第8章 綠色設(shè)計.ppt

1、第8章 綠色設(shè)計, Green Design,內(nèi)容簡介,第 8 章 綠色設(shè)計,隨著世界能源的過度消耗和環(huán)境污染的日益加劇，綠色設(shè)計已 日益受到各國政府和工程設(shè)計界的重視，現(xiàn)已發(fā)展成為一種新的現(xiàn) 代設(shè)計方法。,本章主要介紹了如下方面內(nèi)容：,綠色設(shè)計的概念 綠色技術(shù)，綠色產(chǎn)品，綠色制造 綠色設(shè)計的內(nèi)容和方法,8.1 概述,綠色設(shè)計（Green Design，簡稱GD），也稱為生態(tài)設(shè)計、環(huán)境設(shè)計、生命周期設(shè)計或環(huán)境意識設(shè)計。 盡管各國的提法不同，但其內(nèi)涵大體一致。綠色設(shè)計現(xiàn)已發(fā)展成為一種新的現(xiàn)代設(shè)計方法。,綠色設(shè)計基本思想是：在設(shè)計階段就將環(huán)境因素和預(yù)防污染的措 施納入產(chǎn)品設(shè)計之中，將環(huán)境性能作為產(chǎn)

2、品設(shè)計目標和出發(fā)點，力求 產(chǎn)品對環(huán)境的影響為最小。 因此，綠色設(shè)計是這樣一種設(shè)計：即在產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)，著 重考慮產(chǎn)品的可拆卸性、可回收性、可維護性、重復(fù)利用性等，同時 保證產(chǎn)品的功能、經(jīng)濟、質(zhì)量和使用壽命等要求。,圖8-1所示為綠色設(shè)計的體系結(jié)構(gòu)。,圖8-1 綠色設(shè)計的體系結(jié)構(gòu),圖8-a 綠色奧運，人文奧運,當今，“綠色”一詞已成為人們關(guān)注的重要問題和向往的未來。,圖8-3 中國的綠色標志,圖8-4 其它國家的綠色標志,德國藍色天使標志 加拿大環(huán)境選材標志,(1) 綠色設(shè)計是針對產(chǎn)品整個生命周期。 傳統(tǒng)的產(chǎn)品生命周期是從產(chǎn)品的生產(chǎn)到投入使用，有時也稱為“從搖籃到墳?zāi)埂钡倪^程；綠色設(shè)計將產(chǎn)品

3、的生命周期延伸到了產(chǎn)品使用結(jié)束后的回收重用及處理處置。,(2) 綠色設(shè)計是并行閉環(huán)設(shè)計。 傳統(tǒng)設(shè)計是串行設(shè)計過程，其生命用期是指從設(shè)計、制造直至廢棄的各個階段，而產(chǎn)品廢棄后如何處理處置則很少被考慮，因而是一個串行開環(huán)過程。 而綠色設(shè)計的生命周期除傳統(tǒng)生命周期各階段外，還包括產(chǎn)品廢 棄后的拆卸回收、處理處置，實現(xiàn)了產(chǎn)品生命周期階段的閉路循環(huán)， 而且這些過程在設(shè)計時必須被并行考慮。 因而，綠色設(shè)計是并行閉環(huán)設(shè)計。,綠色設(shè)計的特點主要表現(xiàn)為如下方面：,(3) 綠色設(shè)計有利于保護環(huán)境，維護生態(tài)系統(tǒng)平衡。,綠色設(shè)計有利于保護環(huán)境，維護生態(tài)系統(tǒng)平衡。 設(shè)計過程中分析和考慮產(chǎn)品的環(huán)境屬性是綠色設(shè)計區(qū)別于傳統(tǒng)

4、設(shè) 計的主要特征之一，因而綠色設(shè)計可從源頭上減少廢棄物的產(chǎn)生。,綠色設(shè)計可以減少不可再生資源的消耗。 由于綠色設(shè)計使構(gòu)成產(chǎn)品的零部件材料可以得到充分有效地利 用，在產(chǎn)品的整個生命周期中能耗最小，因而減少對材料資源及能源 的需求，保護了地球的礦物資源，使其合理持續(xù)利用。,(4) 綠色設(shè)計可以減少不可再生資源的消耗。,(5) 綠色設(shè)計的結(jié)果是減少了廢棄物數(shù)量及其處理的棘手問題。,綠色設(shè)計的結(jié)果是減少了廢棄物數(shù)量及其處理的棘手問題。 工業(yè)化國家每年要生產(chǎn)大量的垃圾。垃圾處理則成為頗為棘手的 問題。通常采用的填埋法不僅占用了大量土地，而且還會造成二次污 染。 據(jù)美國全國科學(xué)院的調(diào)查，從地下挖掘出來的東

5、西有94在幾個 月之內(nèi)就被扔進了垃圾堆。 而發(fā)展中國家要處理大量的垃圾，不僅技術(shù)上而且經(jīng)濟上都有 定的難度。 綠色設(shè)計將廢棄物的產(chǎn)生消滅在萌芽狀態(tài)，可使其數(shù)量降低到最 低限度，大大緩解了垃圾處理的矛盾。,表8-1 綠色設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計的比較,8.2 綠色技術(shù),綠色技術(shù)的出現(xiàn)最早可追溯到20世紀60年代，不過直到1994年E.布勞恩和D.威爾德才首先提出了環(huán)境友善技術(shù)（Environmental Sound Technology）的概念，并以此涵蓋了幾乎所有與環(huán)境有關(guān)的技術(shù)，也有學(xué)者稱之為綠色技術(shù)（Green Technology）。,綠色技術(shù)是一種對環(huán)境友好、節(jié)約資源、節(jié)約能源以及減少污染的可以

6、持續(xù)利用的技術(shù)。 綠色技術(shù)的內(nèi)涵反映在以下幾個方面： (1)綠色技術(shù)是一種現(xiàn)代技術(shù)體系。 (2)綠色技術(shù)是種“無公害化”或“少公害化”的技術(shù)。 (3)綠色技術(shù)生產(chǎn)出來的產(chǎn)品應(yīng)該有利于人類的健康和福利， 有利于人類文明進步。,學(xué)習(xí)和應(yīng)用綠色設(shè)計，則不得不先了解 “綠色技術(shù)” 。,(1)綠色技術(shù)是一種現(xiàn)代技術(shù)體系。 這種技術(shù)體系不同于人類的蒙昧?xí)r代、野蠻時代或農(nóng)業(yè)文明時 代的原始技術(shù)，同時，它又是一種技術(shù)體系，不是專指某一種技術(shù) 或產(chǎn)業(yè)部門的技術(shù)。,(2)綠色技術(shù)是種“無公害化”或“少公害化”的技術(shù)。 即無害于人類賴以生存的自然環(huán)境的技術(shù)。 這主要體現(xiàn)在綠色技術(shù)功能與環(huán)境功能的一致性廣。因此，防

7、止與治理環(huán)境污染，有利于自然資源生態(tài)平衡的技術(shù)均是綠色技 術(shù)，這是判定綠色技術(shù)的生態(tài)標淮或環(huán)境標準。,(3)綠色技術(shù)生產(chǎn)出來的產(chǎn)品應(yīng)該有利于人類的健康和福利，有利于人類文明進步，這是判定綠色技術(shù)的社會標推。,綠色技術(shù)就是最大限度地節(jié)約資源和能源，減少環(huán)境污染，有利于人類生存而使用的各種現(xiàn)代技術(shù)、工藝和方法的總稱。 綠色設(shè)計與綠色制造是綠色技術(shù)的核心內(nèi)容。,綠色設(shè)計是面向產(chǎn)品全生命周期的設(shè)計。 為了消除或減輕環(huán)境污染，現(xiàn)代社會要求產(chǎn)品制造企業(yè)必須考慮 如何通過再循環(huán)和重復(fù)利用來適當?shù)靥幹卯a(chǎn)品（如圖8-2的下半部分從 右向左的流程過程），并把產(chǎn)品廢棄問題，如回收與拆卸作為設(shè)計需 求納入其設(shè)計過程。

8、,圖8-2產(chǎn)品生命周期的階段與環(huán)境的關(guān)系 1直接再循環(huán)或重復(fù)利用；2可直接利用成分的再制造； 3再循環(huán)材料的再加工；4單體原材料再生,將圖8-2作為整體考慮即為綠色設(shè)計的產(chǎn)品生命周期。 因此，綠色設(shè)計的產(chǎn)品生命周期是指：從原材料生產(chǎn)、產(chǎn)品生產(chǎn)制造、裝配、包裝、運輸、銷售、使用直至回收重用及處理所涉及的各個階段的總和。,綠色設(shè)計的產(chǎn)品生命周期一般包括以下幾個階段： (1) 原材料獲取階段； (2) 綠色產(chǎn)品的規(guī)劃、設(shè)計與生產(chǎn)制造階段； (3) 產(chǎn)品的分配和使用階段； (4) 產(chǎn)品維護和服務(wù)階段； (5) 廢棄淘汰產(chǎn)品的回收、重用及處理處置階段。,8.2.1 綠色產(chǎn)品,綠色產(chǎn)品是20世紀80年代后

9、期世界各國為適應(yīng)全球環(huán)保戰(zhàn)略，進行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的產(chǎn)物。 綠色產(chǎn)品（Green Product，GP）又稱為環(huán)境協(xié)調(diào)產(chǎn)品，是相對于傳統(tǒng)產(chǎn)品而言。 綠色產(chǎn)品是綠色設(shè)計的最終體現(xiàn)，它是產(chǎn)品綠色程度的載體。 目前國內(nèi)外雖對綠色產(chǎn)品尚無確切的定義，但較多的學(xué)者認為： 所謂“綠色產(chǎn)品”是指：使用綠色材料、通過先進的綠色設(shè)計及制造方法、采用綠色包裝生產(chǎn)的一種節(jié)能、減耗、減污或無污的環(huán)境友好型產(chǎn)品。在其生命周期全過程中，符合特定的環(huán)境保護要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極小，資源利用率最高，能源消耗最低的產(chǎn)品。,1. 綠色產(chǎn)品的概念,從綠色產(chǎn)品的這些內(nèi)涵可以看出，綠色產(chǎn)品是環(huán)境友好型產(chǎn)品， 這是綠色產(chǎn)品區(qū)別于一般產(chǎn)

10、品的最重要特征，通常用“綠色度”來表明 這種友好性的程度。 綠色產(chǎn)品的“綠色度”體現(xiàn)在產(chǎn)品的生命周期全過程，而不是產(chǎn)品 的某一局部或某一階段。,綠色產(chǎn)品的內(nèi)涵體現(xiàn)在以下三個方面： 節(jié)約資源和能源； 保護生態(tài)環(huán)境， 有利于人類的安全與健康。,2. 綠色產(chǎn)品特點, 環(huán)境友好性,綠色產(chǎn)品的友好性通常用“綠色程度”來表明，這種友好體現(xiàn)在產(chǎn) 品的生命周期全過程，而不是產(chǎn)品的某一局部或某一階段。 具體體現(xiàn)在以下三個方面： 優(yōu)良的環(huán)境性能，即產(chǎn)品從生產(chǎn)到使用乃至廢棄回收處理的各 個環(huán)節(jié)都對環(huán)境無害或危害最小； 充分有效地利用材料資源，即綠色產(chǎn)品應(yīng)盡量減少材料的使用 種類和數(shù)量，特別是稀有貴重材料和有毒有害的

11、材料。在滿足產(chǎn)品功 能的條件下，盡量簡化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，盡可能是產(chǎn)品中的零部件能最大限 度地再利用； 有效利用能源，綠色產(chǎn)品在其生命周期的全過程中應(yīng)充分有效 利用能源，盡量減少能源消耗。, 生命周期的“多代性”,綠色產(chǎn)品的生命周期是從“搖籃到再現(xiàn)”(Cradle-to-Reincarnation),的過程，它是對普通產(chǎn)品生命周期的擴展，即綠色產(chǎn)品的生命周期除設(shè)計、制造、使用外，還應(yīng)包括廢棄（或淘汰）產(chǎn)品的回收、重 用及處理處置階段。 它是包括產(chǎn)品生命周期各個階段的閉環(huán)系統(tǒng)，一般主要包括五 個過程： 綠色產(chǎn)品規(guī)劃及設(shè)計開發(fā)過程； 綠色產(chǎn)品的制造與生產(chǎn)過程； 綠色產(chǎn)品使用過程； 產(chǎn)品維護和服務(wù)過程； 廢

12、棄淘汰綠色產(chǎn)品的回收、重用及處理處置過程。 綠色產(chǎn)品的生命周期不但包括本代產(chǎn)品的生命周期的全部時 間，而且還包括報廢或停止使用以后各代產(chǎn)品中的循環(huán)使用或循環(huán) 利用的時間。, 時效性, 區(qū)域性,綠色產(chǎn)品是一定時代的產(chǎn)物。 隨著科技發(fā)展不斷提高，人們的要求不斷提高，產(chǎn)品的環(huán)境行為 改善，綠色產(chǎn)品認證標準指標的閾值也將提高，原有的綠色產(chǎn)品在一 定的時期內(nèi)符合綠色產(chǎn)品認證標準，而經(jīng)過一個時期，就不再是“綠色 產(chǎn)品”。,目前，由于各國的生產(chǎn)技術(shù)存在一定的差距，綠色產(chǎn)品衡量標準 不盡相同，雖然在一些國家或者地區(qū)，某產(chǎn)品按本國或者地區(qū)的綠色 產(chǎn)品衡量標準是“綠色產(chǎn)品”，但是到另外一個國家或地區(qū)，可能就不是“

13、綠色產(chǎn)品”。,8.2.2 綠色制造,綠色制造（Green Manufacturing）又稱環(huán)境意識制造化、面向環(huán)境的制造等。 由于綠色制造的提出和研究歷史較短，其概念和內(nèi)涵尚處于探索發(fā)展階段，因而至今還沒有統(tǒng)一的定義。,1. 綠色制造的概念,但較多學(xué)者認為：綠色制造是一個綜合考慮環(huán)境影響和資源效率 的現(xiàn)代制造模式，其目標是使得產(chǎn)品從設(shè)計、制造、包裝、運輸、使 用到報廢處理的整個產(chǎn)品生命周期中，對環(huán)境的影響(負作用)最小， 資源效率最高，并使企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益協(xié)調(diào)優(yōu)化。,綠色制造涉及的問題有三部分： 一是：制造問題，包括產(chǎn)品生命周期全過程； 二是：環(huán)境保護問題； 三是：資源優(yōu)化利用問題。 綠

14、色制造是這三部分內(nèi)容的交叉，如圖8-5所示。,圖8-5 綠色制造的問題域交叉情況,2. 綠色制造的特點,綠色制造具有以下幾個方面的特點： (1)具有系統(tǒng)性 綠色制造系統(tǒng)與傳統(tǒng)的制造系統(tǒng)相比，其本質(zhì)特征在于綠色制造系統(tǒng)除保證一般的制造系統(tǒng)功能外，還要保證環(huán)境污染為最小。 (2)突出預(yù)防性 綠色制造是對產(chǎn)品和生產(chǎn)過程進行綜合預(yù)防污染的戰(zhàn)略，強調(diào)以預(yù)防為主，通過污染物源削減和保證環(huán)境安全的回收利用，使廢棄物最小化或消失于生產(chǎn)過程中。 (3)保持適合性 綠色制造必須結(jié)合企業(yè)產(chǎn)品的特點和工藝要求，使綠色制造目標符合企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營發(fā)展的需要，又不損害生態(tài)環(huán)境和保持自然資源的活力。,(4)符合經(jīng)濟性 通過綠色

15、制造，可節(jié)省原材料和能源的消耗，降低廢棄物處理 處置費用，降低生產(chǎn)成本，增強市場競爭力。 在國際上，綠色產(chǎn)品已獲得越來越廣泛的市場，生產(chǎn)綠色產(chǎn)品 或環(huán)境標志產(chǎn)品必然使企業(yè)在國際市場上具有更大的競爭力。 (5)注意有效性和動態(tài)性 綠色制造從末端治理轉(zhuǎn)向?qū)Ξa(chǎn)品及生產(chǎn)過程的連續(xù)控制，使污 染物產(chǎn)生最少化或消失于生產(chǎn)過程之中，綜合利用再生資源和能源、 物料的循環(huán)利用技術(shù)，有效地防止污染再產(chǎn)生。,8.3 綠色設(shè)計的內(nèi)容和方法,8.3.1 綠色設(shè)計的內(nèi)容,綠色設(shè)計的內(nèi)容一般包括如下方面： 綠色材料及其選擇 產(chǎn)品的可回收性設(shè)計 產(chǎn)品的可拆卸設(shè)計 綠色包裝設(shè)計 綠色產(chǎn)品的成本分析 綠色產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)庫與知識庫,

16、1. 綠色材料及其選擇,綠色材料選擇的三個原則是： 優(yōu)先選用可再生材料，盡量選用回收材料，提高資源回收率，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展； 盡量選用低能耗、少污染的材料； 盡量選擇環(huán)境兼容性好的材料及零部件，避免選用有毒、有害和有輻射特性的材料，所用材料應(yīng)易于再利用、回收、再制造或易于降解。,綠色材料是指在滿足一般功能要求的前提下，具有良好的環(huán)境兼容性的材料。 綠色材料在制備、使用以及用后處置等生命周期的各階段，具有最大的資源利用率和最小的環(huán)境影響。,2. 產(chǎn)品的可回收性設(shè)計,可回收性設(shè)計是在產(chǎn)品設(shè)計初期應(yīng)充分考慮其零件材料的回收可 能性、回收價值大小、回收處理方法、回收處理結(jié)構(gòu)工藝性等與回收 性有關(guān)的一系列

17、問題，最終達到零件材料資源、能源的最大利用，并 對環(huán)境污染為最小的一種設(shè)計思想和方法。,可回收性設(shè)計的內(nèi)容主要包括以下幾個方面： (1)可回收材料及其標志； (2)可回收工藝及方法； (3)可回收性經(jīng)濟評價； (4)可回收性經(jīng)濟設(shè)計。,3. 產(chǎn)品的可拆卸設(shè)計,可拆卸設(shè)計是一種使產(chǎn)品容易拆卸并能從材料回收和零件重新使 用中獲得最高利潤的設(shè)計方法學(xué)。 可拆卸性是綠色設(shè)計的主要內(nèi)容之一，也是綠色設(shè)計中研究較早 且較系統(tǒng)的一種方法，它研究如何設(shè)計產(chǎn)品才能高效率、低成本地進 行組件、零件的拆卸以及材料的分類拆卸，以便重新使用及回收，它 要求在產(chǎn)品設(shè)計的初級階段就將可拆卸性作為結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個評價準 則，使

18、所設(shè)計的結(jié)構(gòu)易于拆卸，因而維護方便，并可在產(chǎn)品報廢后可 重用部分充分有效地回收和重用，以達到節(jié)約資源和能源、保護環(huán)境 的目的。,現(xiàn)代機電產(chǎn)品不僅應(yīng)具有優(yōu)良的裝配性能，還必須具有良好的拆卸性能。,可拆卸性設(shè)計的主要策略有： (1)減少拆卸的工作量； (2)可預(yù)測的產(chǎn)品構(gòu)造； (3)易于拆卸； (4)易于分離； (5)減少零件的多樣性。,4. 綠色包裝設(shè)計,綠色包裝是指采用對環(huán)境和人體無污染，可回收重用或可再生的包 裝材料及其制品的包裝。 綠色包裝具有以下特點： (1) 材料最省，廢棄物最少，反節(jié)省資源和能源； (2) 易于回收利用和再循環(huán)； (3) 包裝材料可自行降解且降解周期短； (4) 包裝

19、材料對人體和生物系統(tǒng)應(yīng)無毒無害； (5) 包裝產(chǎn)品在其生命周期全程中，均不應(yīng)產(chǎn)生環(huán)境污染；,綠色包裝設(shè)計原則及內(nèi)容有： (1) 研制開發(fā)無毒、無污染、可回收利用、可再生或降解的包裝原 輔材料； (2) 研究現(xiàn)有包裝材料有害成分的控制技術(shù)與替代技術(shù)，以及自然 “貧乏材料”的替代技術(shù)； (3) 優(yōu)化包裝結(jié)構(gòu)，減少包裝材料消耗； (4) 加強包裝廢棄物的回收處理。,5. 綠色產(chǎn)品的成本分析,綠色產(chǎn)品生命周期成本一般包括以下幾個方面： (1) 設(shè)計成本 包括市場調(diào)研、可行性分析、產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品試驗、修正設(shè)計、 編寫設(shè)計文檔等費用支出。 (2) 制造成本 包括生產(chǎn)生本和環(huán)境成本。 生產(chǎn)成本包括：材料消耗

20、、能源消耗、設(shè)備工時、勞動工時、在 制品的運送與存放、產(chǎn)品測試與檢驗等物料轉(zhuǎn)換生產(chǎn)費用支出。 環(huán)境成本是產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程中解決環(huán)境污染和生態(tài)破壞所需的 環(huán)境成本，它包括：污染排放控制系統(tǒng)成本、排放廢棄物的理成本和 生態(tài)稅成本。,(4) 使用成本 包括運行成本、維修成本和使用過程導(dǎo)致環(huán)境問題而需支付的 環(huán)保費用； 運行成本是用戶為產(chǎn)品在使用期間所耗費的人、財、物而支付 的費用； 維修成本是在使用期限內(nèi)，為維護產(chǎn)品正常功能而進行維護、 修理或零件更換所需花費的費用。 (5) 回收處理成本 回收處理成本是報廢產(chǎn)品的收集、運輸、拆卸、再生、再造和 填埋等的費用支出。,(3) 營銷成本 包括產(chǎn)品包裝、運

21、輸、儲存以及廣告促銷等費用。,6. 綠色產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)庫與知識庫,綠色沒計數(shù)據(jù)是指在綠色設(shè)計過程中所使用的相產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。 綠色設(shè)計知識是指支持綠色設(shè)計決策所需的規(guī)則。 綠色設(shè)計由于涉及產(chǎn)品生命周期全過程，因而設(shè)計所需的數(shù)據(jù)和知識是產(chǎn)品生命周期各階段所得的數(shù)據(jù)和知識的有機融合與集成。,綠色設(shè)計數(shù)據(jù)庫與知識庫應(yīng)包括： 產(chǎn)品生命周期中與環(huán)境、經(jīng)濟、技術(shù)、對策等有關(guān)的一切數(shù)據(jù)與 知識。如： 材料成分，各種材料對環(huán)境的影響值， 材料自然降解周期，人工降解時間、費用， 制造、裝配、銷售、使用過程中所產(chǎn)生的附加物數(shù)量及對環(huán)境的 影響值， 環(huán)境評估準則所需的各種判斷標準，設(shè)計經(jīng)驗等。,針對具體產(chǎn)品系統(tǒng)的綠色設(shè)計

22、數(shù)據(jù)庫在綠色設(shè)計主數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用 視圖模型數(shù)據(jù)庫以及企業(yè)數(shù)據(jù)庫的共同支持下工作。 通常主數(shù)據(jù)庫中存放通用的綠色設(shè)計數(shù)據(jù)庫，例如各類典型工藝 的環(huán)境影響及其它各類共享數(shù)據(jù)，用于后臺數(shù)據(jù)支持； 產(chǎn)品系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫存放具體產(chǎn)品系統(tǒng)的有關(guān)數(shù)據(jù)，包括各類具體產(chǎn) 品系統(tǒng)信息和從主數(shù)據(jù)庫映射得到的數(shù)據(jù)副本和應(yīng)用模型的分析評價 結(jié)果； 應(yīng)用模型數(shù)據(jù)庫存放各類應(yīng)用模型信息數(shù)據(jù)，如拆卸回收設(shè)備信 息、工具信息、成本信息、環(huán)境影響信息以及模擬評價分析的結(jié)果 等； 企業(yè)數(shù)據(jù)庫存放企業(yè)各類生產(chǎn)、經(jīng)營等產(chǎn)品系統(tǒng)管理信息。,8.3.2 綠色設(shè)計方法,1. 生命周期設(shè)計 2. 模塊化設(shè)計 3. 面向?qū)ο蟮脑O(shè)計 4. 集成化設(shè)計 5

23、. 長壽命設(shè)計,與綠色設(shè)計有關(guān)的理論和方法的研究，從20世紀90年代中期就成 為產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域的研究主題之一。 綠色設(shè)計方法主要有：,1. 生命周期設(shè)計,生命周期設(shè)計的要求是以預(yù)防污染和節(jié)約資源為核心。 產(chǎn)品生命周期設(shè)計要素控制的關(guān)鍵是將環(huán)境與資源效益的分析方法運用到產(chǎn)品的設(shè)計中，實現(xiàn)產(chǎn)品的功能性、環(huán)境性和成本性相協(xié)調(diào)，以達到最佳的環(huán)境效益與經(jīng)濟效益。,圖8-6 產(chǎn)品生命周期設(shè)計要素的關(guān)鍵,美國AT&T公司 運用生命周期設(shè)計方 法，總結(jié)了設(shè)計要素 控制的關(guān)鍵是同時滿 足法規(guī)、性能、環(huán)境、 文化和成本要求的設(shè) 計要素，并將這些要 素納入到產(chǎn)品設(shè)計中。 如圖8-6所示,生命周期設(shè)計的產(chǎn)品成本計算是采

24、用產(chǎn)品使用壽命全過程成本控制方法，它不僅包括制造成本、銷售成本，而且還考慮了產(chǎn)品在使用和用后廢棄的環(huán)境責任費用，以及對環(huán)境和資源恢復(fù)所需的費用，因而更能真實的反映產(chǎn)品在設(shè)計、制造、銷售/使用、用后處理/處置全生命周期內(nèi)的生態(tài)效率。,2. 模塊化設(shè)計,模塊化設(shè)計就是在對一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能不同性能、 不同規(guī)格的產(chǎn)品進行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計出一系列功能模 塊，通過模塊的選擇和組合可以構(gòu)成不同的產(chǎn)品，以滿足市場的不同 需求。,模塊化設(shè)計既可以很好地解決產(chǎn)品品種規(guī)格、設(shè)計制造周期和生 產(chǎn)成本之間的矛盾，又可為產(chǎn)品快速更新?lián)Q代，提高產(chǎn)品質(zhì)量，方便 維修，有利于產(chǎn)品廢棄后的拆卸回收，增強

25、產(chǎn)品的競爭力提供必要條 件。 產(chǎn)品模塊化對綠色設(shè)計具有重要意義。主要表現(xiàn)在以下方面：,1) 模塊化設(shè)計能夠滿足綠色產(chǎn)品的快速開發(fā)要求。,2) 模塊化設(shè)計可將產(chǎn)品中對環(huán)境或?qū)θ梭w有害的部分、使用壽命 相近的部分等集成在同一模塊中，便于拆卸回收和維護更換等。 同時，由于產(chǎn)品由相對獨立的模塊組成，因此，便于維修。,3)模塊化設(shè)計可以簡化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。 按傳統(tǒng)的觀點，產(chǎn)品由部件組成，部件由組件構(gòu)成，組件由零件 構(gòu)成，因而要生產(chǎn)一種產(chǎn)品，就得制造大量的專用零件。 而按模塊化的觀點，產(chǎn)品由模塊構(gòu)成，模塊即為構(gòu)成產(chǎn)品的單元， 從而減少了零部件數(shù)量，簡化了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。,模塊化設(shè)計過程如圖8-7所示。,圖8-7 模塊

26、化設(shè)計過程,3. 面向?qū)ο蟮脑O(shè)計,面向?qū)ο蟮脑O(shè)計（Design for X, DFX）是針對產(chǎn)品生命周期內(nèi)同時 存在多種需求的情況下實施產(chǎn)品設(shè)計的主要方法之一。 其中X代表產(chǎn)品設(shè)計中除功能要求之外的其它需求，如可制造性、 可裝配性、可維護性、可回收性等。 除了目前研究較深入的DFM ( Design for Manufacturing)和DFA (Design for Assembly)之外，還有DFD ，DFR ，DFC ，DFQ ，DFS， DFMC，DFE 等。,DFX采用的基本方法是基于約束的設(shè)計方法。 產(chǎn)品設(shè)計最終必須滿足來自產(chǎn)品生命周期的各種需求，在形式上可 以表現(xiàn)為約束。 DFX

27、的實質(zhì)是以多個代表產(chǎn)品生命周期內(nèi)需求的約束條件剪裁設(shè)計 空間，在滿足約束的情況下，優(yōu)化求解設(shè)計空間的問題。,4. 集成化設(shè)計,綠色設(shè)計是傳統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容與反映產(chǎn)品環(huán)境友好特性的綠色屬性的有機集成。 產(chǎn)品的綠色屬性涉及制造、使用和報廢等產(chǎn)品生命周期階段，因此，在產(chǎn)品開發(fā)階段，采用模擬仿真方式，構(gòu)建虛擬的制造、使用和報廢等數(shù)字化環(huán)境，對產(chǎn)品綠色性實施評價，預(yù)測未來產(chǎn)品綠色特性，修正影響綠色性的不合理設(shè)計，最終使所開發(fā)的產(chǎn)品達到預(yù)定的綠色目標，這一過程的基礎(chǔ)便是產(chǎn)品模型。 除綠色屬性外，產(chǎn)品設(shè)計還涉及其它特性的模擬，如產(chǎn)品的可裝配性、可拆卸性、可制造性等，它們同樣需要數(shù)字化的產(chǎn)品模型。 因此，結(jié)構(gòu)統(tǒng)一、

28、信息無冗余、面向生命周期全過程的產(chǎn)品集成模型是實現(xiàn)綠色產(chǎn)品開發(fā)的基礎(chǔ)。 圖8-8是這種模型的體系結(jié)構(gòu)。,圖8-8 集成化綠色設(shè)計體系結(jié)構(gòu),產(chǎn)品模型是產(chǎn)品設(shè)計活動操縱對象，是有關(guān)產(chǎn)品數(shù)據(jù)和信息集合， 為綠色設(shè)計的核心。 產(chǎn)品模型由基礎(chǔ)模型、涉及應(yīng)用功能的應(yīng)用基礎(chǔ)模型、針對具體應(yīng) 用所構(gòu)建的專業(yè)應(yīng)用模型等構(gòu)成。,該結(jié)構(gòu)體系的重要特點在于：基于統(tǒng)一產(chǎn)品模型，通過用戶界面封 裝各開發(fā)工具，實現(xiàn)面向生命周期的產(chǎn)品開發(fā)的過程集成和信息共享。,5. 長壽命設(shè)計,組成產(chǎn)品的零部件在工作一段時間后會由于某種原因而失效，從而影響產(chǎn)品整體功能的實現(xiàn)和產(chǎn)品的使用壽命。 通常影響零件壽命的主要因素包括：斷裂失效、過量變

29、形失效、表面損傷失效、零件老化、功能指標衰減及加工缺陷等。 長壽命設(shè)計是指在對產(chǎn)品功能進行分析的基礎(chǔ)上，采用各種先進的設(shè)計理論和工具，使設(shè)計出的產(chǎn)品能滿足當前和將來相當長一段時間內(nèi)的市場需求。 由此可見，長壽命設(shè)計并非單純的延長產(chǎn)品的壽命。因為簡單地延長產(chǎn)品的壽命并不一定能確保在產(chǎn)品使用過程中均能經(jīng)濟地滿足用戶要求。 所以，一長壽命設(shè)計是個綜合性的問題，產(chǎn)品不僅應(yīng)具有很長的壽命，而且在其服役期間能動態(tài)地滿足用戶和社會的要求。,實現(xiàn)產(chǎn)品長壽命設(shè)計應(yīng)遵循的原則包括： 產(chǎn)品的性能保持性原則， 產(chǎn)品的易維修原則， 產(chǎn)品的可重構(gòu)原則， 產(chǎn)品的開發(fā)性原則， 產(chǎn)品的經(jīng)濟性原則。,8.3.3 綠色設(shè)計的材料選

30、擇,綠色設(shè)計中的材料選擇對最終綠色產(chǎn)品的“綠色程度”具有重要意義。 產(chǎn)品設(shè)計時，影響材料選擇的因素很多，通常傳統(tǒng)設(shè)計考慮的主要因素有以下幾個方面： (1) 材料的物理-力學(xué)性能。 (2) 產(chǎn)品的基本性能。 它主要包括： 功能；外觀和結(jié)構(gòu)；安全性；耐腐蝕 性；經(jīng)濟性等。 (3) 產(chǎn)品使用的工作環(huán)境。 任何產(chǎn)品總是在一定的工作環(huán)境中運行和使用，它必然要受到環(huán)境的影響，這些影響主要包括： 沖擊與振動；溫度與濕度；氣候；)噪聲等。,因此，綠色材料的選擇應(yīng)主要遵循以下原則： (1) 優(yōu)先選用可再生材料，盡量選用回收材料，提高資源回收率，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展； (2) 盡量選用低能耗，少污染的材料； (3) 盡

31、量選擇環(huán)境兼容性好的材料，即在使用過程中，對環(huán)境無副作用，對人和動物沒有傷害，與環(huán)境有良好的協(xié)調(diào)性； (4) 所選材料應(yīng)是易加工且加工過程中無污染或污染最?。?(5) 盡量選用能自然分解并為自然界吸收的材料。,8.3.4綠色設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù),綠色設(shè)計從研究視角上說，關(guān)注的是產(chǎn)品全生命周期環(huán)境影響和資源利用問題。 如何有效地對產(chǎn)品全生命周期中的環(huán)境和資源問題進行綜合分析、評價，進而指導(dǎo)設(shè)計，得到技術(shù)、經(jīng)濟和環(huán)境性能綜合最優(yōu)的產(chǎn)品是綠色設(shè)計所面臨的挑戰(zhàn)和需要解決的關(guān)鍵問題。 綠色設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)主要集中在以下幾個方面：, 面向產(chǎn)品全生命周期的綠色設(shè)計基礎(chǔ)理論和方法的研究； 綠色設(shè)計產(chǎn)品模型的建立； 綠

32、色設(shè)計綜合評價系統(tǒng)的建立； 輔助決策支持工具。,8.3.5 綠色設(shè)計評價,1. 綠色設(shè)計指標,綠色設(shè)計的最終結(jié)果是否滿足預(yù)期的要求和目標，是否還有改進的潛力，如何改進等問題是綠色設(shè)計過程中所關(guān)心的問題。 綠色設(shè)計的最終結(jié)果是綠色產(chǎn)品，綠色設(shè)計評價也即對綠色產(chǎn)品的評價。,傳統(tǒng)產(chǎn)品的設(shè)計評價主要考慮三個方面： 質(zhì)量(Q)、成本(C)和時間(T)。 相對于傳統(tǒng)設(shè)計評價而言，綠色設(shè)計評價還必須滿足環(huán)境屬性要求，其評價一般應(yīng)從技術(shù)、經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境等方面進行。 評價指標通常包括四個方面： 環(huán)境屬性指標、 資源屬性指標、 能源屬性指標 安全屬性指標等。,資源消耗量(R)主要受 3 個方面的影響： 資源種類，

33、所用資源種類包括主要原材料和輔料，要考慮它 們屬可再生資源還是不可再生資源，是稀有資源還是豐富的資源； 資源特性，包括資源的化學(xué)特性和物理特性，可利用或可再 生特性，對生態(tài)環(huán)境的影響特性等，其中資源的化學(xué)特性和物理特 性是考慮的重點； 資源消耗狀況，包括消耗量、利用率、損耗率和再生利用率 等。,環(huán)境影響(P)指標主要指： 對水環(huán)境的影響，即產(chǎn)品在生命周期全過程中可能會產(chǎn)生的 水體影響。 對大氣質(zhì)量的影響； 對土壤的影響； 產(chǎn)生的固體廢棄物等。,能源消耗量(E)指標主要受 3 個方面的影響： 能源種類。所用能源種類包括一次能源和二次能源，要考慮它 們屬可再生能源還是不可再生能源，是短缺能源還是豐富能源等； 能源特性。重點考慮的是能源的可利用或可再生特性，在使用 過程中對生態(tài)環(huán)境的影響特性等； 能源消耗狀況。包括消耗量、利用率、再生利用率等。,安全性(A)指標主要受兩個方面的影響： 對生態(tài)系統(tǒng)的影響，產(chǎn)品在生命周期全過程中可能對生態(tài)系統(tǒng) 的平衡造成的影響； 對人體健康的影響。,2. 綠色設(shè)計評價標準,目前的綠色產(chǎn)品評價標準來自兩方面： 一是依據(jù)現(xiàn)行的環(huán)境保護標準、產(chǎn)品行業(yè)標準及某些地方性法規(guī)來制定相應(yīng)的綠色產(chǎn)品評價標準，這種標準是絕對性標準； 二