技术

1　前言

　　工业生产的发展推动了人类社会的进步，同时也给人类带来了越来越严重的环境问题。造成环境问题的根本原因是资源的不合理开发和利用。当前，各国都在研究如何最有效地利用有限的自然资源和最低限度地产生废弃物，以从根本上解决环境问题。
　　制造业是人类社会最大的污染源之一。在量大面广的制造系统中，制造资源的利用率很低，产生的废弃物很多，环境污染严重。
　　制造系统资源利用率低的原因是多方面的。制造资源的利用率与产品设计、工艺方案、加工路线、制造资源配置以及制造系统本身等诸因素有密切关系。而产品设计是影响资源消耗的最关键的环节。因为在产品功能和基本要素确定的情况下，产品的结构布局、材料选择、加工工艺、可制造性、可装配性、可重复使用性等影响资源消耗的主要因素都是在设计阶段确定的。
　　因此，分析产品设计对资源消耗的影响因素，并从系统的角度研究面向资源优化利用的产品设计方法，对提高资源利用率，改善资源危机和环境污染的状况有重要意义。
　　制造资源的概念涉及面很广，包括物料、能源、设备、资金、厂房、人力等。本文所讨论的资源主要是指物料(原材料、坯件等)和能源，本文称之为物能资源，有时又简称为资源。

2　产品设计对物能资源消耗的影响因素

　　产品设计可从多方面影响物能资源的消耗，采用不同的设计方案，所消耗的物能资源大不一样。下面对设计中影响物能资源消耗的主要因素进行分析。

2.1　机械产品的系统方案设计
　　系统方案的确定是后续设计工作的依据，它不仅确定了机械产品的工作原理，对产品的性能、质量、可适用性等起决定性的作用，而且对物能资源的消耗情况也有决定性的影响。
　　例如：机床传动系统的设计。对于直线往复运动的传动机构，机械传动系统和液压传动系统都是应用得比较广泛的。而两种方案的物能资源的消耗情况是不一样的，分别比较如下表。

表

　　由此可见，系统方案设计确定了系统的工作原理、动力来源、能量转换方式等，因而对机构的结构复杂性、外廓尺寸、能量传递效率有决定性的影响，从而影响产品的能量消耗和材料消耗。

2.2　产品的结构设计
2.2.1　结构的复杂性
　　结构简单的产品零件数量较少，联接方法简单。因此，零件的加工量少，加工过程中的能量消耗、以及夹具、量具、刀具、模具等工艺装备数量也会由于零件数的减少而相应地减少；而且产品的体积小，重量轻，材料消耗少。而结构复杂，零件繁多的产品，材料消耗多；并且零件的加工量大，加工过程中的能量损耗、工装数量也相应增多。因此，在满足产品功能要求的前提下，简化产品结构，尽量避免设计可有可无的零件，采用功能多样化和复合化的零件以及简单的联接方法，使整体装置的零件数减少，可大大减