李正帆，王偉偉

（中鐵大橋（鄭州）纜索有限公司，河南 鄭州 450000）

機械制造業(yè)是一個國家技術(shù)和社會進步的基礎(chǔ)工業(yè)，機械制造業(yè)是指把現(xiàn)有的資源和能源，通過制造業(yè)轉(zhuǎn)變成可以被人類使用的工業(yè)化產(chǎn)品或生產(chǎn)性消費品的行業(yè)，在進行機械制造的過程中會生成很多的廢棄物，其中有材料廢棄物、能源廢棄物、產(chǎn)品使用結(jié)束后的廢物等。這些廢棄物的出現(xiàn)已成為我國城市環(huán)境污染的重要污染源，要想從根本上解決此現(xiàn)象，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標，就必須在機械制造與設(shè)計環(huán)節(jié)上制定相關(guān)防治手段，以解決我國機械制造業(yè)所產(chǎn)生的環(huán)境污染問題。

1 可持續(xù)發(fā)展綜述

1.1 可持續(xù)發(fā)展理念

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，生態(tài)環(huán)境遭受了一定程度的破壞，導(dǎo)致諸如氣候變化，水資源短缺，生物多樣性減少等一系列問題?？沙掷m(xù)發(fā)展戰(zhàn)略已成為國際社會的普遍共識，它意味著人類必須在經(jīng)濟、社會、環(huán)境等各方面取得發(fā)展均衡，在保證現(xiàn)有需求的前提下，不損害后代人的利益?？沙掷m(xù)發(fā)展理念產(chǎn)生于20 世紀60 年代，在近幾年得到了普遍的認可和關(guān)注，其核心思想是把人的發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)需求、資源利用、環(huán)境污染和廢物處置等有機結(jié)合起來，以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目的。可持續(xù)發(fā)展理念包括三個層面：經(jīng)濟發(fā)展、社會進步、環(huán)境保護[1]。就經(jīng)濟發(fā)展而言，要實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，必須構(gòu)建一種新的、可持續(xù)的經(jīng)濟發(fā)展模式，在不對生態(tài)和資源進行破壞的前提下，構(gòu)建復(fù)合產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展綠色生態(tài)產(chǎn)業(yè)，節(jié)約能源，是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。從社會發(fā)展的角度看，要想實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，就必須建立公平、合理的社會分配制度，推動城鄉(xiāng)一體化，促進教育、文化和衛(wèi)生等社會資源的統(tǒng)一。從環(huán)境保護角度看，要樹立“綠色生產(chǎn)、生態(tài)先行”的理念，對已有的天然資源進行保存與恢復(fù)，提倡自然環(huán)境保護與生態(tài)修復(fù)技術(shù)，在可持續(xù)發(fā)展過程中，還必須采取諸如減少環(huán)境污染，減少礦物燃料消耗等環(huán)保措施。這對于解決環(huán)境問題，減輕社會壓力，推動經(jīng)濟發(fā)展有著十分重要的作用，期望更多的國家和企業(yè)可以認識到可持續(xù)發(fā)展的重要意義，為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標做出貢獻[2]。

1.2 可持續(xù)發(fā)展設(shè)計特點

1.2.1 持續(xù)性

企業(yè)可持續(xù)發(fā)展設(shè)計的持續(xù)競爭力是通過持續(xù)創(chuàng)新和持續(xù)學(xué)習(xí)培養(yǎng)出來的，是能夠不斷地滿足各利害關(guān)系方需求的設(shè)計。

1.2.2 生態(tài)性

在企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展設(shè)計中，既包含傳統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計、學(xué)習(xí)產(chǎn)品設(shè)計能力，又包含引入綠色設(shè)計理念，注重綠色文化、綠色創(chuàng)新和綠色市場營銷能力的培養(yǎng)。

1.2.3 協(xié)同性

企業(yè)可持續(xù)發(fā)展著重于培育和競爭對手之間的協(xié)同性，將企業(yè)的發(fā)展從過去封閉的、自我學(xué)習(xí)的狀況中解脫出來，與競爭者進行更多的合作，從而實現(xiàn)共贏或者多贏。

1.2.4 公平性

企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的公平性主要體現(xiàn)在對企業(yè)的公平選擇上，其中包含兩個層面：一是代際公平性，也就是企業(yè)在當(dāng)前和將來利益相關(guān)者之間實現(xiàn)的縱向公平；二是現(xiàn)代企業(yè)中各利益主體之間要滿足橫向公平。

2 機械制造與設(shè)計中的環(huán)保問題

我國機械制造行業(yè)仍停留在傳統(tǒng)的高能耗、高投入、“三廢”大量排放、對生態(tài)環(huán)境造成巨大影響的道路上，每一種機械產(chǎn)品的設(shè)計與加工，都會釋放出大量污染環(huán)境的廢物。傳統(tǒng)制造業(yè)通常是單純從經(jīng)濟效益出發(fā)來進行制造流程設(shè)計的，在進行產(chǎn)品的設(shè)計時，主要將重點放在了產(chǎn)品的功能和質(zhì)量上，在生產(chǎn)中只是一味地追求高效益、低費用，以低成本高收益的思想來進行機械產(chǎn)品的設(shè)計[3]。隨著新型、高效的先進生產(chǎn)技術(shù)的出現(xiàn)，機械制造業(yè)也得到了迅速的發(fā)展，機械產(chǎn)品更新?lián)Q代周期的不斷縮短，使得大量的垃圾廢物被排放，已經(jīng)遠遠超出了人們賴以生存的生態(tài)系統(tǒng)的極限，嚴重阻礙到社會、經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。就環(huán)保而言，機械制造業(yè)面臨的主要問題可以分為以下幾點：

1.廢棄或未使用設(shè)備的循環(huán)和重復(fù)使用效率不高：隨著數(shù)控機床、加工中心以及FMS/CIMS 技術(shù)的廣泛使用，使得大部分的機床設(shè)備逐漸退出歷史舞臺，如何對老舊的機械進行技術(shù)改造成為需要思索的問題之一。

2.能耗大、原料資源浪費大：我國機械制造業(yè)生產(chǎn)技術(shù)不夠先進，且大部分企業(yè)的環(huán)境保護意識不強，傳統(tǒng)的工藝水平無法對我國能源和資源實現(xiàn)有效利用，經(jīng)常會造成大量的資源浪費。

3.產(chǎn)品重復(fù)使用效率不高：在很長一段時間內(nèi)，我國的工業(yè)企業(yè)一直遵循著“產(chǎn)出-流通-報廢”的開放式循環(huán)進行生產(chǎn)，在制造過程中，幾乎沒有對廢舊產(chǎn)品進行循環(huán)再利用，尤其是機械制造的循環(huán)利用率更是低下[4]。

4.生產(chǎn)中所形成的廢物沒有進行無污染處置：很多企業(yè)只關(guān)注于生產(chǎn)中的低投入和高效率，而忽視生產(chǎn)中所用設(shè)備和原料造成的環(huán)境污染問題。高能耗、高污染的制造工藝仍然被大量且廣泛地應(yīng)用著，利于環(huán)境保護的技術(shù)因其高昂的使用費用被遺忘，企業(yè)雖然獲取了高額的收益，但人們生活的生態(tài)環(huán)境卻受到了嚴重的破壞。

3 可持續(xù)發(fā)展背景下的機械制造與設(shè)計

3.1 統(tǒng)一機械功能與形態(tài)

機械產(chǎn)品同一切人造的產(chǎn)物一樣，都是用來滿足人們需求的，作為功能性的載體，通常都會有一種形式，這種形式常服從于功能的需求，且風(fēng)格也是通過更好地實現(xiàn)和方便的操作來確定的。但這兩個要素往往存在著沖突，設(shè)計者只注重其中的某一方面，而忽視另外一方面。例如，形態(tài)設(shè)計人員過分注重外形設(shè)計，忽視產(chǎn)品的功能性，容易落入“為設(shè)計而設(shè)計”的圈套中，工藝設(shè)計人員總是專注于把功能做好，卻忽略造型設(shè)計，落入“粗大笨重”的泥潭中[5]。在設(shè)計領(lǐng)域，人們普遍傾向于采用極簡主義的形式，以求達到“功能與形態(tài)之間的協(xié)調(diào)”。隨著現(xiàn)代產(chǎn)品機械加工技術(shù)的日趨完善，其性能的實現(xiàn)多依賴于微小的、可內(nèi)置的元件，例如高集成度的線路板。在生產(chǎn)過程中，設(shè)計人員可以通過LCD 與使用者進行信息交流，這種技術(shù)的產(chǎn)生，一方面促進了產(chǎn)品微型化的發(fā)展，另一方面也促進了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單化。近些年，科技的飛速發(fā)展使機械產(chǎn)品的生產(chǎn)過程發(fā)生了翻天覆地的變化，功能與現(xiàn)實、投入與產(chǎn)出的協(xié)調(diào)一致其實就是一種誠信的設(shè)計理念，唯有如此，機械制造與設(shè)計才能滿足可持續(xù)發(fā)展的需求。

3.2 滿足適宜性使用原則

對可持續(xù)發(fā)展理念產(chǎn)生積極作用的設(shè)計，是可以有效促進經(jīng)濟發(fā)展的，只有投入、產(chǎn)出之間達到均衡設(shè)計出來的產(chǎn)品才能滿足適宜性的使用原則，適宜的設(shè)計方式，既可以滿足設(shè)計師的需求，又能滿足使用者的需求。設(shè)計人員在進行機械產(chǎn)品設(shè)計時要考慮到使用的適宜性，讓使用者在使用過程中最大限度地發(fā)揮其功能，避免浪費和對環(huán)境造成污染[6]。在進行設(shè)計時要遵循以下幾點要求：

1.產(chǎn)品的設(shè)計應(yīng)以滿足使用者需求為基礎(chǔ)，不能為了追求某種功能而犧牲其他功能。

2.在考慮經(jīng)濟因素時考慮使用對象的實際喜好，并以此作為衡量使用效果的重要依據(jù)，以最小的資源消耗為前提，綜合考慮機械產(chǎn)品的制造成本和使用成本。

3.產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)盡可能使用戶容易操作、快速裝配、減少拆卸次數(shù)。

4.機械產(chǎn)品在設(shè)計時必須滿足生產(chǎn)安全性和使用安全性的要求，設(shè)計人員在進行機械產(chǎn)品設(shè)計時要考慮到材料的選用、結(jié)構(gòu)設(shè)計、內(nèi)部布線和元件布置、人機工程學(xué)、人機界面設(shè)計等。

5.設(shè)計人員在進行機械產(chǎn)品設(shè)計時，還要考慮到產(chǎn)品質(zhì)量保證和性能測試，并將其作為評估該機械產(chǎn)品性能的依據(jù)。

3.3 合理選擇材料種類

設(shè)計人員在選擇材料時必須考慮其對環(huán)境的影響，還要考慮到使用過程中的可回收性、可分解性、可再加工性、可修復(fù)性，盡量選用對環(huán)境影響較小的材料。在設(shè)計過程中可以使用清潔能源如太陽能、風(fēng)能等，減少對大氣和水的污染，或者選用固體廢棄物作為原料，設(shè)計時利用可熔性較高的合金或復(fù)合材料作為零件材料，這樣可以有效節(jié)省貴重金屬資源。選用無污染或少污染、資源消耗少、能源消耗低、價格便宜以及回收處理容易等優(yōu)點的環(huán)保材料，也可以選擇可降解或易降解材料，以減少對環(huán)境的污染[7]。選擇的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)材料必須合理，相關(guān)人員要充分考慮到產(chǎn)品的經(jīng)濟性和適用性，盡量減少產(chǎn)品原材料的使用量。使用成熟可靠，制造工藝簡單，容易實現(xiàn)自動化或半自動化生產(chǎn)的工藝，同時也要考慮到產(chǎn)品生產(chǎn)過程中對環(huán)境質(zhì)量如噪聲、廢氣排放等可能產(chǎn)生的影響。

3.4 遵循綠色可回收原則

綠色設(shè)計主要以可持續(xù)發(fā)展思想為指導(dǎo)，在設(shè)計和制造過程中要充分考慮產(chǎn)品的使用壽命、生態(tài)效應(yīng)和資源消耗，減少對環(huán)境的污染，實現(xiàn)資源利用最大化。綠色設(shè)計可以通過使用無毒、無害、無污染的材料，采用可拆卸、可回收或易拆卸的設(shè)計方法來減少廢物的產(chǎn)生量?？稍僦圃煨栽O(shè)計是實現(xiàn)回收再利用的重要方法之一，可以有效提高資源利用效率，減少機械制造過程中廢物的排放量。設(shè)計人員在進行機械產(chǎn)品設(shè)計時可以適當(dāng)減少零部件數(shù)量，縮小零部件尺寸，針對功能單一、體積大的零部件使用標準化設(shè)計。不同用途和材質(zhì)的零件，要將其歸類，盡可能使其標準化、系列化，以便重復(fù)使用與維護，各類可重復(fù)使用的零件，既可以通過簡易的機械加工、循環(huán)使用，也可以通過其他方式進行修理、再生。

3.5 保障功能的多樣性

隨著科技的不斷發(fā)展，機械產(chǎn)品的功能拓展越來越豐富，設(shè)計人員在進行功能多樣性設(shè)計的時候，也要注意到其帶來的負面影響，例如在保護環(huán)境的機械設(shè)計中，盡管對產(chǎn)品的性能需求不變，但是在生產(chǎn)過程中對材料的選用和加工過程的需求發(fā)生了變化，當(dāng)采用不太清潔的原材料和工藝時，可能會引起能源和環(huán)境污染，進而降低產(chǎn)品的功能性。因此，從可持續(xù)發(fā)展的角度來看，機械產(chǎn)品必須實現(xiàn)其功能的多樣化和合理化，從功能上來說，產(chǎn)品可以分為兩大類：一類是機器類，如各類機床、加工中心、儀器儀表等；另一類是其他機械，如各種運輸車輛、建筑機械、設(shè)備制造等。這兩類產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式不同，要求設(shè)計者在進行產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)時，根據(jù)市場需要和使用者對產(chǎn)品功能多樣化的需求進行合理設(shè)計。例如，在農(nóng)業(yè)機械中有拖拉機和聯(lián)合收割機兩種，拖拉機主要用于耕地、播種和收割農(nóng)作物，聯(lián)合收割機則用于谷物的粉碎、脫粒和輸送。根據(jù)使用者對拖拉機功能需求的不同，可以將其設(shè)計成手扶拖拉機、輪式拖拉機和履帶式拖拉機三種。傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)，往往只重視產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝等方面，十分容易忽視市場環(huán)境的變化，導(dǎo)致產(chǎn)品的市場營銷能力受到限制。采用智能化技術(shù)則可以有效解決這一問題，傳統(tǒng)機械設(shè)計過程中往往需要設(shè)計師根據(jù)自身經(jīng)驗進行判斷，存在很大的主觀隨意性，應(yīng)用智能化技術(shù)可以通過計算機輔助設(shè)計手段快速發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品中存在的問題，并對設(shè)計方案進行快速優(yōu)化和調(diào)整。制造過程中所用設(shè)備、工藝和材料大多是相同或相近的，設(shè)計人員可以通過智能化技術(shù)來對產(chǎn)品制造過程中所用的設(shè)備和材料是否與現(xiàn)有工藝相匹配進行分析，有效避免由于其不同而導(dǎo)致設(shè)計出現(xiàn)問題。除此之外，智能化技術(shù)在機械設(shè)計開發(fā)中的實際應(yīng)用還可以提高產(chǎn)品的市場適應(yīng)性，通過對市場環(huán)境和使用者要求等方面進行分析后，有針對性地選擇相應(yīng)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝以及設(shè)備和材料，滿足使用者對產(chǎn)品功能多樣性的實際需求。

4 結(jié)語

機械制造是我國經(jīng)濟發(fā)展的重要組成部分，機械制造與設(shè)計不但可以給人們提供更加環(huán)保的機器、裝備和產(chǎn)品，還可以對人類依賴的生態(tài)環(huán)境和資源進行有效的保護，從而促進社會的可持續(xù)發(fā)展。我國政府對此已經(jīng)作出了鄭重的保證，表明要尋找一條人口、經(jīng)濟、社會、環(huán)境和資源和諧發(fā)展的可持續(xù)發(fā)展之路，這不但有助于社會生活環(huán)境不斷地得到提高，對于機械制造與設(shè)計來說，也是一種必要的途徑。