《可持續(xù)產品設計》PPT課件

1、可持續(xù)產品設計第一節(jié) 可持續(xù)產品設計的基本概念及其必要性一.基本概念近年來，電器產品對環(huán)境的影響漸漸受到重視，各國紛紛制定產品環(huán)境績效改善目標和標準。在歐盟RoHS指令頒布一段時間后，歐盟進而又推出“耗能產品生態(tài)設計指令”（EUP指令），專門對產品設計階段提出要求，要求在設計階段必須考慮產品整個生命周期中可能對環(huán)境造成的影響。可見，以后電子電氣產品的設計人員不僅要能夠設計出符合所需功能和性能的產品，而且要保證能夠設計出符合要求的綠色環(huán)保產品?？沙掷m(xù)產品設計（或叫綠色產品設計，清潔設計）是指在設計產品時考慮降低其整個生命周期內的成本和環(huán)境影響，并滿足顧客要求而進行的設計?？沙掷m(xù)設計也可以提高產品

2、質量并提高市場份額。提高資源生產力-用更少的材料和設備投入、更少的污染和廢棄物，生產出更多的貨物和服務-這將降低商業(yè)成本，有利于環(huán)境。為什么保護環(huán)境要關注產品？產品的制造和使用會造成一系列的環(huán)境影響。特別是會消耗和浪費大量的材料。有研究表明：如果產品制造和使用過程中消耗的物質資源和能量能越少，不排放出環(huán)境污染物，如果產品中不含危害物質，如果產品報廢后組成產品的材料能夠回收利用，那么產品基本上就不會對環(huán)境造成大的影響。所有與產品相關的環(huán)境污染預防和保護法規(guī)也都是針對這幾個方面制定的。93%的生產材料不會出現(xiàn)在最終銷售的產品中。80%的產品在使用一次后就會被丟掉。99%的在生產中使用，或包含在產品

3、中的材料會在頭6周中丟棄。制造生命終結使用原材料分銷分銷分銷分銷再循環(huán)處置產品生命周期的不同階段可持續(xù)的產品設計是在其整個生命周期內考慮產品的成本和環(huán)境影響?？沙掷m(xù)設計可以應用于設計過程的所有階段。然而，最好是在設計過程的開始階段實施。因為在后期增加對環(huán)境的考慮可能導致更高的設計成本和更少的環(huán)境選擇。成功的可持續(xù)設計要求在產品的整個生命周期內都要考慮其環(huán)境影響。二.實施可持續(xù)設計的必要性可以從以下方面分析開展產品的可持續(xù)設計：法規(guī)包裝和包裝廢棄物指令。限制包裝和包裝廢物中的鉛、鎘、汞和六價鉻的含量。綜合污染預防和控制（IPPC）指令。要求公司進一步改善環(huán)境績效。氣候變化稅。要求降低產品的能量消

4、耗，減少溫室氣體排放。報廢汽車指令：要求建立收集、處理、再利用的機制，鼓勵將報廢汽車的部件重復利用。要求于2003年7月1日后推出市場銷售的小汽車、小型貨車要限制鉛、鎘、汞及六價鉻等重金屬含量。WEEE：指令鼓勵便于維修，產品升級，生命終結時再使用、拆解和再循環(huán)的電子電氣設備的設計和生產。市場：現(xiàn)在的公司都面臨顧客端供應鏈。大公司或知名公司的環(huán)境壓力，通過供應鏈給小公司施加壓力，途徑可能是以下兩點：只與獲得通過ISO14001認證或EMAS認證的公司做生意。要求他們的供應商以對環(huán)境更負責的方式制造他們的產品或材料。經濟：進行可持續(xù)產品設計和清潔生產可以獲得巨大的經濟利益，這種效益可能是直接的或

5、間接的?？沙掷m(xù)產品設計可以提高效率，實現(xiàn)以下幾點：利潤提高。降低材料和資源的消耗并因此獲得更低的材料成本。在生產過程中產生的廢物減少，因此廢物處理成本降低。降低生產和勞動力成本?？沙掷m(xù)設計還可以通過以下途徑實現(xiàn)非直接的經濟效益：正是潛在的重大成本節(jié)約以及環(huán)境效益促使許多公司開始積極推行可持續(xù)設計。改進顧客/供應商關系。提供有力的營銷工具。鼓勵革新和產品開發(fā)?？沙掷m(xù)設計的產品除了省錢，還可以產生額外的，無形的商業(yè)利益，包括：可持續(xù)設計的目標就是通過以下方面來提高資源生產力：環(huán)境銷售提高聲譽增進員工士氣改進資源生產力降低材料和設備的使用。消除危害材料的使用，促進再使用和再循環(huán)。功能和服務生命最大化

6、。元件和亞組件再使用的最大化，生命終結時材料的再循環(huán)，以滿足初始產品標準。4.做出設計決定的時機為了符合指令要求，降低成本，需要公司最及時地做出進行產品設計變更的決定。在產品設計過程的關鍵階段即做出設計決定，將在整個設計過程中將具有正面的連鎖效應。因此，實施這些設計變更的成本可能通過規(guī)劃在前及盡早做出關鍵的設計決定而降低。這樣做也有機會與顧客和供應商商量可實施的設計變更，并采納他們的要求和建議。第二節(jié)產品可持續(xù)設計的商業(yè)機會一、降低產品的生命終結成本降低產品的生命終結成本的出發(fā)點，是要了解消費者為什么要扔掉產品及其它的處理方式，這將有助于選擇最好的生命終結方式并做出設計變更，最好采用簡單的方式

7、以適應將來市場條件的變化。1.最好的產品生命終結方式：首先，避免產品變成廢物的方式將產生最大的經濟和環(huán)境效益。這將需要各部門不同的信息，特別是以下幾點：營銷人員，了解現(xiàn)在消費者如何使用和丟棄產品。銷售人員，計算售出的年度產品重量。技術人員，評估產品，組件和組件在產品生命終結時如何可以再使用，再循環(huán)和再回收。一些制造商能過將新產品樣品送到再循環(huán)商處，并從他們那里獲得很有價值的產品生命終結設計建議。這些再循環(huán)商評估了產品拆解的難易程度，以及產品材料再循環(huán)的成本效益。這些信息的反饋可以幫助設計人員選擇材料和產品組裝方式。以下有幾點很重要：產品是否本來就適合于某種生命終結方式。如：如果產品的商業(yè)價值在

8、于其采用的封裝技術，那么產品再使用，升級或翻新將是很好的生命終結方式。生命終結方式是否具有商業(yè)意義，是否可以融合進產品的總體營銷策略。是否存在適宜的收集，運輸和貯存安排，或者可以建立這樣的安排，以便為生命終結方式的收回足夠量的、狀況適宜的產品。2.為產品生命終結優(yōu)化產品設計已經確定了最好的產品終結方式后，可以考慮進行產品設計變更以最大程度地節(jié)約成本。終結方式設計考慮的例子耐用產品延長產品壽命考慮使用更高的規(guī)范整個產品再使用，例如再賣到二手市場產品標示容易改變-外表容易刷新升級產品，如用最新的技術升級產品功能模塊設計通過更換失效的元組件來更新在控制器中嵌入傳感器或備用存儲器，用于存儲產品的生命信

9、息以便于錯誤診斷提取元組件再用模塊或亞組件設計得可以分別測試提取材料用于再循環(huán)亞組件可以很容易地按材料類別循環(huán)提取材料用于發(fā)電廠的能量回收含有高氯值的亞組件要容易拆分填埋危害材料要易于拆分以當成危害廢物處理3.供應商消費者和再循環(huán)者之間的合作供應商、生產商、消費者和再循環(huán)者之間的溝通和合作對于確保成功的實施所希望的生命終結方式很重要。與再循環(huán)商合作可以為生產商節(jié)約成本。二、降低制造成本設計理事會認為最少80%的用于制造電氣電子產品的材料和設施及其成本在設計階段就確定了?？沙掷m(xù)的產品設計技術可以幫助公司重新設計他們的產品，這樣可以在制造過程中使用更少的原材料，更大地節(jié)約成本。三、環(huán)境銷售可持續(xù)的

10、產品設計也可能幫助公司通過增加“綠色”顧客的數(shù)量來提高他們的市埸份額。在投標活動中，公共行業(yè)的顧客越來越多地要求供應商考慮可持續(xù)產品設計問題。許多的OEM生產商，特別是在顧客供應鏈中，已經發(fā)布了環(huán)境方針承諾。為符合這些承諾，他們通過以下方式給供應鏈施壓：只與獲得環(huán)境管理體系認證（如ISO14000，EMAS）的企業(yè)開展業(yè)務。要求供應商展示他們是以對環(huán)境負責的方式制造產品。一些供應商將這樣的壓力變成優(yōu)勢，主要是通過為顧客提供亞組件制造的可持續(xù)的產品設計建議來實現(xiàn)。在消費電子領域，一些公司能通過宣傳其產品的低運行成本來提升市場份額。產品的生態(tài)標示可以通過強高相比于其它類似產品，此產品是專門設計用于

11、降低環(huán)境影響來獲得銷售利潤。通過設計來延伸產品的生命周期，具有很大的銷售價值。設計一個產品，使得它便于售后服務和升級，以延長產品的生命期，這也可以提高銷售利潤和增強品牌價值。同時可以降低沒有通過質量控制檢查的產品的維修成本，或保修范圍的返修成本核算。這包括：考慮更高規(guī)格的組件，亞組件以及PCB，以保證更好的產品可靠性。將部件的生命周期設計成一樣長，因為單個部件的失效常常意味著整個產品就得被扔掉。設計得便于拆解，以確保產品可以高效拆開。模塊化設計，以便于產品升級和維修。確保可替換和可升級的組件容易購得到。考慮如何更好的供應零件。提供成套的零件常常導致不需要的零件的浪費。然而，分別供應單個零件可能

12、提高封裝要求。四、功能和服務革新可持續(xù)的產品設計可以刺激革新并引發(fā)產品本身的激進變化。關注顧客從產品中獲得的服務以及顧客如何使用產品的功能，可以對提供這些服務和產品提供一個新鮮視角。第三節(jié) 可持續(xù)產品設計的管理一、在產品開發(fā)過程中結合可持續(xù)的產品設計通過解決以下問題，可以將可持續(xù)的產品設計融入產品開發(fā)過程： 可持續(xù)的產品設計應該在設計過程中盡可能早考慮。在概念和可行性階段投入的時間將在后面的設計過程中獲益，并可避免更昂貴的設計變更。可行性階段將產生設計規(guī)范，為詳細設計提供了框架要求。這應該在早期清楚地定義，并應包括與所有相關方和外部的利益相關方商談。人員。在概念階段提高人員的可持續(xù)產品設計意識

13、，并在整個過程中持續(xù)提醒。過程。使用可持續(xù)產品設計改進機會的檢進表以確保在整個過程中關注它們。技術。分享好的設計技巧和主意。二、商業(yè)和產品生命周期中的有關事宜一旦發(fā)生設計變更，可持續(xù)的產品設計可能對上游下游產生影響，影響到供應商，顧客和循環(huán)商，還可能影響一系列商業(yè)事宜，包括：采購，制造，分銷，營銷，質量，健康和安全。確保在設計過程中盡早識別和解決這些影響很重要。這依賴于設計改進關注產品生命周期的哪個階段。例如：設計決定關注重點是使用更少的材料將影響質量，制造和采購。而設計決定要在制造過程中使用更環(huán)境友好的材料將要求與供應商協(xié)商。對產品包裝的改變將要求與顧客協(xié)商。而材料再循環(huán)的設計則要求在產品終

14、結時與再循環(huán)商協(xié)商?？紤]設計變更將如何影響產品生命周期的其它階段也很重要。例如：選擇在制造過程降低成本的材料可能降低生命終結時再使用或再循環(huán)的機會，因此會降低整體成本，這些可以在這個產品生命周期中實現(xiàn)。一個有利于在產品生命終結時拆解再用或再循環(huán)的緊固件可能在安裝時需要耗費更多的勞動。三、制造設計關注制造設計是很有價值的。設計產品以降低制造和組裝成本。包括：設計優(yōu)雅簡單的產品需要更多的經驗，更且有挑戰(zhàn)性，但可以獲得比所付出的努力多倍的，更長期的利益和可靠性。例如，使用更少數(shù)量的更高功能的組件將降低相互連結的組件的數(shù)量以及固定的復雜性。復雜是昂貴的，簡化產品的設計將大大降低制造和組裝成本。優(yōu)雅的簡

15、單的設計是好的設計。與組件供應商，組裝商和PCB制造商協(xié)商。四、供應鏈參與讓所有的供應商參與產品的開發(fā)階段對降低生產成本是有益的。在設計階段早期考慮高水平的規(guī)范可以使得供應商提供有價值的制造設計建議，同時確保競爭性報價。讓供應商盡早參與將消除昂貴的臨終變更的風險。第四節(jié)產品的可持續(xù)再設計企業(yè)在應對各種環(huán)保法規(guī)時，很多產品是已經定產的成熟產品。對于這些產品應該如何進行環(huán)保改造，以適應法規(guī)和顧客要求？答案是需要對這些產品進行持續(xù)再設計。原材料使用，廢物產生（包含廢氣排放），能量消耗在產品生命周期的每一個階段都應該考慮。通過再使用，維修和再循環(huán)整個產品或其組件來延長產品的生命周期帶來的潛在利益也應該

16、考慮。一、關鍵的環(huán)境措施產品的一并境績效可以通過考慮10個關鍵的覆蓋產品生命周期的環(huán)境措施而得到提高：生命周期階段關鍵的環(huán)璋措施原材料使用更少的材料使用對環(huán)境影響更少的材料制造使用更少的資源產生更少的污染和廢物分銷/運輸降低其對環(huán)境的影響使用使用更少的資源產生更少的污染優(yōu)化功能和服務周期生命終結使得產品再使用和再循環(huán)更容易降低報廢處置的環(huán)境影響二、可持續(xù)再設計循環(huán)（周期）可持續(xù)再設計可以輸入傳統(tǒng)的設計過程，也可以應用于現(xiàn)有產品的設計或新產品的開發(fā)。清潔生產的決策過程在持續(xù)改進類型過程中有4個因素。1.研究產品2.確定清潔設計優(yōu)先項目3.4.設計評審收集產品，制造和產品終結方式查找相關法規(guī)比較環(huán)

17、境影響，驅動利益和技術可行性對照前10個關鍵的環(huán)境措施列出優(yōu)先項目從生產和營銷部門獲取反饋信息評是廢物和污染減少的成本節(jié)約針對清潔設計有限項目針對產品考慮形式（材料和物理組織）和功能這個決策過程的目標是：提高產品的環(huán)境績效。降低生命周期影響。提高市場份額。降低成本。第五節(jié) 材料和機械設計一、設計減少資源消耗首先考慮在產品生命周期內使用更少的材料和設備，產生更少的廢物。一個使用更少組件的簡單設計可能降低材料和組裝成本，同時提高可靠性，因為能失效的對象更少了，在某些情況下，多部件可以設計成一個。設計者可以使用工程原理來降低資源的使用，包括：降低產品中使用的不同材料的數(shù)量通常是有益的，而且可以帶來成

18、本和環(huán)境效益。還可以通過規(guī)模經濟降低制造成本，提高產品終結時材料在循環(huán)的可能性。通常用一種材料制造亞組件是可能的，有時可以用循環(huán)材料。確定硬度和強度的實際要求。優(yōu)化部件尺寸。當有硬度要求時，考慮厚壁部分的替代品。為產品的生命周期選擇最合適的材料。二、組裝和拆解設計連結方式的選擇依賴于組裝成本和產品整個生命周期內的所要求的性能參數(shù)。例如，連結方式的選擇將影響循環(huán)材料的純度，進而影響其價值。可逆的連結要便于夠及，易拆除和耐用，在拆解后將產生更純凈的材料。當使用緊固件時，以下方面很重要：盡量避免用黏結劑或焊接將不同的材料連結起來。連結熱塑部件到其它材料的壓合技術是低成本的方法，但降低了產品終結時材料

19、和組件循環(huán)的機會。緊固點要可達，可見和明顯標識?？紤]使用顏色編碼來幫助拆解和組裝，例如幫助升級和維修。使用簡單的組件指引。使用螺絲代替鉚釘，利于產品終結時的拆解。將螺絲頭標準化，以便于使用盡可能少的組裝和拆解工具。避免需要耗能工具進行拆解的組裝。考慮使用與部件材料一樣的緊固件，以提高產品終結時材料再循環(huán)的機會。三、包裝設計對于許多制造公司而言，產品包裝是重要的商業(yè)成本，許多公司重新設計了他們的包裝，節(jié)約了成本，包裝必須保護貨品，利于搬運和分銷，提供信息并作為一個產品營銷的工具，包裝不充分可能導致產品損壞，顧客退貨或浪費，不好的包裝設計甚至導致傷害。好的設計在制造包裝中有重要作用，既可以滿足功能

20、要求又可以滿足環(huán)境要求，評審產品的包裝設計和材料將有助于識別以下方面的機會：這些方法將通過減少資源消耗和降低需要處理的廢物量而降低成本。設計出于保護產品的需要。消除或降低你的包裝要求。優(yōu)化你的包裝使用，即讓包裝與保護需求相匹配。引進再使用的轉換包裝。使用循環(huán)材料。四、材料循環(huán)設計1.金屬許多的電氣電子設備越來越多地使用塑料來制造，以降低制造成本。但是，在許多情況下，現(xiàn)在的再循環(huán)技術要么不能將塑料回復到其原來的性能，要么是再循環(huán)的成本比買新的塑料還貴。金屬組件比塑料替代品要貴，但它們是高度可循環(huán)的。在某些情況下，當塑料組件不能有效地再循環(huán)以滿足WEEE指令目標時，使用更多的金屬將具有更大的商業(yè)意

21、義。為了降低成本，回復到使用金屬需要公司改進它們的產品設計，將組件和亞組件設計得更薄、更小、更輕、數(shù)量更少，使組件再利用的機會最大化。2.塑料要為產品選擇最合適的塑料，就要考慮與上游供應商共同考慮原料流，與下游的循環(huán)商考慮產品生命終結時的一些事情。給聚合物供應商的問題需要使用特殊的聚合物還是可以使用商用聚合物？能否選用更耐循環(huán)處理的聚合物？能否選用更容易分離進行單獨循環(huán)的聚合物？能否選用適合混合循環(huán)更兼容的聚合物？塑料規(guī)范上游考慮下游考慮給再循環(huán)商的問題對于再循環(huán)的聚合物而言，市場需求是什么？再循環(huán)商能否分離聚合物進行單獨循環(huán)？再循環(huán)商能否將聚合物一起再循環(huán)，以制造混合的聚合物？五.危害物質的

22、可用替代物總體而言，應盡量避免使用危害物質，如果無法做到，應該清楚地標識材料，并使其易于分離。1.鉛鉛在焊料中大量使用，將組件焊接到PCB板上，在陰極度射線管和燈泡的玻璃中也有應用。在許多主流的焊接應用中，以錫銀銅為基礎的合金可能是用于替代鉛焊料的第一選擇。然而，錫銀鉍類型的合金可能用于表面貼裝消費產品。而在成本因素很重要時，錫銅可能開發(fā)用于波峰焊。2.溴化阻燃劑阻燃劑被加入電子電氣產品的聚合物中，以確保滿足國際標準如UL94。電子行業(yè)使用的聚合物應用使用的聚合物多層PCB板環(huán)氧樹脂，酚類，聚酰胺電子組件的密封件環(huán)氧樹脂電子電氣設備的機架ABS，HIPS，PC，尼龍開關，插座，連接器PET，P

23、BT，聚酰胺電線和電纜絕緣體PVC，EVA，XLPE3.鎘鎘在業(yè)界有多種用途，包括：用作抗粘黏劑（鎘電鍍部件具有很好的光滑度）。用作抗腐蝕劑（特別是用于保護鹽霧條件下使用的連接器以及定位器，當電磁兼容性是很關鍵的問題時）。在顏料，油漆，涂料和塑料中用作色料的穩(wěn)定劑。作為焊料。在許多情況下，設計變更后可能完全不再需要鎘涂層了。當需要涂層時，在大部分情況下都可以使用替代物，包括：當重量不再是問題時，鎳/鋁/青銅合金可用于作為抗腐蝕連接。如果鎘電鍍鋁連接器相比，這些合金可能提高連接器的重量23倍甚至更大。新材料持續(xù)不斷地被開發(fā)出來，許多還超過現(xiàn)行的鎘涂層的性能。錫及其合金。鋅及其合金（如鋅/鈷）。離

24、子蒸汽沉積（鋁涂層）。鎳。環(huán)氧化物。開發(fā)用于特殊用途的塑化涂層。4.六價鉻A.六價鉻用于：B.當需要涂層時，六價鉻的替代物可考慮：耐磨表面的鉻基合金及鉻電鍍?？垢g性表面處理。在顏料，油漆，涂料中用作色料-鉻酸鉛色料用于獲得亮黃色，橙色或紅色。鋅基涂層或化合物，如鋅酸鹽。鎳基涂層，如無電鍍鎳，硼鎳。銅。銀。改進的底漆/油漆技術。5.汞傳統(tǒng)上汞一般用于：調溫開關（如家族加熱系統(tǒng)）。傾斜開關（如用于方便照明用的車罩，臥式凍結柜，用于煤氣爐上的航標燈）。第六節(jié)電氣電子設計選擇簡單，強勁的設計將提高產品的利潤和可靠性。經常向組件供應商，PCB制造商和組裝商咨詢對于降低制造和組裝成本也很重要。一、組件對于電子電氣設計而言，出發(fā)點是組件規(guī)范，因為這對其他的制造問題有源動效應。組件的封裝對PCB的設計和組裝的難易有重要影響。一般組件有很多的封裝技術可用，當設計限制許