浅析机电产品的绿色设计

1、 机电产品的绿色设计摘 要： 绿色设计已成为我国机械制造业实现可持续发展的有效途径，具有广泛的应用前景。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，通过节约材料，优化设计方案，对材料的回收再利用等方法，最终取得良好的经济效益、生态效益和社会效益。本论文以材料选择、可拆卸性设计为主进行的设计。关键词： 机电产品； 材料选择； 绿色设计； 1 引言进入21世世纪以来来，以保保护环境境、实现现人与自自然和谐谐发展为为目标的的绿色浪浪潮正在在全球全全面兴起起。在这这股浪潮潮的推动动下，一一种全新新的设计计理念绿色色设计

2、，成成为设计计领域人人们关注注的一个个重点。将将绿色设设计融入入机电产产品的设设计开发发之中，是是可持续续发展战战略思想想在工业业产品设设计领域域的重要要体现，将将对人类类社会的的发展具具有非常常深远的的意义。 当微电电子技术术、大规规模集成成电子技技术和机机械工业业相结合合，从而而使古老老的机械械工业蓬蓬勃发展展的同时时，却产产生了对对能源和和原材料料的巨大大消耗和和浪费及及对生态态环境的的日益破破坏，使使得全世世界的技技术人员员和环保保人士都都在全力力解决此此类问题题，美国国、日本本、德国国等取得得了不少少成果。我我国的资资源并不不丰富，但但环境污污染问题题己经非非常突出出。我国国的工业业

3、发展至至今仍然然沿用高高能耗、高高投入的的粗放型型工业发发展模式式，单位位能耗比比发达国国家高出出1-33倍，“三废”排放量量大，污污染严重重，严重重影响了了我国产产品在国国际市场场上的竞竞争能力力。现在在中国已已加入WWTO(世界贸贸易组织织)，可可以预见见，在不不久的将将来，国国外的绿绿色产品品将会大大量充斥斥国内市市场，我我国的企企业将会会遭受更更加激烈烈的竞争争压力。因因此，开开展绿色色设计与与制造的的研究与与应用已已成为我我国迫在在眉睫的的任务。 机电产产品绿色色设计和和传统设设计的对对比 2.1传统统设计在传统的产产品设计计中，设设计仅涉涉及到产产品寿命命周期的的市场分分析、产产品

4、设计计、工艺艺设计、制制造（CCADCAPPPCCAM）、销销售及售售后服务务等几个个阶段，而而且设计计也主要要是从企企业自身身的发展展和经济济利益出出发，仅仅仅考虑虑如何满满足用户户要求，满满足产品品的基本本属性（如如基本功功能、质质量、寿寿命、成成本等），而而不考虑虑或很少少考虑环环境属性性，其设设计指导导原则是是只要产产品易于于制造，并并且具有有要求的的功能、性性能即可可。按传传统设计计生产的的产品在在达到其其使用寿寿命后基基本上成成了一堆堆垃圾，传传统产品品设计是是从“摇篮到到坟墓”的过程程，传统统产品的的寿命周周期具有有开环性性。长期期以来，尽尽管这种种开环运运行模式式曾经极极大地推

5、推动了社社会的发发展，但但它是以以破坏生生态环境境、加速速资源枯枯竭为代代价的。随随着现代代科技、经经济的飞飞速发展展，传统统设计已已经无法法满足社社会发展展和环境境保护的的要求，采采用一种种新的设设计理念念和方法法来逐渐渐代替传传统设计计方法就就成为解解决上述述问题的的关键。2.2 绿绿色设计计 1.绿色设设计的含含义 绿色设计作作为具有有环保意意识的设设计，它它不同于于传统的的从摇篮篮到坟墓墓的设计计，而是是一种从从摇篮到到再生的的设计。它它采取并并行工程程的思想想，采用用全生命命周期评评价、分分析，将产品品的设计计、制造造、使用用和最终终处理作作为一个个整体来来加以重重视，从从产品的的最

6、初设设计起就就开始防防治污染染，预先先考虑产产品在制制造、使使用和最最终处理理(即产产品的全全生命周周期)中中可能给给环境带带来的负负面影响响，然后后在设计计中加以以解决。设计中充分考虑产品的环境属性和资源属性，在考虑功能、质量、开发周期和成本的同时，也将可拆卸性、可回收性、可制造性等作为设计的目标，在产品设计时，选择与环境友好的材料、机械结构和制造工艺，在使用过程中能耗最低，不产生或少产生毒副作用，使产品及其制造过程、使用过程和报废处理后，对环境和资源消耗的总体影响减到最低1。由于产品成成本的880900取决于于设计阶阶段，因因此绿色色设计决决定了绿绿色制造造系统的的效率，是是绿色制制造的核

7、核心。能源能源回收和焚烧通过热裂解的清洁燃料的生产产品拆卸材料拆解处置环境空气水产品回收原材料加工流通使用维护产品制造提取重复利用利用再造原料再生能源其他废物废渣废水废气 图图1产品品的生命命周期过过程与传统设计计相比，绿绿色设计计的内涵涵更加丰丰富，主主要表现现在：绿绿色设计计将产品品的生命命周期拓拓展为从从原材料料制备到到产品报报废后的的回收处处理及再再利用。图图1描述了了一个产产品的生生命周期期全过程程，即从从地球环环境(土地、空空气和海海洋)中提取取材料，加加工制造造成产品品，并流流通给消消费者使使用，产产品报废废后经拆拆卸、回回收和再再循环将将资源重重新利用用的整个个过程。在在产品整

8、整个生命命周期过过程中，系系统不断断地从外外界吸收收能源和和资源，排排放各种种废弃物物质。利利用系统统的观点点，将环环境、安安全性、能能源、资资源等因因素集成成到产品品的设计计活动之之中，其其目的是是获得真真正的绿绿色产品品。由于于绿色设设计将产产品生命命周期中中的各个个阶段(包括原原材料制制备、产产品设计计制造、产产品使用用维护、回回收处理理及再利利用等)看成是是一个有有机的整整体，并并从产品品生命周周期整体体性出发发，在产产品概念念设计和和详细设设计的过过程中运运用并行行工程的的原理在在保证产产品的功功能、质质量和成成本等基基本性能能的条件件下，充充分考虑虑产品生生命循环环周期各各个环节节

9、中资源源和能源源的合理理利用、环环境保护护和劳动动保护等等问题。因因此有助助于实现现产品生生命周期期中“预防为为主，治治理为辅辅”的绿色色设计与与制造战战略，从从根本上上达到保保护环境境、保护护劳动者者和优化化利用资资源与能能源的目目的。 2.绿色色设计的的特点1.节约资资源和能能源：绿绿色产品品设计从从整体上上优化了了产品性性能，使使组成产产品的零零部件和和材料得得到充分分、有效效的利用用，减缓缓了资源源消耗。2.从源头头上减少少了环境境污染：绿色产产品设计计减少了了废弃物物产生，减减少了处处理垃圾圾带来的的种种棘棘手问题题。3.有利于于生态系系统的平平衡和实实现可持持续发展展是绿色色设计的

10、的核心所所在：绿绿色设计计力图将将产品制制造和使使用对环环境产生生的负面面影响降降到最小小。综上所述，绿绿色设计计的目的的就是利利用并行行设计的的思想，综综合考虑虑在产品品生命周周期中的的技术、环环境以及及经济性性等因素素的影响响，使所所设计的的产品对对社会的的贡献最最大，对对制造商商、用户户以及环环境负面面影响最最小2。3.绿色设设计所遵遵循的原原则 绿色设计与与传统设设计相比比较，应应该遵循循以下主主要原则则.l)资源、能能源最佳佳利用原原则该原则包含含两层意意思，一一是在考考虑选用用时，应应尽可能能选用可可再生的的资源、能能源；另一方面，在在设计上上应尽可可能保证证在产品品的整个个寿命周

11、周期中得得以最大大限度的的利用资资源及能能源。2)“零污污染”原则绿色设计应应彻底抛抛弃传统统的“先污染染、后治治理”的末端端治理环环境保护护方式，而而实施“预防为为主，治治理为辅辅”的环境境保护战战略，因因此设计计时就应应充分考考虑如何何消除污污染源，从从根本上上防止污污染。产产品寿命命循环周周期中环环境污染染趋于零零为最佳佳状态，是是绿色设设计所追追求的最最终目标标。3)“零损损害”原则确保产品寿寿命周期期中对操操作者良良好的劳劳动保护护是绿色色设计必必须遵循循的设计计原则。从从设计上上不仅要要从产品品制造和和使用环环境以及及产品的的质量和和可靠性性等方面面考虑如如何确保保生产者者和使用用

12、者的安安全，而而且还要要使产品品符合人人机工程程学、美美学等有有关原理理，以免免对人们们的身心心健康造造成伤害害。总的的来说，应应力使损损害趋于于零。4)技术先先进原则则绿色产品生生产过程程中，不不仅要实实现产品品方便实实用、无无冗余的的功能，而而且还要要力求所所生产的的产品在在寿命周周期中节节资、节节能、劳劳保性好好、环保保性好，这这是传统统生产技技术所难难以作到到的。因因此，绿绿色设计计考虑生生产技术术时，技技术先进进性是一一个十分分重要的的设计原原则。5)整体效效益最佳佳原则与传统设计计不同，绿绿色设计计中不仅仅要考虑虑企业自自身的经经济效益益，而且且还要从从可持续续发展现现点出发发，考

13、虑虑产品全全生命周周期的环环境行为为对生态态环境和和社会所所造成的的影响，色色设计不不应只片片面地追追求某一一项效益益而忽略略其它，应应该追求求整体效效益最佳佳化。3 机电产产品的绿色设设计 3.1材料料选择 在机械产产品生产产制造过过程中，人人类既期期望获得得大量高高性能或或高功能能的各种种材料，又又要求有有一个良良好的生生态环境境，达到到可持续续发展的的目的。从从资源、能能源和环环境的角角度出发发，提取取、制备备、生产产、使用用、再生生和废弃弃材料的的过程实实际上是是一个资资源消耗耗和能源源消耗及及环境污污染的过过程。而而在这个个过程中中，材料料选择是是产品设设计的第第一步，其绿色色特性对

14、对产品的的绿色性性能具有有重要的的影响。3.1.11 产品材材料的选选择与环环境的关关系各种统计表表明，从从资源、能能源消费费的比重重和造成成环境污污染的根根源分析析，材料料及其材材料加工工过程是是造成能能源短缺缺、资源源过度消消耗乃至至枯竭和和环境污污染的主主要根源源之一，这这就要求求人们重重新评价价过去研研究、开开发、生生产和使使用材料料的活动动，更新新忽视环环境恶化化、单纯纯追求高高性能高高附加值值材料的的观念，探探讨发展展既有良良好性能能和功能能、又对对资源和和能源消消耗较低低的并且且与环境境协调较较好的材材料及其其制品。材料的环境境协调特特性评估估是绿色色产品设设计过程程中材料料选择

15、的的重要依依据之一一。它是是指材料料在其生生命循环环周期内内节省能能源、节节省资源源、保护护环境、保保护劳动动者的程程度。材材料选择择的环境境协调性性原则包包括：1）材料的的最佳利利用原则则提高材料的的利用率率，材料料的利用用率的提提高，不不仅可以以减少材材料浪费费，解决决资源枯枯竭问题题，而且且可以减减少排放放，减少少对环境境的污染染。2）能源的的最佳利利用原则则材料生命周周期中应应尽可能能采用清清洁型可可再生能能源(也称绿绿色能源源)，如太太阳能、风风能、水水能地热热能等。材材料生命命周期能能量利用用率最高高原则，即即输入与与输出能能量的比比值最大大。3）污染最最小原则则材料生命周周期全过

16、过程中产产出的环环境污染染最小。材材料选择择时必须须考虑其其对环境境的影响响，严重重的环境境污染会会给人类类乃至整整个生物物圈造成成巨大的的损害3。3.1.22 绿色设设计对材材料的要要求绿色产品首首先应要要求构成成产品的的材料具具有绿色色特性，即即在产品品的整个个寿命机机电产品品可拆卸卸性设计计理论研研究及实实现周期期内，这这类材料料应有利利于降低低能耗，环环境负担担最轻。具具体符合合以下几几点：1)所用材材料应是是低能耗耗、低成成本、少少污染的的材料。这这是从所所用材料料自身的的生产过过程来考考虑的，因因此，绿绿色材料料对材料料本身的的制造过过程也提提出了严严格的要要求。2)所用材材料应是

17、是易加工工且加工工中无污污染或污污染最小小。这是是从材料料制成零零件的制制造过程程来考虑虑的。3)所用材材料应是是易回收收、易处处理、可可重用、可可降解材材料。这这是从产产品报废废后易于于处理的的角度来来考虑的的。3.1.33 材料的的性质1.材料加加工属性性1)材料的的相似性性:选用用材料与与加工零零件形状状相似，有有利于节节省材料料，合理理使用能能源。2)材料加加工难易易性:选选择易加加工的材材料，减减少能源源的损耗耗。3)材料能能耗性:选择低低能源含含量材料料，以便便节约能能源。2.材料环环境属性性1)毒性:尽量选选用无毒毒、无害害的材料料。2)易燃性性:减少少易燃材材料的使使用。3)腐

18、蚀性性:减少少易腐蚀蚀材料的的使用。4)分解性性:选择择容易降降解材料料，废弃弃后能自自然分解解并为自自然界吸吸收，保保持生态态平衡。5)回收性性:材料料易于回回收处理理。6)再利用用性:材材料可以以循环利利用。7)污染性性:减少少污染材材料的使使用，尽尽量使用用低或无无污染的的材料。3.经济性性l)成本:选用低低成本的的材料，节节约产品品成本。2)加工成成本:把把材料加加工成零零件。3)回收成成本:循循环利用用的材料料、产品品报废后后，材料料应易于于回收，并并经济性性地适当当处理后后再资源源化。4)废物处处理成本本:下脚脚了和不不能再利利用材料料的处理理费用。3.1.44 材料料形状选选用分

19、析析1.合理设设计构件件的截面面形状对于受弯构构件，弯弯曲正应应力在截截面上的的分布是是距中性性面愈远远应力愈愈大。从从节约材材料的角角度来进进行受弯弯构件的的截面设设计。受受弯构件件的设计计中工字字钢是较较为常用用的截面面形状表表1罗列了了集中截截面形状状的抗弯弯模量。表1 几种种截面形形状的抗抗弯模量量截面形状抗弯模量(相对值)12.901.182.332.75对于脆性材材料，如如铸铁等等，由于于其抗压压性能优优于抗拉拉性能，因因此在设设计受弯弯构件时时，根据据受力和和变形情情况，将将材料特特性和应应力分布布结合起起来考虑虑。机械零件多多在交变变应力下下工作，据据机械零零件失效效的分析析，

20、800%的失失效属于于疲劳破破坏。因因此提高高抗疲劳劳破坏的的能力，可可以避免免材料的的浪费。2. 合理理设计形形状在机械产品品中，为为了节省省材料和和减轻自自重，常常采用以以下的结结构：1）设计加加强筋几乎所有的的铸件都都设计有有加强筋筋，增强强构件的的强度和和刚度。2）选择合合理的箱箱形结构构箱体结构不不同，其其刚度也也不同。如如表2所所示表2 三种种截面形形式的刚刚度比较较截面形状I弯11.171.553）提高接接触刚度度多零件连接接的结构构，接触触表面的的刚度会会影响结结构整体体刚度。为为提高接接触刚度度，对有有相对运运动的接接触表面面，如机机床导轨轨和滑台台，其表表面粗糙糙度应该该适

21、当要要求；对对于固定定接触面面，需施施加适当当的预紧紧载荷，如如合理设设计螺钉钉的数量量及分布布，并规规定装配配时螺钉钉应具有有的预紧紧力4。4）机械装装置的轻轻型化设设计在满足产品品功能、性性能的前前提下，进进行机械械装置的的轻量化化设计不不仅可以以节省材材料，而而且可以以带来很很多优点点：能减减轻其它它部件或或构件所所承受的的载荷，从从而减轻轻机器的的总重量量， 由于机机器重量量的减轻轻，能使使有效载载荷增加加(如车辆辆、挖掘掘机等)；节省省能源，减减小运行行费用。3.1.55 按照照节材原原则进行行工艺设设计1）合理进进行工艺艺设计，减减少废次次品、提提高产品品合格率率减少废次品品、提高

22、高产品合合格率主主要是通通过合理理的制造造工艺来来实现。设设计时，应应从如下下几个方方面分析析着手：（1）选用用高质量量的加工工原材料料（2）合理理的产品品结构工工艺设计计（3）正确确制定加加工工艺艺方案2）合理选选择零件件加工成成型方式式零件成型的的工艺方方法可分分：材料料去除法法(如车、铣铣、刨、磨磨)、材料料变形法法(如锻压压、冲压压)和材料料添加法法(如铸造造、注塑塑和快速速成型制制造)。在材材料去除除法中，不不可避免免地会产产生一定定的边角角料或废废料（切切屑），如如切削加加工的材材料利用用率一般般为655%-70%，而车车削加工工仅为660%；材料变变形法的的材料利利用率有有所提高

23、高，但也也不可避避免会产产生一定定的废料料，如冲冲压加工工会产生生大量的的下脚料料，材料料利用率率约为880%，最最高也不不会超过过90%；冷挤挤压的材材料利用用率约为为80%以上，高高时可达达93%5。3.2 可可拆卸性性设计随着社会生生产力的的发展，人人们对物物质条件件要求的的不断提提高，产产品更新新换代加加速，产产生了大大量的废废弃产品品。然而而这些废废弃产品品并非毫毫无价值值，其中中的许多多零部件件还可以以直接地地或通过过修复后后继续使使用，即即使不能能继续使使用，其其材料通通过分类类回收后后可以继继续使用用，这就就需要对对废弃产产品进行行拆卸回回收。拆拆卸是产产品生命命周期中中的一个

24、个重要阶阶段，是是实现从从“摇篮”到“再生”这一闭闭环过程程中的一一个重要要环节。所谓拆卸就就是从产产品或部部件上有有规律地地拆下可可用零部部件的过过程，同同时保证证不因拆拆卸过程程而造成成该零部部件的损损伤。可可拆卸性性设计研研究如何何设计产产品才能能高效率率、低成成本的进进行组件件、零件件的拆卸卸以及材材料的分分类拆卸卸，以便便重新使使用和回回收。它它是设计计方法和和功能工工具的集集合，它它将产品品可拆卸卸性作为为开发目目标，面面向整个个生命周周期对产产品可拆拆卸性和和拆卸工工艺性进进行分析析和研究究，通过过减少产产品零件件数等措措施，改改善产品品的拆卸卸工艺性性，降低低产品的的拆卸成成本

25、和时时间。3.2.11产品拆拆卸目的的产品的可拆拆卸性是是产品回回收的前前提，直直接影响响产品的的再生性性。产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销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，三三是尽可可能容易易地将残残余的材材料分离离成纯净净的材料料。对于制造成成本高、革革新周期期长或使使用寿命命长的零零部件可可以考虑虑拆卸后后直接再再利用，或或者修复复以后再再利用。而而对于原原材料成成本高，单单个零件件的生产产成本低低，产品品生命周周期短时时，通常常可以考考虑材料料拆卸后后的回收收。对应于拆卸卸的三个个目的，拆拆卸也分分为三种种不同的的类型，

26、即即破坏性性拆卸、部部分破坏坏性拆卸卸和非破破坏性拆拆卸。显显然，破破坏性拆拆卸以分分离为宗宗旨，而而不管产产品结构构的破坏坏程度，一一般采用用外力强强制解除除零部件件之间的的几何约约束，无无须顾及及对象组组成零部部件的先先后拆卸卸顺序;部分破破坏性拆拆卸则要要求在拆拆卸过程程中只损损坏部分分廉价零零件，使使其它部部分安全全分离，如如采用火火焰切割割、高压压水喷射射切割、激激光切割割等分离离连接部部位，拆拆卸过程程中需要要考虑拆拆卸的顺顺序，以以免破坏坏所需拆拆卸的零零部件;非破坏坏性拆卸卸则是拆拆卸的最最高阶段段，在拆拆卸过程程中不能能损坏任任何零部部件，如如松开螺螺纹、拆拆除及压压出等，以

27、以分析产产品零部部件之间间的几何何约束关关系为基基础，通过制制定合理理的拆卸卸步骤，逐逐步解除除这些约约束关系系达到拆拆卸目的的。产品的拆卸卸是对产产品装配配约束关关系的解解除，是是一个解解约束的的过程。同同一产品品结构可可对应着着多种装装配方案案，一种种装配方方案的确确定也即即一种约约束关系系的确定定。同时时，一种种固定装装配关系系的解约约束却对对应着多多种的求求解过程程，通常常文明根根据拆卸卸策略寻寻求其中中二种最最优的约约束解，所所以，产产品的拆拆卸过程程不能简简单地等等同于实实际装配配的逆过过程6。3.2.22可拆卸卸性设计计实施的的重要意意义1 .提高高产品可可制造和和可维护护性通过

28、对产品品设计提提出修正正意见，减减少不必必要的零零件，选选用优化化的可拆拆卸结构构，使产产品制造造装配和和使用维维护更加加方便。另另外对于于在制造造维护中中拆卸下下来的零零部件，因因它们具具有优良良的拆卸卸性能，而而使零部部件重用用成为可可能，这这样对降降低成本本、提高高效益具具有重要要意义。2.提高产产品报废废回收的的绿色性性和经济济性拆卸是产品品回收不不可缺少少的组成成部分，因因为只有有拆卸才才能保证证重新得得到品种种纯洁的的材料及及重用部部件。而而复杂机机电产品品的回收收一般直直接存放放或者压压成碎片片处理，但但在目前前技术条条件下，粉粉碎或分分选通常常仅能得得到部分分回收材材料，且且因

29、纯度度不高只只能进入入低级应应用。为为改善这这种状况况只有两两条出路路，即提提高粉碎碎分选技技术或者者扩大可可拆卸性性，而DDFD的的根本目目标就是是提高产产品的拆拆卸性能能，因此此DDFF的应用用将有利利于产品品报废回回收的绿绿色性和和经济性性的提高高。3.2.33可拆卸卸性设计计主要内内容1.可拆卸卸性设计计标准在产品开发发中，方方案设计计的结果果是满足足功能要要求的抽抽象设计计概念，它它们在详详细设计计时将被被转化为为具体的的零部件件结构、空空间位置置关系等等，这一一转化过过程具有有“一对多多”的特点点，即同同一设计计原理可可解为多多种设计计方案。拆拆卸性设设计标准准就是为为了保证证产品

30、的的拆卸性性要求，而而为上述述转化过过程制定定的专用用设计标标准。在在概念产产品向具具体产品品的转化化过程中中，设计计人员便便可遵循循和采纳纳这些标标准进行行设计和和审核，以以确保产产品的拆拆卸性落落实在产产品设计计中，并并最终实实现良好好的产品品拆卸性性能。2.可拆卸卸性设计计程序可拆卸性设设计的研研究对象象是机电电产品，但但实际中中机电产产品类别别较多，而而且每种种产品所所包含零零部件数数量通常常都比较较大，导导致机电电产品可可拆卸性性设计工工作非常常复杂的的，因此此实际工工作中常常作如下下简化：1)拆卸过过程由手手工完成成，且无无破坏性性。2)零部件件拆卸为为一维拆拆卸，即即零部件件拆卸

31、时时其整体体沿着一一条直线线运动，拆拆卸时不不改变运运动。同同时拆卸卸没有附附近运动动。3)零部件件拆卸是是串行的的，同一一时刻只只有一个个零部件件被拆卸卸移走，不不考虑并并行拆卸卸。拆卸评价通通常是从从两方面面着手进进行，一一方面是是产品结结构的拆拆卸难易易程度，另另一方面面是与拆拆卸过程程有关的的时间、费费用等。而而在这些些指标中中，有一一些是定定量指标标，也有有一些是是定性指指标。 3.2.44与拆卸卸过程有有关的指指标 与拆卸过程程有关的的指标包包括拆卸卸费用、拆拆卸时间间、拆卸卸能耗和和拆卸造造成的环环境影响响等。1）拆卸费费用 产品中中零部件件的连接接结构不不同，拆拆卸的难难易程度

32、度也不相相同，拆拆卸费用用则表现现为不同同的量值值。拆卸卸费用是是指与拆拆卸有关关的一切切费用，即即人力费费用和投投资费用用等。投投资费用用包括拆拆卸所需需的工具具及夹具具、工具具的定位位及夹具具送进装装置的费费用，拆拆卸操作作费用，拆拆下材料料的识别别、分类类运输及及存储费费用等。人人力费用用主要是是指工人人工资。拆拆卸费用用是衡量量结构拆拆卸性好好坏的主主要指标标之一。某某一零部部件单元元的拆卸卸费用高高，则其其回收重重用的价价值就小小。当拆拆卸费用用大于该该零部件件单元废废弃后的的固有成成本时，则则其就完完全失去去了回收收重用的的价值。由由此可见见，拆卸卸费用越越小，零零部件单单元的回回

33、收重用用价值就就越高。2）拆卸时时间 拆卸时时间（TTz）即拆下下某一连连接所需需要的时时间。产产品的某某一部件件单元可可能是由由多个连连接方式式组合而而成，则则该部件件单元的的拆卸时时间就是是完成所所有这些些连接所所消耗的的时间总总和。它它包括基基本拆卸卸时间和和辅助时时间。基基本拆卸卸时间(Tj)是指指松开连连接件、将将待拆零零件和相相关连接接件分离离所花费费的时间间；辅助助时间(Tf)是指指为完成成拆卸工工作所作作的辅助助工作所所花费的的时间，如如拆卸工工具或人人的手臂臂接近拆拆卸部位位的时间间等。拆拆卸时间间越长，表表明该构构的复杂杂程度越越高，产产品的拆拆卸性能能差。拆拆卸时间间（T

34、zz）用下式式表示：Tz= TTj + Tf 不同连连接方式式，其拆拆卸时间间的计算算方法不不同。如如单个螺螺栓联接接可用下下式计算算： T=TT1+T2 其中中：T1 -拆卸卸螺栓的的时间（分分钟）；T2 -其它时时间，包包括分离离联接件件的时间间及辅助助时间（分分钟）；T-总拆卸卸时间（分分钟）；当然，在在拆卸过过程中拆拆卸工具具、工人人熟练程程度、结结构复杂杂程度对对拆卸时时间会有有不同程程度的影影响，可可根据具具体情况况调整其其修正系系数。拆卸时间的的大小确确定必须须来自于于实际拆拆卸数据据的搜集集、整理理与分析析。表33为由时时间累计计法所确确定的机机械电子子结构中中某些连连接的拆拆

35、卸、安安装和更更换时间间7。 表3 某某些机电电连接结结构的拆拆卸、安安装和更更换时间间时间标准序号项 目标 准 时 间拆 卸卸安 装装更 换换紧固件1标准螺钉0.160.260.422六角螺钉0.170.430.603快速紧固件件（1/4周）0.080.050.134快速紧固件件（小于于1周）0.060.060.125碟型螺钉0.060.080.146螺母螺栓0.340.440.787U型挡圈-0.278扣锁9拉环扣锁0.030.030.0610弹簧夹扣锁锁0.040.030.0711碟型扣锁0.050.050.103) 拆拆卸过程程中的能能量消耗耗 拆卸产产品必然然要消耗耗能量，其其能量消

36、消耗方式式有两种种，即人人力消耗耗和外加加动力消消耗（如如电能、热热能等）。拆拆卸单元元零部件件所消耗耗的能量量大小也也是表明明该零部部件拆卸卸性能的的一个指指标。能能耗少，则则该部分分拆卸性性能好。由由于机电电产品中中广泛采采用多种种连接方方式，如如螺纹连连接、搭搭扣连接接等的机机械连接接方式和和粘结、焊焊接等，因因此其拆拆卸能量量的计算算方法也也不同。机机械连接接的拆卸卸能量包包括螺纹纹的释放放能、搭搭扣连接接的弹性性变形能能或连接接元件的的摩擦能能等；而而化学连连接方式式，可视视其分离离方法，其其消耗能能可以是是融化能能、断裂裂能或溶溶解能。如如果某一一待拆卸卸的零部部件有多多个连接接，

37、则拆拆卸能量量应是所所有各连连接单元元拆卸能能量的总总和。4）拆卸卸过程的的环境影影响 拆卸过过程的环环境影响响主要表表现为噪噪声及排排放到环环境中的的污染物物种类和和数量。拆拆卸过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）应采采取特殊殊的拆卸卸方式和和保护手手段，拆拆卸时一一定要注注意安全全，并将将拆下的的零部件件妥善分分类保管管，以免免引起与与其它部部分的交交叉感染染和污染染环境；还有一一类物质质，如汽汽车中的的汽（柴柴）油、润润滑油等等也应妥妥善收集集处理，以以免四处处流动，污污染工作作场地和和环境或或因任意意排放而而污染水水资源。 上述指指标是与与拆卸过过

38、程的时时间、能能量有关关的指标标，实际际上具体体结构的的设计往往往是拆拆卸性能能的关键键，也应应是评价价指标的的主要组组成部分分。产品品结构拆拆卸性能能的好坏坏通常都都是采用用定性描描述，在在这里，我我们试图图尽可能能用定量量的方法法来评价价产品结结构的可可拆卸性性。当然然，无法法量化的的指标只只能以定定性方式式来表示示。3.3可回回收性设设计 机电电产品的的可回收收性设计计就是在在产品设设计的初初期充分分考虑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、回回收价值值、回收收处理方方法、回回收处理理结构工工艺性等等与回收收有关的的一系列列问题），并并在其他他新产品品，利用用使用

39、过过的或废废弃产品品中的零零部件和和材料，最最终达到到资源、能能源的最最大利用用，并对对环境污污染为最最小的一一种设计计思想和和方法。回回收设计计是循环环设计，就就是实现现广义回回收所采采用的手手段和方方法。机电产品的的可回收收性设计计方法主主要包括括以下内内容：（1）设置置合理的的材料分分类识别别标志：机电产产品的材材料种类类较多，为为了避免免不同材材料之间间的混合合，在设设计时设设置明显显的材料料识别标标志，以以便分类类回收。常常用的识识别方法法有：将将识别标标志制作作在模具具上，然然后复制制到零件件表面的的模压标标志；将将识别标标志用模模具和激激光方法法制作在在零件上上的识别别标志等等。

40、（2）可回回收工艺艺与方法法（3）可回回收性经经济评价价（4）可回回收性结结构设计计 从可持续性性发展的的角度出出发，机机电产品品的绿色色设计在在其生命命周期的的“用后废废弃回收收”环节有有针对性性地考虑虑资源回回收利用用，往往往能够取取得事半半功倍的的效果。这这种从产产品设计计开始，而而以产品品回收结结束并重重新开始始的全过过程正表表明了绿绿色设计计所具备备的全生生命周期期性8。 3.4 机电产产品的绿绿色设计计评价 绿色色设计是是一种综综合产品品功能、性性能、质质量、寿寿命和环环境于一一体的设设计新技技术，其其设计原原则是闭闭环设计计过程，评评价时既既要考虑虑产品的的寿命周周期，也也要考虑

41、虑产品弃弃后处理理和再利利用等。因因此机电电产品方方案设计计的绿色色评价既既包括诸诸如产品品的性能能、质量量和成本本等常规规技术经经济评价价指标，同同时也包包括在产产品全生生命周期期内的资资源消耗耗和对环环境的影影响这两两个重要要目标，其其决策是是一个多多准则决决策和优优化问题题9。机电产品绿色评估体系机电产品绿色评估体系 技术性经济性 绿色度技术性经济性 绿色度用户友好性 包装及维护成本 原材料成本 回收重用成本 设计制造成本用户友好性 包装及维护成本 原材料成本 回收重用成本 设计制造成本 环境属性 资源属性 能源属性 维修性可靠性加工性能 废弃处理成本 污染处理成本 可制造性 能源利用率

42、 使用能耗 使用资源类型 可拆卸性 可回收性 资源消耗量 资源利用率 大气污染 水体污染 噪声污染图2 机电产品绿色评估体系4 绿色设设计在数数控车床床的应用CK75225数控控车床具具有一定定的代表表性。该机床床有122个刀位位，采用用4500斜导轨轨，主电电机为111 kkw/116kww双速电电机，床床身长7750mmm，主主轴最高高转速为为24000r/minn，X向向最大进进给速度度为122m/mmin，ZZ向最大大进给速速度为88m/mmin，导导轨为槽槽式滑动动导轨，系系统采用用FANNUC-OTDD，机床床主轴采采用交流流伺服电电机直接接驱动的的集成化化结构10。由于该机床床所

43、有的的设计制制造都是是按照传传统的设设计方式式进行的的，没有有考虑产产品生产产制造时时对环境境的污染染、机床床报废后后的重新新利用，因因此不符符合绿色色设计的的要求。下下面将按按照上述述绿色设设计的要要求对该该产品的的部分结结构和工工艺重新新设计，并并对主要要材料生生产过程程进行生生命周期期评价。4.1导轨轨的可拆拆分设计计4.1.11 设计计过程机床导轨是是机床的的主要构构件之一一，它的的精度直直接影响响加工工工件的直直线度、圆圆柱度等等形位误误差。数数控机床床的导轨轨有滑动动导轨、滚滚动导轨轨、静压压导轨三三种形式式，导轨轨的材料料和结构构与普通通机床有有着显著著的不同同。数控控机床的的导

44、轨对对导向精精度、精精度保持持性、摩摩擦特性性、运动动平稳性性和灵敏敏性都有有更高的的要求，这这三种形形式导轨轨各有优优缺点。滑动导轨承承载能力力强，刚刚度高，抗抗振性好好，导轨轨导向精精度高，保保持性好好，因此此在数控控机床中中应用比比较普遍遍。但滑滑动导轨轨存在摩摩擦系数数大、磨磨损快、使使用寿命命短、有有低速爬爬行现象象和对润润滑油的的供油量量要求较较高等缺缺陷。滚动导轨的的最大优优点是摩摩擦系数数小，运运动轻便便灵活，低低速运动动平稳性性好，位位移精度度和定位位精度高高，耐磨磨性好且且润滑简简单。滚滚动导轨轨的缺点点是抗振振性差、结结构复杂杂、成本本高，对对脏物比比较敏感感，必须须有良

45、好好的防护护。静压导轨主主要应用用于大重重型数控控机床上上，它的的优点是是摩擦系系数极小小，运动动灵敏.位移精精度和定定位精度度高，导导轨精度度保持性性好，寿寿命长.油膜具具有误差差均化作作用，导导向精度度高。油油膜承载载能力高高，刚度度高，吸吸振性好好。缺点是结构构复杂，需需要相应应的液压压设备。CK75225数控控机床采采用的是是整体式式滑动导导轨。整整体式导导轨制造造相对简简单，但但磨损后后维修成成本高。维维修时，导导轨面磨磨削铲刮刮后出现现尾架中中心高下下降，使使中心钻钻、铰刀刀等一些些刀具无无法使用用的情况况:而且且机床报报废后是是整体回回炉加工工，这样样浪费大大量资源源与能源源，同

46、时时普通滑滑动导轨轨存在着着摩擦阻阻力大和和低速爬爬行的缺缺陷，需需对其改改造。如如果完全全改变结结构，换换为其他他形式导导轨，改改造成本本太高，而而且其他他形式导导轨也存存在一定定缺陷。如如果 能能克服以以上缺陷陷，同时时机床报报废后导导轨与床床身可拆拆卸回收收，重新新使用，这这样可节节约大量量资源和和能源，减减少环境境污染。根根据绿色色设计可可拆卸性性设计思思想，下下文对导导轨进行行拆分设设计，采采用镶钢钢塑料导导轨，可可降低改改造和维维护成本本，机床床床身可可重复使使用。目前导轨所所使用的的塑料常常用聚四四氟乙烯烯导轨软软带和环环氧树脂脂涂层导导轨，它它们的特特点是摩摩擦特性性好，能能防

47、止低低速爬行行，运动动平稳，耐耐磨性好好，工作作温度范范围广(-2000+2880 )，动动静摩擦擦系数非非常低且且差别小小，对润润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、能吸吸收振动动，塑料料导轨还还具有良良好的工工艺性。聚四氟乙烯烯(PTTFE)是一种种工程塑塑料，用用其制造造的机床床导轨软软带具有有摩擦系系数低、自自润滑性性能好，能能有效防防止低速速爬行，保保护床身身导轨不不受擦伤伤，化学学稳定性性高和成成本低等等一系列列优点.但纯PPTFEE耐磨性性差、导导热不良良、线胀胀系数大大、吸水水吸油后后体积膨膨胀、受受载后有有“冷流性性”等，影影响导轨轨尺寸的的稳定。如果在

48、PTTFE中中填充青青铜粉和和石墨制制成的软软带既可可提高热热导率、耐耐磨性、压压缩强度度、拉伸伸弹性模模量和刚刚度，又又能降低低线胀系系数，改改善导轨轨尺寸稳稳定性。实践表表明，填填充PTTFE导导轨软带带能满足足现代数数控机床床、精密密机床和和大型、重重型机床床导轨的的技术要要求，是是制造机机床导轨轨的理想想材料。原原料:PPTFEE SFFX-22，应符符合GBB83229-887要求求。4.1.22 工艺艺流程机床导轨软软带生产产工艺流流程如图图3导轨软带的的生产工工艺前几几道工序序(从原原料选择择、干燥燥、过筛筛，一直直到表面面活化处处理)可可直接到到市场或或厂家购购买，其其余工序序

49、在机床床厂完成成。 PTFE青铜粉 干燥车削烧结预成型混合过筛粘接固化检验涂胶表面化处理PTFE青铜粉 干燥车削烧结预成型混合过筛粘接固化检验涂胶表面化处理粘接面处理导轨软带面刮修打光成品加压室温1）软带待待粘接面面的清洗洗将软带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赃物，将将两条软软带背靠靠背用双双面胶粘粘牢，浸浸入盛有有处理液液的储槽槽内，115miin后取取出，用用90左右热热水冲洗洗，除净净NaFF和NaaOH等等残留物物，待其其晾干后后表面呈呈深棕色色，此时时软带表表面的碳碳键就可可以与粘粘合剂粘粘接了。2）机床导导轨与软软带的粘粘接机床导轨粘粘接面先先用粗砂砂纸打毛

50、毛，再经经汽油、丙丙酮除锈锈、去油油污。将将导轨粘粘接面和和软带己己处理的的粘接面面均涂上上环氧树树脂/聚聚酞胺(2/11)混合合胶，互互相粘合合后在室室温下施施加一定定的庄力力，固化化48个个小时后后即可完完成粘接接。贴塑导轨有有两种形形式，一一种是在在下导轨轨面上贴贴软带，上上导轨面面为铸铁铁;.另另一种形形式是上上导轨面面贴软带带，下导导轨面镶镶钢。由由于金属属在软带带上滑动动时的摩摩擦系数数要比软软带在金金属上滑滑动大一一倍以上上，因此此要避免免采用金金属为上上导轨，软软带为下下导轨的的匹配方方式。镶镶钢塑塑料导轨轨采用上上导轨面面贴软带带，下导导轨面为为镶钢条条，镶钢钢条的加加工工艺

51、艺为:锻锻造正火退火粗刨去应力力精刨粗磨钻孔表面淬淬火精磨。表4 导轨轨结构的的摩擦系系数比较较导轨结构形形式滑动导轨滚动导轨静压导轨下导轨贴塑塑镶钢贴塑导导轨摩擦系数0.07-0.1120.0022-0.00050.00110.02-0.0040.0099-0.002面等宽(880mmm)，厚厚25mmm，长长度根据据床身的的长短选选择，每每根长33204000mm之之间，两两根镶条条之间采采用455度坡口连连接，保保证上导导轨在接接口处运运动的平平稳性。这样导轨面面磨损后后可直接接更换钢钢条，机机床报废废后床身身可重复复利用，节节约了钢钢材资源源，减少少环境污污染，符符合绿色色设计的的要求

52、。4.2 机机床包装装的绿色设设计 机床包包装直至至现在主主要采用用木材和和混凝土土两种材材料，其其中绝大大部分是是木材包包装。以以本产品品为例，一一台机床床大约需需要755kg的的木材，如如果把边边角料算算进去，大大约需要要1000kg木木材，2200个个铁钉，紧紧固螺栓栓M166 X2200共共16个个，钢质质包装带带12米米，塑料料薄膜，顶顶部有防防水沥青青，每台台机床包包装木材材需花费费800012200元元左右。木木材虽属属于环保保材料，但但国内木木材紧缺缺，大量量砍伐会会造成水水土流失失，破坏坏生态环环境。目目前国内内机床年年产量大大约为44万台，按按每台为为1000kg木木材计算

53、算，一年年需要木木材4000万kkg，折折合60000立立方米。由由于拆卸卸过程中中破坏了了部分材材料，所所以厂家家基本没没有回收收，而且且拆卸工工作量大大(一个个人需用用233个小时时)又不不安全(主要是是有铁钉钉的缘故故)，需需对其可可拆卸性性设计8。 混混凝土包包装是采采用石灰灰、水泥泥和沙子子做成混混凝土，侧侧面和顶顶部挡板板用竹子子做加强强筋，底底部大梁梁用钢筋筋做加强强筋，这这种包装装的价格格相对于于木材要要便宜一一些，但但包装材材料笨重重(约1150kkg以上上)，运运输和拆拆卸过程程中常常常破损，基基本无法法回收，废废弃后产产生大量量的固体体垃圾。不同尺尺寸规格格的机床床需制作

54、作不同的的浇注模模型，比比较麻烦烦，现在在厂家基基本淘汰汰这种包包装。 机机床包装装材料要要达到绿绿色要求求，应满满足少污污染或无无污染、可可循环利利用、可可回收、可可降解、重重量轻、易易拆卸、易易组装、防防水等特特点。所所选材料料硬度不不能太高高，要有有一定的的韧性和和柔性，以以防机床床运输过过程中颠颠簸，可可能碰伤伤机床外外观或零零部件。根据绿色设设计的可可拆卸、可可回收的的设计思思想，须须对机床床包装重重新设计计或寻求求替代材材料，同同时要满满足绿色色材料的的要求。4.2.11 木材材的选择择由于木材具具有可降降解、无无污染等等特性，木木材的开开采、加加工、使使用、解解体和废废弃的整整个

55、生命命周期过过程中，能能源消耗耗是较少少的，与与铁、铝铝等金属属相比木木材在制制造过程程中排放放的二氧氧化碳是是极小的的。与混混凝土相相比，制制造时耗耗费的能能量相对对大一些些，但因因木材是是有机体体，大量量的碳以以固体形形态储藏藏在其中中，综合合考虑就就会知道道木材排排向大气气中的碳碳的平衡衡数为负负，另外外废木材材可再利利用或者者说再生生循环，同同时还具具有生物物降解性性，即使使废弃也也很安全全，最后后还可把把它烧掉掉。另外外，木材材可以再再生产，在在生产过过程中形形成森林林，对保保全地球球环境有有重要作作用。 4.2.22 废弃弃塑料虽说木材是是一种环环境材料料，但由由于我国国木材资资源

56、紧缺缺，过度度砍伐会会造成水水土流失失，气候候变暖，破破坏整个个生态环环境，因因此应节节制使用用，寻求求替代材材料。根根据绿色色材料选选择原则则:尽量量不用或或少用短短缺的原原材料，多多用废料料或回收收材料作作为原料料。本文文可选用用废弃塑塑料来替替代木材材，以充充分利用用材料资资源，降降低生产产成本，保保护生态态环境。塑料属于有有机高分分子材料料，原料料主要来来源于石石油化学学工业。我我国19998年年塑料产产量为9900万万吨，居居世界第第五位。塑塑料有热热塑性塑塑料和热热固性塑塑料两种种，热塑塑性塑料料主要发发生可逆逆的物理理变化，热热固性塑塑料主要要发生不不可逆化化学变化化。热塑塑性塑

57、料料的消费费量占全全部塑料料的900%以上上。塑料料在制造造过程和和使用后后的废弃弃物达到到产量的的一半以以上。机机床包装装对材料料的要求求不高，如如果采用用废弃塑塑料为原原料，不不仅可节节省大量量的紧缺缺木材，而而且减少少废弃塑塑料对环环境的污污染。废旧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);聚聚对苯二二甲酸乙乙二醇醋醋(PEET)等等几种塑塑料。1）PVCC废塑料料的再生生循环PVC废塑塑料主要要来源于于生活包包装袋、餐餐具、饮饮料瓶、地地膜和生生产过程程等，每每年废弃弃量几乎乎1000%。PVCC运输材材料

58、寿命命为5年年，我国国PVCC的废弃弃量达1168.6万吨吨，这些些废品污污染了河河流、土土地等生生态环境境。PVC再生生利用PPVC废废塑料烘烘干后再再研磨成成再生料料，再生生PVCC塑料与与原PVVC原料料的性质质非常接接近，而而价格却却比纯PPVC低低20%300%。我我国己将将回收的的PVCC废制品品用于制制作管材材、家庭庭用具等等的原料料。2）PE废废塑料的的再生循循环PE是产量量最大的的通用塑塑料之一一，主要要用于制制造农膜膜、包装装膜、软软管等制制品。由由于PEE分子中中不含氯氯元素，而而且在通通常条件件下不易易裂解，所所以处理理PE废废塑料比比处理PPVC废废塑料要要容易。 P

59、E再再生利用用一般的的PE废废塑料经经粉碎后后，可用用挤出机机塑化和和成型(如再生生PE原原料、再再生管、再再生膜)。或者者裂解PPE制成成液体燃燃料。3）PP废废塑料的的再生循循环我国年生产产和进口口的PPP总量达达2888万吨，主主要用于于管、汽汽车部件件、编制制袋等。PPP与PPE类似似，由于于不含氯氯、硫等等重金属属，且PPP废塑塑料的物物理化学学性能几几乎无变变化，因因此，PPP废塑塑料既可可直接再再生利用用，也可可油化或或焚烧利利用其热热能。4）PS废废塑料的的再生循循环我国年生产产和进口口的PSS总量达达1866万吨。PPS具有有价格低低、加工工方便、性性硬而刚刚、化学学稳定性性好等优优点，广广泛用于于家电、工工业配件件等产品品的减震震包装和和保温材材料。再再生利用用PS塑塑料可采采用以下下方式:直接热热熔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、粘粘结剂等等;裂解PPS制作作单体及及供料油油。5）PETT废塑料料的再生生循环由于聚对苯苯二甲酸酸乙二醇醇酷(PPET)的强度度、可回回收性、耐耐热性等等均较好好，所以以被广泛泛用于饮饮料、食食品包装装、机电电及化工工行业。回回收工艺艺过程主主