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产品的绿色设计方法

  • 分类:绿色设计
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  • 发布时间:2012-07-27

【概要描述】

产品的绿色设计方法

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随着环境问题的日益突出,绿色设计引起了人们的重视,成为了一种全新的设计方法。本文给出了绿色设计的定义,论述了绿色设计的主要内容和方法,并对绿色设计应遵循的主要原则进行了介绍。

关键词  绿色设计 绿色产品 环境

 引言

绿色设计(GREEN DESIGN,简称DG)是在遍及全球的“绿色浪潮”的冲击下诞生的现代设计方法,而且正处于发展时期。20世纪70年代以来,工业污染所导致的环境恶化达到了前所未有的程度,迫使人们不得不重视这种现实-日益严重的生态危机要求世界各国共同行动起来,加强环境保护,以拯救人类赖以生存的地球,确保人类的生活质量和经济的可持续发展。进入90年代以来,尤其是1992年6月世界环境与发展大会通过《21世纪议程》以后,各国的环保战略经历了一场新的转变,全球的产业结构调整呈现出新的绿色战略趋势,这就是向资源利用合理化,废弃物生产少量化,对环境无污染,少污染的方向发展。要达到这样一个目的,绿色产品就成了必然的发展趋势,绿色设计方法成了目前的研究热点,成为了现代设计方法中新的一员。

90年代以来,我国机械工业在提高产品质量,优化结构,增进效益的基础上,逐步调整发展战略,使生产结构和地区布局不合理的状况有所改善,技术水平不断提高。但是,效益较差,产品质量不高,国际市场竞争力弱等问题仍然相当突出。而且,资源和原材料消费较大,对环境的污染比较严重,可持续发展的能力不强。有鉴于此,如何尽可能减少环境污染和资源浪费是机械工业面临的一个迫切需要解决的问题,解决这一问题的唯一途径就是绿色设计与绿色制造。

1 绿色设计的定义

绿色产品和绿色设计的概念最早出现在70年代美国的一份环境污染法规中。经过20多年的发展,人们根据自己的理解对绿色产品和绿色设计提出了多种定义,但迄今为止还没有统一的权威定义。关于绿色产品的定义主要有以下几种

(1)绿色产品是指以环境和环境保护为核心概念而设计的可以拆卸并分解的产品,其零部件经过翻新处理后可以重新利用。

(2)美国《幸福》双周刊1995年2月6日上的一篇题为“为再生而制造产品”的文章认为“绿色产品”是指那些旨在减小部件,合理使用原材料并能安全地处理掉的产品。

(3)绿色产品是指从生产到使用乃至回收的整个程都符合特定的环境保护要求,对生态环境无害或危害少,可以利用再生或回收循环再用的产品。

(4)绿色产品是指其使用寿命完结时,部件可以翻新和重新利用或能安全地处理的产品。

综合上述定义,我们可以给绿色产品定义如下:绿色产品是指在其生命周期全过程(包括原材料制备,设计,制造,包装,运输,使用,回收再用或再生)中,能经济性地实现节约资源和能源,对生态环境无害或危害极小,且对劳动者(生产者和使用者)具有良好保护性的产品。

与此相对应的绿色设计的可以定义如下J绿色设计是以环境资源为核心概念的设计过程,即在产品的整个生命周期内,优先考虑产品的环境属性(可拆卸性,可回收性等),并将其作为产品的设计目标,在满足环境目标的同时保证产品的物理目标(基本性能,使用寿命,质量等)。绿色设计是一种综合了面向对象技术,并行工程,寿命周期设计等的一种发展中的设计方法,包含了产品从概念形到生产制造,使用乃至废弃后的回收,再用及处理的各个阶段,即涉及到产品的整个生命周期,是从“摇篮到再现”的过程。

 

2 绿色设计的内容及方法

绿色设计的主要内容包括:绿色设计的材料选择,面向拆卸性设计,回收性设计,面向制造和装配设计,产品的成本分析,寿命周期评估等。

2.1 绿色设计的材料选择(DFMS)

材料选择是绿色设计不可缺少的组成部分.是产品开发过程中的最早最重要的设计决策.同时又是一种重要手段.借助它可以使产品对环境的影响最少。因此.绿色设计要求设计人员改变传统的选材程序和步骤.选材时不仅要考虑产品的使用要求和性能.更要优先考虑产品的环境性能.优先考虑材料本身制备过程中低能耗,少污染且产品报废后材料便于回收再生重用或易于降解的具有良好环境协调性的绿色材料。具体的措施包括选用可回收再生的材料,节能型材料,可降解材料,环境友善型元件.减少产品中所使用的材料的品种等。

文献【4】提出了一种将环境因素融入材料选择过程的方法。该方法在满足功能,几何形状,材料特性和环境等需求的基础上.使零件的成本最低。

2.2面向拆卸性设计(DFD)

传统的设计方法一般只考虑零部件的装配性.很少考虑产品的拆卸性。而绿色设计则要求把可拆卸性作为产品结构设计的一项评价准则,使产品在报废以后其零部件能够高效地不加破坏地拆卸下来.从而有利于零部件的重新利用或进行材料循环再生.达到既节省又保护环境的目的。因此.面向拆卸性设计成为绿色设计的重要内容之一.引起了许多研究人员的重视.并进行了深入的研究。近来.DFD集中在以下几个方面"总的设计原则的建立;向DFD工具的开发;卸和再循环的经济性和环境后果分析;卸深度的研究;卸顺序优化及其与经济效益最大化的关系分析;源于面向装配设计分析的再设计建议与可拆卸性设计的兼容性分析等。这方面的成果已在应用中取得了显著的效益.如德国的巴伐利亚汽车制造厂(BMW)将DFD应用于Z1赛车的车门和缓冲杆的制造中;勒杰:美隆大学开发了一个名叫Restar的软件来分析拆卸任务;依兰大学也开发了名叫Recyclinaggraph的软件对经济的拆卸步骤的数量和优化的回收策略进行辅助决策等。

由于产品的品种千差万别.不同的产品必须采用不同的拆卸性设计方法。概括地说.可拆卸性设计地一般原则为1)减少拆卸的工作量"明确应该拆卸的零部件.将多个零件的功能集中到一个零件2)预测产品构造"避免相互影响的材料组合.避免零件的污损3)易于拆卸4)易于分离5)减少零件的多样性"采用标准化的零部件.紧定方法的标准化。

2.3回收性设计(DFR)

回收性设计是指在进行产品设计时充分考虑产品的各种材料组份的回收再用的可能性,回收处理方法(再生,降解等),回收费用等与产品回收有关的一系列问题,从而达到节约材料,减少浪费,对环境污染最小的目的的一种设计方法。回收性设计的研究主要集中在以下几个方面:1)可回收材料的识别及标志2)回收处理方法的研究3)DFD的设计原则研究4)可回收性的结构设计5)回收的经济分析.这是产品零件回收的决定性因素.

回收性设计的主要原则可以归纳如下:1)避免使用有害于环境及人体的材料2)减少产品所使用的材料种类3)避免使用与标准循环利用过程不相兼容的材料或零件4)使用便于重用的材料5)按兼容性组织材料6)允许使用重用的零部件7)鼓励用户进行循环利用。

2.4制造和装配的设计(DFMA)

DFMA是一种使产品更容易制造和装配的设计方法。它提供了一种从装配和制造的观点分析设计方案的系统化方法.能使产品更简化.装配和制造费用更少。DFMA是在产品的设计阶段就尽早地考虑与产品制造和装配有关的约束(如可制造性,可装配性),全面评价产品和工艺设计.同时提供改进的设计反馈信息.在设计过程中完成可制造性和可装配性检测.使产品结构合理,制造简单,装配性好,并实现全局优化.从而缩短产品的开发周期.取得最大的经济效益。

到目前为止已有许多不同的DFMA提法发表.主要有定期经验法,定量评估法,计算机辅助DFMA法等。

2.5 产品的成本分析

绿色设计中的成本分析与传统的成本分析截然不同。由于在产品设计的初期.就必须考虑产品的回收,再利用等性能.因此.进行成本分析时.就必须考虑污染物的替代,产品拆卸,重复利用成本,特殊产品相应的环境成本等。对企业来说.是否支出环保费用.也会形成企业间产品成本的差异$因此.进行绿色设计时.应在作出每一设计选择时进行成本分析.以使产品更加“绿色化b”达到追求环境效益与经济效益双赢的目的。

2.6生命周期评估(LCA)

生命周期评估是绿色设计的一项重要的内容之一。LCA能够量化一个产品贯穿其整个产品生命周期的对环境的影响,并提供改进的指导原则,因此,LCA被认为是支持绿色产品设计的核心工具。LCA对一个特定产品的分析包括以下四个方面的内容:

(1) 定义目标和范围   包括定义LCA的目标,建立所研究产品的功能单元,设定LCA的边界等。

(2)详细目录  包括确定产品各个生命周期阶段的全部输入(能源,原材料)和全部输出(产品,副产品,废弃物等)的基础数据.并进行量化。

(3)影响因素评价  对量化的基础数据进行分析.将其转换成有关的对环境有关的测量数据。

(4) 结果评价  对各影响因素造成最严重的环境问题的结果进行评估,并提出改进设计的策略。

3 绿色设计的原则

绿色设计与传统设计相比较,应遵循以下原则:

3.1 资源最佳利用原则

资源最佳利用原则包括两个方面的内容,一是在选用资源时,应从可持续发展的观念出发,考虑资源的再生能力和跨时段配置问题,不能因资源的不合理使用而加剧枯竭危机,尽可能使用可再生资源。二是在设计时尽可能保证所选用的资源在产品的整个生命周期中得到最大限度的利用。

3.2 能量消耗最少原则

能量消耗最少原则也包括两个方面的内容,一是在选用能源类型时,应尽可能选用太阳能,风能等清洁型可再生一次能源而不是汽油等不可再生二次能源,这样可有效地缓解能源危机。二是从设计上力求产品整个生命周期循环中能源消耗最少,并减少能源的浪费,避免这些浪费的能源可能转化为振动,噪音,热辐射以及电磁波等。

3.3“.零污染”原则

绿色设计应彻底抛弃传统的“先污染,后处理”的末端治理环境的方式,而要实施.预防为主,治理为辅/的环境保护策略。因此,设计时就必须充分考虑如何消除污染源,从根本上防止污染。

3.4“ 零损害”原则

绿色设计应该确保产品在生命周期内对劳动者(生产者和使用者)有良好的保护功能,在设计上不仅要从产品制造和使用环境以及产品的质量和可靠性等方面考虑如何确保生产者和使用者的安全,而且要使产品符合人机工程学和美学等有关原理,以免对人们的身心健康造成危害。总之,绿色设计力求损害为零。

3.5 技术先进原则

绿色设计要使设计出的产品为“绿色”,要求采用最先进的技术,而且要求设计者有创造性,使产品具有最佳的市场竞争力。

3.6 生态经济效益最佳原则

绿色设计不仅要考虑产品所创造的经济效益,而且要从可持续发展的观点出发,考虑产品在生命周期内的环境行为对生态环境和社会所造成的影响而带来的环境生态效益和社会效益的损失!也就是说要使绿色产品生产者不仅能取得好的环境效益,而且能取得好的经济效益,即取得最佳的生态经济效益(eco-efficiency)。

4 结束语

绿色设计作为一种新的设计方法在西方发达国家得到了广泛的认可和重视,并在企业中得到了应用,取得了可观的生态经济效益!亚洲的日本和韩国也进行了不少的研究,我国也对绿色设计和绿色制造进行了一些研究,国家自然科学基金和863高技术研究项目也资助了绿色设计和绿色制造,资源优化等几个科研项目,并在一些绿色产品的设计中得到了应用。但是,作为一种新的设计方法,在理论上还不是很成熟,还有很多工作要做,要在产品的设计上得到广泛的应用,更需要企业界和学术界的通力合作。(华南理工大学 傅志红   彭玉成)

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