杨祥和 YANG Xiang-he

摘要： 合理使用机械产品可以有效提高工程质量和工作效率，机械化水平的不断提高，致使机械设备大幅度增加。随着人们环保意识的增强，机械制造业环境问题越来越受到重视。机械产品的不科学生产会产生大量废弃物，成为环境污染源头。为促进机械制造业的可持续发展，迫切需要将低碳环保和节约资源的现代绿色设计理念融入机械产品设计与制造中。基于此，本次针对绿色设计法在内燃机等机械设计制造中的应用必要性与具体应用展开分析和探讨。

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.

关键词： 机械设计制造;绿色设计法;内燃机;具体应用

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

中图分类号：TH161+.21             文献标识码：A              文章编号：1674-957X（2021）22-0216-02

0  引言

现如今，绿色设计与轻量化已成为内燃机等机械设计制造的一种趋势。绿色设计是在可持续发展观念下，将资源利用与环境友好性有机结合起来，在满足人类生活生产、工作以及社会发展的前提下，尽可能减少对环境资源的损害与消耗，从而实现经济效益、生态价值和社会利益之间最佳平衡为目标而进行的一种生产活动。工业化与机械化水平不断提升下，资源短缺以及环境恶化等问题逐渐显现，在这样的发展背景下，为了有效降低内燃机等机械设计过程中废水、废渣等废料的产生，减少污染源，有必要充分认识绿色设计在内燃机等机械设计制造中应用的独特之处，基于绿色环保视角与理念探索内燃机等机械设计制造的新路径。

1  机械设计制造中的绿色设计

绿色设计是以保护环境为前提，在可持续发展的指导下，从人与自然、环境与社会等方面进行科学规划，实现经济效益和生态效益的最大化。在机械设计与制造中，绿色设计理念与原则是指以环境资源为核心，充分考虑环境与经济间的关系，综合考虑成本与环境等相关因素，通过对现有材料的充分利用减少资源浪费等问题，在机械产品整个生命周期内减少对社会与环境的影响，促进机械设计制造的新型环保与可持续发展。目前绿色设计主要遵循“3R”原则，Reduce、Reuse、Recycle，即减少环境污染、减少能源消耗、产品或零部件的回收再利用。

在內燃机等机械设计与制造中，设计阶段在确保内燃机等机械产品设计符合标准的前提下，兼顾考虑质量、经济、环境等因素，设计中充分考虑最终阶段的产品或零部件回收循环和再利用，例如拆卸设计，以确保内燃机等机械产品的环境和资源特性;设计制造者应具有节约和环保意识，在内燃机等机械产品生产周期内实现绿色设计制造，充分利用资源，尽量避免零部件等资源的浪费;应不断改革和创新传统机械设计制造方法，遵循绿色设计法则。

2  绿色设计在机械设计制造中的应用必要性

2.1 机械行业发展的需要

在工业化、机械化发展的推动下，能源问题成为制约工业发展的重要因素，为实现工业的可持续发展，需贯彻落实和推进绿色设计，改善能源消耗与资源浪费，摈弃传统高消耗、高污染机械设计方式。比如在内燃机设计中，常出现柴油分子雾化不良、燃烧不充分等现象，造成能源大量浪费的同时污染环境，可以通过合理应用绿色设计法，在内燃机设计过程中在机车柴油箱输油管道外侧配置电热装置，利用妨害材料进行包裹，安装WLS-TJ环保型机车柴油节油器等，改善内燃机燃油雾化性能，充分发挥绿色设计的环保作用。

2.2 社会发展的需要

绿色设计是启动绿色发展的第一杠杆，也是绿色发展的灵魂，是在深刻认识人与自然关系基础上，实现自然资源持续利用、生态环境持续改善、生产设计科技含量不断提升的现代设计潮流。在工业设计不断商业化的发展趋势下，设计成为鼓动人们无节制消费的重要介质，环境污染与能源消耗问题日益加重。内燃机在国家战略发展中占据着不可替代的地位，优化升级传统工业机械设计方式，利用绿色设计理念保证机械设计的低碳与环保重要程度不言而喻，在机械设计制造中高度融入绿色设计法可以极大程度减少机械设计制造对环境造成的污染，促进社会环境的良好发展。

2.3 生态保护的需要

可持续发展、生态安全、环境友好是绿色设计的总要求，工业化的过度商业化致使固体废弃物、水污染、噪声污染等大量污染源被动产生，严重破坏了人与自然间的和谐发展。运用绿色设计法克服传统设计的不足，从机械产品的概念形成到生产制造、使用、废弃后的产品回收、重复利用等各个阶段贯彻推进落实绿色设计理念，可以实现工业生产与环境保护的双向推进。以一台内燃发动机为例，采用绿色设计理念的内燃发动机更多采用的是铝合金等轻质材料，在零部件模块和结构优化上比传统小排量汽油发动机有了很大的突破，重量可以减轻20kg以上，燃油消耗也可以相对应地下降10%左右，CO2排放量也可相对应地减少，既满足工业需求，又实现了对生态环境的保护。

3  绿色设计在机械设计制造中的具体应用

3.1 绿色材料的选择和应用

绿色材料是指在原料选取、产品制造使用、再循环利用、废物处理等环节中实现生产设计与生态环境和谐共处且不会对人类健康造成威胁的一种材料，在机械设计和制造过程中可以实现低污染、低消耗。在内燃机动力机械设计制造中，面对复杂且规模庞大的绿色原材料，设计者需从环保角度入手进行筛选，避免在设计制造过程中因含有害物质材料的使用对后期回收和环境产生不利影响。因此。在内燃机设计制造的材料选取上，应遵循绿色设计法，选择与环境具有高兼容性的绿色环保材料，比如选用铝合金、镁合金、工程塑料等轻质材料作为结构材料，对内燃发动机的零部件进行结构优化;在模具材料的选择方面，用物理腐蚀防护代替化学腐蚀防护，用对环境影响较小的镀镍磷代替电镀铬等，从原材料选取源头上为机械设计制造奠定绿色设计基础。

3.2 可拆卸性设计

机械设计是机械制造业的基础与核心，是决定机械性能和寿命的重要因素。随着工业机械的设计复杂化，现代机械产品使用的材料日益多样化，机械零部件不可拆卸重复利用会造成大量的资源浪费，并且加剧废弃物处理难度，在传统的机械设计与制造中，更多的是关注零件的相容性，而很少考虑产品的可拆卸性。而在机械绿色设计制造中，可拆卸性是产品设计的重要内容之一，可以有效节约资源，实现资源的再利用。因此，将可拆卸性作为机械设计制造的重要衡量与评价标准，可以使产品报废后可以好到相匹配的零部件，便于材料与零部件的循环使用与回收。其中可拆卸原则设计主要包含实现零部件的多功能性、避免因材料零件损坏的相互作用而造成的设计缺陷、减小零件的多样性等。尽量避免采用焊接、铆接等链接方式，在机械设计阶段融入成熟的拆卸方式，尽量采用螺纹连接、链接等，便于后期机械产品的拆卸，既便于机械产品的组合又便于拆卸，深刻融入绿色设计法的绿色设计理念。

3.3 绿色设计规范标准

机械产品的绿色设计标准需明确产品生产标准，做好产品评价技术规范，在设计时充分考虑各方面因素的影响，从绿色理念层面着手设计制造，针对具体机械产品的设计制造制定产品评价技术规范，以此作为机械产品生产制造完成后的检验标准。以内燃机为例，在进行内燃机绿色设计制造过程中，应设计规定相应的规范标准，比如内燃机质量管理体系应当按照GB/T19001要求编制;能源属性应按照GB/T23331要求编制;污染排放物应达到国家和地方污染物排放标准;应按照GB/T24256开展内燃机产品绿色设计工作;确保内燃机产品的耐用性、模块化和可维修性、可拆卸性、易回收性、可再制造性等;內燃机燃料类型可再利用率需超过85%;内燃机产品尿素燃料消耗比为6.5%等。通过相应的规范标准实现内燃机的绿色设计制造与绿色生产标准规范。

3.4 绿色设计制造技术

微量润滑技术开始时多用于铸件加工领域，随着时间的推移，在钢件和铝制件中的应用日益增多，这项融入了绿色设计制造理念的先进技术可以为机械设计制造创造洁净的工作环境，实现“绿色”生产。以某内燃机缸盖生产线为例，单台加工中心大约需要400L/min冷却润滑液进行循环，而20台机床则需8000L/min冷却润滑液完成循环，计算可知生产一个缸盖消耗量约4.3L，而采取微量润滑技术仅需10mL以下即可，可以有效地节省资源，而且可以明显地降低水的消耗，省去冷却润滑液系统回路的循环泵，大大降低制造过程中的总能耗，在生产制造过程中实现了绿色设计方法。

4  总结

综上所述，绿色设计法为内燃机等机械设计制造提供了新的发展契机，绿色设计理念集成了资源节约、环境保护等多方面的优势，对机械设计制造发展具有重要推动作用。绿色设计法在机械设计制造中还处于不断探索和深入的过程，只有在机械设计制造中充分考虑人与自然、社会与环境间的因素，深入探索绿色设计法，明确保护环境的设计理念，才能制造出寿命更长久、质量更高、污染更小的机械产品，实现机械设计制造的可持续发展。

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