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【摘 要】目前我国机械装备普遍存在能耗高、故障率高和寿命周期短等突出问题。而随着我国机械制造业绿色设计与绿色制造发展步伐的加快，我国机械设备的状况正在不断改善，基于可持续发展的机械产品成为为例机械产品的设计的发展趋势。本文分析了机械产品设计坚持可持续发展理念的重要性，并探讨了可持续发展视野下的机械产品设计要点。
一、机械产品设计坚持可持续发展理念的重要性
目前我国机械装备普遍存在能耗高、故障率高和寿命周期短等突出问题，如许多压缩机组实际运行效率比设计效率低5%～20%，事故时有发生，不能确保安全可靠、长周期运行。长期以来，我国许多机械成品设计以消化吸收、仿制为主，缺乏自主创新品牌，低能耗与轻量化的绿色设计技术基础薄弱，既缺乏可持续发展设计理念。
大力开展绿色制造机械是实现循环经济、节能减排和可持续发展的主要途径之一。坚持可持续发展理念进行机械产品设计就是要面向环境进行设计，在满足使用功能、保证力学强度和使用寿命的前提下，简化结构，实现装备的轻量化，达到节材和节能的效果；将科技进步的新理论、新理念、新材料、新工艺、新技术及时融入到设计中去，从而改进设备结构、提升运行监控水平，有效提升设备的绿色化程度。在设计过程中增强可回收的意识，使设备结构具有多重可回收性，推进资源循环利用。使先进成形技术向数字化、减量化、短流程、精密化、复合化、绿色化、智能化方向发展，包括机械装备轻量化结构设计，新材料、新工艺、新装备应用促进装备减量化，装备零部件毛坯制造趋向近净成形——精确锻压成形、精确轧制成形、无模铸造精密成形、无废弃物制造促进循环利用等。
二、可持续发展视野下的机械产品设计要点
（一）全寿命周期设计
工程机械全寿命周期设计理论和绿色设计制造系统方法，是实现工程机械全寿命周期的绿色化必然选择，是未来工程机械技术发展重要领域和研究方向。工程机械全寿命周期设计是在设计阶段就要考虑到产品寿命周期的所有历程，将所有相关因素综合规划和优化的设计理论。全寿命周期设计不仅要设计产品的功能属性，而且要设计产品的环境属性，更要规划设计、制造、营销、物流、使用、维修、回收、再利用，全寿命周期过程，产品绿色度体现在全生命周期的各个阶段。
工程机械结构工作装置多为焊接结构件，由于结构复杂性和载荷随机性以及工况多变性，使得结构受力复杂而瞬变，导致结构失效破坏时有发生，虽然企业在制造环节采取多种措施，但仍没有根本解决。因此，需要开展，第一、基于在线检测、无线传输、同步记录技术的工程机械多维作业载荷谱，路面谱的采集、编制、重现、保真研究，开发测试仪器装备，建立工程机械分类分级（工作级别）载荷谱库。第二、基于典型结构焊接构件疲劳试验，建立不同斜率常数特征疲劳强度数据库。第三、基于应力幅——极限状态法疲劳强度定寿设计理论、概率论的极限状态法非线性设计理论，开展工程机械结构抗疲劳非线性设计，保证结构的设计寿命。这个方法还是比较的粗糙，我们做过研究以后发现差异还是非常的大。
（二）节能减排设计
工程机械属于典型的能耗高、排放大的机械设备。因此，我国工程机械行业急需开展基于动力匹配与控制优化的智能技术、基于机电液融合传动方式的改善技术以及基于能量回收高效元件、混合动力系统的能量回收技术。
基于动力匹配与控制优化的智能技术，即在保证动力性前提下，使发动机工作在经济耗油区，通过合理匹配参数和电喷控制，在大负荷时输出大驱动力，小负荷时输出高速度，充分利用发动机功率，减少功率浪费。通过采集工程机械典型工况数据，进行负载智能识别与预测，建立工程化的动力系统多参数功率匹配数据库，通过组合优化实现复杂工况下参数的发动机自适应智能调节。
基于机电液融合传动方式的改善技术，即发挥液力、机械、液压传动的无级变速功能和负荷自适应功能，融合机械—液压传动与控制技术，开发液压调速、机械变速、分汇流控制的液压功率流、机械功率流、控制信息流并联的新型传动方式，通过机械传动实现高传动效率，通过液压—机械传动相结合实现无级变速，以自适应负荷和行驶阻力变化，保证发动机工作在最佳工作点，以利于提高整机的动力性、燃油经济性和作业效率。
基于能量回收高效元件、混合动力系统的能量回收技术，即开展蓄电池、飞轮、电容器、蓄能器、并联或串联式油电混合、电液混合、液压混合动力系统理论与实验研究，将工程机械制动、回转、负载下降过程中产生无用势能回收利用。国外最新典型产品平均油耗降低显著，已开始投放市场，据称可实现节能25%。
（三）降振减噪设计
减振与降噪应该是产品设计中最需关注的焦点问题。例如在装载机设计中，动力装置采用双向减振悬挂系统就能克服整机动力传动系统与车架之间的共振、噪声及对动力系统的疲劳破坏；后桥设计成中心摆动结构能使后桥摆动中心与动力输入中心重合，很好地减少附加力矩对传动系统不停冲击所产生的振动与噪音，避免在崎岖不平道路上整机各部件相互冲击所产生的噪声。除选择低噪声的发动机外，主机的结构布置或系统的结构设计也可以进行某些针对性的改进。如冷却风扇可不再由发动机直接驱动，而可单独由液压马达带动，这便于将风扇与发动机隔开并将整个发动机密封起来，从而使噪声不能通过风扇出风口传到外部，降低噪声对环境的影响；通过优化液压管路排列来降低液压油泵振动、阀节流和油管振动产生的噪声；可在机罩等覆盖件处设计粘贴吸音隔音材料；可设计全密封整体式驾驶室，密封减震，隔音降噪，真正体现“以人为本”的设计宗旨。
（四）外观设计
国内工程机械产品外观质量存在色调单一、表面粗糙、漆膜弊病多、光泽度低等问题。随着环境保护要求的提高和人们审美要求的提高，产品外观质量都在向着给人以视觉、心理良好感觉的方向发展。工程机械产品的外观质量也将朝着美观的方向发展，除在外形设计上做改进外，产品表面涂装上还应做以下改善：涂装作为工程机械主要的表面处理方式，在涂装环境、涂装技术加大改进和投入，把整车涂装摆在一个新的位置和高度。原来的外观质量水平已不能满足用户需要和市场竞争的要求，所以侧重于防护性能的、低档次的涂料将逐渐被具有防护、装饰等综合性能良好的高档次涂料所取代。同时，涂漆前处理将更精细，焊缝及局部位置将通过打磨、修补及刮腻子来改善其表面光滑度。随着与国际市场的接轨和国外产品的大举进入，为提高市场竞争力和生存发展空间，各工程机械厂家必将加大综合质量的改进和新产品的开发，并注重品牌和特色。从外观质量来讲，色彩将不再单一，各厂家将会采用不同色彩的涂料，不同工程机械产品的外观色彩也将多样化。外观色彩总体的多样化与不同厂家不同机型的个性化也将成为工程机械产品外观质量发展的一种趋势。
结语
机械制造业作为我国国民经济快速发展的支撑产业，在我国社会经济的发展过程中发挥着至关重要的作用。将可持续发展理念引入到机械产品的设计过程中，不仅是出于机械产品技术设计方面的考虑，也是对机械设计人员思想观念方面的变革。它在降低资源消耗、保护环境方面起到重要的推动作用。
参考文献：
[1]梅志敏，李云云，卢伟，张融.绿色选材在机械设计中的运用研究[J].机械制造，2012年7期.
[2]王翠霞.简述绿色理念在机械设计中的重要性[J].房地产导刊，2014年35期.
[3]马永微.基于绿色理念的食品机械设计研究[J].山东工业技术，2015年7期.
【摘 要】目前我国机械装备普遍存在能耗高、故障率高和寿命周期短等突出问题。而随着我国机械制造业绿色设计与绿色制造发展步伐的加快，我国机械设备的状况正在不断改善，基于可持续发展的机械产品成为为例机械产品的设计的发展趋势。本文分析了机械产品设计坚持可持续发展理念的重要性，并探讨了可持续发展视野下的机械产品设计要点。
一、机械产品设计坚持可持续发展理念的重要性
目前我国机械装备普遍存在能耗高、故障率高和寿命周期短等突出问题，如许多压缩机组实际运行效率比设计效率低5%～20%，事故时有发生，不能确保安全可靠、长周期运行。长期以来，我国许多机械成品设计以消化吸收、仿制为主，缺乏自主创新品牌，低能耗与轻量化的绿色设计技术基础薄弱，既缺乏可持续发展设计理念。
大力开展绿色制造机械是实现循环经济、节能减排和可持续发展的主要途径之一。坚持可持续发展理念进行机械产品设计就是要面向环境进行设计，在满足使用功能、保证力学强度和使用寿命的前提下，简化结构，实现装备的轻量化，达到节材和节能的效果；将科技进步的新理论、新理念、新材料、新工艺、新技术及时融入到设计中去，从而改进设备结构、提升运行监控水平，有效提升设备的绿色化程度。在设计过程中增强可回收的意识，使设备结构具有多重可回收性，推进资源循环利用。使先进成形技术向数字化、减量化、短流程、精密化、复合化、绿色化、智能化方向发展，包括机械装备轻量化结构设计，新材料、新工艺、新装备应用促进装备减量化，装备零部件毛坯制造趋向近净成形——精确锻压成形、精确轧制成形、无模铸造精密成形、无废弃物制造促进循环利用等。
二、可持续发展视野下的机械产品设计要点
（一）全寿命周期设计
工程机械全寿命周期设计理论和绿色设计制造系统方法，是实现工程机械全寿命周期的绿色化必然选择，是未来工程机械技术发展重要领域和研究方向。工程机械全寿命周期设计是在设计阶段就要考虑到产品寿命周期的所有历程，将所有相关因素综合规划和优化的设计理论。全寿命周期设计不仅要设计产品的功能属性，而且要设计产品的环境属性，更要规划设计、制造、营销、物流、使用、维修、回收、再利用，全寿命周期过程，产品绿色度体现在全生命周期的各个阶段。
工程机械结构工作装置多为焊接结构件，由于结构复杂性和载荷随机性以及工况多变性，使得结构受力复杂而瞬变，导致结构失效破坏时有发生，虽然企业在制造环节采取多种措施，但仍没有根本解决。因此，需要开展，第一、基于在线检测、无线传输、同步记录技术的工程机械多维作业载荷谱，路面谱的采集、编制、重现、保真研究，开发测试仪器装备，建立工程机械分类分级（工作级别）载荷谱库。第二、基于典型结构焊接构件疲劳试验，建立不同斜率常数特征疲劳强度数据库。第三、基于应力幅——极限状态法疲劳强度定寿设计理论、概率论的极限状态法非线性设计理论，开展工程机械结构抗疲劳非线性设计，保证结构的设计寿命。这个方法还是比较的粗糙，我们做过研究以后发现差异还是非常的大。
（二）节能减排设计
工程机械属于典型的能耗高、排放大的机械设备。因此，我国工程机械行业急需开展基于动力匹配与控制优化的智能技术、基于机电液融合传动方式的改善技术以及基于能量回收高效元件、混合动力系统的能量回收技术。
基于动力匹配与控制优化的智能技术，即在保证动力性前提下，使发动机工作在经济耗油区，通过合理匹配参数和电喷控制，在大负荷时输出大驱动力，小负荷时输出高速度，充分利用发动机功率，减少功率浪费。通过采集工程机械典型工况数据，进行负载智能识别与预测，建立工程化的动力系统多参数功率匹配数据库，通过组合优化实现复杂工况下参数的发动机自适应智能调节。
基于机电液融合传动方式的改善技术，即发挥液力、机械、液压传动的无级变速功能和负荷自适应功能，融合机械—液压传动与控制技术，开发液压调速、机械变速、分汇流控制的液压功率流、机械功率流、控制信息流并联的新型传动方式，通过机械传动实现高传动效率，通过液压—机械传动相结合实现无级变速，以自适应负荷和行驶阻力变化，保证发动机工作在最佳工作点，以利于提高整机的动力性、燃油经济性和作业效率。
基于能量回收高效元件、混合动力系统的能量回收技术，即开展蓄电池、飞轮、电容器、蓄能器、并联或串联式油电混合、电液混合、液压混合动力系统理论与实验研究，将工程机械制动、回转、负载下降过程中产生无用势能回收利用。国外最新典型产品平均油耗降低显著，已开始投放市场，据称可实现节能25%。
（三）降振减噪设计
减振与降噪应该是产品设计中最需关注的焦点问题。例如在装载机设计中，动力装置采用双向减振悬挂系统就能克服整机动力传动系统与车架之间的共振、噪声及对动力系统的疲劳破坏；后桥设计成中心摆动结构能使后桥摆动中心与动力输入中心重合，很好地减少附加力矩对传动系统不停冲击所产生的振动与噪音，避免在崎岖不平道路上整机各部件相互冲击所产生的噪声。除选择低噪声的发动机外，主机的结构布置或系统的结构设计也可以进行某些针对性的改进。如冷却风扇可不再由发动机直接驱动，而可单独由液压马达带动，这便于将风扇与发动机隔开并将整个发动机密封起来，从而使噪声不能通过风扇出风口传到外部，降低噪声对环境的影响；通过优化液压管路排列来降低液压油泵振动、阀节流和油管振动产生的噪声；可在机罩等覆盖件处设计粘贴吸音隔音材料；可设计全密封整体式驾驶室，密封减震，隔音降噪，真正体现“以人为本”的设计宗旨。
（四）外观设计
国内工程机械产品外观质量存在色调单一、表面粗糙、漆膜弊病多、光泽度低等问题。随着环境保护要求的提高和人们审美要求的提高，产品外观质量都在向着给人以视觉、心理良好感觉的方向发展。工程机械产品的外观质量也将朝着美观的方向发展，除在外形设计上做改进外，产品表面涂装上还应做以下改善：涂装作为工程机械主要的表面处理方式，在涂装环境、涂装技术加大改进和投入，把整车涂装摆在一个新的位置和高度。原来的外观质量水平已不能满足用户需要和市场竞争的要求，所以侧重于防护性能的、低档次的涂料将逐渐被具有防护、装饰等综合性能良好的高档次涂料所取代。同时，涂漆前处理将更精细，焊缝及局部位置将通过打磨、修补及刮腻子来改善其表面光滑度。随着与国际市场的接轨和国外产品的大举进入，为提高市场竞争力和生存发展空间，各工程机械厂家必将加大综合质量的改进和新产品的开发，并注重品牌和特色。从外观质量来讲，色彩将不再单一，各厂家将会采用不同色彩的涂料，不同工程机械产品的外观色彩也将多样化。外观色彩总体的多样化与不同厂家不同机型的个性化也将成为工程机械产品外观质量发展的一种趋势。
结语
机械制造业作为我国国民经济快速发展的支撑产业，在我国社会经济的发展过程中发挥着至关重要的作用。将可持续发展理念引入到机械产品的设计过程中，不仅是出于机械产品技术设计方面的考虑，也是对机械设计人员思想观念方面的变革。它在降低资源消耗、保护环境方面起到重要的推动作用。
参考文献：
[1]梅志敏，李云云，卢伟，张融.绿色选材在机械设计中的运用研究[J].机械制造，2012年7期.
[2]王翠霞.简述绿色理念在机械设计中的重要性[J].房地产导刊，2014年35期.
[3]马永微.基于绿色理念的食品机械设计研究[J].山东工业技术，2015年7期.