付曉莉

（中原工學院，鄭州450007）

產(chǎn)生于20世紀80年代末的綠色設(shè)計（Green Design）是一種可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計觀，其核心思想是被國際上普遍接受的“3R”（Reduce（減少）、Reuse（再利用）、Recycle（再循環(huán)））設(shè)計原則，既要減少物質(zhì)和能源的消耗、減少有害物質(zhì)的排放，又要使產(chǎn)品及零部件能夠方便地分類回收和再生循環(huán)或重新利用 .

系統(tǒng)的動平衡遍及機電、航空航天等各個領(lǐng)域.近年來，隨著高精度制造業(yè)的發(fā)展和教學內(nèi)容的不斷更新，機械系統(tǒng)及零部件的動平衡要求越來越高.早期動平衡機設(shè)計主要考慮功能因素，較少考慮造型設(shè)計因素，因此存在操作復(fù)雜、調(diào)試困難等問題，已不能滿足高校教學科研任務(wù)的需要.本文以RYS－30型閃光式動平衡機為例，以工業(yè)設(shè)計的觀點探討動平衡機的綠色設(shè)計，以實現(xiàn)：①零部件回收利用，減少資源浪費；②減少廢棄物排放，保護自然環(huán)境；③提高動平衡機效率，減少資源消耗；④實現(xiàn)技術(shù)與藝術(shù)的有效結(jié)合，增強可操作性.

1 動平衡機造型綠色設(shè)計的技術(shù)分析

RYS－30型閃光式動平衡機為20世紀80年代的產(chǎn)品，作為中原工學院設(shè)備改造項目，在充分利用實驗室原有動平衡機設(shè)備的主機部分基礎(chǔ)上，對控制系統(tǒng)部分進行了設(shè)計，使其功能達到現(xiàn)代化動態(tài)平衡技術(shù)水平.同時，為了更好地滿足高校教學科研任務(wù)要求和使用人群的特點，從綠色設(shè)計角度對動平衡機外觀造型進行了重新設(shè)計.

1.1 造型設(shè)計

動平衡機整體造型主要考慮實用性、科學性和藝術(shù)性.

①實用性：結(jié)合現(xiàn)代科學技術(shù)，利用人機工程學原理，根據(jù)使用功能的目的性、先進性與安全可靠性，體現(xiàn)產(chǎn)品的功能美，提高產(chǎn)品的宜人性.

②科學性：結(jié)合現(xiàn)代制造技術(shù)，利用先進加工工藝，根據(jù)使用者和生產(chǎn)者的利益要求，降低產(chǎn)品成本創(chuàng)造高的附加值，體現(xiàn)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)美、技術(shù)美、工藝美.

③藝術(shù)性：結(jié)合美學法則，根據(jù)時代審美觀念，創(chuàng)造色彩美、造型美、材料美的新穎產(chǎn)品，體現(xiàn)“人－產(chǎn)品－環(huán)境”的整體和諧美 .

RYS－30型動平衡機由四部分構(gòu)成（見圖1）：右側(cè)是工作臺，其下是機座；左側(cè)是控制箱，其下是動力源.RYS－30型動平衡機四部分各自獨立，每一部分的設(shè)計未考慮相關(guān)部件的配合與協(xié)調(diào)，外觀上顯得散亂、無序，導(dǎo)致使用操作不方便.

圖1 原有RYS－30型動平衡機外觀場景展示圖

依據(jù)綠色設(shè)計原則，對RYS－30型動平衡機進行了重新設(shè)計，改進后的動平衡機（ZJD－1型）具有以下特點：整體造型擺脫了傳統(tǒng)的造型方式，將各部分結(jié)構(gòu)由分體式設(shè)計改進為一體式設(shè)計（見圖2、圖3）.動平衡機外觀為一個整體，側(cè)開門、散熱孔、線孔等結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出功能美感，使得整體造型協(xié)調(diào)統(tǒng)一，細節(jié)設(shè)計豐富.整體造型最大化地利用幾何平面，因為面在二維空間上具有擴延感，且面的邊線為直線，給人的心理感覺是簡潔、大方、莊重和穩(wěn)定，這與高校實驗室實驗儀器的產(chǎn)品定位相吻合，突出了人性化的設(shè)計理念.

1.2 材料及工藝

1.2.1 材料選用

將RYS－30型閃光式動平衡機木質(zhì)結(jié)構(gòu)的桌式機座和金屬外觀設(shè)計改進成鈑金結(jié)構(gòu)的柜式機座，增強了整機的金屬質(zhì)感和現(xiàn)代感，符合當今設(shè)計的潮流；且在整體尺寸不變的情況下，后部增加了可存放小型實驗工具的工具柜，符合綠色設(shè)計材料最佳利用原則.改進后的ZJD－1型動平衡機造型在以下幾個方面體現(xiàn)了綠色設(shè)計思想：①在ZJD－1型動平衡機的設(shè)計中使用RYS－30型閃光式動平衡機機座、支撐架等原有部件，在產(chǎn)品生命周期過程中最大限度地利用了原材料；②在滿足動平衡機使用功能的前提下，平衡機造型結(jié)構(gòu)得到簡化，整體造型更加流暢和美觀，易于操作，更加符合人機工程學的要求；③ZJD－1型動平衡機采用單片機控制進行測量，支撐架根據(jù)試件尺寸來調(diào)整，可實現(xiàn)最佳的生態(tài)經(jīng)濟效益.

1.2.2 工藝應(yīng)用

工藝應(yīng)用體現(xiàn)在易于制造和裝配.為了減少環(huán)境污染，在加工過程中，通過選擇合理的原材料、改進加工手段等方法，降低零部件在加工、生產(chǎn)過程中原材料的浪費、能源的消耗.動平衡機造型和結(jié)構(gòu)綠色設(shè)計，主要采用鈑金材料，尺寸規(guī)格統(tǒng)一，沖裁工藝簡單，易于制造和裝配.動平衡機的表面處理，大塊面采用噴塑、絲網(wǎng)印刷工藝，對環(huán)境的影響小，滿足用戶對產(chǎn)品的美感要求.

1.3 可回收性設(shè)計

可回收性設(shè)計是基于合理利用資源、能源的環(huán)保理念，在產(chǎn)品設(shè)計、制作過程中，盡可能使用可二次利用或者在產(chǎn)品生命周期結(jié)束之后可以回收的材料，以使環(huán)境的負面影響降到最低值.在動平衡機造型設(shè)計中考慮可回收性設(shè)計因素，造型材料采用鈑金件利于回收，平衡轉(zhuǎn)子支架、主軸連接部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計易于回收再生產(chǎn).

1.4 可拆卸性設(shè)計

在產(chǎn)品設(shè)計時，應(yīng)考慮產(chǎn)品可拆卸性因素，有利于產(chǎn)品后續(xù)維修和使用后回收處理.動平衡機在教學科研中使用頻率高，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)子支架易于磨損，而采用V型墊鐵結(jié)構(gòu)，易于拆卸和維修，易于有用零部件的回收，提高了材料使用率，減少了對環(huán)境的污染.在動平衡機結(jié)構(gòu)設(shè)計時，根據(jù)盤類、軸類轉(zhuǎn)子的形狀，設(shè)計可變并易于拆卸的連接方式.

2 動平衡機造型的綠色設(shè)計原則

綠色設(shè)計原則是在產(chǎn)品生命周期全程，能夠達到保護環(huán)境的目的，實現(xiàn)資源利用率最大化，資源消耗最少.根據(jù)動平衡機造型的綠色設(shè)計的術(shù)分析，結(jié)合工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計流程，提出動平衡機造型綠色設(shè)計原則如下：

（1）產(chǎn)品生命周期設(shè)計原則.在動平衡機造型設(shè)計時，首先考慮產(chǎn)品生命周期全過程的環(huán)境設(shè)計因素，以節(jié)約資源為重點，考慮環(huán)境與資源效益分析等因素，在保證產(chǎn)品質(zhì)量前提下延長產(chǎn)品生命周期 .

（2）資源最佳利用原則.在動平衡機造型材料選用時，遵循資源最佳利用原則：①考慮其再生能力，采用可再生資源；②選用高質(zhì)量材料，延長產(chǎn)品的使用壽命；③在保證產(chǎn)品功能質(zhì)量的前提下，力求產(chǎn)品造型及結(jié)構(gòu)簡化，在產(chǎn)品退出使用功能后，要易于拆卸、回收或再利用.

（3）能源消耗最小原則.在動平衡機外觀制造和裝配過程中，要求減少能耗，一是使用清潔能源或二次能源；二是力求產(chǎn)品整個生命周期循環(huán)中能耗最少.

（4）“零污染”原則.在動平衡機造型設(shè)計時，要消除污染因素，實施“預(yù)防為主，治理為輔”的清潔生產(chǎn)等環(huán)保措施，從根本上防止環(huán)境污染.

（5）技術(shù)先進原則.在綠色設(shè)計理念中，采用最先進的測試技術(shù)，創(chuàng)造性地研究應(yīng)用于平衡機造型設(shè)計中，才能取得最佳生態(tài)經(jīng)濟效益，體現(xiàn)綠色理念的特定效果.

3 結(jié) 語

在ZJD－1型動平衡機造型的綠色設(shè)計中，不僅有技術(shù)層面上的考慮，更重要的是設(shè)計理念的轉(zhuǎn)變.從動平衡機整體造型、材料選用、制作工藝、使用功能、可回收、可拆卸性等方面，全方位考慮資源利用和環(huán)境影響，在設(shè)計中表達設(shè)計與生產(chǎn)的調(diào)和，技術(shù)與藝術(shù)的融合，生活與生態(tài)的和諧統(tǒng)一.

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