第6章面向可持续发展的绿色制造PPT课件

1、第六章第六章 面向可持续发展的绿色制造面向可持续发展的绿色制造第1页/共74页6.1 绿色制造绿色制造 1. 1. 绿色制造的概念 绿色制造又称为绿色制造又称为环境意识制造和面向环境的制造环境意识制造和面向环境的制造，是一个是一个综合考虑环境影响综合考虑环境影响和和资源消耗资源消耗的的现代制造模式现代制造模式。其。其目标是使产品从目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处设计、制造、包装、运输、使用到报废处理理的的整个生命周期整个生命周期，对，对环境负面影响环境负面影响最小、最小、资源利用率资源利用率最最高，并使高，并使企业经济效益和社会效益企业经济效益和社会效益协调协调优化优化。第2

2、页/共74页6.1.1 6.1.1 绿色制造的概念、内涵和发展绿色制造的概念、内涵和发展 绿色制造涉及的问题领域有三部分：绿色制造涉及的问题领域有三部分： （1 1）制造问题制造问题，包括产品生命周期全过程。，包括产品生命周期全过程。 （2 2）环境保护问题环境保护问题。 （3 3）资源优化利用问题资源优化利用问题。 绿色制造就是这三部分绿色制造就是这三部分内容交叉内容交叉，如图，如图6-16-1所示。所示。第3页/共74页6.1.1 6.1.1 绿色制造的概念、内涵和发展绿色制造的概念、内涵和发展 2. 2. 绿色制造的内涵 1）绿色制造是）绿色制造是“大制造大制造” 绿色制造中的绿色制造中

3、的“制造制造”涉及到产品涉及到产品整个生命周期整个生命周期，因而，因而同计算机集成制造、敏捷制造等概念中的同计算机集成制造、敏捷制造等概念中的“制造制造”一样，是一样，是一个一个“大制造大制造”概念概念。 2）绿色制造范围广）绿色制造范围广 绿色制造涉及的范围非常广泛。包括绿色制造涉及的范围非常广泛。包括机械、电子、食品、机械、电子、食品、化工、军工化工、军工等，几乎覆盖整个等，几乎覆盖整个工业领域工业领域。 3）绿色制造重视资源和环境问题）绿色制造重视资源和环境问题 资源问题、环境问题、人口问题资源问题、环境问题、人口问题是当今人类社会面临的三是当今人类社会面临的三大主要问题。绿色制造从制造

4、系统工程的观点出发，是一种大主要问题。绿色制造从制造系统工程的观点出发，是一种充分考虑前两大问题的一种充分考虑前两大问题的一种现代制造模式现代制造模式，是充分考虑，是充分考虑制造制造业资源和环境问题的业资源和环境问题的复杂的复杂的系统工程系统工程问题。问题。第4页/共74页6.1.1 6.1.1 绿色制造的概念、内涵和发展绿色制造的概念、内涵和发展 3. 3. 绿色制造的研究现状 1）国外绿色制造研究现状）国外绿色制造研究现状 在在美国美国，从一些国家重点实验室到国家研究中心，从东，从一些国家重点实验室到国家研究中心，从东海岸的麻省理工学院到西海岸的海岸的麻省理工学院到西海岸的Berkeley

5、 加州大学，加州大学，大量的大量的研究工作正在进行研究工作正在进行。 在在欧洲欧洲，国际生产工程学会（国际生产工程学会（CIRP）近几年均有大量论近几年均有大量论文对文对绿色制造和多生命周期工程绿色制造和多生命周期工程等本质问题进行研究。英国等本质问题进行研究。英国CFSD（the center for sustainable design）对）对生态设计、可持生态设计、可持续性产品设计续性产品设计等进行了集中研究，并开展了有关的教育工作，等进行了集中研究，并开展了有关的教育工作，发行了发行了The Journal of Sustainable Product Design杂志。杂志。第5页/

6、共74页6.1.1 6.1.1 绿色制造的概念、内涵和发展绿色制造的概念、内涵和发展 国际电子电器工程师协会（国际电子电器工程师协会（IEEE）和和日本生态设计日本生态设计（EcoDesign）协会）协会联合发起，在松下、索尼、联合发起，在松下、索尼、IBM、丰田等、丰田等多家跨国公司赞助下，多家跨国公司赞助下，International Symposium on Environmentally Conscious Design and Inverse Manufacturing国际研讨会迄今已成功举办了国际研讨会迄今已成功举办了3届，对届，对环境意环境意识制造和逆向制造技术识制造和逆向制造技

7、术展开了讨论。欧洲、日本、美国等发展开了讨论。欧洲、日本、美国等发达国家的许多跨国公司都制定了达国家的许多跨国公司都制定了绿色制造实施目标和措施绿色制造实施目标和措施，开展开展节能、降耗、产品生命周期评估（节能、降耗、产品生命周期评估（LCA）、环境审核、）、环境审核、绿色产品开发绿色产品开发等具体工作。等具体工作。 第6页/共74页6.1.1 6.1.1 绿色制造的概念、内涵和发展绿色制造的概念、内涵和发展 2）国内绿色制造研究现状）国内绿色制造研究现状 重庆大学和武汉科技大学重庆大学和武汉科技大学合作，承担了合作，承担了国家国家863项目项目（“绿色制造的资源流模型和实施关键技术研究绿色制

8、造的资源流模型和实施关键技术研究”、“绿色绿色制造的集成运行模式和使用评估技术制造的集成运行模式和使用评估技术”、“面向绿色制造的面向绿色制造的工艺规划关键使能技术及应用支持系统研究工艺规划关键使能技术及应用支持系统研究”等）和国家自等）和国家自然科学基金项目（然科学基金项目（“绿色制造的理论体系和决策支持技术研绿色制造的理论体系和决策支持技术研究究”、“制造系统资源消耗模型和资源消耗特性的研究制造系统资源消耗模型和资源消耗特性的研究”等），初步等），初步建立了绿色制造的理论体系和技术体系建立了绿色制造的理论体系和技术体系，对制造，对制造系统物料和能源、资源优化利用以及面向绿色制造的工艺规系统

9、物料和能源、资源优化利用以及面向绿色制造的工艺规划方面进行较为深入的研究，开发了一套划方面进行较为深入的研究，开发了一套“面向绿色制造的面向绿色制造的工艺规划应用支持系统工艺规划应用支持系统（著作权登记号：（著作权登记号：2003SR9386）”，并在中国现代集成制造系统网络中开辟了绿色制造专题。并在中国现代集成制造系统网络中开辟了绿色制造专题。第7页/共74页6.1.1 6.1.1 绿色制造的概念、内涵和发展绿色制造的概念、内涵和发展 清华大学、机械科学研究院、上海交通大学、装甲兵工清华大学、机械科学研究院、上海交通大学、装甲兵工程学院以及其他高校和研究机构，如合肥工业大学、华中科程学院以及

10、其他高校和研究机构，如合肥工业大学、华中科技大学等对技大学等对绿色制造的理论体系、专题技术绿色制造的理论体系、专题技术等也进行了不少等也进行了不少的研究。的研究。第8页/共74页6.1.1 6.1.1 绿色制造的概念、内涵和发展绿色制造的概念、内涵和发展 4. 4. 绿色制造发展趋势 1）绿色制造正朝着）绿色制造正朝着标准化、政策化、法律化标准化、政策化、法律化的方向发展的方向发展 2） “绿色贸易壁垒绿色贸易壁垒”促使着绿色制造技术的促使着绿色制造技术的全球化发展全球化发展 3）绿色制造技术的）绿色制造技术的集成特性集成特性愈来愈突出愈来愈突出 主要表现在以下几个方面：主要表现在以下几个方面

11、： （1）效益目标集成效益目标集成 ； （2）组织模式集成组织模式集成 ； （3）技术集成技术集成 ； （4）绿色产品制造业正带动着传统产业的）绿色产品制造业正带动着传统产业的更新换代更新换代； （5）绿色制造带来的）绿色制造带来的新兴产业新兴产业正在兴起。正在兴起。第9页/共74页6.1.2 6.1.2 绿色制造的内容体系绿色制造的内容体系 绿色制造作为一种先进制造模式，它强调在绿色制造作为一种先进制造模式，它强调在产品生命周产品生命周期全过程期全过程中采取中采取绿色措施绿色措施，从而尽可能地减少产品在整个生，从而尽可能地减少产品在整个生命周期中对命周期中对环境和人体健康环境和人体健康的的负

12、面影响负面影响，提高，提高资源和能源的资源和能源的利用率利用率，所谓产品生命周期全过程，是指从地球环境（土地、，所谓产品生命周期全过程，是指从地球环境（土地、空气和海洋）中提取材料，加工制造成产品，并流通给消费空气和海洋）中提取材料，加工制造成产品，并流通给消费者使用。产品报废后经者使用。产品报废后经拆卸、回收和再循环拆卸、回收和再循环将资源重新利用将资源重新利用的整个过程，如图的整个过程，如图6-2所示。所示。 第10页/共74页6.1.2 6.1.2 绿色制造的内容体系绿色制造的内容体系第11页/共74页6.1.2 6.1.2 绿色制造的内容体系绿色制造的内容体系 由图可以看出，绿色产品的

13、生命周期可大致分为五个阶由图可以看出，绿色产品的生命周期可大致分为五个阶段：段：原材料绿色制备阶段、产品绿色设计与清洁生产阶段、原材料绿色制备阶段、产品绿色设计与清洁生产阶段、产品的绿色流通阶段及产品绿色使用阶段及产品再资源化阶产品的绿色流通阶段及产品绿色使用阶段及产品再资源化阶段段。绿色制造谋求经济性的实现如下的产品生命周期环境协。绿色制造谋求经济性的实现如下的产品生命周期环境协调特性。调特性。 （1）节省资源与能源节省资源与能源 ； （2）良好的）良好的环境保护特性环境保护特性 ； （3）良好的）良好的劳动保护特性劳动保护特性。 第12页/共74页6.1.2 6.1.2 绿色制造的内容体系

14、绿色制造的内容体系 绿色制造的内容及其相互关系可以由图绿色制造的内容及其相互关系可以由图6-3表示。它包括表示。它包括绿色设计、清洁生产、绿色包装、绿色运输、再资源化技术绿色设计、清洁生产、绿色包装、绿色运输、再资源化技术及企业环境管理及企业环境管理等内容。其中，等内容。其中，绿色设计绿色设计是绿色制造的核心，是绿色制造的核心，它在企业硬件、软件、组织机构、管理模式的支持下，不断它在企业硬件、软件、组织机构、管理模式的支持下，不断地同产品生命周期的其他阶段以及外部环境因素交换信息，地同产品生命周期的其他阶段以及外部环境因素交换信息，通过通过信息的反馈信息的反馈与控制实现产品的与控制实现产品的清

15、洁生产、绿色消费清洁生产、绿色消费、绿绿色回收处理色回收处理及再利用。及再利用。 第13页/共74页6.1.2 6.1.2 绿色制造的内容体系绿色制造的内容体系第14页/共74页6.1.2 6.1.2 绿色制造的内容体系绿色制造的内容体系 绿色制造各部分的主要内容如下：绿色制造各部分的主要内容如下： 1）企业环境管理企业环境管理 企业可持续发展策略；企业可持续发展策略；ISO14000环境管理标准认证；环境管理标准认证；环境信息统计分析及综合管理；企业环境管理内审；环境信息统计分析及综合管理；企业环境管理内审；产品生命周期的废物管理；可回收件标志和管理等。产品生命周期的废物管理；可回收件标志和

16、管理等。 2）绿色设计绿色设计 绿色产品的技术、经济、环境模型；绿色设计中的绿色产品的技术、经济、环境模型；绿色设计中的材料选择技术；产品均衡寿命设计；产品长寿命设计；材料选择技术；产品均衡寿命设计；产品长寿命设计；节能设计；面向环境的设计；人机工程设计；可拆节能设计；面向环境的设计；人机工程设计；可拆卸性设计；面向环境的数据库系统开发技术；生命周期卸性设计；面向环境的数据库系统开发技术；生命周期评价；并行工程及人工智能的应用；绿色设计工具与平评价；并行工程及人工智能的应用；绿色设计工具与平台等。台等。第15页/共74页6.1.2 6.1.2 绿色制造的内容体系绿色制造的内容体系 3 3）清洁

17、生产清洁生产 生产过程能源优化利用；生产过程资源优化利用；生产过程能源优化利用；生产过程资源优化利用；生产过程环境状况检测；生产过程的劳动保护等。生产过程环境状况检测；生产过程的劳动保护等。 4 4）绿色包装绿色包装 包装材料的选择；包装结构；包装的清洁生产；包装材料的选择；包装结构；包装的清洁生产；包装物的再资源化技术等。包装物的再资源化技术等。 5 5）绿色运输绿色运输 最佳运输路线及运输方案设计；物料、仓储的优化最佳运输路线及运输方案设计；物料、仓储的优化设计；安装调试过程的节能；安装调试中的节省资源等。设计；安装调试过程的节能；安装调试中的节省资源等。第16页/共74页6.1.2 6.

18、1.2 绿色制造的内容体系绿色制造的内容体系 6）绿色材料绿色材料 可降解材料的开发；材料的轻量化设计；材料的可降解材料的开发；材料的轻量化设计；材料的长寿命设计；绿色材料的生命周期评价；绿色材料数据长寿命设计；绿色材料的生命周期评价；绿色材料数据库开发等。库开发等。 7）绿色能源绿色能源 可再生能源的应用；新能源的开发；传统能源的可再生能源的应用；新能源的开发；传统能源的清洁使用；能源的生命周期评价；绿色能源数据库开发清洁使用；能源的生命周期评价；绿色能源数据库开发等。等。 8）再资源化技术再资源化技术 废物管理系统；废物无公害处理；废物循环利用；废物管理系统；废物无公害处理；废物循环利用；

19、报废产品的拆卸及分类；报废产品及零件的再制造及重报废产品的拆卸及分类；报废产品及零件的再制造及重用等用等。第17页/共74页6.2 绿色设计绿色设计 绿色设计的绿色设计的过程和方法过程和方法如图如图6-46-4所示。主要包括以下所示。主要包括以下步步骤骤：第18页/共74页6.2.1 6.2.1 绿色设计的实施过程绿色设计的实施过程 1）初步设计初步设计 根据有关理论和历史资料，用根据有关理论和历史资料，用生命周期评价生命周期评价（Life Cycle Assessment，LCA）方法，分析待设计产品生命周期各个阶）方法，分析待设计产品生命周期各个阶段可能出现的环境影响因素。在此基础上，运用

20、段可能出现的环境影响因素。在此基础上，运用并行设计并行设计的的原理，在设计中全面考虑产品生命周期各阶段中产品的绿色原理，在设计中全面考虑产品生命周期各阶段中产品的绿色特性，并借助各种设计方法与理论，完成产品的初步设计。特性，并借助各种设计方法与理论，完成产品的初步设计。 2）详细设计详细设计 运用运用LCA模拟追踪模拟追踪所设计产品生命周期过程，评估设计所设计产品生命周期过程，评估设计方案的绿色特性，在此基础上，完成详细设计。方案的绿色特性，在此基础上，完成详细设计。 3）改进设计改进设计 根据评估结果，找出产品绿色特性问题所在，进行改进根据评估结果，找出产品绿色特性问题所在，进行改进设计，并

21、从产品生命周期的角度出发对产品绿色设计进行设计，并从产品生命周期的角度出发对产品绿色设计进行整整体优化体优化。第19页/共74页6.2.2 6.2.2 绿色设计与传统设计的区别绿色设计与传统设计的区别 绿色设计是指借助绿色设计是指借助产品生命周期产品生命周期中与产品相关的各类中与产品相关的各类信信息息（技术信息、环境协调性信息、经济信息），利用（技术信息、环境协调性信息、经济信息），利用并行设并行设计计等各种先进的理论，使设计出的产品具有先进的等各种先进的理论，使设计出的产品具有先进的技术性技术性、良好的良好的环境协调性环境协调性以及合理的以及合理的经济性经济性的一种系统设计方法。的一种系统设

22、计方法。绿色设计的内涵较传统设计丰富得多，主要表现在如下两方绿色设计的内涵较传统设计丰富得多，主要表现在如下两方面：面： （1）绿色设计将产品的生命周期拓展为从）绿色设计将产品的生命周期拓展为从原材料制备到原材料制备到产品报废产品报废后的后的回收处理及再利用回收处理及再利用，从而有助于真正实现产品，从而有助于真正实现产品“从摇篮到坟墓从摇篮到坟墓（Cradle to Grave）”的绿色化。的绿色化。 （2）绿色设计在系统论的基础上，利用并行工程的思想，）绿色设计在系统论的基础上，利用并行工程的思想，将将环境、安全性、能源、资源环境、安全性、能源、资源等因素集成到产品的设计活动等因素集成到产品

23、的设计活动当中，有助于实现产品生命周期中当中，有助于实现产品生命周期中“预防为主，治理为辅预防为主，治理为辅”的绿色设计战略，从根本上达到保护环境、保护人体健康和的绿色设计战略，从根本上达到保护环境、保护人体健康和优化利用资源与能源的目的。优化利用资源与能源的目的。第20页/共74页6.2.3 6.2.3 绿色设计的环境协调原则绿色设计的环境协调原则 1）资源利用最佳原则）资源利用最佳原则 （1）在资源选用时，应充分考虑资源的）在资源选用时，应充分考虑资源的再生能力再生能力，避免，避免因资源的不合理使用而加剧资源的因资源的不合理使用而加剧资源的稀缺稀缺和造成资源和造成资源枯竭枯竭危机，危机，从

24、而制约生产的从而制约生产的可持续发展可持续发展。因此，设计中应尽可能选择。因此，设计中应尽可能选择可可再生资源再生资源。 （2）在设计上，应尽可能保证资源在产品的整个生命周）在设计上，应尽可能保证资源在产品的整个生命周期中得到最大限度的利用，力争使期中得到最大限度的利用，力争使资源的回收利用和投入比资源的回收利用和投入比率趋于率趋于1。 （3）对于确因技术水平限制而不能回收、再生、重用的）对于确因技术水平限制而不能回收、再生、重用的废弃物，应能够废弃物，应能够自然降解自然降解，或便于安全的最终处理，以免，或便于安全的最终处理，以免增增加环境的负担加环境的负担。 第21页/共74页6.2.3 6

25、.2.3 绿色设计的环境协调原则绿色设计的环境协调原则 2）能量利用最佳原则）能量利用最佳原则 （1）在选用能源类型时，应尽可能选用太阳能、风能等）在选用能源类型时，应尽可能选用太阳能、风能等清洁型可再生能源清洁型可再生能源。优化能源结构，尽量减少汽油、煤油等。优化能源结构，尽量减少汽油、煤油等不可再生能源的使用，以有效不可再生能源的使用，以有效减缓能源危机减缓能源危机。 （2）通过设计，力求使产品全生命周期中能量消耗最少，）通过设计，力求使产品全生命周期中能量消耗最少，使使有效能量与总能耗之比趋于有效能量与总能耗之比趋于1，以减少能源的浪费。同时，以减少能源的浪费。同时，减少由于这些浪费的能

26、量造成的减少由于这些浪费的能量造成的振动、噪声、热辐射振动、噪声、热辐射以及以及电电磁波磁波等对等对环境产生污染环境产生污染。第22页/共74页6.2.3 6.2.3 绿色设计的环境协调原则绿色设计的环境协调原则 3）污染极小化原则）污染极小化原则 绿色设计应彻底抛弃传统的绿色设计应彻底抛弃传统的“先污染、后治理先污染、后治理”的末端的末端治理方式。在设计时，就充分考虑如何使产品在其全生命周治理方式。在设计时，就充分考虑如何使产品在其全生命周期中对环境的污染最小，考虑如何期中对环境的污染最小，考虑如何消除污染源消除污染源，从根本上消，从根本上消除污染。确保除污染。确保产品在其全生命周期中产生的

27、环境污染接近于产品在其全生命周期中产生的环境污染接近于零零，是绿色设计的理想目标。，是绿色设计的理想目标。 4）安全宜人化原则）安全宜人化原则 绿色设计不仅要求从产品的制造和使用环境以及产品的绿色设计不仅要求从产品的制造和使用环境以及产品的质量和可靠性等方面，考虑如何确保生产者和使用者的安全，质量和可靠性等方面，考虑如何确保生产者和使用者的安全，而且还要求产品符合而且还要求产品符合人机工效学人机工效学、美学美学等有关原理，以使产等有关原理，以使产品安全可靠、操作性好、舒适宜人。也就是说，绿色设计不品安全可靠、操作性好、舒适宜人。也就是说，绿色设计不仅要求所设计的产品在其全生命周期过程中对人们的

28、身心健仅要求所设计的产品在其全生命周期过程中对人们的身心健康造成伤害最小，还要求给产品的生产者和使用者提供康造成伤害最小，还要求给产品的生产者和使用者提供舒适舒适宜人的作业环境宜人的作业环境。第23页/共74页6.2.4 6.2.4 生命周期评价生命周期评价 生命周期评价生命周期评价（Life Cycle Assessment），也称），也称生命周期生命周期分析分析（Life Cycle Analysis，LCA），是绿色设计的分析基础。），是绿色设计的分析基础。所谓所谓LCA，就是针对产品的环境协调性（如能源、资源的消，就是针对产品的环境协调性（如能源、资源的消耗，产品对生态环境和人体健康的

29、影响），运用系统的观点，耗，产品对生态环境和人体健康的影响），运用系统的观点，对产品生命周期的各个阶段（材料制备、设计开发、制造、对产品生命周期的各个阶段（材料制备、设计开发、制造、包装、发运、安装、使用、最终处理及回收再生）进行详细包装、发运、安装、使用、最终处理及回收再生）进行详细的分析或评估，从而获得产品相关信息的的分析或评估，从而获得产品相关信息的总体情况总体情况，为改进，为改进产品性能提供完整、准确的信息。产品性能提供完整、准确的信息。 LCA的普通标准己于的普通标准己于1997年完成，并编制在年完成，并编制在ISO14040中。中。LCA原理如图原理如图6-5所示。所示。 第24页

30、/共74页6.2.4 6.2.4 生命周期评价生命周期评价第25页/共74页6.2.4 6.2.4 生命周期评价生命周期评价 1. 1. 确定目标与范围 生命周期评价的目标，取决于进行生命周期评价的动机。生命周期评价的目标，取决于进行生命周期评价的动机。通常，进行生命周期分析的动机有下面四种。通常，进行生命周期分析的动机有下面四种。 1）建立建立某类产品的某类产品的参考标准参考标准 2）识别识别某类产品的某类产品的改善潜力改善潜力 3）用于）用于概念设计概念设计时的时的方案比较方案比较 4）用于）用于详细设计详细设计时的时的方案比较方案比较 利用生命周期评价方法，寻找详细设计方案的利用生命周期

31、评价方法，寻找详细设计方案的优缺点优缺点，并做出并做出综合评判综合评判，从中寻求，从中寻求最优方案最优方案，并对方案进行，并对方案进行改进改进。第26页/共74页6.2.4 6.2.4 生命周期评价生命周期评价 2. 2. 清单分析 清单分析清单分析（Inventory Analysis）是）是LCA的核心和关键。的核心和关键。它包括数据的收集和处理，当产品生命周期评价的目标和范它包括数据的收集和处理，当产品生命周期评价的目标和范围确定以后，就可以围确定以后，就可以模拟模拟（对产品设计分析）或（对产品设计分析）或追踪追踪（对产（对产品性能评估）产品的品性能评估）产品的整个生命周期整个生命周期，

32、详细列出各个阶段的各，详细列出各个阶段的各种输入和输出清单，并进行分析，从而为下一阶段进行各种种输入和输出清单，并进行分析，从而为下一阶段进行各种因素对目标性能的影响评价作准备。通常，生命周期评价清因素对目标性能的影响评价作准备。通常，生命周期评价清单分析的过程如图单分析的过程如图6-6所示。所示。第27页/共74页6.2.4 6.2.4 生命周期评价生命周期评价第28页/共74页6.2.4 6.2.4 生命周期评价生命周期评价 3. 3. 影响评价 影响评价影响评价（Impact Assessment）就是根据清单中的信息，）就是根据清单中的信息，定性或定量分析其对生态系统、人体健康、自然资

33、源及能源定性或定量分析其对生态系统、人体健康、自然资源及能源消耗等产生的影响。然而，绿色产品涉及到的评价指标众多，消耗等产生的影响。然而，绿色产品涉及到的评价指标众多，其中既有其中既有定量指标定量指标又有又有定性指标定性指标，这些指标都从不同侧面描，这些指标都从不同侧面描述了产品的述了产品的环境协调性环境协调性，必须对其进行综合评价。目前有关，必须对其进行综合评价。目前有关影响评价的指标体系和方法很多，归纳起来主要包括影响评价的指标体系和方法很多，归纳起来主要包括定性分定性分析法析法和和定量分析法定量分析法两大类。两大类。第29页/共74页6.2.5 6.2.5 面向产品生命周期的设计面向产品

34、生命周期的设计 面向产品生命周期各（某）环节的设计（面向产品生命周期各（某）环节的设计（Design for X）的缩写是的缩写是DFX。主要有：。主要有： 面向采购的设计面向采购的设计（Design for Procurement，DFP）；）； 面向制造的设计面向制造的设计（Design for Manufacture，DFM）；）； 面向装配的设计面向装配的设计（Design for Assembly，DFA）；）； 面向维修的设计面向维修的设计（Design for Service/Maintain/Repair，DFS）；）； 面向拆卸的设计面向拆卸的设计（Design for Di

35、sassembly，DFD）；）； 面向回收的设计面向回收的设计（Design for Recovering & Recycling，DFR）等）等 第30页/共74页6.2.5 6.2.5 面向产品生命周期的设计面向产品生命周期的设计 1. 1. 绿色设计中的材料选择 1）绿色设计中的材料选择过程）绿色设计中的材料选择过程 绿色设计中的绿色设计中的材料选择过程材料选择过程如图如图6-7所示。所示。 第31页/共74页6.2.5 6.2.5 面向产品生命周期的设计面向产品生命周期的设计 2）绿色设计中的材料选择准则）绿色设计中的材料选择准则 （1）材料的环境协调性原则材料的环境协调性原

36、则。其主要内容包括：。其主要内容包括： 材料的材料的最佳利用最佳利用原则。原则。 第一，尽量选择第一，尽量选择绿色材料、可再生材料和回收的零部件绿色材料、可再生材料和回收的零部件或或材料材料，使材料的回收利用与投入比率趋于，使材料的回收利用与投入比率趋于1。 第二，尽量选择具有第二，尽量选择具有相容性的材料相容性的材料 。 第三，第三，减少减少使用材料的使用材料的种类种类。 第四，材料选择时应尽可能考虑第四，材料选择时应尽可能考虑材料的利用率材料的利用率。 第五，对不同材料进行第五，对不同材料进行标识标识。 第32页/共74页6.2.5 6.2.5 面向产品生命周期的设计面向产品生命周期的设计

37、 能源的最佳利用原则。能源的最佳利用原则。 第一，材料生命周期中应尽可能采用第一，材料生命周期中应尽可能采用清洁型可再生能源清洁型可再生能源（也称绿色能源），如太阳能、风能、水能、地热能等。（也称绿色能源），如太阳能、风能、水能、地热能等。 第二，材料生命周期第二，材料生命周期能量利用率最高能量利用率最高原则，即输入与输原则，即输入与输出能量的比值最大。出能量的比值最大。 污染最小原则。污染最小原则。 材料生命周期全过程中产出的材料生命周期全过程中产出的环境污染环境污染最小。材料选择最小。材料选择时必须考虑其对环境的影响，尽量避免选择对环境有害的材时必须考虑其对环境的影响，尽量避免选择对环境有

38、害的材料。例如在低压电器生产中，应避免采用含镉的料。例如在低压电器生产中，应避免采用含镉的银氧化镉银氧化镉（AgCdO）触头材料。）触头材料。第33页/共74页6.2.5 6.2.5 面向产品生命周期的设计面向产品生命周期的设计 损害最小损害最小原则。原则。 材料生命周期全过程中对人体健康的损害最小。材料选材料生命周期全过程中对人体健康的损害最小。材料选择必须考虑其对人体健康的损害、通常应注意择必须考虑其对人体健康的损害、通常应注意材料的辐射强材料的辐射强度、腐蚀性、毒性度、腐蚀性、毒性等。等。 （2）材料的经济性原则。）材料的经济性原则。 这不仅指优先考虑选用价格比较便宜的材料，而且综合这不

39、仅指优先考虑选用价格比较便宜的材料，而且综合考虑材料对整个考虑材料对整个制造、运行使用、产品维修乃至报废后的回制造、运行使用、产品维修乃至报废后的回收处理成本收处理成本等的影响，以达到最佳技术经济效益。材料的经等的影响，以达到最佳技术经济效益。材料的经济性原则主要表现为两方面。济性原则主要表现为两方面。第34页/共74页6.2.5 6.2.5 面向产品生命周期的设计面向产品生命周期的设计 材料的材料的成本效益成本效益分析。在绿色设计中，产品的成本应分析。在绿色设计中，产品的成本应该由该由材料生命周期成本材料生命周期成本来表示。显然，降低材料生命周期成来表示。显然，降低材料生命周期成本对制造者、

40、使用者和回收者都是有利的。影响材料成本的本对制造者、使用者和回收者都是有利的。影响材料成本的主要因素包括六个方面：第一，材料本身的主要因素包括六个方面：第一，材料本身的相对价格相对价格；第二，；第二，材料的材料的加工费用加工费用；第三，材料的；第三，材料的利用率利用率；第四，采用；第四，采用组合结组合结构构；第五，；第五，节约稀有材料节约稀有材料；第六，；第六，回收成本回收成本。 材料的供应状况。选材时还应考虑当时当地材料的供应状况。选材时还应考虑当时当地材料的供材料的供应情况应情况，为了简化供应和储存的材料品种，应尽可能地减少，为了简化供应和储存的材料品种，应尽可能地减少同一部机器上使用的同

41、一部机器上使用的材料品种材料品种。 第35页/共74页6.2.5 6.2.5 面向产品生命周期的设计面向产品生命周期的设计 2. 2. 绿色包装设计 1）绿色包装材料选择绿色包装材料选择 应该遵循上述绿色设计中的材料选择准则。应该遵循上述绿色设计中的材料选择准则。 2）进行合理的结构设计进行合理的结构设计 （1）通过合理的包装结构设计，提高包装的）通过合理的包装结构设计，提高包装的刚度和强度刚度和强度，减少包装材料减少包装材料的使用。的使用。 （2）通过合理的）通过合理的包装形态设计包装形态设计，减少包装材料减少包装材料的使用。的使用。 （3）了解包装印刷工艺和内结构，实现包装的）了解包装印刷

42、工艺和内结构，实现包装的省料设计省料设计。 （4）避免）避免过度包装过度包装。第36页/共74页6.2.5 6.2.5 面向产品生命周期的设计面向产品生命周期的设计 （5）通过合理的）通过合理的结构设计结构设计，提高，提高运输的效率运输的效率。 （6）通过合理的包装结构设计，避免包装物的）通过合理的包装结构设计，避免包装物的随意丢弃随意丢弃，从而减小包装物从而减小包装物收集和回收收集和回收的难度。的难度。 （7）在包装设计中，在产品外包装上使用各种）在包装设计中，在产品外包装上使用各种回收标志回收标志。使用不同使用不同颜色颜色或其他或其他辅助辨识系统辅助辨识系统，显著地标明其废弃方法、，显著地

43、标明其废弃方法、废弃地点、分类标识等，以增强包装物的废弃地点、分类标识等，以增强包装物的有效回收有效回收。 （8）外包装的结构设计应）外包装的结构设计应避免造成对人体的伤害避免造成对人体的伤害。第37页/共74页6.2.5 6.2.5 面向产品生命周期的设计面向产品生命周期的设计 3. 3. 面向拆卸回收的设计 产品结构产品结构不宜于连续拆卸和回收不宜于连续拆卸和回收，主要表现在以下几方，主要表现在以下几方面。面。 1）连接结构连接结构难于拆卸难于拆卸 2）材料多样性材料多样性 3）未考虑）未考虑拆卸回收过程拆卸回收过程 4）产品使用后，）产品使用后，拆卸难度拆卸难度加大加大 5）缺乏所拆卸产

44、品的）缺乏所拆卸产品的完整信息完整信息第38页/共74页6.2.5 6.2.5 面向产品生命周期的设计面向产品生命周期的设计 解决上述问题的基本思想就是：解决上述问题的基本思想就是：以方便维修、方便更换、以方便维修、方便更换、方便回收为目标进行可拆卸设计方便回收为目标进行可拆卸设计。 1）面向拆卸的设计）面向拆卸的设计 面向拆卸设计的基本准则主要包括：面向拆卸设计的基本准则主要包括： （1）明确）明确拆卸对象拆卸对象。 （2）减少）减少拆卸工作量拆卸工作量。 （3）增加）增加易拆卸性能易拆卸性能。 （4）增加）增加易处理性易处理性，即在设计时要考虑工人安全操作或，即在设计时要考虑工人安全操作或

45、实现实现自动操作自动操作。 （5）增加）增加易分离性易分离性。 （6）减少）减少零部件的多样性零部件的多样性。 第39页/共74页6.2.5 6.2.5 面向产品生命周期的设计面向产品生命周期的设计 2）拆卸工艺设计）拆卸工艺设计 主要要考虑下列问题：主要要考虑下列问题： （1）拆卸类型拆卸类型的确定的确定 （2）拆卸信息拆卸信息 产品拆卸工艺设计所需的产品拆卸工艺设计所需的信息信息如图如图6-8所示。所示。 第40页/共74页6.2.5 6.2.5 面向产品生命周期的设计面向产品生命周期的设计 （3）拆卸深度拆卸深度。 拆卸时，通常遵从拆卸时，通常遵从先拆去最有价值先拆去最有价值的零部件的原

46、则。刚的零部件的原则。刚开始拆卸时，所获得的资源回收价值较大，拆卸也较容易，开始拆卸时，所获得的资源回收价值较大，拆卸也较容易，相应的相应的拆卸费用拆卸费用也较低，即单位资源拆卸效益高。随着拆卸也较低，即单位资源拆卸效益高。随着拆卸程度的加深，单位资源的程度的加深，单位资源的回收价值回收价值减少，减少，拆卸难度拆卸难度增加，单增加，单位资源的拆卸效益下降。当单位资源回收价值等于单位资源位资源的拆卸效益下降。当单位资源回收价值等于单位资源拆卸费用，即单位资源拆卸效益为零时，达到拆卸技术与经拆卸费用，即单位资源拆卸效益为零时，达到拆卸技术与经济的协调，所得拆卸的济的协调，所得拆卸的总利润最大总利润

47、最大。如果继续拆卸，则拆卸。如果继续拆卸，则拆卸效益为负，拆卸的总利润减少。因此，从经济角度出发，拆效益为负，拆卸的总利润减少。因此，从经济角度出发，拆卸工艺设计时，应尽量寻找卸工艺设计时，应尽量寻找最优拆卸深度最优拆卸深度。第41页/共74页6.3 清洁生产清洁生产 1. 1. 提高构件承载能力 1 1）提高构件的静态强度）提高构件的静态强度 （1 1）合理设计构件的）合理设计构件的截面形状截面形状 （2 2）对于轴类零件，应采用）对于轴类零件，应采用空心环形截面空心环形截面 （3 3）采用）采用等强度梁等强度梁 （4 4）改善构件的）改善构件的受力状况受力状况 （5 5）对构件进行）对构件

48、进行弹、塑性强化弹、塑性强化，依此抵消部分，依此抵消部分工作应工作应力力。 第42页/共74页6.3.1 6.3.1 节省材料技术节省材料技术 2）提高构件的）提高构件的疲劳强度疲劳强度 主要方法有：主要方法有： （1）降低）降低应力集中应力集中 （2）提高）提高表面质量表面质量 （3）进行）进行表面处理表面处理 3）提高构件的）提高构件的抗冲击能力抗冲击能力 主要途径是：主要途径是： （1）减小构件刚度，增大）减小构件刚度，增大静变形静变形j。 （2）设计）设计缓冲结构缓冲结构。 （3）合理）合理选择材料选择材料。第43页/共74页6.3.1 6.3.1 节省材料技术节省材料技术 4）提高构

49、件的）提高构件的刚度刚度 主要途径是合理配置系统的几何参数：主要途径是合理配置系统的几何参数： （1）合理设计零部件的）合理设计零部件的形状结构形状结构。 （2）施加）施加预变形预变形。 （3）提高）提高接触刚度接触刚度。 5）提高构件的）提高构件的稳定性稳定性 （1）合理的）合理的截面形状截面形状。 （2）改善杆端）改善杆端支承状况支承状况，减小，减小支座系数支座系数。 （3）等稳定性等稳定性结构。结构。 （4）增加）增加中间支承中间支承。 （5）改善结构，降低）改善结构，降低压杆受力压杆受力。第44页/共74页6.3.1 6.3.1 节省材料技术节省材料技术 2. 2. 改善机械运动设计方

50、案 1）按节材原则设计传动系统）按节材原则设计传动系统 推广应用推广应用标准化、系列化和通用化标准化、系列化和通用化的零部件，是节省材的零部件，是节省材料的重要措施之一。料的重要措施之一。 采用采用新型传动形式新型传动形式，如同步带、窄，如同步带、窄V带、摆线针轮行星传带、摆线针轮行星传动、谐波齿轮传动、活齿传动等。动、谐波齿轮传动、活齿传动等。 合理地改善合理地改善结构布置结构布置，可以有效地减小，可以有效地减小外廓尺寸和重量外廓尺寸和重量。 2）按照节材原则设计）按照节材原则设计执行机构执行机构 在机电产品的设计过程中，原动机和传动装置大多是根在机电产品的设计过程中，原动机和传动装置大多是

51、根据工作条件选配，而执行机构则需要设计者据工作条件选配，而执行机构则需要设计者自行设计自行设计。第45页/共74页6.3.1 6.3.1 节省材料技术节省材料技术 3. 3. 机械装置的轻量化设计 在满足产品功能、性能的前提下，机械装置的在满足产品功能、性能的前提下，机械装置的轻量化轻量化不不仅可以仅可以节省材料节省材料，还可以带来如下，还可以带来如下优点优点： （1）能）能减轻减轻其他部件或构件所承受的其他部件或构件所承受的载荷载荷。 （2）由于机器重量的减轻，能使）由于机器重量的减轻，能使有效载荷增加有效载荷增加（如飞机、（如飞机、车辆、挖掘机等）。车辆、挖掘机等）。 （3）节省能源节省能

52、源、减少、减少运行费用运行费用。 （4）易于）易于操作和搬运操作和搬运（如建筑机械、家用电器、体育设（如建筑机械、家用电器、体育设备等）。备等）。第46页/共74页6.3.1 6.3.1 节省材料技术节省材料技术 机械装置轻量化设计的主要方法有以下几种：机械装置轻量化设计的主要方法有以下几种： 1）改善机械装置中零件的）改善机械装置中零件的受力状况受力状况 合理地布置合理地布置零件位置零件位置；合理设计零件的；合理设计零件的卸载及均载结构卸载及均载结构；减；减小零件的小零件的附加载荷附加载荷。 2）限制机械系统的）限制机械系统的受力受力 设置设置安全联轴器或缓冲器安全联轴器或缓冲器等。等。 3

53、）提高传统装置）提高传统装置承载能力承载能力 传动系统的结构尺寸对机械装置的机架、箱体，甚至对机器传动系统的结构尺寸对机械装置的机架、箱体，甚至对机器的总体尺寸均有重大影响。选择和开发的总体尺寸均有重大影响。选择和开发新型传动装置新型传动装置；采用；采用强化强化工艺工艺提高传动零件的提高传动零件的承载能力承载能力。 4）合理设计机械装置的）合理设计机械装置的结构结构 提高零部件疲劳强度的提高零部件疲劳强度的结构设计结构设计；减轻机架重量的；减轻机架重量的结构设计结构设计。第47页/共74页6.3.2 6.3.2 节省资源技术节省资源技术 机械设备常常是企业的耗能大户；节能主要可从如下几机械设备

54、常常是企业的耗能大户；节能主要可从如下几个方面着手。个方面着手。 1. 1. 运动部件轻量化 在保证设备运行正常的情况下、设备在保证设备运行正常的情况下、设备运动部件轻量化运动部件轻量化可可以以减小能耗减小能耗。以汽车为例，车体。以汽车为例，车体重量减小重量减小10%，可以，可以降低油降低油耗耗10%。运动部件轻型化可以通过选择。运动部件轻型化可以通过选择高强度钢、轻质材料高强度钢、轻质材料或或改进结构设计改进结构设计来实现。来实现。第48页/共74页6.3.2 6.3.2 节省资源技术节省资源技术 2. 2. 减少运动副之间的摩擦 在机械设备中，摩擦不仅会在机械设备中，摩擦不仅会磨损设备磨损

55、设备，还会因克服摩擦，还会因克服摩擦力而力而浪费不少能量浪费不少能量。常用的减磨措施有：。常用的减磨措施有： （1）靡擦副采用）靡擦副采用互溶性小的材料互溶性小的材料，以，以减小摩擦系数减小摩擦系数。 （2）选择合适的摩擦副）选择合适的摩擦副表面粗糙度表面粗糙度，减小摩擦系数减小摩擦系数。 （3）改变）改变摩擦副性质摩擦副性质，尽量采用，尽量采用滚动摩擦副滚动摩擦副或或流体摩擦流体摩擦副副。 （4）加强摩擦副之间的）加强摩擦副之间的润滑润滑。 3. 3. 改进传动系统，提高传动效率 一般机床的传动系统中，主传动系统一般机床的传动系统中，主传动系统功率损失高达功率损失高达20%。传动系统传动效率

56、的提高，可通过传动系统传动效率的提高，可通过缩短传动链缩短传动链、采用、采用新型高新型高效传动机构效传动机构以及以及加强传动系统的润滑加强传动系统的润滑等措施来实现。等措施来实现。第49页/共74页6.3.2 6.3.2 节省资源技术节省资源技术 4. 4. 采用节能措施 很多产品使用过程中，并非时刻都处于做有用功的状态，很多产品使用过程中，并非时刻都处于做有用功的状态，有很多时间处于有很多时间处于“空载空载”状态。因此，设计时应尽可能采用状态。因此，设计时应尽可能采用节能控制，如采用节能控制，如采用变频技术变频技术、模糊控制模糊控制等。等。 5. 5. 适度自动化 设备的功能不要一味追求设备

57、的功能不要一味追求自动化自动化，应以，应以实用实用为原则。在为原则。在保证不增加操作者劳动强度和保证操作者安全的情况下，可保证不增加操作者劳动强度和保证操作者安全的情况下，可适当采用适当采用手动机构手动机构；而不顾实际情况的；而不顾实际情况的过度自动化过度自动化，往往会，往往会造成造成能耗的大量增加能耗的大量增加。第50页/共74页6.3.2 6.3.2 节省资源技术节省资源技术 6. 6. 提高能量的转换效率 在机械设备中往往还存在一次或多次的在机械设备中往往还存在一次或多次的能源转换能源转换，如电，如电能转换为机械能、化学能转换为机械能等。在转换过程中，能转换为机械能、化学能转换为机械能等

58、。在转换过程中，往往存在较大的往往存在较大的能量损失能量损失。因此，应尽可能地。因此，应尽可能地提高提高产品使用产品使用过程中的过程中的能量转换效率能量转换效率。 7. 7. 减少能量储备 不必要的不必要的能量储备能量储备实际上是一种实际上是一种浪费浪费。例如当设备的电。例如当设备的电动机容量选择不合理时，会出现动机容量选择不合理时，会出现产品功率不匹配产品功率不匹配的现象（如的现象（如“大马拉小车大马拉小车”），造成），造成能量损失能量损失。第51页/共74页6.3.3 6.3.3 环境友好技术环境友好技术 1. 1. 干切削技术 切削液切削液带来的带来的负面效应负面效应，主要表现在以下几个

59、方面：，主要表现在以下几个方面： （1）切削液的添加剂含）切削液的添加剂含硫、氯硫、氯等，润滑剂中含等，润滑剂中含亚硝胺、亚硝胺、多环芳香烃和细菌分解产物多环芳香烃和细菌分解产物，切削加工中产生的，切削加工中产生的高温高温，使切，使切削液形成削液形成雾状挥发物雾状挥发物，污染环境，并，污染环境，并损害操作者的健康损害操作者的健康。 （2）某些切削液及粘有该切削液的切屑必须作为）某些切削液及粘有该切削液的切屑必须作为有毒、有毒、有害材料有害材料处理，处理，处理费用处理费用非常高。非常高。 （3）切削液的）切削液的渗漏渗漏、溢出对、溢出对安全生产安全生产有很大影响。有很大影响。 （4）切削液的处理

60、、循环、泵吸和过滤使加工系统复杂）切削液的处理、循环、泵吸和过滤使加工系统复杂化，化，处理成本高处理成本高。第52页/共74页6.3.3 6.3.3 环境友好技术环境友好技术 1）干切削及其特点）干切削及其特点 干切削技术是在加工过程中干切削技术是在加工过程中不施加任何切削液不施加任何切削液的工艺方的工艺方法，从源头上消除了切削液带来的环境负面效应。它具有以法，从源头上消除了切削液带来的环境负面效应。它具有以下特点：下特点： （1）形成的）形成的切屑无污染切屑无污染，易于回收和处理易于回收和处理。 （2）节约了与切削液有关的）节约了与切削液有关的传输、回收，过滤传输、回收，过滤等装置及等装置及费用费用