绿色设计在机械设计制造中的应用_赵永燕.pdf

第 50 卷第 2 期 农业工程与装备 2023 年 4 月Vol.50 No.2 AGRICULTURAL ENGINEERING AND EQUIPMENTApr.2023 绿色设计在机械设计制造中的应用 赵永燕(新乡职业技术学院，河南 新乡 453000)摘 要：国民经济的发展和社会活动的开展与机械设备的应用息息相关。将绿色设计理念融入机械设备设计制造的整个过程，使机械设备具备节能减排、便于拆装、可循环使用等产品属性，不但符合我国可持续发展的理念，也是机械设计制造行业转型和升级的关键。关 键 词：绿色设计；机械设计制造；应用 中图分类号：TH122 文献标志码：A 文章编号：20968736(2023)02003703 The application of green design in mechanical design and manufacturing ZHAO Yongyan (Xinxiang Vocational and Technical College,Xinxiang,Henan 453000,China)【Abstract】The development of the national economy and the implementation of social activities are closely related to the application of mechanical equipment.Integrating the concept of green design into the entire cycle of mechanical equipment design and manufacturing,It is enabling mechanical equipment to have environmental attributes such as energy conservation,emission reduction,easy disassembly,and recyclability,which not only conforms to the concept of sustainable development in China but also serves as a key to the transformation and upgrading of the mechanical design and manufacturing industry.【Keywords】green design;mechanical design and manufacturing;application 绿色设计是以实现资源的高效利用和环境的生态保护为目标的一种设计理念，设计人员在机械设计和制造过程中遵循“3R”原则(Reduce、Reuse、Recycle)，充分平衡经济发展与环境保护之间的矛盾，以使机械设备具备节能减排、便于拆装、可循环使用等产品属性为设计目标，减少资源的消耗，减轻对环境的影响。在实现我国经济可持续发展的时代背景下，将绿色设计理念融入到机械设计制造的整个过程，实现工业生产与环境保护的有机结合，提高资源的利用率，不但可以有效缓解由工业发展带来的能源紧缺、环境污染等一系列问题，而且可实现经济效益、生态效益、社会效益三者的协同发展。作者简介：赵永燕(1986)，女，河南新乡人，大学本科，助教，主要研究方向为机电一体化。1 绿色设计应用的意义 1.1 推动行业发展和升级 我国机械制造行业经过几十年的发展取得了举世瞩目的成就，但发展方式粗放、资源利用率偏低、环境污染严重已成为制约行业转型和升级的关键因素。目前，我国工业增加值能耗是美国的 3.5倍、日本的 5.3 倍、英国的 7.7 倍、德国的 8 倍，应用绿色设计理念完成机械设备的升级和优化对降低我国工业生产的能耗尤为关键。现阶段，我国工业面发展临着核心技术受制于人、产品附加值低、企业竞争力偏弱、转型升级缓慢、生产资源紧缺等困境，全面推动绿色设计在机械制造行业中的应用，改变工业过度依赖资源消耗、依赖低成本竞争、依赖高能耗高排放发展的传统“傻大黑粗”模式，通过绿色设计改良产品基因，38 农业工程与装备 2023 年 4 月 提高产品的科技含量；通过绿色设计实现节能减排，提高资源的利用率，构建良好的生态关系不但符合工业未来的发展趋势，更是我国机械制造行业发展和升级的关键 1。1.2 提高资源利用率和保护生态环境 我国是工业大国，也是资源消耗大国，目前工业生产需要的 45 种战略资源中有 22 种高度依赖进口。统计显示，2022 年，我国铁矿石和石油对外依存度分别为 82.3%和 73.5%，除了这两大战略资源外，铬、钴、铂、钾盐、金刚石等资源也大量需要进口。我国工业粗放的发展模式造成了资源利用率不高，还产生了大量的废气、废料、废水，严重影响了生态环境。绿色设计强调资源的高效利用，利用科技手段对传统工业机械设备进行优化和升级，秉承绿色环保的理念实现低碳生产，构建人与自然和谐的生产关系。应用绿色设计完成传统工业机械设备的优化和升级，可提高资源利用率，缓解我国资源紧张的压力，还能减少工业污染物的排放量，保护生态环境。2 绿色设计在机械设计制造中的应用 2.1 绿色材料的选择和应用 材料的选择和应用是提升机械设备综合性能的关键，一般包括综合分析、对比筛选、可行性测试、替换测试、回收测试等环节。综合分析是指设计人员结合机械设备的性能要求和运行参数，列出与之匹配适用的材料种类。对比筛选是针对材料种类，从经济性、环保性等方面进行二次比对，在满足行业环保标准的前提下，尽量使用高硬度低重量的铝合金、镁合金、低密度树脂等环保材料，在减轻环境污染的同时保证机器设备的性能2。可行性测试是通过建模测试机械设备虚拟样机的运行参数，在此过程中还可进行替换测试，对比使用不同材料和工序带来的节能环保效果。例如在模具材料的替换测试中，可以将传统的化学防腐法转换为物理防腐法，以对环境影响较小的镀镍磷防腐材料代替电镀铬等化学材料。回收测试是分析机械设备拆装或回收时材料是存在性能衰减过大、拆装损耗过多、回收使用不便等问题。2.2 可拆卸设计 机械设备的可拆卸性设计是绿色设计的核心理念之一，设计人员需要在保证设备性能的前提下，以简化设备结构，提升零部件多功能性，提高零部件回收性，保证维修保养的便利性为目标，对设备的结构、零部件的配合方式、零部件的种类进行整体规划和设计3。随着工业的发展，机械设备的结构越来越复杂，传统的设计理念一般以提升机械设备的运行效率为首要目标，而对易拆卸性的设计不够重视。目前大部分机械设备发生故障后要进行拆卸才能检修，不但耗时费力，而且容易损坏零部件。机械设备的易拆卸性设计不但利于设备的维修保养，还可以实现设备零部件之间的互换和互用，既提升了设备的维修效率，又节约了维修成本。设计人员在进行设计时首先要对产品功能进行总结分类，通过合并相同或相似功能，简化设备结构；其次在保证设备综合性能的前提下，尽可能减少设备结构的层次，简化零部件的结构，优化零部件之间的配合方式，对易发生局部耗损的贵重件应设计成可拆卸的组合件，减少反复调校次数；最后要合理设置零部件的位置，减少连接件、固定件的使用，以尽量减少维修时需要拆卸、移动零部件的数量。2.3 可视化设计 机械设备系统操作界面的可视化设计是以提高操作界面的人机交互性、提升操作的便捷性、简化设备操作流程为目的，从优化操作环境着手，实现节能减排。设计人员应用绿色设计理念进行机械设备操作系统的可视化设计，首先要保证操作系统能直观地展示机械设备的运行参数和运行逻辑，并以功能、任务、环境模型等形式显示机械设备各部件的功能，降低工作人员操作失误的概率；其次是要充分考虑到设备的使用环境，结合用户的操作习惯、心理需求，对操作系统界面进行简化，有效拓展机械设备的兼容性能，例如对图标和任务完成分类整合，给常用操作设置快捷按键，提升操作的便利性。第 50 卷第 2 期 赵永燕 绿色设计在机械设计制造中的应用 39 3 结语 我国是工业大国，也是资源消耗大国，目前工业生产中大量的资源高度依赖进口。工业生产粗放的发展模式导致资源利用率不高，产生了大量的废气、废料、废水，不但影响了生态环境，还对经济发展造成了阻碍。全面推动绿色设计在机械制造行业中的应用，对传统工业机械设备进行优化和升级，使机械设备具备节能减排、便于拆装、可循环使用等属性，不但可改变我国工业过度依赖资源消耗、依赖低成本竞争、依赖高能耗高排放的发展模式，缓解经济发展与环境保护之间的矛盾，还可有效提高资源的利用率，解决能源紧缺、环境污染等问题，实现经济效益、生态效益、社会效益三者的协同发展。参考文献 1 朱静.新时期机械设计与制造中的绿色设计法探析J.内燃机与配件,2021(6):174-175.2 邹文.机械设计与制造中的绿色设计法探讨J.现代物业(中旬刊),2019(7):42.3 李志春,张路得.基于绿色设计的多功能童车设计研究J.包装工程,2017,38(20):169-173.责任编辑：阳湘晖 英文编辑：吴志立 （上接第 36 页）A/D 转换器将模拟量转换成数字量，经系统分析运算后，再由 D/A 转换器转换成模拟量完成输出。在整个模拟量控制的过程中，信号转换的速度和精度直接影响着控制效果。PLC 技术有强大的数字处理功能，不但能够对数字进行加减乘除等基础运算，而且还可完成开方、浮点、插值等高级运算，可有效提高信号转换的速度和精度，还可同时实现开关量控制 4。3 PLC 技术在机电自动化控制系统中应用的发展趋势 近年来，随着工业的自动化、智能化发展，通用性的 PLC 技术和产品已经难以满足多元化的生产需求。随着智能工厂的普及、物联网的发展，工业物联网的应用已成为大势所趋，未来 PLC 技术在物联网等方面的相关应用将更受用户青睐。IT 与 OT 技术的融合发展，对机电控制系统终端设备的通信功能提出了更高的要求，未来 PLC 技术不但要实现控制器之间的通信，还要实现控制器与其它智能设备的通信，因此进一步提升设备的兼容性、稳定性，完成设备的微型化、集成化、智能化升级，将是 PLC 技术未来主要的应用方向5。4 结语 PLC 技术由于具有应用灵活、维护简便、可靠性高、抗干扰性能强等优势被广泛应于机电自动化控制系统中。随着工业的自动化、智能化发展，通用性的 PLC 技术和产品已经难以满足多元化的生产需求，充分结合先进科学技术的优势，进一步拓展PLC 技术在机电自动化控制系统中的应用场景，对于推动我国工业的自动化、智能化发展有重要意义。参考文献 1 唐培伟,李昕.PLC 技术在机电自动化控制中的应用探究J.内燃机与配件,2021(22):226-227.2 杨云舟.PLC 技术在自动化控制中的应用分析J.集成电路应用,2021,38(11):54-55.3 赵永涛.传感器技术在机电自动化控制中的应用J.时代汽车,2021(22):171-172.4 李学鹏.PLC 技术在电气工程自动化控制中的应用J.数字通信世界,2021(11):39-40.5 张涛.PLC技术在电气工程及其自动化控制中的应用分析J.中国设备工程,2021(20):210-211.责任编辑：阳湘晖 英文编辑：吴志立