楊祥和 YANG Xiang-he

摘要： 合理使用機(jī)械產(chǎn)品可以有效提高工程質(zhì)量和工作效率，機(jī)械化水平的不斷提高，致使機(jī)械設(shè)備大幅度增加。隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，機(jī)械制造業(yè)環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越受到重視。機(jī)械產(chǎn)品的不科學(xué)生產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生大量廢棄物，成為環(huán)境污染源頭。為促進(jìn)機(jī)械制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，迫切需要將低碳環(huán)保和節(jié)約資源的現(xiàn)代綠色設(shè)計(jì)理念融入機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造中?；诖?，本次針對(duì)綠色設(shè)計(jì)法在內(nèi)燃機(jī)等機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用必要性與具體應(yīng)用展開(kāi)分析和探討。

Abstract： The rational use of mechanical products can effectively improve the quality of engineering and work efficiency， the level of mechanization， resulting in a substantial increase in mechanical equipment. Along with the enhancement of people’s environmental protection consciousness， the environmental problem of machinery manufacturing industry is paid more and more attention. Unscientific production of mechanical products will produce a large number of waste products and become a source of environmental pollution. In order to promote the sustainable development of machinery manufacturing industry， it is urgent to integrate the modern green design concept of low-carbon environmental protection and resource saving into the design and manufacture of machinery products. Based on this， this paper analyzes and discusses the necessity and concrete application of green design method in the design and manufacture of internal combustion engine and other machinery.

關(guān)鍵詞： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造;綠色設(shè)計(jì)法;內(nèi)燃機(jī);具體應(yīng)用

Key words： machine design and manufacture;green design method;internal combustion engine;concrete application

中圖分類(lèi)號(hào)：TH161+.21? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）22-0216-02

0? 引言

現(xiàn)如今，綠色設(shè)計(jì)與輕量化已成為內(nèi)燃機(jī)等機(jī)械設(shè)計(jì)制造的一種趨勢(shì)。綠色設(shè)計(jì)是在可持續(xù)發(fā)展觀念下，將資源利用與環(huán)境友好性有機(jī)結(jié)合起來(lái)，在滿足人類(lèi)生活生產(chǎn)、工作以及社會(huì)發(fā)展的前提下，盡可能減少對(duì)環(huán)境資源的損害與消耗，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)價(jià)值和社會(huì)利益之間最佳平衡為目標(biāo)而進(jìn)行的一種生產(chǎn)活動(dòng)。工業(yè)化與機(jī)械化水平不斷提升下，資源短缺以及環(huán)境惡化等問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)，在這樣的發(fā)展背景下，為了有效降低內(nèi)燃機(jī)等機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中廢水、廢渣等廢料的產(chǎn)生，減少污染源，有必要充分認(rèn)識(shí)綠色設(shè)計(jì)在內(nèi)燃機(jī)等機(jī)械設(shè)計(jì)制造中應(yīng)用的獨(dú)特之處，基于綠色環(huán)保視角與理念探索內(nèi)燃機(jī)等機(jī)械設(shè)計(jì)制造的新路徑。

1? 機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的綠色設(shè)計(jì)

綠色設(shè)計(jì)是以保護(hù)環(huán)境為前提，在可持續(xù)發(fā)展的指導(dǎo)下，從人與自然、環(huán)境與社會(huì)等方面進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的最大化。在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造中，綠色設(shè)計(jì)理念與原則是指以環(huán)境資源為核心，充分考慮環(huán)境與經(jīng)濟(jì)間的關(guān)系，綜合考慮成本與環(huán)境等相關(guān)因素，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有材料的充分利用減少資源浪費(fèi)等問(wèn)題，在機(jī)械產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)減少對(duì)社會(huì)與環(huán)境的影響，促進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造的新型環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展。目前綠色設(shè)計(jì)主要遵循“3R”原則，Reduce、Reuse、Recycle，即減少環(huán)境污染、減少能源消耗、產(chǎn)品或零部件的回收再利用。

在內(nèi)燃機(jī)等機(jī)械設(shè)計(jì)與制造中，設(shè)計(jì)階段在確保內(nèi)燃機(jī)等機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)符合標(biāo)準(zhǔn)的前提下，兼顧考慮質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等因素，設(shè)計(jì)中充分考慮最終階段的產(chǎn)品或零部件回收循環(huán)和再利用，例如拆卸設(shè)計(jì)，以確保內(nèi)燃機(jī)等機(jī)械產(chǎn)品的環(huán)境和資源特性;設(shè)計(jì)制造者應(yīng)具有節(jié)約和環(huán)保意識(shí)，在內(nèi)燃機(jī)等機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)綠色設(shè)計(jì)制造，充分利用資源，盡量避免零部件等資源的浪費(fèi);應(yīng)不斷改革和創(chuàng)新傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造方法，遵循綠色設(shè)計(jì)法則。

2? 綠色設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用必要性

2.1 機(jī)械行業(yè)發(fā)展的需要

在工業(yè)化、機(jī)械化發(fā)展的推動(dòng)下，能源問(wèn)題成為制約工業(yè)發(fā)展的重要因素，為實(shí)現(xiàn)工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，需貫徹落實(shí)和推進(jìn)綠色設(shè)計(jì)，改善能源消耗與資源浪費(fèi)，擯棄傳統(tǒng)高消耗、高污染機(jī)械設(shè)計(jì)方式。比如在內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)中，常出現(xiàn)柴油分子霧化不良、燃燒不充分等現(xiàn)象，造成能源大量浪費(fèi)的同時(shí)污染環(huán)境，可以通過(guò)合理應(yīng)用綠色設(shè)計(jì)法，在內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中在機(jī)車(chē)柴油箱輸油管道外側(cè)配置電熱裝置，利用妨害材料進(jìn)行包裹，安裝WLS-TJ環(huán)保型機(jī)車(chē)柴油節(jié)油器等，改善內(nèi)燃機(jī)燃油霧化性能，充分發(fā)揮綠色設(shè)計(jì)的環(huán)保作用。

2.2 社會(huì)發(fā)展的需要

綠色設(shè)計(jì)是啟動(dòng)綠色發(fā)展的第一杠桿，也是綠色發(fā)展的靈魂，是在深刻認(rèn)識(shí)人與自然關(guān)系基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)自然資源持續(xù)利用、生態(tài)環(huán)境持續(xù)改善、生產(chǎn)設(shè)計(jì)科技含量不斷提升的現(xiàn)代設(shè)計(jì)潮流。在工業(yè)設(shè)計(jì)不斷商業(yè)化的發(fā)展趨勢(shì)下，設(shè)計(jì)成為鼓動(dòng)人們無(wú)節(jié)制消費(fèi)的重要介質(zhì)，環(huán)境污染與能源消耗問(wèn)題日益加重。內(nèi)燃機(jī)在國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展中占據(jù)著不可替代的地位，優(yōu)化升級(jí)傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)方式，利用綠色設(shè)計(jì)理念保證機(jī)械設(shè)計(jì)的低碳與環(huán)保重要程度不言而喻，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中高度融入綠色設(shè)計(jì)法可以極大程度減少機(jī)械設(shè)計(jì)制造對(duì)環(huán)境造成的污染，促進(jìn)社會(huì)環(huán)境的良好發(fā)展。

2.3 生態(tài)保護(hù)的需要

可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)安全、環(huán)境友好是綠色設(shè)計(jì)的總要求，工業(yè)化的過(guò)度商業(yè)化致使固體廢棄物、水污染、噪聲污染等大量污染源被動(dòng)產(chǎn)生，嚴(yán)重破壞了人與自然間的和諧發(fā)展。運(yùn)用綠色設(shè)計(jì)法克服傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的不足，從機(jī)械產(chǎn)品的概念形成到生產(chǎn)制造、使用、廢棄后的產(chǎn)品回收、重復(fù)利用等各個(gè)階段貫徹推進(jìn)落實(shí)綠色設(shè)計(jì)理念，可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)的雙向推進(jìn)。以一臺(tái)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)為例，采用綠色設(shè)計(jì)理念的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)更多采用的是鋁合金等輕質(zhì)材料，在零部件模塊和結(jié)構(gòu)優(yōu)化上比傳統(tǒng)小排量汽油發(fā)動(dòng)機(jī)有了很大的突破，重量可以減輕20kg以上，燃油消耗也可以相對(duì)應(yīng)地下降10%左右，CO2排放量也可相對(duì)應(yīng)地減少，既滿足工業(yè)需求，又實(shí)現(xiàn)了對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。

3? 綠色設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的具體應(yīng)用

3.1 綠色材料的選擇和應(yīng)用

綠色材料是指在原料選取、產(chǎn)品制造使用、再循環(huán)利用、廢物處理等環(huán)節(jié)中實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)計(jì)與生態(tài)環(huán)境和諧共處且不會(huì)對(duì)人類(lèi)健康造成威脅的一種材料，在機(jī)械設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)低污染、低消耗。在內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，面對(duì)復(fù)雜且規(guī)模龐大的綠色原材料，設(shè)計(jì)者需從環(huán)保角度入手進(jìn)行篩選，避免在設(shè)計(jì)制造過(guò)程中因含有害物質(zhì)材料的使用對(duì)后期回收和環(huán)境產(chǎn)生不利影響。因此。在內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)制造的材料選取上，應(yīng)遵循綠色設(shè)計(jì)法，選擇與環(huán)境具有高兼容性的綠色環(huán)保材料，比如選用鋁合金、鎂合金、工程塑料等輕質(zhì)材料作為結(jié)構(gòu)材料，對(duì)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化;在模具材料的選擇方面，用物理腐蝕防護(hù)代替化學(xué)腐蝕防護(hù)，用對(duì)環(huán)境影響較小的鍍鎳磷代替電鍍鉻等，從原材料選取源頭上為機(jī)械設(shè)計(jì)制造奠定綠色設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

3.2 可拆卸性設(shè)計(jì)

機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械制造業(yè)的基礎(chǔ)與核心，是決定機(jī)械性能和壽命的重要因素。隨著工業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)復(fù)雜化，現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品使用的材料日益多樣化，機(jī)械零部件不可拆卸重復(fù)利用會(huì)造成大量的資源浪費(fèi)，并且加劇廢棄物處理難度，在傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)與制造中，更多的是關(guān)注零件的相容性，而很少考慮產(chǎn)品的可拆卸性。而在機(jī)械綠色設(shè)計(jì)制造中，可拆卸性是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，可以有效節(jié)約資源，實(shí)現(xiàn)資源的再利用。因此，將可拆卸性作為機(jī)械設(shè)計(jì)制造的重要衡量與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，可以使產(chǎn)品報(bào)廢后可以好到相匹配的零部件，便于材料與零部件的循環(huán)使用與回收。其中可拆卸原則設(shè)計(jì)主要包含實(shí)現(xiàn)零部件的多功能性、避免因材料零件損壞的相互作用而造成的設(shè)計(jì)缺陷、減小零件的多樣性等。盡量避免采用焊接、鉚接等鏈接方式，在機(jī)械設(shè)計(jì)階段融入成熟的拆卸方式，盡量采用螺紋連接、鏈接等，便于后期機(jī)械產(chǎn)品的拆卸，既便于機(jī)械產(chǎn)品的組合又便于拆卸，深刻融入綠色設(shè)計(jì)法的綠色設(shè)計(jì)理念。

3.3 綠色設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)

機(jī)械產(chǎn)品的綠色設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)需明確產(chǎn)品生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，做好產(chǎn)品評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范，在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮各方面因素的影響，從綠色理念層面著手設(shè)計(jì)制造，針對(duì)具體機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造制定產(chǎn)品評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范，以此作為機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)制造完成后的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。以?xún)?nèi)燃機(jī)為例，在進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)綠色設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)定相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，比如內(nèi)燃機(jī)質(zhì)量管理體系應(yīng)當(dāng)按照GB/T19001要求編制;能源屬性應(yīng)按照GB/T23331要求編制;污染排放物應(yīng)達(dá)到國(guó)家和地方污染物排放標(biāo)準(zhǔn);應(yīng)按照GB/T24256開(kāi)展內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)工作;確保內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品的耐用性、模塊化和可維修性、可拆卸性、易回收性、可再制造性等;內(nèi)燃機(jī)燃料類(lèi)型可再利用率需超過(guò)85%;內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品尿素燃料消耗比為6.5%等。通過(guò)相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)的綠色設(shè)計(jì)制造與綠色生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

3.4 綠色設(shè)計(jì)制造技術(shù)

微量潤(rùn)滑技術(shù)開(kāi)始時(shí)多用于鑄件加工領(lǐng)域，隨著時(shí)間的推移，在鋼件和鋁制件中的應(yīng)用日益增多，這項(xiàng)融入了綠色設(shè)計(jì)制造理念的先進(jìn)技術(shù)可以為機(jī)械設(shè)計(jì)制造創(chuàng)造潔凈的工作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)“綠色”生產(chǎn)。以某內(nèi)燃機(jī)缸蓋生產(chǎn)線為例，單臺(tái)加工中心大約需要400L/min冷卻潤(rùn)滑液進(jìn)行循環(huán)，而20臺(tái)機(jī)床則需8000L/min冷卻潤(rùn)滑液完成循環(huán)，計(jì)算可知生產(chǎn)一個(gè)缸蓋消耗量約4.3L，而采取微量潤(rùn)滑技術(shù)僅需10mL以下即可，可以有效地節(jié)省資源，而且可以明顯地降低水的消耗，省去冷卻潤(rùn)滑液系統(tǒng)回路的循環(huán)泵，大大降低制造過(guò)程中的總能耗，在生產(chǎn)制造過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了綠色設(shè)計(jì)方法。

4? 總結(jié)

綜上所述，綠色設(shè)計(jì)法為內(nèi)燃機(jī)等機(jī)械設(shè)計(jì)制造提供了新的發(fā)展契機(jī)，綠色設(shè)計(jì)理念集成了資源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)等多方面的優(yōu)勢(shì)，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造發(fā)展具有重要推動(dòng)作用。綠色設(shè)計(jì)法在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中還處于不斷探索和深入的過(guò)程，只有在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中充分考慮人與自然、社會(huì)與環(huán)境間的因素，深入探索綠色設(shè)計(jì)法，明確保護(hù)環(huán)境的設(shè)計(jì)理念，才能制造出壽命更長(zhǎng)久、質(zhì)量更高、污染更小的機(jī)械產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造的可持續(xù)發(fā)展。

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