上海華東電器集團(tuán)電氣有限公司 宋邦申

0 前言

隨著現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，生產(chǎn)力的迅猛提高，資源的過度消耗和環(huán)境惡化程度的日益加深已經(jīng)引起了社會(huì)的廣泛重視，環(huán)境問題也已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)不容忽視的社會(huì)問題。近些年來，世界各國政府和有識(shí)之士對(duì)此相當(dāng)重視，我國政府也提出了樹立科學(xué)發(fā)展觀和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求，將構(gòu)建自然環(huán)境和人類社會(huì)的和諧發(fā)展作為今后的工作目標(biāo)。這也使得倡導(dǎo)生產(chǎn)和設(shè)計(jì)向資源利用合理化、廢棄物產(chǎn)出少量化方向發(fā)展的綠色設(shè)計(jì)理念在經(jīng)濟(jì)生活的各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)運(yùn)而生了。那么作為經(jīng)濟(jì)生活的重要組成部分，高壓電器制造行業(yè)同樣面臨著如何處理好保護(hù)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展和諧共存的問題。本文就綠色設(shè)計(jì)理念如何在高壓電器制造行業(yè)中的運(yùn)用談?wù)剮c(diǎn)看法。

1 綠色設(shè)計(jì)的概念

綜合相關(guān)資料信息，我們可以將綠色設(shè)計(jì)的概念概括為：綠色設(shè)計(jì)（Green Design）是以環(huán)境保護(hù)和資源節(jié)約為核心概念的新型工業(yè)設(shè)計(jì)方法，它要求在產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)周期內(nèi)把產(chǎn)品的基本屬性（功能、質(zhì)量、壽命、成本等）和環(huán)境屬性（可拆性、可回收性等）緊密結(jié)合。換句話說，綠色設(shè)計(jì)就是以減少（reduce）物資和能源消耗，減少或杜絕（reuse）有害物質(zhì)的排放，提倡產(chǎn)品或零件的方便回收并再生循環(huán)或重新利用（recycle）為目的（簡(jiǎn)稱“3R核心”），并強(qiáng)調(diào)全方位對(duì)環(huán)境關(guān)注的一種設(shè)計(jì)理念。

2 綠色設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的區(qū)別

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)往往是根據(jù)用戶市場(chǎng)的對(duì)產(chǎn)品的需要來設(shè)計(jì)，考慮較多的是產(chǎn)品的基本屬性，而不考慮或很少考慮產(chǎn)品的環(huán)境屬性，在產(chǎn)品完成使用壽命后就基本成了無用垃圾，回收利用率低，資源浪費(fèi)嚴(yán)重，產(chǎn)生的有害物質(zhì)嚴(yán)重污染生態(tài)環(huán)境，也就是所謂的“為使用而設(shè)計(jì)”。

綠色設(shè)計(jì)則重點(diǎn)考慮在產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)周期內(nèi)如何做到對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響最小，優(yōu)先考慮的是產(chǎn)品的環(huán)境屬性，而后考慮的才是產(chǎn)品的基本屬性，也就是所謂的“為環(huán)境而設(shè)計(jì)”。

3 綠色設(shè)計(jì)在高壓電器制造行業(yè)的運(yùn)用

近些年來，高壓電器產(chǎn)品正朝著小型化、少維護(hù)、高可靠、綠色環(huán)保的方向發(fā)展，客戶將會(huì)更多地在關(guān)注產(chǎn)品成本（如地價(jià)、土建、運(yùn)行、維護(hù)各項(xiàng)成本）的同時(shí)關(guān)注產(chǎn)品運(yùn)行過程中對(duì)環(huán)境的影響及處理。因此高壓電器生產(chǎn)企業(yè)現(xiàn)在不僅要去關(guān)心產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益，而且也將會(huì)更多的關(guān)注產(chǎn)品的社會(huì)效益，現(xiàn)就從以下幾個(gè)方面談?wù)勛约簩?duì)綠色設(shè)計(jì)理念在高壓電器制造行業(yè)的運(yùn)用認(rèn)識(shí)：

3.1 綠色材料設(shè)計(jì)

由于目前材料的生產(chǎn)成形技術(shù)和工藝水平已經(jīng)相當(dāng)成熟，各種先進(jìn)的制造技術(shù)和新材料的也已完全能夠滿足高壓電器產(chǎn)品各方面的要求。因此綠色材料的設(shè)計(jì)主要就是材料的選擇和環(huán)保絕緣介質(zhì)的運(yùn)用，使選擇的材料和絕緣介質(zhì)本身要具有綠色特性。

1）在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)盡量減少所用材料的種類，類似的或等效的材料在滿足產(chǎn)品功能的情況下盡量統(tǒng)一，這樣不僅可以降低原材料的采購儲(chǔ)存成本，減少廢棄后的回收處理成本，也可以提高產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化程度，增強(qiáng)同一類型、不同規(guī)格產(chǎn)品零件的互換性。

2）優(yōu)先使用可回收、易分解、可循環(huán)利用、低污染的材料。隨著1997年《京都議定書》的通過，現(xiàn)在許多高壓電器制造企業(yè)、科研院所都在研究SF6氣體的替代物，以減少SF6氣體的使用量，而且現(xiàn)在已經(jīng)取得了極大的進(jìn)步。一些高壓電器制造企業(yè)已經(jīng)不再使用或盡量減少使用限制排放的SF6氣體作為開關(guān)設(shè)備的絕緣介質(zhì)，而推出了使用SF6/N2混合氣體或高壓壓縮空氣作為絕緣介質(zhì)的高壓開關(guān)設(shè)備。如國外7.2～24kV中壓充氣柜C-GIS采用普通壓縮空氣作為絕緣介質(zhì)的產(chǎn)品已有很多；采用干燥凈化壓縮空氣作為絕緣介質(zhì)的72.5～145kV高壓瓷柱式VCB，84kV罐式VCB等高壓電器產(chǎn)品也由日本AE帕瓦株式會(huì)社研發(fā)成功，并已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化；使用很少SF6絕緣介質(zhì)的126kV瓷柱式真空斷路器在我國也已經(jīng)有許多企業(yè)都已完成了型式試驗(yàn)。對(duì)于使用絕緣介質(zhì)比較多的氣體絕緣金屬封閉輸電線路（GIL）使用SF6/N2混合氣體作為絕緣介質(zhì)的第二代產(chǎn)品已經(jīng)由西門子公司開發(fā)多年，并已經(jīng)具有了很好的工程運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，準(zhǔn)備采用高品質(zhì)壓縮空氣作為絕緣介質(zhì)的第三代GIL的探索和研究也已經(jīng)取得很大的進(jìn)展。

3）由于任何產(chǎn)品都不可能可以無限期的使用，因此為了產(chǎn)品完成使命后便于回收，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中，對(duì)于設(shè)計(jì)產(chǎn)品所用零件的材料要注明其型號(hào)、規(guī)格、種類以及所采用的填料等相關(guān)內(nèi)容，特別是作為高壓電器產(chǎn)品絕緣材料廣泛應(yīng)用的樹脂、塑料等絕緣材料。例如：現(xiàn)在許多綠色環(huán)保、小型化的全固體絕緣的中壓開關(guān)柜采用了環(huán)氧樹脂等材料作為絕緣材料或絕緣包覆，

3.2 模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)是指在一定范圍內(nèi)，在對(duì)不同類型、不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計(jì)出一系列的功能模塊，通過模塊的不同組合可以構(gòu)成不同的產(chǎn)品，以滿足市場(chǎng)的不同需要，如ABB環(huán)網(wǎng)開關(guān)的上部單元結(jié)構(gòu)，KYN28A開關(guān)柜的手車結(jié)構(gòu)。模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)不僅有利于產(chǎn)品的制造和裝配，更有利于產(chǎn)品的維護(hù)。因此我們?cè)谶M(jìn)行高壓電器產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，也應(yīng)盡可能將各部件設(shè)計(jì)成相對(duì)獨(dú)立的功能模塊，這樣綠色設(shè)計(jì)和模塊化的結(jié)合，就可以滿足電力市場(chǎng)對(duì)高壓電器產(chǎn)品功能屬性和環(huán)境屬性的要求。

3.3 面向制造和裝配的工藝設(shè)計(jì)

在我們?cè)O(shè)計(jì)過程中應(yīng)考慮到產(chǎn)品應(yīng)更容易制造和裝配，并且在產(chǎn)品的制造和裝配過程中應(yīng)對(duì)環(huán)境無污染或少污染，所需能源和資源最少。

1）采用合理的新型加工方法（如激光加工、少/無切削加工、激光焊接、超聲波焊接、快速成形技術(shù)等等），優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)方案，避免不必要的二次加工，降低原材料的消耗，減少廢料；2）進(jìn)行高壓電器行業(yè)資源的整合，提高零配件的標(biāo)準(zhǔn)化程度，鼓勵(lì)和提倡由專門企業(yè)實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓電器產(chǎn)品專用零配件的生產(chǎn)，減少廢次品，提高產(chǎn)品合格率，節(jié)約成本，降低能耗。從中壓領(lǐng)域到高壓領(lǐng)域許多產(chǎn)品都實(shí)現(xiàn)了部件的市場(chǎng)化，如VS1型斷路器機(jī)構(gòu)的零部件，12kV負(fù)荷開關(guān)的零部件，瓷柱式斷路器和GIS產(chǎn)品的斷路器所采用的操作機(jī)構(gòu)等等。3）生產(chǎn)過程中應(yīng)盡量減少使用對(duì)環(huán)境或操作者有影響或危害的物質(zhì)，采用必要的防護(hù)或預(yù)防措施，促進(jìn)人類與環(huán)境，經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的和諧共存；4）對(duì)于差別不大、功能相似的零部件，在不影響其性能的情況，可以考慮設(shè)計(jì)成相同的結(jié)構(gòu)，也許只需要簡(jiǎn)單地增加幾個(gè)孔或者尺寸有所變化，不僅可以提高產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化程度，更有利于產(chǎn)品的裝配。

3.4 均衡的長壽命設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品各部件使用壽命的均衡是綠色設(shè)計(jì)的一項(xiàng)基本原則。雖然在我們高壓電器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)或制造過程中，使所有元件或部件達(dá)到完全相同或相似的長壽命是不可能的，但在設(shè)計(jì)時(shí)可以考慮使一些重要元件模塊具有較長的壽命，而使易損壞、壽命相對(duì)較短的模塊易于更換，同時(shí)對(duì)一些關(guān)鍵的模塊可以考慮設(shè)計(jì)成易于檢測(cè)和維修的結(jié)構(gòu)；同時(shí)應(yīng)在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，采用各種先進(jìn)的設(shè)計(jì)理論和產(chǎn)品技術(shù)預(yù)測(cè)，使設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品能滿足當(dāng)前和相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)的市場(chǎng)需求，最大限度減少產(chǎn)品過時(shí)，近而節(jié)約資源。

3.5 可拆卸性和可回收性設(shè)計(jì)

可拆卸性、可回收性的設(shè)計(jì)是指在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中，我們都要考慮到設(shè)計(jì)的產(chǎn)品應(yīng)易于拆卸，使用不同材料的零件應(yīng)可以方便的分離開來，以利于產(chǎn)品的循環(huán)再用、回收再生和降解。其原則就是鼓勵(lì)企業(yè)減少材料種類，提高材料和零件的兼容性，允許使用可重復(fù)使用的零部件，使用不需要特殊工具連接的連接件，鼓勵(lì)用戶進(jìn)行循環(huán)利用等等。采用合適的包裝形式，提倡采用通用包裝、可反復(fù)使用包裝形式，包裝廢棄物應(yīng)能可降解處理，同時(shí)開發(fā)新的包裝材料，實(shí)現(xiàn)用最少的材料來滿足各種包裝；提高必須工裝或通用工裝的利用率，應(yīng)盡量將其設(shè)計(jì)成通用類型。采用合理的經(jīng)濟(jì)杠桿鼓勵(lì)企業(yè)和用戶在產(chǎn)品安裝完成后對(duì)包裝和工裝予以回收，以降低成本，減少資源浪費(fèi)。

3.6 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的運(yùn)用

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)在高壓電器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程得以廣泛運(yùn)用，利用PRO/E等三維建模技術(shù)可以大大縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，極大程度地減少設(shè)計(jì)反復(fù)；利用ANSYS等有限元分析軟件給產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供了有利的保障，解決了僅僅依靠人工計(jì)算無法解決的一系列問題，如高壓電場(chǎng)分布、零件的機(jī)械強(qiáng)度等問題。通過以上幾個(gè)方面的設(shè)計(jì)運(yùn)用，高壓電器產(chǎn)品整個(gè)生產(chǎn)周期將會(huì)形成一個(gè)綠色的閉環(huán)系統(tǒng)（見圖1），對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響也將達(dá)到最低。

4 結(jié)束語

綠色設(shè)計(jì)作為一種新的設(shè)計(jì)方法在國內(nèi)外已經(jīng)得到了廣泛的認(rèn)可與重視，并且在企業(yè)也得到了很好的運(yùn)用和推廣。綠色設(shè)計(jì)技術(shù)不僅保護(hù)了環(huán)境、減少了資源浪費(fèi)，同時(shí)也為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。它體現(xiàn)的是企業(yè)的綠色形象，強(qiáng)調(diào)的是全局和長遠(yuǎn)利益。因此，基于綠色設(shè)計(jì)的技術(shù)，高壓電器制造企業(yè)如果在重視產(chǎn)品可靠性、穩(wěn)定性的同時(shí)，也重視產(chǎn)品的綠色環(huán)保性，將會(huì)明顯提升高壓電器產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，為企業(yè)創(chuàng)造良好的條件和機(jī)遇。同時(shí)政府也應(yīng)大力宣傳科學(xué)發(fā)展觀，使建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)深入人心，通過政策法規(guī)鼓勵(lì)和扶持綠色設(shè)計(jì)理念在企業(yè)的推廣運(yùn)用，同時(shí)加強(qiáng)為企業(yè)培養(yǎng)綠色設(shè)計(jì)管理人才和設(shè)計(jì)人才。