產品的綠色設計

8.1綠色設計產生的背景

工業革命以來，人類社會經過100多年的快速發展，長期以來采用較為粗放的、大規模工業發展模式，目前已經面臨社會發展與環境和資源之間的深刻矛盾綠色設計產生的背景主要表現為：

1）是綠色消費的必然要求

2）是可持續發展的必然選擇

3）是消除貿易保護（壁壘）的有效方法消費領域存在的兩種循環：1）商品的生產循環2）商品的消費循環商品消費循環的弊端：1）新產品的生產需要耗用大量的原材料和能量，導致大量開采自然資源，使資源不斷地減少美國：幾乎已經用盡了探明的錳、鉻、鎳、鋁土等礦產資源。據國外一些資料統計，按照當前的資源消耗率和開采量，在現有探明的礦產資源中，估計石油可供使用30年，鐵可供使用93年，天然氣可供使用58年、煤可供使用226年綠色設計是綠色消費的必然要求我國的人均資源占有量不足世界人均資源占有量的1/2。我國514個城市中，有2/3的城市不同程度缺水。據估計，到2020年，我國絕大多數礦產資源將短缺

2）新產品的生產過程還會影響人類身體健康并造成生態環境的惡化3）不斷增多的報廢和淘汰產品還會產生大量的廢棄物，而人類處理這些廢棄物的能力幾乎達到了極限4)綠色設計的先行者直接贏利促進了綠色產品及綠色設計的迅速發展全球氣候變暖同溫層臭氧耗竭和地面臭氧污染大氣污染水體污染生命健康受到損害可持續發展：以環境保護為重要內容，實現資源、環境與社會經濟相協調發展。它是自然——經濟——社會綜合系統的持續、穩定、健康的發展3）可持續發展使人們進一步認識到必須摒棄粗放型生產方式，走集約化生產的方式的道路可持續發展強調把發展問題放在優先考慮的位置。從三個方面來理解1）可持續發展觀正確反映了人在自然界的位置及人與自然的關系，是科學的自然觀的反映2）可持續發展觀突破了狹隘的“經濟資源論”，賦予了自然資源以經濟學的意義，它既能維持生態系統的動態平衡，又能維持社會經濟系統的動態平衡

綠色設計是可持續發展的必然選擇綠色設計是消除綠色貿易壁壘的有效方法綠色貿易壁壘（也稱綠色保護主義）：進口國政府以保護生態環境為由，以限制進口、保護貿易為目的，通過頒布復雜多樣的環保法規、條例，建立嚴格的環保技術標準和產品包裝要求，建立繁瑣的檢驗、認證和審批程序，實施環境標志制度，以及課征環境進口稅等方式對進口產品設置的貿易障礙

提高進口產品的環境監測標準在數量和價格上限制沒有“環境標志”的產品進口嚴格審查進口產品在其生產過程中對自然環境的影響等貿易壁壘主要表現形式國際上有關綠色貿易壁壘的案例日本對進口大米規定了農藥殘留檢測指標美國：1990年以保護海洋珍貴動物為由，禁止墨西哥等國的金槍魚及其制品進口對產品進行綠色設計，可以生產滿足社會和市場需要的綠色產品，從而克服貿易保護的限制，無論對社會的發展和經濟的提高，還是提高產品在國際市場上的競爭能力都具有重要的意義歐洲共同體各國聯合禁止進口含“偶氮”染料的紡織品丹麥要求所有進口的啤酒和飲料必須使用可重復利用的容器等我國：美國認為我國陶瓷產品中對人體有害的重金屬鉛嚴重超標，致使我國的陶瓷產品在美國市場中的份額大大下降，僅占同期日本同類產品的10%

我國：歐共體規定進口紡織品禁用的118種染料中就有104種正在為我國印染廠家使用

2002年聯合國在南非約翰內斯堡召開的“可持續發展世界首腦會議”通過的《關于可持續發展的約翰內斯堡宣言》與《可持續發展世界首腦會議實施計劃》，其核心是提出了應建立社會、經濟、資源和環境相協調的可持續發展戰略1972年在瑞典斯德哥爾摩召開的“聯合國人類環境會議”通過的《人類環境行動計劃》1992年聯合國在巴西里約熱內盧召開的“世界環境與發展大會”通過的《關于環境與發展的里約熱內盧宣言》、《21世紀議程》8.2綠色產品8.2.1綠色產品的定義綠色產品的概念是20世紀70年代在美國政府起草的環境污染法規中首次提出的。但真正的綠色產品首先誕生于前聯邦德國綠色產品或稱為環境協調產品（EnvironmentalConsciousProduct——ECP），是相對于傳統產品而言。由于對產品“綠色程度”的描述和量化特征還不十分明確，因此，目前還沒有公認的權威定義,下面即為綠色產品的幾種主要定義方式：1.綠色產品是指以環境和環境資源保護為核心概念而設計生產的，可以拆卸并分解的產品，其零部件經過翻新處理后，可以重新使用刊登在美國《幸福》雙周刊上一篇題為“為再生而制造產品”的文章認為：綠色產品是指將重點放在減少部件，使原材料合理化和使部件可以重新利用的產品也有人把綠色產品看成是：一件產品在其使用壽命完結時，其部件可以翻新和重新利用，或能安全地把這些零部件處理掉，這樣的產品被稱為綠色產品還有人把綠色產品歸納為從生產到使用，乃至回收的整個過程都符合特定的環境保護要求，對生態環境無害或危害極少，以及利用資源再生或回收循環再用的產品綜合上述分析，綠色產品就是在其生命周期全程中，符合特定的環境保護要求，對生態環境無害或危害極少，資源利用率最高，能源消耗最低的產品綠色產品的特點①優良的環境友好性②最大限度地利用材料資源即產品從生產到使用乃至廢棄、回收、處理處置的各個環節都對環境無害或危害甚小應盡量減少材料使用量，減少使用材料的種類，特別是稀有昂貴材料及有毒、有害材料要求企業在生產過程中選用清潔的原料，清潔的工藝過程，生產出清潔的產品；用戶在使用產品時不或很少產生環境污染，并且不對使用者造成危害要求設計產品時，在滿足產品基本功能的條件下，盡量簡化產品結構，合理選用材料，并使產品中零件材料能最大限度的再利用③最大限度地節約能源，綠色產品在其生命周期的各個環節所消耗的能源應最少普通產品生命周期是指產品從“搖籃到墳墓”（cradle-to-grave），即從產品設計、制造、銷售、使用乃至廢棄的所有階段綠色產品生命周期應將其擴展成從“搖籃到再現”（cradle-to-reincarnation）的過程即除了普通產品壽命周期階段外，還應包括廢棄（或淘汰）產品的回收、重用及處理處置階段⑤廢棄淘汰產品的回收、重用及處理處置過程。綠色產品生命周期包括以下五個過程①綠色產品規劃及設計開發過程②綠色產品制造與生產過程③產品使用過程④產品維護與服務過程8.2.2綠色產品的評價標準及其認證綠色產品至今尚無嚴格準確的行業標準，但從消費市場來看，目前得到公認的綠色標準包括以下三條：③產品使用后可以和易于拆卸、回收、翻新或能夠安全廢置并長期無慮①產品在生產過程中少用資源和能源，并且不污染環境②產品在使用過程中能耗低，不會對使用者造成危害，也不會產生環境污染物目前，德國綠色標志產品已達7500多種，占其全國商品的30％1987年前聯邦德國出臺第一代綠色標志綠色產品的認證情況德國：德國水溶油漆自1981年開始被授于環境標志（綠色標志）以來，其貿易額已增加20％法國、瑞士、芬蘭和澳大利亞等國：新加坡和馬來西亞：目前已有20多個國家對產品實施環境標志在1992年開始實施環境標志于1991年對產品實施環境標志

其后日本、美國、加拿大等國也相繼建立自己的綠色標志認證制度我國于1993年實行綠色標志認證制度，并制訂了嚴格的綠色標志產品標準3個綠色標志（環境標志或生態標志）：中國環境標志、有機食品標志、綠色食品標志其寓意為“全民聯合起來，共同保護人類賴以生存的環境”由青山、綠水、太陽及10個環所組成標志圖形的中心結構表示人類賴以生存的環境外圍的十個環緊密結合，環環緊扣表示公眾參與，共同保護環境同時十個環的“環”字與環境的“環”同字中國環境標志各國環境標志有機食品標志有機食品：在生產加工中不使用化學農藥、化肥、化學防腐劑和添加劑，也不用基因工程生物及其產物，因此它是真正源自自然、富營養、高品質的安全環保生態食品該標志由國家環保總局有機食品發展中心認定頒發，主要認證對象是糧食、蔬菜、果品、畜禽、水產品和食用油等產品綠色食品綠色食品分為A級和AA級。A級標志為綠底白字，AA級標志為白底綠字。該標志由中國綠色食品協會認定頒發

綠色食品標志由三部分構成，即：上方的太陽、下方的葉片和中心的蓓蕾，標志為正圓形，意為保護、安全A級綠色食品：系指在生態環境質量符合規定標準的產地，生產過程中允許限量使用限定的化學合成物質，按特定的生產操作規程生產、加工，產品質量及包裝經檢測、檢查符合特定標準，并經專門機構認定，許可使用A級綠色食品標志的產品綠色認證產品：目前涉及七類產品，即家用制冷器具、氣溶膠制品、可降解地膜、車用無鉛汽油、水性涂料和衛生紙等當前國際上綠色商品涉及諸多領域和范圍，如綠色汽車、綠色電腦、綠色相機、綠色冰箱、綠色包裝、綠色建筑等AA級綠色食品：指在生態環境質量符合規定標準的產地，生產過程中不使用任何有害化學合成物質，按特定的生產操作規程生產、加工，產品質量及包裝經檢測、檢查符合特定標準，并經專門機構認定，許可使用AA級綠色食品標志的產品農業部農產品質量安全中心副主任羅斌日前在哈爾濱市參加“２００６中國農產品質量安全論壇”時表示，全國綠色食品生產企業總數已達３６９５家，認證產品總數達到９７２８個8.3綠色設計及其特點與方法8.3.1綠色設計及其特點所謂綠色技術（GreenTechnolosy——GT）或西方稱之為“環境友善技術”（EnvironmentalSoundTechnology——EST），是減輕環境污染或減少原材料、自然資源使用的技術、工藝或產品的總稱綠色設計就是以綠色技術為原則所進行的產品設計綠色設計完整定義：即在產品整個生命周期內，著重考慮產品環境屬性（可拆卸性、可回收性、可維護性、可重復利用性等），并將其作為設計目標，在滿足環境目標要求的同時，保證產品應有的基本功能、使用壽命、質量等產品生命周期概念原材料提取加工材料產品生產制造產品流通產品使用與服務產品回收材料拆卸材料拆卸材料拆卸環境：大地、大氣、海洋等①②③④能源回收或焚燒通過熱裂解的清潔燃料生產①直接再循環或重復利用②可直接利用成分的再制造③再循環材料的再加工④單體/原材料再生產品生命周期階段與環境的關系1.綠色設計擴大了產品的生命周期綠色設計的特點2.在設計與制造階段強調節約資源和能源制造過程中可能產生的廢棄物是什么，有毒成分的可能替代物是什么，報廢產品如何管理，設計對產品回收性有什么影響，零件材料對環境有何影響，用戶怎樣使用產品包含產品從概念形成到生產制造、使用乃至廢棄后的回收、重用及處理處置的各個階段，即從搖籃到再現的整個過程

3.綠色設計有利于環境保護，維護生態系統平衡

2）能源消耗的最少化

1）自然資源使用的最少化3）廢棄物產生的最少化4）對生態系統平衡的危害最小化5）對人類健康和安全的危害最小化任何產品首先必須具有其功能、質量、壽命和經濟性，否則綠色程度再高的產品也是沒有實際意義的綠色設計與傳統設計的關系1.沒有傳統設計就沒有綠色設計3.綠色設計涉及機械制造學、材料學、管理學、社會學、環境學等諸多學科的內容，具有較強的多學科交叉特性★傳統設計是綠色設計的基礎★綠色設計是對傳統設計的補充和完善傳統設計只有在原有的基礎上將環境屬性作為產品的設計目標之一，才能使所設計的產品滿足綠色性能的要求，具有市場的競爭力綠色設計要求設計人員在設計構思階段就要把降低能耗、易于拆卸、再生利用和保護生態環境與保證產品的性能、質量、壽命、成本的要求列為同等的設計目標，并保證在生產過程中能夠順利實施

綠色設計通常有三個主要階段，即：不是將注意力集中在產品本身。從產品的整體質量考慮，設計人員不應只根據物理目標設計產品，而應以產品為用戶提供的服務或損害為主要依據①跟蹤材料流，確定材料輸入與輸出之間的平衡②對特殊產品或產品種類分配環境費用，并確定相應的產品價值③對設計過程進行系統性研究2.設計依據、設計工藝、設計技術以及設計目的等方面不同8.4綠色設計的主要內容主要內容綠色產品的描述與建模

綠色設計的材料選擇與管理

產品的可拆卸性設計產品的可回收性設計綠色產品的成本分析

綠色設計數據

1.綠色產品的描述與建模例如冰箱產品：準確全面地描述綠色產品，建立系統的綠色產品評價模型是綠色設計的關鍵2.綠色設計的材料選擇與管理

1)選材時不僅要考慮產品的使用條件和性能，而且應考慮環境約束準則選用無毒、無污染材料及易回收、可重用、易降解材料2)加強材料管理另一方面，達到壽命周期的產品，有用部分要充分回收利用，不可用部分要采用一定的工藝方法進行處理，使其對環境的影響降低到最低限度一方面不能把含有有害成分與無害成分的材料混放在一起已提出了綠色產品的評價指標體系、評價標準制定原則利用模糊評價法對冰箱的“綠色程度”進行了評價3.產品的可回收性設計可回收性設計：在產品設計初期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、回收處理結構工藝性等與回收性有關的一系列問題，最終達到零件材料資源、能源的最大利用，并對環境污染為最小的一種設計思想和方法③可回收性經濟評價主要內容有：①可回收材料及其標志②可回收工藝與方法④可回收性結構設計3）潔凈的凈化工藝回收設計準則

1）結構易于拆卸2）盡可能選取可整新的零件8）盡可能利用回收零部件或材料7）采用系列化、模塊化的產品結構6）限制材料種類，特別是塑料5）結構設計應有利于維修調整4）可重用零部件材料應易于識別分類4.產品的可拆卸性設計

拆卸設計的定義：就是從產品或部件上有規律地拆下可用的零部件的過程，同時保證不因拆卸過程而造成對零部件的損傷拆卸設計的目的：

1）產品零部件的重復利用

2）材料的回收

3）元器件的回收拆卸設計的類型：

1）破壞性拆卸

2）部分破壞性拆卸

3）非破壞性拆卸拆卸設計準則1).明確拆卸對象

對有毒或者輕微毒性的零件或再生過程中會產生嚴重環境問題的零件應該拆卸，以便于單獨處理，如焚化或填埋對于制造成本高、壽命長的零部件，應盡可能易于拆卸對于由貴重材料制成的零部件應能夠折卸，實現零部件重用或貴重材料的再生2).拆卸工作量最少準則(1)產品在滿足功能要求和使用要求的條件下，盡可能簡化產品結構和外形，減少組成零部件的數量的類型(2)盡量簡化拆卸工藝，減少拆卸時間，降低對維護、拆卸回收人員的技能要求

兩層含義：具體原則：盡量使用標準件和通用件通過零部件合并，盡量減少零部件數量盡量減少材料種類盡量使用兼容性能好的材料組合采用模塊化結構常用熱塑性材料兼容性PEPVCPSPCPPPAPOMSANABSPE√×××√××××PVC×√×××××√√PS××√××××××PC×O×√×××√√PPo×××√××××PA××O××√×××POM××××××√××注：√–相容性好，o–相容性一般，×–相容性差緊固件數量最少準則緊固件類型統一準則簡單的拆卸運動準則盡量使用易于拆卸或者易于破壞的聯接方式

3).與結構有關準則以塑料件為例，粘結工藝通常不適合面向拆卸回收的設計，因為在拆卸時需要很大的拆卸力，而且其表面殘余物在零件回收時很難去除。但是如果零件和粘結劑采用同一種材料，則可一起回收，可以用于面向拆卸回收的設計中

4).易于拆卸準則非剛性零件準則標準化準則便于抓取準則產品設計時，盡量采用剛性零件設計合理的拆卸基準合理的拆卸基準不僅有助于方便省時地拆卸各種零件，還易于實現拆卸自動化設置合理的排放口位置封裝有毒、有害材料5).易于分離準則一次表面準則便于識別分類準則常用的識別方法有：顏色識別標志模壓標志條形識別標志減少零件多樣性準則利用模塊化設計原理，盡量采用標準零部件盡量減少鑲嵌物應防止要拆卸的零部件受到污染或腐蝕6).產品結構可預估準則產品在維護時，由于存在污染、腐蝕、磨損等因素會使產品的結構產生不確定性為了在產品廢棄淘汰時，其結構的不確定性減少產品在維護時使產品的最終狀態與原始狀態之間不發生了較大的改變避免將易老化或易被腐蝕的材料與需拆卸、回收的材料零件組合5.綠色產品的成本分析成本分析時，就必須考慮污染物的替代、產品拆卸、重復利用成本、特殊產品相應的環境成本等6.綠色設計數據庫內容為：材料成分、各種材料對環境的影響值、材料自然降解周期、人工降解時間、費用綠色設計數據庫：應包括產品壽命周期中與環境、經濟等有關的一切數據制造、裝配、銷售、使用過程中所產生的附加物數量及對環境的影響值環境評估準則所需的各種判斷標準等

知識作用：主要用于設計過程中的選擇與決策，如材料選擇、方案選擇、拆卸結構決策、設計結果決策等(1).綠色設計數據種類和知識的種類綠色設計數據包括產品生命周期過程中的所有數據。為分靜態數據和動態數據。靜態數據是指經過標準化和規范化的設計數據動態數據是指在設計過程中產生的有關信息綠色設計中，除了涉及大量數據外還涉及大量的知識為：公理性知識經驗性知識標準型知識等(2).綠色設計的數據與知識的獲取與表達綠色設計數據與知識的獲取應做到：(a）設計數據與知識表達方式規范化和標準化三層含義：①數據與知識內容表達規范化；②數據與知識內容表達方式的文本格式標準化③數據與知識獲取界面的規范化數據與知識的獲取一般分兩步進行：（b）設計數據與知識獲取方式規范化和方便化②輸入、維護、管理①收集、整理、歸納、總結和分類是通過數據結構來實現的。用于綠色設計數據與知識的數據結構有串、棧、表、樹、圖以及框架結構、網絡結構等綠色設計數據與知識的表達8.5綠色產品的設計方法和關鍵技術綠色設計是一種集成設計，它是設計方法集成和設計過程集成設計方法:是一種綜合了面向對象技術、并行工程、壽命周期設計的一種發展中的系統設計方法，是集產品的質量、功能、壽命和環境為一體的設計系統綠色產品設計的系統框圖

3）綠色設計數據資料的收集整理與數據庫的建立綠色設計的關鍵技術包括以下幾個方面：1）綠色產品評價體系、方法的研究2）綠色設計模型的建立4）綠色設計方法的系統研究及知識庫的建立在未來10年內，綠色產品有可能成為世界主要商品市場的主導產品我國綠色產品的發展和世界發達國家相比，無論是在范圍還是數量上都有很大差距，尚處于初步發展階段8.6綠色設計的發展國際經濟專家分析認為：目前的綠色產品比例大約為5%～10%目前世界許多著名公司都積極致力于綠色設計技術的研究和綠色產品的開發，如日本尼桑公司正在開發綠色汽車，富士公司投放市場的即可拍“綠色相機”；美國IBM公司研究開發的綠色電腦等，都取得了良好的社會效益和經濟效益正在開展國家自然科學基金項目－－環境綠色技術評價體系的研究機械科學研究院：完成了國家科委“九五”攻關項目－－清潔生產技術選擇與數據庫的建立機械工業基金項目－－綠色設計