資源和和能源消消耗較低低的并且且與環境境協調較較好的材材料及其其制品。材料的環境境協調特特性評估估是綠色色產品設設計過程程中材料料選擇

15、的的重要依依據之一一。它是是指材料料在其生生命循環環周期內內節省能能源、節節省資源源、保護護環境、保保護勞動動者的程程度。材材料選擇擇的環境境協調性性原則包包括：1）材料的的最佳利利用原則則提高材料的的利用率率，材料料的利用用率的提提高，不不僅可以以減少材材料浪費費，解決決資源枯枯竭問題題，而且且可以減減少排放放，減少少對環境境的污染染。2）能源的的最佳利利用原則則材料生命周周期中應應盡可能能采用清清潔型可可再生能能源(也稱綠綠色能源源)，如太太陽能、風風能、水水能地熱熱能等。材材料生命命周期能能量利用用率最高高原則，即即輸入與與輸出能能量的比比值最大大。3）污染最最小原則則材料生命周周期全過

16、過程中產產出的環環境污染染最小。材材料選擇擇時必須須考慮其其對環境境的影響響，嚴重重的環境境污染會會給人類類乃至整整個生物物圈造成成巨大的的損害3。3.1.22 綠色設設計對材材料的要要求綠色產品首首先應要要求構成成產品的的材料具具有綠色色特性，即即在產品品的整個個壽命機機電產品品可拆卸卸性設計計理論研研究及實實現周期期內，這這類材料料應有利利于降低低能耗，環環境負擔擔最輕。具具體符合合以下幾幾點：1)所用材材料應是是低能耗耗、低成成本、少少污染的的材料。這這是從所所用材料料自身的的生產過過程來考考慮的，因因此，綠綠色材料料對材料料本身的的制造過過程也提提出了嚴嚴格的要要求。2)所用材材料應是

17、是易加工工且加工工中無污污染或污污染最小小。這是是從材料料制成零零件的制制造過程程來考慮慮的。3)所用材材料應是是易回收收、易處處理、可可重用、可可降解材材料。這這是從產產品報廢廢后易于于處理的的角度來來考慮的的。3.1.33 材料的的性質1.材料加加工屬性性1)材料的的相似性性:選用用材料與與加工零零件形狀狀相似，有有利于節節省材料料，合理理使用能能源。2)材料加加工難易易性:選選擇易加加工的材材料，減減少能源源的損耗耗。3)材料能能耗性:選擇低低能源含含量材料料，以便便節約能能源。2.材料環環境屬性性1)毒性:盡量選選用無毒毒、無害害的材料料。2)易燃性性:減少少易燃材材料的使使用。3)腐

18、蝕性性:減少少易腐蝕蝕材料的的使用。4)分解性性:選擇擇容易降降解材料料，廢棄棄后能自自然分解解并為自自然界吸吸收，保保持生態態平衡。5)回收性性:材料料易于回回收處理理。6)再利用用性:材材料可以以循環利利用。7)污染性性:減少少污染材材料的使使用，盡盡量使用用低或無無污染的的材料。3.經濟性性l)成本:選用低低成本的的材料，節節約產品品成本。2)加工成成本:把把材料加加工成零零件。3)回收成成本:循循環利用用的材料料、產品品報廢后后，材料料應易于于回收，并并經濟性性地適當當處理后后再資源源化。4)廢物處處理成本本:下腳腳了和不不能再利利用材料料的處理理費用。3.1.44 材料料形狀選選用分

19、析析1.合理設設計構件件的截面面形狀對于受彎構構件，彎彎曲正應應力在截截面上的的分布是是距中性性面愈遠遠應力愈愈大。從從節約材材料的角角度來進進行受彎彎構件的的截面設設計。受受彎構件件的設計計中工字字鋼是較較為常用用的截面面形狀表表1羅列了了集中截截面形狀狀的抗彎彎模量。表1 幾種種截面形形狀的抗抗彎模量量截面形狀抗彎模量(相對值)12.901.182.332.75對于脆性材材料，如如鑄鐵等等，由于于其抗壓壓性能優優于抗拉拉性能，因因此在設設計受彎彎構件時時，根據據受力和和變形情情況，將將材料特特性和應應力分布布結合起起來考慮慮。機械零件多多在交變變應力下下工作，據據機械零零件失效效的分析析，

20、800%的失失效屬于于疲勞破破壞。因因此提高高抗疲勞勞破壞的的能力，可可以避免免材料的的浪費。2. 合理理設計形形狀在機械產品品中，為為了節省省材料和和減輕自自重，常常采用以以下的結結構：1）設計加加強筋幾乎所有的的鑄件都都設計有有加強筋筋，增強強構件的的強度和和剛度。2）選擇合合理的箱箱形結構構箱體結構不不同，其其剛度也也不同。如如表2所所示表2 三種種截面形形式的剛剛度比較較截面形狀I彎11.171.553）提高接接觸剛度度多零件連接接的結構構，接觸觸表面的的剛度會會影響結結構整體體剛度。為為提高接接觸剛度度，對有有相對運運動的接接觸表面面，如機機床導軌軌和滑臺臺，其表表面粗糙糙度應該該適

21、當要要求；對對于固定定接觸面面，需施施加適當當的預緊緊載荷，如如合理設設計螺釘釘的數量量及分布布，并規規定裝配配時螺釘釘應具有有的預緊緊力4。4）機械裝裝置的輕輕型化設設計在滿足產品品功能、性性能的前前提下，進進行機械械裝置的的輕量化化設計不不僅可以以節省材材料，而而且可以以帶來很很多優點點：能減減輕其它它部件或或構件所所承受的的載荷，從從而減輕輕機器的的總重量量， 由于機機器重量量的減輕輕，能使使有效載載荷增加加(如車輛輛、挖掘掘機等)；節省省能源，減減小運行行費用。3.1.55 按照照節材原原則進行行工藝設設計1）合理進進行工藝藝設計，減減少廢次次品、提提高產品品合格率率減少廢次品品、提高

22、高產品合合格率主主要是通通過合理理的制造造工藝來來實現。設設計時，應應從如下下幾個方方面分析析著手：（1）選用用高質量量的加工工原材料料（2）合理理的產品品結構工工藝設計計（3）正確確制定加加工工藝藝方案2）合理選選擇零件件加工成成型方式式零件成型的的工藝方方法可分分：材料料去除法法(如車、銑銑、刨、磨磨)、材料料變形法法(如鍛壓壓、沖壓壓)和材料料添加法法(如鑄造造、注塑塑和快速速成型制制造)。在材材料去除除法中，不不可避免免地會產產生一定定的邊角角料或廢廢料（切切屑），如如切削加加工的材材料利用用率一般般為655%-70%，而車車削加工工僅為660%；材料變變形法的的材料利利用率有有所提高

23、高，但也也不可避避免會產產生一定定的廢料料，如沖沖壓加工工會產生生大量的的下腳料料，材料料利用率率約為880%，最最高也不不會超過過90%；冷擠擠壓的材材料利用用率約為為80%以上，高高時可達達93%5。3.2 可可拆卸性性設計隨著社會生生產力的的發展，人人們對物物質條件件要求的的不斷提提高，產產品更新新換代加加速，產產生了大大量的廢廢棄產品品。然而而這些廢廢棄產品品并非毫毫無價值值，其中中的許多多零部件件還可以以直接地地或通過過修復后后繼續使使用，即即使不能能繼續使使用，其其材料通通過分類類回收后后可以繼繼續使用用，這就就需要對對廢棄產產品進行行拆卸回回收。拆拆卸是產產品生命命周期中中的一個

24、個重要階階段，是是實現從從“搖籃”到“再生”這一閉閉環過程程中的一一個重要要環節。所謂拆卸就就是從產產品或部部件上有有規律地地拆下可可用零部部件的過過程，同同時保證證不因拆拆卸過程程而造成成該零部部件的損損傷。可可拆卸性性設計研研究如何何設計產產品才能能高效率率、低成成本的進進行組件件、零件件的拆卸卸以及材材料的分分類拆卸卸，以便便重新使使用和回回收。它它是設計計方法和和功能工工具的集集合，它它將產品品可拆卸卸性作為為開發目目標，面面向整個個生命周周期對產產品可拆拆卸性和和拆卸工工藝性進進行分析析和研究究，通過過減少產產品零件件數等措措施，改改善產品品的拆卸卸工藝性性，降低低產品的的拆卸成成本

25、和時時間。3.2.11產品拆拆卸目的的產品的可拆拆卸性是是產品回回收的前前提，直直接影響響產品的的再生性性。產品品拆卸的的目的主主要有三三方面，一一是拆下下那些可可以被再再銷售和和再利用用的部件件，二是是拆下那那些有毒毒的、有有害的材材料，三三是盡可可能容易易地將殘殘余的材材料分離離成純凈凈的材料料。對于制造成成本高、革革新周期期長或使使用壽命命長的零零部件可可以考慮慮拆卸后后直接再再利用，或或者修復復以后再再利用。而而對于原原材料成成本高，單單個零件件的生產產成本低低，產品品生命周周期短時時，通常常可以考考慮材料料拆卸后后的回收收。對應于拆卸卸的三個個目的，拆拆卸也分分為三種種不同的的類型，

26、即即破壞性性拆卸、部部分破壞壞性拆卸卸和非破破壞性拆拆卸。顯顯然，破破壞性拆拆卸以分分離為宗宗旨，而而不管產產品結構構的破壞壞程度，一一般采用用外力強強制解除除零部件件之間的的幾何約約束，無無須顧及及對象組組成零部部件的先先后拆卸卸順序;部分破破壞性拆拆卸則要要求在拆拆卸過程程中只損損壞部分分廉價零零件，使使其它部部分安全全分離，如如采用火火焰切割割、高壓壓水噴射射切割、激激光切割割等分離離連接部部位，拆拆卸過程程中需要要考慮拆拆卸的順順序，以以免破壞壞所需拆拆卸的零零部件;非破壞壞性拆卸卸則是拆拆卸的最最高階段段，在拆拆卸過程程中不能能損壞任任何零部部件，如如松開螺螺紋、拆拆除及壓壓出等，以

27、以分析產產品零部部件之間間的幾何何約束關關系為基基礎，通過制制定合理理的拆卸卸步驟，逐逐步解除除這些約約束關系系達到拆拆卸目的的。產品的拆卸卸是對產產品裝配配約束關關系的解解除，是是一個解解約束的的過程。同同一產品品結構可可對應著著多種裝裝配方案案，一種種裝配方方案的確確定也即即一種約約束關系系的確定定。同時時，一種種固定裝裝配關系系的解約約束卻對對應著多多種的求求解過程程，通常常文明根根據拆卸卸策略尋尋求其中中二種最最優的約約束解，所所以，產產品的拆拆卸過程程不能簡簡單地等等同于實實際裝配配的逆過過程6。3.2.22可拆卸卸性設計計實施的的重要意意義1 .提高高產品可可制造和和可維護護性通過

28、對產品品設計提提出修正正意見，減減少不必必要的零零件，選選用優化化的可拆拆卸結構構，使產產品制造造裝配和和使用維維護更加加方便。另另外對于于在制造造維護中中拆卸下下來的零零部件，因因它們具具有優良良的拆卸卸性能，而而使零部部件重用用成為可可能，這這樣對降降低成本本、提高高效益具具有重要要意義。2.提高產產品報廢廢回收的的綠色性性和經濟濟性拆卸是產品品回收不不可缺少少的組成成部分，因因為只有有拆卸才才能保證證重新得得到品種種純潔的的材料及及重用部部件。而而復雜機機電產品品的回收收一般直直接存放放或者壓壓成碎片片處理，但但在目前前技術條條件下，粉粉碎或分分選通常常僅能得得到部分分回收材材料，且且因

29、純度度不高只只能進入入低級應應用。為為改善這這種狀況況只有兩兩條出路路，即提提高粉碎碎分選技技術或者者擴大可可拆卸性性，而DDFD的的根本目目標就是是提高產產品的拆拆卸性能能，因此此DDFF的應用用將有利利于產品品報廢回回收的綠綠色性和和經濟性性的提高高。3.2.33可拆卸卸性設計計主要內內容1.可拆卸卸性設計計標準在產品開發發中，方方案設計計的結果果是滿足足功能要要求的抽抽象設計計概念，它它們在詳詳細設計計時將被被轉化為為具體的的零部件件結構、空空間位置置關系等等，這一一轉化過過程具有有“一對多多”的特點點，即同同一設計計原理可可解為多多種設計計方案。拆拆卸性設設計標準準就是為為了保證證產品

30、的的拆卸性性要求，而而為上述述轉化過過程制定定的專用用設計標標準。在在概念產產品向具具體產品品的轉化化過程中中，設計計人員便便可遵循循和采納納這些標標準進行行設計和和審核，以以確保產產品的拆拆卸性落落實在產產品設計計中，并并最終實實現良好好的產品品拆卸性性能。2.可拆卸卸性設計計程序可拆卸性設設計的研研究對象象是機電電產品，但但實際中中機電產產品類別別較多，而而且每種種產品所所包含零零部件數數量通常常都比較較大，導導致機電電產品可可拆卸性性設計工工作非常常復雜的的，因此此實際工工作中常常作如下下簡化：1)拆卸過過程由手手工完成成，且無無破壞性性。2)零部件件拆卸為為一維拆拆卸，即即零部件件拆卸

31、時時其整體體沿著一一條直線線運動，拆拆卸時不不改變運運動。同同時拆卸卸沒有附附近運動動。3)零部件件拆卸是是串行的的，同一一時刻只只有一個個零部件件被拆卸卸移走，不不考慮并并行拆卸卸。拆卸評價通通常是從從兩方面面著手進進行，一一方面是是產品結結構的拆拆卸難易易程度，另另一方面面是與拆拆卸過程程有關的的時間、費費用等。而而在這些些指標中中，有一一些是定定量指標標，也有有一些是是定性指指標。 3.2.44與拆卸卸過程有有關的指指標 與拆卸過程程有關的的指標包包括拆卸卸費用、拆拆卸時間間、拆卸卸能耗和和拆卸造造成的環環境影響響等。1）拆卸費費用 產品中中零部件件的連接接結構不不同，拆拆卸的難難易程度

32、度也不相相同，拆拆卸費用用則表現現為不同同的量值值。拆卸卸費用是是指與拆拆卸有關關的一切切費用，即即人力費費用和投投資費用用等。投投資費用用包括拆拆卸所需需的工具具及夾具具、工具具的定位位及夾具具送進裝裝置的費費用，拆拆卸操作作費用，拆拆下材料料的識別別、分類類運輸及及存儲費費用等。人人力費用用主要是是指工人人工資。拆拆卸費用用是衡量量結構拆拆卸性好好壞的主主要指標標之一。某某一零部部件單元元的拆卸卸費用高高，則其其回收重重用的價價值就小小。當拆拆卸費用用大于該該零部件件單元廢廢棄后的的固有成成本時，則則其就完完全失去去了回收收重用的的價值。由由此可見見，拆卸卸費用越越小，零零部件單單元的回回

33、收重用用價值就就越高。2）拆卸時時間 拆卸時時間（TTz）即拆下下某一連連接所需需要的時時間。產產品的某某一部件件單元可可能是由由多個連連接方式式組合而而成，則則該部件件單元的的拆卸時時間就是是完成所所有這些些連接所所消耗的的時間總總和。它它包括基基本拆卸卸時間和和輔助時時間。基基本拆卸卸時間(Tj)是指指松開連連接件、將將待拆零零件和相相關連接接件分離離所花費費的時間間；輔助助時間(Tf)是指指為完成成拆卸工工作所作作的輔助助工作所所花費的的時間，如如拆卸工工具或人人的手臂臂接近拆拆卸部位位的時間間等。拆拆卸時間間越長，表表明該構構的復雜雜程度越越高，產產品的拆拆卸性能能差。拆拆卸時間間（T

34、zz）用下式式表示：Tz= TTj + Tf 不同連連接方式式，其拆拆卸時間間的計算算方法不不同。如如單個螺螺栓聯接接可用下下式計算算： T=TT1+T2 其中中：T1 -拆卸卸螺栓的的時間（分分鐘）；T2 -其它時時間，包包括分離離聯接件件的時間間及輔助助時間（分分鐘）；T-總拆卸卸時間（分分鐘）；當然，在在拆卸過過程中拆拆卸工具具、工人人熟練程程度、結結構復雜雜程度對對拆卸時時間會有有不同程程度的影影響，可可根據具具體情況況調整其其修正系系數。拆卸時間的的大小確確定必須須來自于于實際拆拆卸數據據的搜集集、整理理與分析析。表33為由時時間累計計法所確確定的機機械電子子結構中中某些連連接的拆拆

35、卸、安安裝和更更換時間間7。 表3 某某些機電電連接結結構的拆拆卸、安安裝和更更換時間間時間標準序號項 目標 準 時 間拆 卸卸安 裝裝更 換換緊固件1標準螺釘0.160.260.422六角螺釘0.170.430.603快速緊固件件（1/4周）0.080.050.134快速緊固件件（小于于1周）0.060.060.125碟型螺釘0.060.080.146螺母螺栓0.340.440.787U型擋圈-0.278扣鎖9拉環扣鎖0.030.030.0610彈簧夾扣鎖鎖0.040.030.0711碟型扣鎖0.050.050.103) 拆拆卸過程程中的能能量消耗耗 拆卸產產品必然然要消耗耗能量，其其能量消

36、消耗方式式有兩種種，即人人力消耗耗和外加加動力消消耗（如如電能、熱熱能等）。拆拆卸單元元零部件件所消耗耗的能量量大小也也是表明明該零部部件拆卸卸性能的的一個指指標。能能耗少，則則該部分分拆卸性性能好。由由于機電電產品中中廣泛采采用多種種連接方方式，如如螺紋連連接、搭搭扣連接接等的機機械連接接方式和和粘結、焊焊接等，因因此其拆拆卸能量量的計算算方法也也不同。機機械連接接的拆卸卸能量包包括螺紋紋的釋放放能、搭搭扣連接接的彈性性變形能能或連接接元件的的摩擦能能等；而而化學連連接方式式，可視視其分離離方法，其其消耗能能可以是是融化能能、斷裂裂能或溶溶解能。如如果某一一待拆卸卸的零部部件有多多個連接接，

37、則拆拆卸能量量應是所所有各連連接單元元拆卸能能量的總總和。4）拆卸卸過程的的環境影影響 拆卸過過程的環環境影響響主要表表現為噪噪聲及排排放到環環境中的的污染物物種類和和數量。拆拆卸過程程中遇到到的特殊殊材料（如如含有有有害成份份、有毒毒成份等等的材料料）應采采取特殊殊的拆卸卸方式和和保護手手段，拆拆卸時一一定要注注意安全全，并將將拆下的的零部件件妥善分分類保管管，以免免引起與與其它部部分的交交叉感染染和污染染環境；還有一一類物質質，如汽汽車中的的汽（柴柴）油、潤潤滑油等等也應妥妥善收集集處理，以以免四處處流動，污污染工作作場地和和環境或或因任意意排放而而污染水水資源。 上述指指標是與與拆卸過過

38、程的時時間、能能量有關關的指標標，實際際上具體體結構的的設計往往往是拆拆卸性能能的關鍵鍵，也應應是評價價指標的的主要組組成部分分。產品品結構拆拆卸性能能的好壞壞通常都都是采用用定性描描述，在在這里，我我們試圖圖盡可能能用定量量的方法法來評價價產品結結構的可可拆卸性性。當然然，無法法量化的的指標只只能以定定性方式式來表示示。3.3可回回收性設設計 機電電產品的的可回收收性設計計就是在在產品設設計的初初期充分分考慮零零部件回回收及再再生的可可能性、零件材材料的回回收可能能性、回回收價值值、回收收處理方方法、回回收處理理結構工工藝性等等與回收收有關的的一系列列問題），并并在其他他新產品品，利用用使用

39、過過的或廢廢棄產品品中的零零部件和和材料，最最終達到到資源、能能源的最最大利用用，并對對環境污污染為最最小的一一種設計計思想和和方法。回回收設計計是循環環設計，就就是實現現廣義回回收所采采用的手手段和方方法。機電產品的的可回收收性設計計方法主主要包括括以下內內容：（1）設置置合理的的材料分分類識別別標志：機電產產品的材材料種類類較多，為為了避免免不同材材料之間間的混合合，在設設計時設設置明顯顯的材料料識別標標志，以以便分類類回收。常常用的識識別方法法有：將將識別標標志制作作在模具具上，然然后復制制到零件件表面的的模壓標標志；將將識別標標志用模模具和激激光方法法制作在在零件上上的識別別標志等等。

40、（2）可回回收工藝藝與方法法（3）可回回收性經經濟評價價（4）可回回收性結結構設計計 從可持續性性發展的的角度出出發，機機電產品品的綠色色設計在在其生命命周期的的“用后廢廢棄回收收”環節有有針對性性地考慮慮資源回回收利用用，往往往能夠取取得事半半功倍的的效果。這這種從產產品設計計開始，而而以產品品回收結結束并重重新開始始的全過過程正表表明了綠綠色設計計所具備備的全生生命周期期性8。 3.4 機電產產品的綠綠色設計計評價 綠色色設計是是一種綜綜合產品品功能、性性能、質質量、壽壽命和環環境于一一體的設設計新技技術，其其設計原原則是閉閉環設計計過程，評評價時既既要考慮慮產品的的壽命周周期，也也要考慮

41、慮產品棄棄后處理理和再利利用等。因因此機電電產品方方案設計計的綠色色評價既既包括諸諸如產品品的性能能、質量量和成本本等常規規技術經經濟評價價指標，同同時也包包括在產產品全生生命周期期內的資資源消耗耗和對環環境的影影響這兩兩個重要要目標，其其決策是是一個多多準則決決策和優優化問題題9。機電產品綠色評估體系機電產品綠色評估體系 技術性經濟性 綠色度技術性經濟性 綠色度用戶友好性 包裝及維護成本 原材料成本 回收重用成本 設計制造成本用戶友好性 包裝及維護成本 原材料成本 回收重用成本 設計制造成本 環境屬性 資源屬性 能源屬性 維修性可靠性加工性能 廢棄處理成本 污染處理成本 可制造性 能源利用率

42、 使用能耗 使用資源類型 可拆卸性 可回收性 資源消耗量 資源利用率 大氣污染 水體污染 噪聲污染圖2 機電產品綠色評估體系4 綠色設設計在數數控車床床的應用CK75225數控控車床具具有一定定的代表表性。該機床床有122個刀位位，采用用4500斜導軌軌，主電電機為111 kkw/116kww雙速電電機，床床身長7750mmm，主主軸最高高轉速為為24000r/minn，X向向最大進進給速度度為122m/mmin，ZZ向最大大進給速速度為88m/mmin，導導軌為槽槽式滑動動導軌，系系統采用用FANNUC-OTDD，機床床主軸采采用交流流伺服電電機直接接驅動的的集成化化結構10。由于該機床床所

43、有的的設計制制造都是是按照傳傳統的設設計方式式進行的的，沒有有考慮產產品生產產制造時時對環境境的污染染、機床床報廢后后的重新新利用，因因此不符符合綠色色設計的的要求。下下面將按按照上述述綠色設設計的要要求對該該產品的的部分結結構和工工藝重新新設計，并并對主要要材料生生產過程程進行生生命周期期評價。4.1導軌軌的可拆拆分設計計4.1.11 設計計過程機床導軌是是機床的的主要構構件之一一，它的的精度直直接影響響加工工工件的直直線度、圓圓柱度等等形位誤誤差。數數控機床床的導軌軌有滑動動導軌、滾滾動導軌軌、靜壓壓導軌三三種形式式，導軌軌的材料料和結構構與普通通機床有有著顯著著的不同同。數控控機床的的導

44、軌對對導向精精度、精精度保持持性、摩摩擦特性性、運動動平穩性性和靈敏敏性都有有更高的的要求，這這三種形形式導軌軌各有優優缺點。滑動導軌承承載能力力強，剛剛度高，抗抗振性好好，導軌軌導向精精度高，保保持性好好，因此此在數控控機床中中應用比比較普遍遍。但滑滑動導軌軌存在摩摩擦系數數大、磨磨損快、使使用壽命命短、有有低速爬爬行現象象和對潤潤滑油的的供油量量要求較較高等缺缺陷。滾動導軌的的最大優優點是摩摩擦系數數小，運運動輕便便靈活，低低速運動動平穩性性好，位位移精度度和定位位精度高高，耐磨磨性好且且潤滑簡簡單。滾滾動導軌軌的缺點點是抗振振性差、結結構復雜雜、成本本高，對對臟物比比較敏感感，必須須有良

45、好好的防護護。靜壓導軌主主要應用用于大重重型數控控機床上上，它的的優點是是摩擦系系數極小小，運動動靈敏.位移精精度和定定位精度度高，導導軌精度度保持性性好，壽壽命長.油膜具具有誤差差均化作作用，導導向精度度高。油油膜承載載能力高高，剛度度高，吸吸振性好好。缺點是結構構復雜，需需要相應應的液壓壓設備。CK75225數控控機床采采用的是是整體式式滑動導導軌。整整體式導導軌制造造相對簡簡單，但但磨損后后維修成成本高。維維修時，導導軌面磨磨削鏟刮刮后出現現尾架中中心高下下降，使使中心鉆鉆、鉸刀刀等一些些刀具無無法使用用的情況況:而且且機床報報廢后是是整體回回爐加工工，這樣樣浪費大大量資源源與能源源，同

46、時時普通滑滑動導軌軌存在著著摩擦阻阻力大和和低速爬爬行的缺缺陷，需需對其改改造。如如果完全全改變結結構，換換為其他他形式導導軌，改改造成本本太高，而而且其他他形式導導軌也存存在一定定缺陷。如如果 能能克服以以上缺陷陷，同時時機床報報廢后導導軌與床床身可拆拆卸回收收，重新新使用，這這樣可節節約大量量資源和和能源，減減少環境境污染。根根據綠色色設計可可拆卸性性設計思思想，下下文對導導軌進行行拆分設設計，采采用鑲鋼鋼塑料導導軌，可可降低改改造和維維護成本本，機床床床身可可重復使使用。目前導軌所所使用的的塑料常常用聚四四氟乙烯烯導軌軟軟帶和環環氧樹脂脂涂層導導軌，它它們的特特點是摩摩擦特性性好，能能防

47、止低低速爬行行，運動動平穩，耐耐磨性好好，工作作溫度范范圍廣(-2000+2880 )，動動靜摩擦擦系數非非常低且且差別小小，對潤潤滑油的的供油量量要求不不高。塑塑料的阻阻尼性好好、耐磨磨、能吸吸收振動動，塑料料導軌還還具有良良好的工工藝性。聚四氟乙烯烯(PTTFE)是一種種工程塑塑料，用用其制造造的機床床導軌軟軟帶具有有摩擦系系數低、自自潤滑性性能好，能能有效防防止低速速爬行，保保護床身身導軌不不受擦傷傷，化學學穩定性性高和成成本低等等一系列列優點.但純PPTFEE耐磨性性差、導導熱不良良、線脹脹系數大大、吸水水吸油后后體積膨膨脹、受受載后有有“冷流性性”等，影影響導軌軌尺寸的的穩定。如果在

48、PTTFE中中填充青青銅粉和和石墨制制成的軟軟帶既可可提高熱熱導率、耐耐磨性、壓壓縮強度度、拉伸伸彈性模模量和剛剛度，又又能降低低線脹系系數，改改善導軌軌尺寸穩穩定性。實踐表表明，填填充PTTFE導導軌軟帶帶能滿足足現代數數控機床床、精密密機床和和大型、重重型機床床導軌的的技術要要求，是是制造機機床導軌軌的理想想材料。原原料:PPTFEE SFFX-22，應符符合GBB83229-887要求求。4.1.22 工藝藝流程機床導軌軟軟帶生產產工藝流流程如圖圖3導軌軟帶的的生產工工藝前幾幾道工序序(從原原料選擇擇、干燥燥、過篩篩，一直直到表面面活化處處理)可可直接到到市場或或廠家購購買，其其余工序序

49、在機床床廠完成成。 PTFE青銅粉 干燥車削燒結預成型混合過篩粘接固化檢驗涂膠表面化處理PTFE青銅粉 干燥車削燒結預成型混合過篩粘接固化檢驗涂膠表面化處理粘接面處理導軌軟帶面刮修打光成品加壓室溫1）軟帶待待粘接面面的清洗洗將軟帶待粘粘接面用用丙酮或或酒精擦擦洗，除除去油污污和其它它贓物，將將兩條軟軟帶背靠靠背用雙雙面膠粘粘牢，浸浸入盛有有處理液液的儲槽槽內，115miin后取取出，用用90左右熱熱水沖洗洗，除凈凈NaFF和NaaOH等等殘留物物，待其其晾干后后表面呈呈深棕色色，此時時軟帶表表面的碳碳鍵就可可以與粘粘合劑粘粘接了。2）機床導導軌與軟軟帶的粘粘接機床導軌粘粘接面先先用粗砂砂紙打毛

50、毛，再經經汽油、丙丙酮除銹銹、去油油污。將將導軌粘粘接面和和軟帶己己處理的的粘接面面均涂上上環氧樹樹脂/聚聚酞胺(2/11)混合合膠，互互相粘合合后在室室溫下施施加一定定的莊力力，固化化48個個小時后后即可完完成粘接接。貼塑導軌有有兩種形形式，一一種是在在下導軌軌面上貼貼軟帶，上上導軌面面為鑄鐵鐵;.另另一種形形式是上上導軌面面貼軟帶帶，下導導軌面鑲鑲鋼。由由于金屬屬在軟帶帶上滑動動時的摩摩擦系數數要比軟軟帶在金金屬上滑滑動大一一倍以上上，因此此要避免免采用金金屬為上上導軌，軟軟帶為下下導軌的的匹配方方式。鑲鑲鋼塑塑料導軌軌采用上上導軌面面貼軟帶帶，下導導軌面為為鑲鋼條條，鑲鋼鋼條的加加工工藝

51、藝為:鍛鍛造正火退火粗刨去應力力精刨粗磨鉆孔表面淬淬火精磨。表4 導軌軌結構的的摩擦系系數比較較導軌結構形形式滑動導軌滾動導軌靜壓導軌下導軌貼塑塑鑲鋼貼塑導導軌摩擦系數0.07-0.1120.0022-0.00050.00110.02-0.0040.0099-0.002面等寬(880mmm)，厚厚25mmm，長長度根據據床身的的長短選選擇，每每根長33204000mm之之間，兩兩根鑲條條之間采采用455度坡口連連接，保保證上導導軌在接接口處運運動的平平穩性。這樣導軌面面磨損后后可直接接更換鋼鋼條，機機床報廢廢后床身身可重復復利用，節節約了鋼鋼材資源源，減少少環境污污染，符符合綠色色設計的的要求

52、。4.2 機機床包裝裝的綠色設設計 機床包包裝直至至現在主主要采用用木材和和混凝土土兩種材材料，其其中絕大大部分是是木材包包裝。以以本產品品為例，一一臺機床床大約需需要755kg的的木材，如如果把邊邊角料算算進去，大大約需要要1000kg木木材，2200個個鐵釘，緊緊固螺栓栓M166 X2200共共16個個，鋼質質包裝帶帶12米米，塑料料薄膜，頂頂部有防防水瀝青青，每臺臺機床包包裝木材材需花費費800012200元元左右。木木材雖屬屬于環保保材料，但但國內木木材緊缺缺，大量量砍伐會會造成水水土流失失，破壞壞生態環環境。目目前國內內機床年年產量大大約為44萬臺，按按每臺為為1000kg木木材計算

53、算，一年年需要木木材4000萬kkg，折折合60000立立方米。由由于拆卸卸過程中中破壞了了部分材材料，所所以廠家家基本沒沒有回收收，而且且拆卸工工作量大大(一個個人需用用233個小時時)又不不安全(主要是是有鐵釘釘的緣故故)，需需對其可可拆卸性性設計8。 混混凝土包包裝是采采用石灰灰、水泥泥和沙子子做成混混凝土，側側面和頂頂部擋板板用竹子子做加強強筋，底底部大梁梁用鋼筋筋做加強強筋，這這種包裝裝的價格格相對于于木材要要便宜一一些，但但包裝材材料笨重重(約1150kkg以上上)，運運輸和拆拆卸過程程中常常常破損，基基本無法法回收，廢廢棄后產產生大量量的固體體垃圾。不同尺尺寸規格格的機床床需制作

54、作不同的的澆注模模型，比比較麻煩煩，現在在廠家基基本淘汰汰這種包包裝。 機機床包裝裝材料要要達到綠綠色要求求，應滿滿足少污污染或無無污染、可可循環利利用、可可回收、可可降解、重重量輕、易易拆卸、易易組裝、防防水等特特點。所所選材料料硬度不不能太高高，要有有一定的的韌性和和柔性，以以防機床床運輸過過程中顛顛簸，可可能碰傷傷機床外外觀或零零部件。根據綠色設設計的可可拆卸、可可回收的的設計思思想，須須對機床床包裝重重新設計計或尋求求替代材材料，同同時要滿滿足綠色色材料的的要求。4.2.11 木材材的選擇擇由于木材具具有可降降解、無無污染等等特性，木木材的開開采、加加工、使使用、解解體和廢廢棄的整整個

55、生命命周期過過程中，能能源消耗耗是較少少的，與與鐵、鋁鋁等金屬屬相比木木材在制制造過程程中排放放的二氧氧化碳是是極小的的。與混混凝土相相比，制制造時耗耗費的能能量相對對大一些些，但因因木材是是有機體體，大量量的碳以以固體形形態儲藏藏在其中中，綜合合考慮就就會知道道木材排排向大氣氣中的碳碳的平衡衡數為負負，另外外廢木材材可再利利用或者者說再生生循環，同同時還具具有生物物降解性性，即使使廢棄也也很安全全，最后后還可把把它燒掉掉。另外外，木材材可以再再生產，在在生產過過程中形形成森林林，對保保全地球球環境有有重要作作用。 4.2.22 廢棄棄塑料雖說木材是是一種環環境材料料，但由由于我國國木材資資源

56、緊缺缺，過度度砍伐會會造成水水土流失失，氣候候變暖，破破壞整個個生態環環境，因因此應節節制使用用，尋求求替代材材料。根根據綠色色材料選選擇原則則:盡量量不用或或少用短短缺的原原材料，多多用廢料料或回收收材料作作為原料料。本文文可選用用廢棄塑塑料來替替代木材材，以充充分利用用材料資資源，降降低生產產成本，保保護生態態環境。塑料屬于有有機高分分子材料料，原料料主要來來源于石石油化學學工業。我我國19998年年塑料產產量為9900萬萬噸，居居世界第第五位。塑塑料有熱熱塑性塑塑料和熱熱固性塑塑料兩種種，熱塑塑性塑料料主要發發生可逆逆的物理理變化，熱熱固性塑塑料主要要發生不不可逆化化學變化化。熱塑塑性塑

57、料料的消費費量占全全部塑料料的900%以上上。塑料料在制造造過程和和使用后后的廢棄棄物達到到產量的的一半以以上。機機床包裝裝對材料料的要求求不高，如如果采用用廢棄塑塑料為原原料，不不僅可節節省大量量的緊缺缺木材，而而且減少少廢棄塑塑料對環環境的污污染。廢舊塑料主主要有聚聚氯乙烯烯(PVVC)、聚聚乙烯( LDDPE, HDDPE),聚丙丙稀(PPP)、聚聚苯乙烯烯(PSS);聚聚對苯二二甲酸乙乙二醇醋醋(PEET)等等幾種塑塑料。1）PVCC廢塑料料的再生生循環PVC廢塑塑料主要要來源于于生活包包裝袋、餐餐具、飲飲料瓶、地地膜和生生產過程程等，每每年廢棄棄量幾乎乎1000%。PVCC運輸材材料

58、壽命命為5年年，我國國PVCC的廢棄棄量達1168.6萬噸噸，這些些廢品污污染了河河流、土土地等生生態環境境。PVC再生生利用PPVC廢廢塑料烘烘干后再再研磨成成再生料料，再生生PVCC塑料與與原PVVC原料料的性質質非常接接近，而而價格卻卻比純PPVC低低20%300%。我我國己將將回收的的PVCC廢制品品用于制制作管材材、家庭庭用具等等的原料料。2）PE廢廢塑料的的再生循循環PE是產量量最大的的通用塑塑料之一一，主要要用于制制造農膜膜、包裝裝膜、軟軟管等制制品。由由于PEE分子中中不含氯氯元素，而而且在通通常條件件下不易易裂解，所所以處理理PE廢廢塑料比比處理PPVC廢廢塑料要要容易。 P

59、E再再生利用用一般的的PE廢廢塑料經經粉碎后后，可用用擠出機機塑化和和成型(如再生生PE原原料、再再生管、再再生膜)。或者者裂解PPE制成成液體燃燃料。3）PP廢廢塑料的的再生循循環我國年生產產和進口口的PPP總量達達2888萬噸，主主要用于于管、汽汽車部件件、編制制袋等。PPP與PPE類似似，由于于不含氯氯、硫等等重金屬屬，且PPP廢塑塑料的物物理化學學性能幾幾乎無變變化，因因此，PPP廢塑塑料既可可直接再再生利用用，也可可油化或或焚燒利利用其熱熱能。4）PS廢廢塑料的的再生循循環我國年生產產和進口口的PSS總量達達1866萬噸。PPS具有有價格低低、加工工方便、性性硬而剛剛、化學學穩定性性好等優優點，廣廣泛用于于家電、工工業配件件等產品品的減震震包裝和和保溫材材料。再再生利用用PS塑塑料可采采用以下下方式:直接熱熱熔PSS再生利利用:填充改改性其他他材料:制作涂涂料、改改性材料料、防水水材料、粘粘結劑等等;裂解PPS制作作單體及及供料油油。5）PETT廢塑料料的再生生循環由于聚對苯苯二甲酸酸乙二醇醇酷(PPET)的強度度、可回回收性、耐耐熱性等等均較好好，所以以被廣泛泛用于飲飲料、食食品包裝裝、機電電及化工工行業。回回收工藝藝過程主主