綠色設(shè)計(jì)的內(nèi)容、方法與步驟

綠色設(shè)計(jì)方法、應(yīng)用及開展劉志峰

教授博導(dǎo)合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院院長綠色設(shè)計(jì)與制造工程研究所所長www.theme主要內(nèi)容1綠色設(shè)計(jì)研究的背景及意義2綠色設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容與方法

3綠色設(shè)計(jì)過程與步驟

4國內(nèi)外綠色設(shè)計(jì)的應(yīng)用案例

5綠色設(shè)計(jì)的開展趨勢綠色設(shè)計(jì)研究的背景及意義家電業(yè)是我國參加WTO后所有行業(yè)中開放程度最大的行業(yè)。相對其他行業(yè)來說，我國政府對家電行業(yè)的保護(hù)最小。針對競爭環(huán)境，我國家電行業(yè)的競爭是完全競爭環(huán)境下的產(chǎn)業(yè)，競爭強(qiáng)度比較大，競爭力比較高。1、家電行業(yè)是完全競爭的行業(yè)值得注意的是，我國相當(dāng)一局部產(chǎn)業(yè)，其生命周期的演變與產(chǎn)業(yè)的國際轉(zhuǎn)移緊密相關(guān)。興旺國家在不斷創(chuàng)新產(chǎn)品的同時(shí)，把相對成熟的產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)依次向我國轉(zhuǎn)移。我國那么通過模仿和吸收興旺國家的次新產(chǎn)品和技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨越式的產(chǎn)業(yè)開展。家電產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)〔1〕家電業(yè)的開展已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)成熟階段。〔2〕家電業(yè)的開展已經(jīng)飽和?！?〕而且家電企業(yè)又面臨國際化的問題。在這種情況下，家電企業(yè)國際化需要什么樣的競爭力，是所有家電企業(yè)非常關(guān)心的。2、家電行業(yè)是開展比較成熟的行業(yè)產(chǎn)業(yè)生命周期理論說明，任何產(chǎn)業(yè)都要經(jīng)歷從誕生道衰退這樣一種類似生命周期的變化。產(chǎn)業(yè)生命周期機(jī)理說明，企業(yè)競爭力是動(dòng)態(tài)開展的，每一個(gè)階段對于企業(yè)競爭力都有特定的含義。對家電企業(yè)本身來說，我國家電企業(yè)的競爭戰(zhàn)略優(yōu)勢不明顯，一方面選擇合資的方式來求得開展，另一方面選擇低本錢策略。3、我國家電企業(yè)競爭優(yōu)勢不明顯問題是：產(chǎn)品沒有實(shí)現(xiàn)差異化，沒有自己的核心競爭力。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計(jì)：三資企業(yè)出口額占家電商品出口額的50％以上在一個(gè)統(tǒng)一的國家范圍內(nèi)，近13億人口同時(shí)進(jìn)入工業(yè)化進(jìn)程，這是人類歷史上從未發(fā)生過的現(xiàn)象。中國工業(yè)化必然產(chǎn)生許多人類歷史上從未出現(xiàn)過的現(xiàn)象和問題。在現(xiàn)行國際經(jīng)濟(jì)規(guī)那么下，迫使中國只得依靠低價(jià)工業(yè)品生產(chǎn)和出口來實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)資源的國際配置。中國制造的一些制成品具有不可思議的低價(jià)格。在中低檔工業(yè)制成品的低本錢競爭中，中國的產(chǎn)品所向無敵。而且，中國工業(yè)化是一個(gè)非常獨(dú)特的歷史過程，中國現(xiàn)實(shí)的資源條件、市場條件以及所實(shí)行的具有“中國特色〞的對外開放政策，使得中國成為吸引國際資本，特別是外商直接投資最多的開展中國家。但是，在差異化競爭中，中國的劣勢將長期存在。如果不改變在差異化競爭中的劣勢，中國未來的經(jīng)濟(jì)開展將會(huì)遇到一系列嚴(yán)重困難。所以，提高國際企業(yè)競爭力和產(chǎn)業(yè)國際競爭力，是關(guān)系中國前途的重大課題?！?〕資源、能源與環(huán)境的壓力建國50多年以來，我國國民生產(chǎn)總值〔GDP〕增長十多倍，制造業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的重要組成局部，工業(yè)增加值占GDP的35%。我國已成為制造大國，工業(yè)增加值居世界第四位，約為美國的1/4、日本的1/2，與德國接近。

我國單位GDP的能耗是美國的4.3倍，德國的7.7倍，日本的11.5倍；單位資源的產(chǎn)業(yè)水平相當(dāng)于美國的1/10，日本的1/20，德國的1/6。漏斗理論〔2〕綠色消費(fèi)意識不斷增強(qiáng)LG靜音洗衣機(jī)海爾免洗衣粉洗衣機(jī)

美國綠色產(chǎn)品相關(guān)法規(guī)〔3〕法律法規(guī)陸續(xù)出臺(tái)消費(fèi)電子產(chǎn)品的美國環(huán)境標(biāo)志歐盟綠色產(chǎn)品相關(guān)法規(guī)

消費(fèi)電子產(chǎn)品的歐盟環(huán)境標(biāo)志日本綠色產(chǎn)品相關(guān)法規(guī)消費(fèi)電子產(chǎn)品的日本環(huán)境標(biāo)志中國的綠色標(biāo)志德國的藍(lán)色天使標(biāo)志北歐委員會(huì)環(huán)境標(biāo)志日本生態(tài)標(biāo)簽加拿大環(huán)境選擇標(biāo)志北歐白天鵝

〔4〕綠色標(biāo)志全球環(huán)境標(biāo)志網(wǎng)絡(luò)組織標(biāo)志能源之星標(biāo)志〔5〕企業(yè)開展的需求考慮企業(yè)競爭力—目前北美、歐洲、日本以及一些新興的工業(yè)化企業(yè)均將綠色設(shè)計(jì)作為其國際競爭策略的一局部提升企業(yè)形象—注重環(huán)保、承擔(dān)社會(huì)環(huán)境責(zé)任經(jīng)濟(jì)原因—除法律法規(guī)外，不同國家都配合有相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)政策進(jìn)行綠色設(shè)計(jì)的引導(dǎo)其他因素—經(jīng)濟(jì)、經(jīng)營和營銷優(yōu)勢世界范圍內(nèi)產(chǎn)生的這些資源、環(huán)境及生態(tài)危機(jī)，迫使人們對現(xiàn)有制造業(yè)的生產(chǎn)方式進(jìn)行反思：采用何種制造方式才能防止以上危機(jī)，同時(shí)繼續(xù)使制造業(yè)持續(xù)開展？綠色制造綠色制造研究主要是沿著產(chǎn)品生命周期階段開展，集中于研究內(nèi)容的擴(kuò)展及其相關(guān)支撐技術(shù)的系統(tǒng)深入研究兩方面。目前的主要研究主要方向有：設(shè)計(jì)制造回收使用

綠色設(shè)計(jì)及相關(guān)技術(shù)清潔生產(chǎn)及相關(guān)技術(shù)綠色產(chǎn)品

回收再利用工藝及技術(shù)綠色供給鏈及生態(tài)工業(yè)園技術(shù)

整體與各階段評價(jià)與決策綠色設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容與方法1009080706050403020100──────────管理工資材料設(shè)計(jì)管理工資材料設(shè)計(jì)實(shí)際資源分配對本錢的影響設(shè)計(jì)階段資源分配及其影響為什么要實(shí)施綠色設(shè)計(jì)產(chǎn)品性能的70--80％是由設(shè)計(jì)階段決定的產(chǎn)品的環(huán)境性能表達(dá)在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期綠色設(shè)計(jì)是從源頭解決問題的最有效方法綠色設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容材料選擇與管理產(chǎn)品的可回收性設(shè)計(jì)產(chǎn)品的可拆卸性設(shè)計(jì)綠色產(chǎn)品的本錢分析綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫a.材料選擇材料密度抗拉強(qiáng)度屈服極限彈性模量熱導(dǎo)率電導(dǎo)率材料成本......一級選擇M1備選材料集1M

2備選材料集2重用性準(zhǔn)則處理性準(zhǔn)則能耗性準(zhǔn)則污染性準(zhǔn)則......二級選擇材料數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫CAD系統(tǒng)M3最優(yōu)材料集3集成環(huán)境下面向綠色的二級材料選擇模型綠色設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容電冰箱門按選材原那么應(yīng)該是不銹鋼，但實(shí)際上都選擇工程塑料ABS其他零部件也是如此b.產(chǎn)品可拆卸性設(shè)計(jì)是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，將可拆卸性作為設(shè)計(jì)目標(biāo)之一，使產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)不僅便于裝配、拆卸和回收，而且也要便于制造和具有良好的經(jīng)濟(jì)性。應(yīng)遵循以下設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么：拆卸工作量最少準(zhǔn)那么易于拆卸準(zhǔn)那么易于別離準(zhǔn)那么產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的可預(yù)估性原那么簡化產(chǎn)品功能原那么、減少材料種類、材料相容性等緊固件最少準(zhǔn)那么、可達(dá)性準(zhǔn)那么等一次外表準(zhǔn)那么、便于識別分類原那么等減少零件數(shù)量-----零件合并例如常用的工程塑料的相容性比較PEPVCPSPCPPPAPOMSANABSPE√×××√××××PVC×√×××××√√PS××√××××××PC×O×√×××√√PPo×××√××××PA××O××√×××POM××××××√××注：√表示相容性好，O表示相容性一般，×表示相容性差?？圻B接示意圖

c.產(chǎn)品回收設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮產(chǎn)品零部件及材料的回收率、回收價(jià)值、回收工藝、回收結(jié)構(gòu)工藝性等與可回收性有關(guān)的問題，以到達(dá)零部件及材料的資源充分利用，并在回收過程中盡量減少產(chǎn)生的二次污染。設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)準(zhǔn)則材料選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)零件設(shè)計(jì)回收策略設(shè)計(jì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案回收方案設(shè)計(jì)拆卸工藝規(guī)劃回收工藝規(guī)劃經(jīng)濟(jì)性分析環(huán)境影響分析回收性能分析回收分析產(chǎn)品回收設(shè)計(jì)流程綠色設(shè)計(jì)工具綠色設(shè)計(jì)方法綠色產(chǎn)品的建模

圖2綠色產(chǎn)品集成模型結(jié)構(gòu)管理信息功能信息幾何拓?fù)湫畔⒉牧闲畔⒕刃畔⒀b配信息工藝技術(shù)信息環(huán)境資源信息結(jié)構(gòu)模型特征→零件→部件→產(chǎn)品電子倉庫工藝流程文件加工代碼文件拆卸路徑文件…引用被引用應(yīng)用視圖映射機(jī)制CADCAx映射機(jī)制網(wǎng)絡(luò)圖應(yīng)用視圖DFDDFxCAMDFA集成模型幾何模型產(chǎn)品開發(fā)平臺(tái)生命周期設(shè)計(jì)方法生命周期設(shè)計(jì)就是在產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)階段考慮產(chǎn)品生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括設(shè)計(jì)、研制、生產(chǎn)、供貨、使用、直到廢棄后拆卸回收或處理處置，以確保滿足產(chǎn)品的綠色屬性要求。并行綠色設(shè)計(jì)方法并行綠色設(shè)計(jì)支撐環(huán)境并行工程支撐環(huán)境綠色設(shè)計(jì)支撐環(huán)境數(shù)據(jù)庫與知識庫綠色材料管理庫綠色設(shè)計(jì)工具系統(tǒng)綠色評價(jià)系統(tǒng)環(huán)境管理系統(tǒng)……產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)產(chǎn)品模型與仿真系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)并行工程管理系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)……綠色模塊化設(shè)計(jì)方法綠色質(zhì)量功能配置方法QFDE

綠色質(zhì)量功能配置〔QFDforEnvironment,QFDE〕是將質(zhì)量功能配置與生命周期設(shè)計(jì)相結(jié)合，將用戶的需求利用質(zhì)量功能配置方法，并依據(jù)其生命周期設(shè)計(jì)的生產(chǎn)、制造使用及廢棄等各個(gè)階段，分別轉(zhuǎn)換為工程技術(shù)特性，以滿足消費(fèi)者的需求?；赥RIZ的綠色設(shè)計(jì)TRIZ原為俄文“TeoriyaResheniyalIzobretatelskikhZadatch〞的縮寫，英文譯為“TheoryofInventiveProblemSolving(TIPS)〞,其意義為創(chuàng)新問題解決理論。TRIZ是一種機(jī)制，利用這種機(jī)制可以對復(fù)雜問題進(jìn)行創(chuàng)造性或突破性思考，例如，對于那些沒有現(xiàn)有解決方案、或者需要非標(biāo)準(zhǔn)的、創(chuàng)新性的概念和思想才能解決的問題。問題矛盾物理矛盾 時(shí)間空間物質(zhì)的物理狀態(tài)解決方法39個(gè)參數(shù)40個(gè)原理+技術(shù)矛盾 解決方法

綠色產(chǎn)品評價(jià)模型綠色設(shè)計(jì)的過程與步驟步驟1企業(yè)決策層認(rèn)可第一階段綠色設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備步驟2成立綠色設(shè)計(jì)小組步驟3培訓(xùn)與輔導(dǎo)第二階段設(shè)計(jì)目標(biāo)確定與綠色需求分析步驟6綠色需求分析步驟4選擇產(chǎn)品目標(biāo)步驟5確定參照產(chǎn)品步驟7建立核查清單第三階段確定綠色設(shè)計(jì)策略產(chǎn)品信息市場信息相關(guān)法律法規(guī)……生命周期流程法綠色設(shè)計(jì)主體分類法產(chǎn)品類別法……步驟8運(yùn)用綠色設(shè)計(jì)工具QFDE方法TRIZ方法MET矩陣法……步驟9確定綠色設(shè)計(jì)策略第四階段制定綠色設(shè)計(jì)方案步驟10制定綠色設(shè)計(jì)方案步驟11產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)材料選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)拆卸與回收設(shè)計(jì)包裝設(shè)計(jì)節(jié)能設(shè)計(jì)……第五階段產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)第六階段設(shè)計(jì)分析與評價(jià)步驟12設(shè)計(jì)分析與評價(jià)經(jīng)濟(jì)效益分析環(huán)境效益分析……第七階段實(shí)施與完善步驟13實(shí)施與完善國內(nèi)外綠色設(shè)計(jì)的應(yīng)用案例各國推動(dòng)綠色設(shè)計(jì)的情況荷蘭，ICEcoDesignProject─創(chuàng)新中心(InnovationCenter,IC)執(zhí)行輔導(dǎo)方案聯(lián)合國環(huán)境保護(hù)署，持續(xù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)(SustainableProductDesign,SPD)美國環(huán)保署，綠色設(shè)計(jì)方案(DesignforEnvironmentProgram)─開發(fā)了CleanerTechnologiesSubstitutesAssessment,CTSA的一套系統(tǒng)程序美國能源部，持續(xù)設(shè)計(jì)方案(SustainableDesignProgram)─配合執(zhí)行Pollutionpreventionandenergyefficiency(P2/E2)澳大利亞，環(huán)境再設(shè)計(jì)(Eco-Redesign)方案─委托澳大利亞皇家墨爾本技術(shù)學(xué)院的設(shè)計(jì)中心(CenterforDesignatRoyalMelbourneInstituteofTechnology,CDRMIT)執(zhí)行日本，環(huán)境質(zhì)量機(jī)能展開(QualityFunctionDeploymentforEnvironment,QFDE)─日本工業(yè)環(huán)境管理協(xié)會(huì)(JapanEnvironmentalManagementAssociationforIndustry,JEMAI)開展的產(chǎn)品設(shè)計(jì)程序各國推動(dòng)綠色設(shè)計(jì)的情況R-K46EPAM小型化減量補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)包裝材減量設(shè)計(jì)冰箱門一體成形設(shè)計(jì)PVC門框斷熱材料門板零組件整合墊圈綠色設(shè)計(jì)實(shí)例E6HNW-8PAMW32-GF3綠色設(shè)計(jì)實(shí)例自儲(chǔ)能的水龍頭日本東陶機(jī)械株式會(huì)社〔TOTOLTD.〕更換機(jī)械系統(tǒng)將傳統(tǒng)的電池供電系統(tǒng)移出并更換成可充電的裝置先前動(dòng)作與自助設(shè)計(jì)一具微型水力發(fā)電機(jī)，當(dāng)水龍頭給水時(shí)，水流會(huì)通過發(fā)電機(jī)葉片使其發(fā)電并回充到蓄電裝置，這樣，可使感應(yīng)與給水所需的電能連續(xù)。NTUBIME

合肥工業(yè)大學(xué)綠色設(shè)計(jì)與制造工程研究所產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)與制造理論與方法綠色產(chǎn)品評價(jià)理論與方法廢舊產(chǎn)品再資源化理論與方法綠色供給鏈管理理論與方法等的研究從1994年起開展機(jī)電產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)與可持續(xù)制造研究，迄今已經(jīng)根本形成穩(wěn)定的研究方向，主要包括：研究方向有長江學(xué)者講座教授1名〔美國〕專職教師研究隊(duì)伍8人博士、碩士研究生40多名國內(nèi)最早成立的“綠色設(shè)計(jì)與制造工程研究所〞國內(nèi)最早建立的“產(chǎn)品再資源化實(shí)驗(yàn)室〞教育部與國家外專局支持的國內(nèi)唯一的“可持續(xù)制造理論與方法引智基地〞2024年獲準(zhǔn)建設(shè)〞機(jī)械工業(yè)綠色設(shè)計(jì)與制造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室〞國家自然科學(xué)基金工程〔7項(xiàng)〕“十五〞國家科技攻關(guān)方案〔1項(xiàng)〕“十一五〞國家科技支撐方案〔3項(xiàng)〕“863方案〞國家高技術(shù)研究開展方案〔1項(xiàng)〕安徽省科學(xué)基金工程〔6項(xiàng)〕企業(yè)合作工程近10項(xiàng)。獲得兩項(xiàng)2項(xiàng)創(chuàng)造專利及2項(xiàng)實(shí)用新型專利。登記了4項(xiàng)軟件著作產(chǎn)權(quán)：“家電產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)平臺(tái)〞、“家電產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)評估軟件〞、“玩具產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)評估軟件〞和“廢舊家電回收信息管理系統(tǒng)軟件〞。出版的著作國家“111〞方案創(chuàng)新引智基地人才庫序號姓名國籍研究方向團(tuán)隊(duì)主攻方向1LeoAlting丹麥生命周期工程1機(jī)電產(chǎn)品全生命周期評估理論與方法2MichaelZ.Hauschild丹麥生命周期工程3GuentherSeliger德國可持續(xù)制造系統(tǒng)2可持續(xù)制造系統(tǒng)4HartmutKaebemick澳大利亞可持續(xù)制造系統(tǒng)5SamiKara澳大利亞可持續(xù)制造系統(tǒng)6JohnW.Sutherland美國可持續(xù)制造工藝3機(jī)電產(chǎn)品可持續(xù)制造工藝技術(shù)7DavidR.Shonnard美國可持續(xù)制造工藝8StevenJ.Skerlos美國可持續(xù)制造工藝9I.S.Jawahir美國回收及再資源化4機(jī)電產(chǎn)品拆卸回收及其再資源化10JackJeswiet加拿大回收及再資源化11陳玉寶美國質(zhì)量工程5質(zhì)量工程在可持續(xù)制造中的應(yīng)用12ElsayedAlyOrady美國質(zhì)量工程13ArmenZakarian美國質(zhì)量工程家電產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)系統(tǒng)家電產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)系統(tǒng)目標(biāo)采集家電產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)系統(tǒng)下發(fā)任務(wù)家電產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)家電產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)審核家電產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)系統(tǒng)WEEE&回收評價(jià)

家電產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)系統(tǒng)ROHS&材料毒害物評價(jià)

家電產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)系統(tǒng)產(chǎn)品指標(biāo)性能評價(jià)

家電產(chǎn)品綠色評估系統(tǒng)CERT數(shù)據(jù)庫Database2.CERT評估3.顯著環(huán)境因素識別4.