馬永耀 余昭杰 史典陽(yáng) 周軍連

（工業(yè)和信息化部 電子第五研究所, 廣東 廣州510610）

1 生態(tài)設(shè)計(jì)的內(nèi)涵和要求

1.1 生態(tài)設(shè)計(jì)的內(nèi)涵

生態(tài)設(shè)計(jì)是指在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、選材、生產(chǎn)、包裝、運(yùn)輸、使用到報(bào)廢處理的整個(gè)生命周期全過(guò)程中， 充分考慮產(chǎn)品的環(huán)境屬性和資源屬性，在考慮功能、質(zhì)量、開(kāi)發(fā)周期和成本的同時(shí)，也將可拆卸性、可回收性、可制造性等作為設(shè)計(jì)的目標(biāo)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，選擇與環(huán)境友好的材料、機(jī)械結(jié)構(gòu)和制造工藝，在使用過(guò)程中能耗最低，不產(chǎn)生或少產(chǎn)生毒副作用，使產(chǎn)品及其制造過(guò)程、使用過(guò)程和報(bào)廢處理后，對(duì)環(huán)境和資源消耗的總體影響減到最小，是一個(gè)十分復(fù)雜的系統(tǒng)性工程[1]。

對(duì)很多電子電器公司而言，在電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中考慮產(chǎn)品對(duì)環(huán)境造成的影響是一個(gè)相對(duì)新穎的概念，而且若考慮電子產(chǎn)品生命周期各個(gè)階段對(duì)環(huán)境的影響以及目前在實(shí)施的生態(tài)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)，電子產(chǎn)品的生態(tài)設(shè)計(jì)顯然是一個(gè)艱巨的挑戰(zhàn)。

1.2 生態(tài)設(shè)計(jì)的要求

1.2.1 品牌價(jià)值要求

對(duì)許多公司而言，對(duì)外宣傳本公司產(chǎn)品的環(huán)保性能其實(shí)是一把雙刃劍。 如果環(huán)保性能宣傳是基于堅(jiān)實(shí)的科學(xué)依據(jù)，或者能夠被第三方機(jī)構(gòu)所認(rèn)證，或者能夠解決消費(fèi)者、分析師及非政府組織所關(guān)心的環(huán)境問(wèn)題，就有很大機(jī)會(huì)提升產(chǎn)品銷(xiāo)售量、公司股票價(jià)格和品牌價(jià)值。但是，如果環(huán)保性能宣傳未能達(dá)到上述三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之一，該公司的環(huán)保性能宣傳就會(huì)有可能被指責(zé)為“濫用綠色”，即做出一些沒(méi)有堅(jiān)實(shí)依據(jù)的環(huán)保性能宣傳或者利用環(huán)保營(yíng)銷(xiāo)策略來(lái)掩蓋產(chǎn)品的其他問(wèn)題。最簡(jiǎn)單的解決辦法似乎是不做任何的環(huán)保性能宣傳，但由于投資者對(duì)產(chǎn)品的期望不斷上升、非政府組織對(duì)產(chǎn)品的審查越來(lái)越嚴(yán)格、競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手造成的壓力持續(xù)增加，不做任何環(huán)保性能宣傳行為本身就會(huì)損壞公司的品牌價(jià)值。

1.2.2 能耗、有害物質(zhì)相關(guān)法規(guī)要求

環(huán)境立法的引入或許是讓各大公司啟動(dòng)生態(tài)設(shè)計(jì)最直接的驅(qū)動(dòng)因素，表1 列舉出北美、歐洲和亞洲地區(qū)的部分環(huán)境立法情況。與此同時(shí)，行業(yè)協(xié)會(huì)和非政府組織也在引入一些標(biāo)準(zhǔn)、政策等，用以影響政府機(jī)構(gòu)的立法框架。

表1 目前立法情況

1.2.3 成本及供應(yīng)鏈管理要求

通過(guò)立法可以迫使各大公司開(kāi)始重視生態(tài)設(shè)計(jì)，但若生態(tài)設(shè)計(jì)被采納的話，也會(huì)給公司帶來(lái)明顯的成本優(yōu)勢(shì)。 因?yàn)閺纳鷳B(tài)設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，減少材料和能源的使用可以降低產(chǎn)品的制造成本。

當(dāng)產(chǎn)品的環(huán)境影響涉及到由供應(yīng)商設(shè)計(jì)和制造的子系統(tǒng)時(shí)，就提供了使供應(yīng)商也參與生態(tài)設(shè)計(jì)的良好機(jī)會(huì)，產(chǎn)生一個(gè)更為精簡(jiǎn)、更具成本效益的供應(yīng)鏈。例如，創(chuàng)維集團(tuán)召集國(guó)內(nèi)500 多家零部件供應(yīng)商，要求簽訂“綠色供應(yīng)鏈協(xié)定”，推行零鉛工程，確保出口歐洲的產(chǎn)品達(dá)到要求。同時(shí)，創(chuàng)維集團(tuán)針對(duì)內(nèi)銷(xiāo)的產(chǎn)品也積極實(shí)行生態(tài)設(shè)計(jì)理念，研制和生產(chǎn)“綠色電視”，滿足和優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，為國(guó)內(nèi)消費(fèi)者和環(huán)境提供綠色保護(hù)。 最終效果是導(dǎo)致供應(yīng)商也不得不參與生態(tài)設(shè)計(jì)，降低創(chuàng)維集團(tuán)產(chǎn)品制造成本。

1.2.4 產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新要求

當(dāng)公司在考慮產(chǎn)品對(duì)環(huán)境造成的影響時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)很多創(chuàng)新的機(jī)遇。如Dyson 公司開(kāi)發(fā)的電子干手器采用高效電子泵迫使空氣通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的小孔，當(dāng)顧客慢慢將手從干燥腔移出來(lái)的時(shí)候，手上的水就會(huì)被通過(guò)特殊設(shè)計(jì)小孔的空氣切斷，通過(guò)用這種方法吹掉顧客手上的水分而不是通過(guò)傳統(tǒng)的蒸干手段，Dyson 公司開(kāi)發(fā)的干手器可以縮短約77%的干手時(shí)間和約80%的干手能耗[2]。

2 生態(tài)設(shè)計(jì)實(shí)施面臨的挑戰(zhàn)

迄今為止，很多公司僅僅專注于報(bào)告產(chǎn)品的環(huán)保性能和評(píng)估產(chǎn)品是否符合相關(guān)的環(huán)境保護(hù)法規(guī)，而將生態(tài)設(shè)計(jì)作為常規(guī)設(shè)計(jì)過(guò)程的有機(jī)組成部分還面臨很多挑戰(zhàn)，主要有：有限的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間、與產(chǎn)品設(shè)計(jì)較差的融合度、日益復(fù)雜與快速發(fā)展的法規(guī)和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員的要求未被考慮。

2.1 有限的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間

產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的影響只是設(shè)計(jì)者在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中考慮的諸多因素之一。 設(shè)計(jì)者不斷努力平衡各種相互沖突的項(xiàng)目，如性能、成本、與相關(guān)法規(guī)的符合度和交貨時(shí)間等，若考慮生態(tài)設(shè)計(jì)就增加了設(shè)計(jì)者需要平衡的因素，導(dǎo)致僅有一小部分時(shí)間和精力花能夠在生態(tài)設(shè)計(jì)上。

2.2 與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)較差的融合度

雖然很多公司聘請(qǐng)環(huán)保專家來(lái)評(píng)估產(chǎn)品的環(huán)境性能，但如果環(huán)保專家不和設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)經(jīng)常接觸的話，他們的分析結(jié)果就會(huì)被忽略，一是因?yàn)榄h(huán)保專家的分析結(jié)果不能轉(zhuǎn)換為被設(shè)計(jì)者理解且對(duì)設(shè)計(jì)者有用的信息，二是公司很少會(huì)跟蹤環(huán)保專家的分析結(jié)果是否能帶來(lái)設(shè)計(jì)的改進(jìn)。

2.3 日益復(fù)雜與快速發(fā)展的法規(guī)

產(chǎn)品相關(guān)的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)日益復(fù)雜，而且更新速度越來(lái)越快，如歐盟《用能產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(jì)框架指令（ErP）》指令。 歐盟ErP 指令設(shè)置了產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(jì)目標(biāo)框架，但是受影響的產(chǎn)品范圍在不斷擴(kuò)大，且每一類產(chǎn)品的實(shí)施措施設(shè)置的時(shí)間越來(lái)越苛刻。

2.4 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員的要求未被考慮

提升產(chǎn)品的環(huán)境性能需要首先理解產(chǎn)品在整個(gè)生命周期中何時(shí)何地會(huì)對(duì)環(huán)境造成何種影響， 然而大部分設(shè)計(jì)者不具備這方面的知識(shí)，導(dǎo)致生態(tài)設(shè)計(jì)無(wú)法執(zhí)行。 而且因?yàn)闊o(wú)法獲取產(chǎn)品生產(chǎn)和使用的相關(guān)信息而導(dǎo)致在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的初期階段無(wú)法進(jìn)行詳細(xì)的生態(tài)設(shè)計(jì)分析。

3 電子產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(jì)的要素分析

圖1 給出五個(gè)可以幫助電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)師、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)管理人員及環(huán)境專家實(shí)施生態(tài)設(shè)計(jì)的要素。

圖1 電子產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(jì)的五個(gè)要素

3.1 在設(shè)計(jì)過(guò)程的早期考慮產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的影響

大約80%的產(chǎn)品整體環(huán)境影響已經(jīng)在早期概念設(shè)計(jì)階段結(jié)束時(shí)確定下來(lái)，如圖2 所示。因?yàn)榇藭r(shí)設(shè)計(jì)者通常選擇了材料和制造工藝，并定義了產(chǎn)品生命周期，這些約束不僅解決了最后的經(jīng)濟(jì)成本，同時(shí)也解決了許多環(huán)境成本[3-4]，如電子產(chǎn)品若采用無(wú)鉛焊錫制程，產(chǎn)品內(nèi)印制電路板大約可削減90%以上含鉛零件。在早期的概念設(shè)計(jì)階段評(píng)估產(chǎn)品的環(huán)境性能，確定不同項(xiàng)目的相對(duì)環(huán)境成本，使得在重大項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)花銷(xiāo)前變更設(shè)計(jì)，并且可以避免昂貴且費(fèi)時(shí)的重新設(shè)計(jì)[5-6]。

圖2 產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)階段確定的環(huán)境影響

3.2 不精確的數(shù)據(jù)可以指導(dǎo)正確的決策

很多工程師和設(shè)計(jì)者由于習(xí)慣了通過(guò)物理測(cè)量獲取精確的數(shù)據(jù)，對(duì)具有10%或者更大誤差范圍的生態(tài)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)感到無(wú)法下手[7]，然而，重要的是要意識(shí)到不精確的生態(tài)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)并不影響良好的決策，尤其是當(dāng)一個(gè)特定的生命階段對(duì)產(chǎn)品環(huán)境影響占主導(dǎo)地位的時(shí)候。 例如，當(dāng)選擇電子產(chǎn)品外殼封裝材料時(shí)，含有較大能源和含有較小能源的物質(zhì)之間的差異因子往往會(huì)達(dá)到或者超過(guò)1000， 但這仍然可以得出明確的區(qū)別，如圖3 所示。當(dāng)材料所含能源對(duì)比差異很小時(shí)，其他階段如材料的再循環(huán)、材料的耐用性等因素在做決策時(shí)的分量就越重。

圖3 不精確的數(shù)據(jù)也可以得出材料對(duì)環(huán)境的影響情況

3.3 考慮產(chǎn)品整個(gè)生命周期

產(chǎn)品的環(huán)境性能往往與用戶與產(chǎn)品的交互方式、 產(chǎn)品的維護(hù)方式、產(chǎn)品的使用環(huán)境等有關(guān)，文獻(xiàn)[8]提到的思想可以指導(dǎo)設(shè)計(jì)者優(yōu)化產(chǎn)品的生態(tài)設(shè)計(jì)。 體現(xiàn)該思想的一個(gè)方法是，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮產(chǎn)品生命周期所有階段對(duì)環(huán)境造成的影響，如材料、制造、運(yùn)輸、使用和處理等階段，這會(huì)使得設(shè)計(jì)者盡最大的努力改善能源需求最大或者二氧化碳排放量最大階段的環(huán)境可持續(xù)性，如圖4 所示。

3.4 材料和工藝選擇對(duì)環(huán)境影響和生態(tài)設(shè)計(jì)至關(guān)重要

材料和工藝的選擇在產(chǎn)品整個(gè)生命周期對(duì)環(huán)境的影響至關(guān)重要，原因主要有：提取和加工原材料會(huì)造成重大環(huán)境影響；材料的選擇將決定可行的制造工藝和相關(guān)的能源和材料效率；材料的質(zhì)量將嚴(yán)重影響產(chǎn)品在運(yùn)輸和使用階段消耗的能源和排放的二氧化碳量；材料的可回收/可重復(fù)利用特性將決定產(chǎn)品有毒物質(zhì)含量和產(chǎn)品壽命終結(jié)時(shí)對(duì)環(huán)境的影響。

圖4 電子產(chǎn)品各階段的環(huán)境影響評(píng)估及材料、工藝對(duì)產(chǎn)品環(huán)境性能的影響

減少產(chǎn)品生命周期各個(gè)階段對(duì)環(huán)境影響的主要方法如圖所4 示，很多都是直接和材料的特性有關(guān)，然而，不能僅僅根據(jù)產(chǎn)品所用材料的生態(tài)特性來(lái)選擇所謂的生態(tài)材料， 需要綜合考慮材料的機(jī)械特性、物理特性、熱特性和電氣特性。

3.5 設(shè)置生態(tài)設(shè)計(jì)目標(biāo)、建立生態(tài)設(shè)計(jì)信息支撐系統(tǒng)

設(shè)置生態(tài)設(shè)計(jì)目標(biāo)有兩個(gè)作用，一是對(duì)外體現(xiàn)公司致力于長(zhǎng)期改善產(chǎn)品的環(huán)境性能，二是建立了一個(gè)環(huán)保目標(biāo)可設(shè)置在項(xiàng)目工程級(jí)別的框架。 例如，在2010 年飛利浦公司設(shè)置了一系列到2015 年要完成的企業(yè)級(jí)環(huán)境目標(biāo)， 包括與2009 年本公司電子產(chǎn)品相比能源利用效率提高50%等[9]。 然而，要實(shí)現(xiàn)所建立的目標(biāo)需要公司實(shí)時(shí)跟蹤與本公司產(chǎn)品相關(guān)的法律、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，所以公司管理人員不僅僅要關(guān)注所設(shè)置的環(huán)境目標(biāo)，還需要關(guān)注是否已經(jīng)建立了相關(guān)信息系統(tǒng)來(lái)支持材料、工藝等決策的決定。

4 總結(jié)

無(wú)論從保護(hù)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略角度出發(fā)， 還是從提高公司競(jìng)爭(zhēng)力的商業(yè)角度出發(fā)，電子產(chǎn)品的生態(tài)設(shè)計(jì)都是勢(shì)在必行的，電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)師、 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)管理人員及環(huán)境專家都需要深刻認(rèn)識(shí)到實(shí)施電子產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(jì)所面臨的巨大挑戰(zhàn)。 電子產(chǎn)品的生態(tài)設(shè)計(jì)貫穿于整個(gè)產(chǎn)品的生命周期，要保證生產(chǎn)出來(lái)的電子產(chǎn)品符合指令的要求、滿足客戶對(duì)健康和環(huán)境保護(hù)的要求，每個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)滲透進(jìn)生態(tài)設(shè)計(jì)的思想。

［1］生態(tài)美術(shù)叢書(shū)[M].2006.

［2］The Dyson Airblade. 'Why Airblade Technology is better [OL]. Dyson Ltd.www.dysonairblade.co.uk/technology/benefits.asp.

［3］Wegst, U.G.K. and Ashby, M.F. Eco-criteria for materials selection Engineering Designer[J].Engineering Designer,1998，24，2：8-12.

［4］ISO 14062-International Organization for Standardization (ISO). Environmental mangagement standards.ISO/TR 14062:2002. [OL].www.iso.org/iso/iso_catalogue/catalogue_tc/catalogue_detail.htm?csnumber=33020.

［5］IEC:International Electrotechnical Commission.IEC Guide 114. Environmentally conscious design Integrating environmental aspects into design and development of electrotechnical products [OL].May 2005. engineers.ihs.com/document/abstract/RQDZHBAAAAAAAAAA.

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［7］Hammond, G and Jones, C. Inventory of Carbon and Energy (ICE)[OL].2006.www.bath.ac.uk/mech-eng/sert/embodied/.

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