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        綠色設(shè)計策略在燈具產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用

        2021-11-04 01:16:54焦鑫
        西部皮革 2021年18期
        關(guān)鍵詞:燈具石墨綠色

        焦鑫

        (四川傳媒學(xué)院,四川 成都 611745)

        1 綠色設(shè)計準備階段

        1.1 前期調(diào)研

        1.1.1 現(xiàn)有產(chǎn)品類別與材料使用

        目前市場上燈具主要有云石燈、陶瓷燈、水晶燈、布藝燈、玻璃燈、塑料燈等,多數(shù)燈具都是采用易碎的材料,在一定程度上縮短了產(chǎn)品的使用壽命,且部分燈具材料環(huán)保性不足,材料性質(zhì)見表1,考慮到生產(chǎn)、加工、降解和成本等因素,燈具依然存在破壞生態(tài)環(huán)境的問題。

        表1 現(xiàn)有燈具材料使用

        1.1.2 綠色產(chǎn)品消費者需求

        隨著綠色理念的普及,用戶對產(chǎn)品的要求從基本的使用到更加關(guān)注產(chǎn)品的體驗、服務(wù)及健康、環(huán)境等因素。根據(jù)中國社會調(diào)查事務(wù)所報告,有72%的人支持發(fā)展環(huán)保事業(yè),開發(fā)綠色產(chǎn)品,有54%的人愿意使用綠色產(chǎn)品[1],但由于材料及加工成本等因素,綠色產(chǎn)品價格普遍高于普通產(chǎn)品,因此在購買時價格成為阻礙綠色產(chǎn)品消費的主要原因,消費者對綠色產(chǎn)品的價格承受能力較低,需要使用更加低成本的綠色材料控制產(chǎn)品價格。

        1.1.3 綠色產(chǎn)品營銷狀況

        產(chǎn)品的價格、環(huán)保等因素對于產(chǎn)品營銷狀況的影響較大,同等價格下,消費者更愿意選擇購買綠色產(chǎn)品,但部分燈具只是打著綠色產(chǎn)品的名號,其質(zhì)量并未達到綠色產(chǎn)品的標準,且價格低于真正的綠色產(chǎn)品,使其銷量較好,加之企業(yè)奉行利益至上的原則,不顧環(huán)境資源等問題,使綠色產(chǎn)品的生產(chǎn)、營銷舉步維艱。

        1.2 設(shè)計準備

        經(jīng)過前期調(diào)研分析,設(shè)計項目前要進行設(shè)計準備,第一獲得企業(yè)決策層認可,第二成立設(shè)計小組,第三進行設(shè)計規(guī)劃與培訓(xùn),對綠色設(shè)計相關(guān)的法律法規(guī)、國家標準、國際標準等進行學(xué)習,如消費品安全改進法案(CPSIA/HR4040)、《燈具一般安全與要求》等。

        2 綠色設(shè)計目標確定與需求分析

        2.1 選擇產(chǎn)品目標

        2.1.1 設(shè)計對象選擇

        文章設(shè)計對象為燈具。燈具屬于居家生活的必需品之一,使用頻率高,與人接觸距離近,關(guān)系到用戶健康等問題,對產(chǎn)品的安全、環(huán)保等要有著嚴格的要求,因此需要提高燈具的綠色性能。燈具需求和消耗也不斷加大,燈具結(jié)構(gòu)設(shè)計與回收等問題也要符合綠色原則。

        2.1.2 設(shè)計對象范疇

        燈具綠色設(shè)計要通過科學(xué)的照明設(shè)計,采用效率高、壽命長、安全和性能穩(wěn)定的照明電器產(chǎn)品,改善、提高人們工作、學(xué)習、生活的條件和質(zhì)量。燈具綠色設(shè)計除了產(chǎn)品基本生產(chǎn)制造、安全、環(huán)保、健康等客觀范疇,還要考慮用戶生理和心理方面的需求,如環(huán)保材料與舒適的使用體驗、功能與綠色照明、結(jié)構(gòu)與人性化使用方式等,為用戶創(chuàng)造良好的生活工作環(huán)境。

        2.2 設(shè)計目標屬性

        2.2.1 造型屬性

        燈具造型根據(jù)室內(nèi)環(huán)境與風格而定,家庭用燈大多采用有機形態(tài),線條多數(shù)以圓潤、曲線為主,光源以暖色為主,但現(xiàn)有燈具設(shè)計關(guān)注照明功能,造型只是單純地取悅用戶,較少考慮到用戶心理方面的需求,因此通過造型滿足用戶心理、審美需求也是燈具綠色設(shè)計要求之一。

        2.2.2 技術(shù)屬性

        一些新興產(chǎn)品使用了最新的技術(shù)和材料,如新能源電池、柔性顯示器、LED 等,這些材料大多擁有節(jié)能、環(huán)保等特點[2],獲得良好照明環(huán)境的同時降低能耗,有利于環(huán)保[3]。例如石墨烯材料制作的影馳石墨烯手機,石墨烯具有良好的光學(xué)特性,在較寬波長范圍內(nèi)吸收率約為2.3%,加之石墨烯具有較高強度和柔韌性,有較好的導(dǎo)電性和透明性,機械強度好且可彎折,應(yīng)用前景廣闊。此外,研究表明,石墨烯高分子復(fù)合材料的導(dǎo)熱性較強,理論楊氏模量達10 TPa,固有的拉伸強度為130 GPa[4],如邦邦熊石墨烯體溫計就是利用其良好的導(dǎo)熱性能,Catlike 公司研 制的石墨烯頭盔,外殼是一層石墨烯復(fù)合材料,內(nèi)部是緩沖泡沫,重量輕且兼具保護性能和舒適性。因此用石墨烯制作燈具也是較好的選擇。

        2.2.3 綠色屬性

        燈具外殼主要使用石墨烯,石墨烯在我國儲量豐富,價格便宜,加工生產(chǎn)過程中污染小。石墨烯也可以作為空氣凈化產(chǎn)品,相同質(zhì)量的石墨烯與吸附炭,石墨烯對甲醛的飽和吸收量是吸附炭飽和吸收量的116 倍[5]。燈具的光源使用LED 照明,LED 光源的工作光效接近200 lm/W,色溫范圍分布從2200 K到7000 K,主要用于室內(nèi)照明,是典型的綠色節(jié)能光源[6]。LED 燈源不含有汞類有害物質(zhì),并且耗電量是白熾燈的20%左右。除了材料的綠色屬性,價格方面,石墨烯產(chǎn)品的價格都比較適中,如石墨烯散熱毯在50 元左右,石墨烯耳機在100 元左右,石墨烯充電寶在200 元左右,價格實惠。除此之外,還要考慮生產(chǎn)、包裝、運輸?shù)染G色屬性。

        3 確定綠色設(shè)計策略

        3.1 建立綠色設(shè)計清單

        原材料獲?。簭漠a(chǎn)品本身到包裝原材料,都選擇使用綠色材料,減少材料種類應(yīng)用,選用可分解、可再生材料。材料生產(chǎn):使用環(huán)保清潔的加工方式進行原材料生產(chǎn),如使用氧氣還原法獲取石墨烯,氧化剝離過程簡單、高效,產(chǎn)量高,產(chǎn)物容易分散在水及其他溶劑中,可進行各種化學(xué)改性,易于實現(xiàn)石墨烯材料的組裝與復(fù)合[7]。加工過程中不會產(chǎn)生要害氣體、安全、制作時間短,符合綠色設(shè)計要求。環(huán)境保護:燈具生產(chǎn)過程中使用無鉛焊錫工藝,引進能源管理系統(tǒng),進行無害化處理,遵守生產(chǎn)加工規(guī)范,加強質(zhì)量檢驗,保證產(chǎn)品質(zhì)量等,如建立ISO9001 質(zhì)量管理體系,規(guī)范產(chǎn)品質(zhì)量管理。

        3.2 產(chǎn)品計劃

        燈具除了使用綠色材料外,還應(yīng)包括其他設(shè)計原則,如減少原則、簡化設(shè)計原則,采用簡約造型;結(jié)構(gòu)采用模塊化原則、重復(fù)使用原則,進行可拆卸設(shè)計,燈具產(chǎn)品的組裝和拆卸部件聯(lián)接交互系數(shù)系數(shù)越小,越容易拆卸,綠色設(shè)計程度越高,系數(shù)見表2;產(chǎn)品廢棄后采用回收利用原則與可循環(huán)設(shè)計,將報廢的產(chǎn)品及部件充分拆卸后歸類,回收其中可重復(fù)利用的零部件和材料;另外,產(chǎn)品不應(yīng)有銳利邊緣、尖端、棱角等,對邊緣進行圓角處理。

        表2 零部件連接交互系數(shù)

        3.3 運用綠色設(shè)計工具

        開展綠色評估,首先確定評估的標準;參照國內(nèi)外的法律法規(guī)確定限值;參照國家及行業(yè)標準確定限值;與行業(yè)協(xié)會進行協(xié)商和探討,確定指標評估限值;與龍頭企業(yè)交流,確定調(diào)整指標標準值等,利用MET 矩陣[8]、產(chǎn)品評估指標龍骨圖等進行評估。

        3.4 確定綠色設(shè)計策略

        根據(jù)上述綠色設(shè)計清單與計劃,將設(shè)計需求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品綠色設(shè)計標準,為之后制定設(shè)計方案起到規(guī)范作用,并結(jié)合采用QDPD 方法,通過顧客需求分析、功能設(shè)計制定、設(shè)計細節(jié)優(yōu)化、模擬與仿真、輸出設(shè)計文檔等完善設(shè)計方案的規(guī)劃[9]。

        3.5 產(chǎn)品制造

        選擇綠色原材料,如低能耗、少污染、可再生、環(huán)境兼容性好、易于回收再利用和降解的材料;選擇先進的生產(chǎn)加工方式、方法、技術(shù);選擇節(jié)能設(shè)備,如數(shù)控加工設(shè)備、電火花加工設(shè)備,優(yōu)化有毒有害工序;保證產(chǎn)品的安全性,工廠應(yīng)配備相應(yīng)的安全檢測及測試設(shè)備,建立確保產(chǎn)品安全性的控制程序,如關(guān)鍵零部件采購及檢驗的控制程序;產(chǎn)品相關(guān)說明中應(yīng)描述燈具性能參數(shù)等。

        4 制定綠色設(shè)計方案

        4.1 概念設(shè)計

        制定好綠色設(shè)計策略后,確定設(shè)計目標為陪伴型小夜燈,對燈具的造型和功能進行設(shè)計,充分考慮用戶心理、生理需求以及燈具

        功能的多元化、集合化。使用石墨烯及LED 節(jié)能材料;結(jié)構(gòu)采用可拆卸設(shè)計。燈具定位為小夜燈,針對起夜上衛(wèi)生間、陪護等場景進行設(shè)計。方案一造型取自爬山虎,燈具與底座的連接處可以自由彎曲,底座模擬爬山虎吸盤,利用真空吸附設(shè)計,可以讓其吸附在任何地方,如晚上吸附在床頭柜、床邊柜;方案二采用模擬人偶造型,底座可以自由彎曲,自由改變其放置方式,設(shè)計草稿見圖1。

        圖1 設(shè)計草稿

        4.2 方案優(yōu)化

        概念方案確立后,選出優(yōu)化方案,利用三維模型對方案各要素進行分析計算,并繪制出產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)圖、三視圖。方案一底座采用真空吸盤的設(shè)計,會加大產(chǎn)品的生產(chǎn)成本,方案二在造型、成本、產(chǎn)品使用壽命等方面較優(yōu),選用方案二為優(yōu)化方案。

        4.3 方案設(shè)計與實施

        方案確定后,使用Rhino 與keyshot 軟件繪制出產(chǎn)品最終的效果圖,見圖2。材料方面,產(chǎn)品本體使用石墨烯復(fù)合材料,光源使用LED 燈;結(jié)構(gòu)方面,卡扣、間隙和限位的部件聯(lián)接交互系數(shù)較小,更容易拆卸,因此燈具設(shè)計為插拔連接,在一些部件損壞或報廢后其它部件可以拆出再次利用,見圖3;由于強光直射人眼會引起直射眩光,應(yīng)采取遮擋的辦法,使光源處于視平線 45°之外,在燈罩上部設(shè)置一個遮蓋,防止傷害到眼睛;產(chǎn)品邊緣全部使用圓角處理。

        圖2 效果圖

        圖3 燈具可拆卸設(shè)計

        尺寸方面,小夜燈具有抓拿、移動等功能需要,參照GB/T 16252-1996《成年人手部號型》,燈具尺寸見圖4;生產(chǎn)工藝方面,前文提到石墨烯用氧氣還原法獲取,周期短、成本較低;色彩方面,使用多種配色滿足不同用戶需求,燈具配色見圖5,注塑時使用UV油墨,不含溶劑,油墨的色膜具有良好的機械和化學(xué)性能,已成為一種較成熟的環(huán)保油墨,污染物排放很少[10]。

        圖4 產(chǎn)品尺寸

        圖5 燈具配色

        包裝方面,石墨烯具有堅硬和高韌性,在包裝上不需要專門防護,外部使用瓦楞紙包裝,里面使用可降解塑料膜包裹,用來防止燈具因為運輸過程中刮擦。瓦楞紙具有成本低、搬運方便、可回收再生等優(yōu)點,可降解塑料膜具有成本低、保護性好、環(huán)??山到獾葍?yōu)點;運輸方面,燈具體積較小,運輸以一件燈具包裝(90 mm×50 mm×20 mm)為一個模塊,以54 包(9 個×6 層)為一箱。

        4.4 設(shè)計完善與反饋

        燈具設(shè)計完成后,開始對設(shè)計進行實施,包括籌集方案所需資金,申請許可證、投產(chǎn)、銷售等等。方案實施后,若設(shè)計達標且生產(chǎn)正常,則可收集數(shù)據(jù)與反饋,檢查方案的實施成效,對出現(xiàn)的問題進行分析、修改,利用綠色設(shè)計策略提出新目標,使燈具產(chǎn)品符合綠色要求,為產(chǎn)品綠色設(shè)計應(yīng)用提供依據(jù)。

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