景華榮　徐亞勇

摘 要：綠色設(shè)計(jì)著重考慮產(chǎn)品環(huán)境屬性（能耗低、污染小、可拆卸回收、可重復(fù)利用性等），并將其作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，在滿足環(huán)境目標(biāo)要求的同時(shí)，保證產(chǎn)品應(yīng)有的功能、使用壽命、質(zhì)量等。綠色設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)包括綠色材料選擇、回收性設(shè)計(jì)、可拆卸性設(shè)計(jì)、生命周期評(píng)價(jià)等。

關(guān)鍵詞：綠色設(shè)計(jì)；綠色材料選擇；回收性設(shè)計(jì)；可拆卸性設(shè)計(jì)；生命周期評(píng)價(jià)

收稿日期：2009-03-03

作者簡介：景華榮（1969—），男，江蘇江都人，江都職業(yè)教育中心校教師，揚(yáng)州大學(xué)2007級(jí)工程碩士研究生，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)理論與教學(xué)。

中圖分類號(hào)：TU201 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-569X(2009)03-0048-03

1 綠色設(shè)計(jì)概念及特點(diǎn)

1.1 概 念

綠色設(shè)計(jì)(GD：Green Design)，也稱為生態(tài)設(shè)計(jì)(ED：Ecological Design)、環(huán)境設(shè)計(jì)(DFE：Design for Environment)、生命周期設(shè)計(jì)(LCD：Life Cycle Design)。

綠色設(shè)計(jì)不同于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，綠色設(shè)計(jì)包含產(chǎn)品從概念形成到生產(chǎn)制造、使用乃至廢棄后的回收、重用及處理處置的各個(gè)階段，即涉及產(chǎn)品整個(gè)生命周期，是從搖籃到再現(xiàn)的過程。也就是說，要從根本上防止環(huán)境污染，節(jié)約資源和能源，首先決定于設(shè)計(jì)，要在設(shè)計(jì)過程中考慮到產(chǎn)品及工藝對環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)作用，并將其控制在最小范圍之內(nèi)或最終消除，這就是綠色設(shè)計(jì)的基本思想。

圖1為一種基于層次的綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)體系。該體系包含目標(biāo)層、設(shè)計(jì)內(nèi)容層、主要階段層、設(shè)計(jì)因素層4個(gè)層次^［1］。

綠色設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的根本區(qū)別在于，綠色設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)構(gòu)思階段，就要把降低能

耗、易于拆卸、再生利用和保護(hù)生態(tài)環(huán)境與保證產(chǎn)品的性能、質(zhì)量、壽命、成本的要求列為同等的設(shè)計(jì)目標(biāo)，并保證在生產(chǎn)過程中能夠順利實(shí)施。

綠色設(shè)計(jì)是生產(chǎn)綠色產(chǎn)品的保障，在實(shí)施綠色制造過程中，綠色設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。研究表明：產(chǎn)品性能的70%～80%是由設(shè)計(jì)階段決定的，而設(shè)計(jì)本身的成本僅為產(chǎn)品總成本的10%^［2］。因此，只有在設(shè)計(jì)階段按照綠色產(chǎn)品的特點(diǎn)進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)，即進(jìn)行綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)，才能保證產(chǎn)品最終的綠色特性。

1.2 特 點(diǎn)

由綠色設(shè)計(jì)的定義可以看出，綠色設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面：

①擴(kuò)大了產(chǎn)品的生命周期；②綠色設(shè)計(jì)從源頭上減少了廢棄物的產(chǎn)生，有利于保護(hù)環(huán)境，維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)平衡；③綠色設(shè)計(jì)可以防止地球上礦物資源財(cái)富的枯竭；④綠色設(shè)計(jì)將減少廢棄物的數(shù)量及其處理的棘手問題，避免通常垃圾處理采用的填埋、焚燒法所造成的二次污染。

1.3 方法及工具開發(fā)

綠色設(shè)計(jì)是一種綜合了面向?qū)ο蠹夹g(shù)、并行工程、壽命周期設(shè)計(jì)的一種發(fā)展中的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，是集產(chǎn)品的質(zhì)量、功能和環(huán)境為一體的設(shè)計(jì)系統(tǒng)。綠色設(shè)計(jì)的方法主要有：生命周期設(shè)計(jì)法、并行工程法、模塊化設(shè)計(jì)法。

綠色設(shè)計(jì)工具的開發(fā)研究是綠色設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，國內(nèi)外的研究部門和企業(yè)都進(jìn)行了很多研究，主要側(cè)重于材料選擇、拆卸分析、環(huán)境影響評(píng)價(jià)等方面，目前已開發(fā)或正在開發(fā)的典型綠色設(shè)計(jì)工具有：Boustead數(shù)據(jù)庫、DFA/DFD（計(jì)算機(jī)輔助拆卸分析）、Ecomanager、LCAiT、Simapro5、Green Assessent、Cummpan、CALA等^［3］。

2綠色設(shè)計(jì)的材料選擇

2.1 綠色材料的概念

綠色材料(Green Material：GM)，又稱環(huán)境協(xié)調(diào)性材料 (Envionmental Conscious Materials：ECM)或生態(tài)材料(Ecomaterials)，是指那些具有良好使用性能或功能，并對資源和能源消耗少，對生態(tài)與環(huán)境污染小，有利于人類健康，再生利用率高或可降解循環(huán)利用，在制備、使用、廢棄直至再生循環(huán)利用的整個(gè)過程中，與環(huán)境協(xié)調(diào)共存的一大類材料。

綠色材料是綠色設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，綠色材料對綠色產(chǎn)品的綠色程度有著重要作用。因此，綠色設(shè)計(jì)的材料選擇必須建立在綠色材料的基礎(chǔ)之上。綠色材料不僅包括直接具有凈化環(huán)境、修復(fù)等功能的高新技術(shù)材料的開發(fā)，也包括對使用量大而面廣的傳統(tǒng)材料及其產(chǎn)品的改造。隨著產(chǎn)品對環(huán)境性能要求的不斷提高，傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中材料選擇有明顯不足之處。主要表現(xiàn)在：

(1)所用材料種類繁多；

(2)選材很少考慮材料的加工過程及其環(huán)境的影響；

(3)所用材料很少考慮報(bào)廢后的回收處理問題；

(4)沒有考慮所用材料本身的生產(chǎn)過程。

由此可見，傳統(tǒng)的材料選擇方法已不能適應(yīng)綠色產(chǎn)品及綠色設(shè)計(jì)的要求，必須從更廣泛的角度考慮材料的選擇，不僅應(yīng)考慮基本性能要求，更應(yīng)著重考慮材料的環(huán)境屬性。

2.2 綠色設(shè)計(jì)材料選擇的準(zhǔn)則

綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)首先應(yīng)要求構(gòu)成產(chǎn)品的材料具有綠色特性，具體來說，在材料選擇時(shí)，應(yīng)符合以下要求：

（1）具有良好的使用性能。

（2）所用材料應(yīng)是低能耗、低成本、少污染的材料。

（3）盡量不用或少用短缺的或能耗大的原材料，多用廢料或再生循環(huán)材料作為原料。

（4）盡量不用或少用有毒有害的原材料。

（5）所用材料應(yīng)是易回收、易處理、可降解材料，且具有最大的再生利用率。

（6）所用材料應(yīng)是易加工且加工中無污染或污染最小。

（7）材料在整個(gè)生命周期的全過程對生態(tài)環(huán)境無副作用，而不僅是某一生產(chǎn)過程具有低的環(huán)境負(fù)荷值。

2.3 綠色材料的評(píng)價(jià)

產(chǎn)品設(shè)計(jì)中所選材料的綠色程度有多大，所選材料是否是綠色材料，這對材料比較和選擇具有重要作用。這種材料的選擇決策也就是綠色材料評(píng)價(jià)。開展對材料、產(chǎn)品及其生產(chǎn)、使用直至廢棄全生命周期或某個(gè)環(huán)節(jié)的環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)研究，是綠色設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)性工作。

3 產(chǎn)品的可拆卸性設(shè)計(jì)

3.1 拆卸設(shè)計(jì)的概念

所謂拆卸就是從產(chǎn)品或部件上有規(guī)律地拆下可用零部件的過程，同時(shí)保證不因拆卸過程而造成該零部件的損傷。面向拆卸的設(shè)計(jì)（Design for Disassembly，DFD）是一種使產(chǎn)品最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(jì)方法學(xué)，它研究如何設(shè)計(jì)產(chǎn)品才能高效率、低成本地進(jìn)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。產(chǎn)品的可拆卸性是產(chǎn)品回收再生的前提，直接影響產(chǎn)品的可回收再生性^［3］。

3.2 拆卸設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

可拆卸性要求在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的初期就將可拆卸性作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，使所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)易于拆卸，維護(hù)方便，并可在產(chǎn)品報(bào)廢后可重用部分能充分有效地回收和重用，以達(dá)到節(jié)約資源和能源、保護(hù)環(huán)境的目的。拆卸設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下基本準(zhǔn)則：①拆卸工作量最少準(zhǔn)則；②易于拆卸準(zhǔn)則；③易于分離準(zhǔn)則；④產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的可預(yù)測性準(zhǔn)則。

3.3 拆卸設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)

拆卸評(píng)價(jià)是對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)—修改—再評(píng)價(jià)—再修改直至滿足設(shè)計(jì)要求的動(dòng)態(tài)過程。評(píng)價(jià)的內(nèi)容、指標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)是評(píng)價(jià)的關(guān)鍵。提出一套完整的拆卸性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，建立嚴(yán)格的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是評(píng)價(jià)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

4 產(chǎn)品的可回收性設(shè)計(jì)

4.1 回收設(shè)計(jì)的基本概念

回收設(shè)計(jì)（Design for Recycling，DFR）就是在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期，充分考慮產(chǎn)品零部件及材料的回收可能性、回收價(jià)值大小、回收處理方法、回收處理結(jié)構(gòu)工藝性等與可回收有關(guān)的一系列問題，以達(dá)到零部件及材料資源和能源的充分有效利用，并在回收過程中對環(huán)境污染為最小的一種設(shè)計(jì)思想和方法。

產(chǎn)品可回收性設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括產(chǎn)品零部件的回收性能分析、可回收材料及其標(biāo)志、回收工藝與方法、回收性經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)、可回收性產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝性等幾個(gè)方面。

4.2 回收設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)性分析

從回收設(shè)計(jì)的定義可以看出，回收設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)有很大的不同?；厥赵O(shè)計(jì)在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)初期就考慮消除或減少廢棄物的產(chǎn)生，并在產(chǎn)品廢棄淘汰時(shí)，對其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)有效的回收或使廢舊產(chǎn)品的零部件得到重用、移用?；厥赵O(shè)計(jì)主要有以下特點(diǎn)：

(1)回收設(shè)計(jì)可使材料資源得到最大限度地利用；

(2)回收設(shè)計(jì)可減少環(huán)境污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境；

(3)回收設(shè)計(jì)有利于持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施；

(4)物流的閉合性。

對回收經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品類型、生產(chǎn)方式、材料種類等，收集整理各有關(guān)數(shù)據(jù)資料并參考現(xiàn)行的成本預(yù)算方法，目前所采用的參數(shù)通常為回收的費(fèi)用收益比和凈收益兩種，其表達(dá)式為：

費(fèi)用收益比=總回收收益/總回收費(fèi)用

凈收益=總回收收益－總回收費(fèi)用

4.3 產(chǎn)品回收的基本原則

回收設(shè)計(jì)是產(chǎn)品在使用壽命終結(jié)時(shí)獲得重新利用的基礎(chǔ)，從廢舊產(chǎn)品中不斷的拆卸與回收零部件，其回收價(jià)值如圖2所示。圖中的極值點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)回收的極限點(diǎn)，在高價(jià)值零部件優(yōu)先回收的前提下，該點(diǎn)表示拆卸的過程或步驟開始進(jìn)入負(fù)價(jià)值拆卸。在這種情況下，就限制了產(chǎn)品的進(jìn)一步拆卸與回收，因此，在廢舊產(chǎn)品的回收過程中，主要有以下基本原則可供遵循：

（1）若零件的回收價(jià)值加上不回收該零件所需的處理費(fèi)用大于拆卸費(fèi)用，則回收該零件；

（2）若零件的回收價(jià)值小于拆卸費(fèi)用，而兩者之差又小于處理該零件的費(fèi)用，則回收該零件；

（3）若零件的回收價(jià)值小于拆卸費(fèi)用，而兩者之差又大于處理該零件的費(fèi)用，則不回收該零件，除非為了獲得剩余部分中其他更有價(jià)值的零件材料而必須拆卸；

（4）對所有不予回收的零件都需進(jìn)行處理。

回收的零件及材料的價(jià)值應(yīng)從高到低，當(dāng)回收效益為零或負(fù)值時(shí)，則停止拆卸。

4.4 回收設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

在回收設(shè)計(jì)中，應(yīng)遵循以下設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：

①設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)易于拆卸，減少拆卸的工作量；②可重用零部件材料要易于識(shí)別分類；③結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)有利于維修調(diào)整；④限制材料種類，采用系列化、模塊化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)；⑤盡可能利用回收零部件或材料；⑥應(yīng)便于分離拆卸不同的材料組合；⑦采用相容性好的材料。

5 綠色設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)

5.1 概 述

綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)的最重要的環(huán)節(jié)就是研究開發(fā)對產(chǎn)品整個(gè)生命周期進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法和工具。綠色設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)可以利用各種工具，以支持生命周期各個(gè)階段設(shè)計(jì)過程的進(jìn)行，其中最為有效的方法為生命周期評(píng)價(jià)。

5.2 生命周期評(píng)價(jià)的概念

生命周期評(píng)價(jià)(LCA：Life Cycle Assessment)，或稱“環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)”。LCA是對產(chǎn)品系統(tǒng)在整個(gè)生命周期中的環(huán)境影響、物質(zhì)和能源的投入產(chǎn)出和潛在的環(huán)境影響進(jìn)行定量分析和評(píng)價(jià)的一種方法，是對綠色產(chǎn)品進(jìn)行認(rèn)證的最有效方法。

5.3 LCA的技術(shù)框架

根據(jù)1997年的ISO14040標(biāo)準(zhǔn)的定義，LCA技術(shù)框架如圖3所示，它包含了目標(biāo)和范圍定義、編目分析、環(huán)境影響評(píng)估、環(huán)境解釋4個(gè)組成部分。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 張崢嶸，袁清珂.21世紀(jì)制造業(yè)的特點(diǎn)及其關(guān)鍵技術(shù)［J］.機(jī)械工程師,1999(1)：1~3.

［2］ 劉飛.21世紀(jì)制造的綠色變革與創(chuàng)新［J］.機(jī)械工程學(xué)報(bào),2000(1)：7~13.

［3］ 薛風(fēng)英，張軍濤.討論綠色設(shè)計(jì)與環(huán)境保護(hù)［J］.河北科技大學(xué)學(xué)報(bào),1999(1)：57~60.

工作研究 2009年第3期