《現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法》課件第11章

第11章綠色設(shè)計(jì)11.1概述11.2綠色設(shè)計(jì)的基本概念11.3綠色設(shè)計(jì)的內(nèi)容、準(zhǔn)則和設(shè)計(jì)過程11.4綠色設(shè)計(jì)中的材料選用及管理11.5綠色設(shè)計(jì)技術(shù)11.6綠色設(shè)計(jì)評價(jià)

11.1概述

11．1．1綠色設(shè)計(jì)的產(chǎn)生及意義

縱觀當(dāng)今世界，不論是以美國、日本為代表的西方發(fā)達(dá)國家，還是像我國這樣的發(fā)展中國家，以及非洲的一些貧窮國家，資源短缺、環(huán)境惡化、人口膨脹都是當(dāng)今全人類面臨的三大問題，環(huán)境污染已對人類社會生存與發(fā)展造成了嚴(yán)重威脅。制造業(yè)是將資源通過制造過程轉(zhuǎn)化為社會有用產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)。它一方面是制造人類財(cái)富的支柱產(chǎn)業(yè)，另一方面又產(chǎn)生大量廢棄物（制造過程產(chǎn)生的廢棄物和產(chǎn)品使用終結(jié)后的廢棄物），對環(huán)境造成污染，這是當(dāng)前環(huán)境污染的主要源頭。如何使制造業(yè)盡可能少地產(chǎn)生環(huán)境污染是當(dāng)前環(huán)境問題研究的一個(gè)重要方面?！坝形壑挝邸钡哪┒酥卫矸绞讲荒軓母旧辖鉀Q制造業(yè)所產(chǎn)生的環(huán)境問題。20世紀(jì)90年代，全球掀起的“綠色消費(fèi)浪潮”使得“綠色設(shè)計(jì)”應(yīng)運(yùn)而生，并成為當(dāng)前設(shè)計(jì)領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。開展綠色設(shè)計(jì)具有以下意義。

（1）綠色設(shè)計(jì)是綠色消費(fèi)的要求。

消費(fèi)者購買商品不僅僅關(guān)心產(chǎn)品的功能、壽命、款式和價(jià)格，也關(guān)心產(chǎn)品的環(huán)境性能。所以，設(shè)計(jì)師必須將產(chǎn)品設(shè)計(jì)與環(huán)境保護(hù)融為一體，使產(chǎn)品從材料、設(shè)計(jì)上滿足環(huán)境保護(hù)要求，并與包裝材料的視覺效果及保護(hù)功能等各方面結(jié)合起來，最終獲得綠色產(chǎn)品。（2）綠色設(shè)計(jì)是可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。1983年舉行的第38屆聯(lián)合國大會提出的《我們共同的未來》報(bào)告全面、系統(tǒng)地論述了世界范圍的可持續(xù)發(fā)展問題，并首次給出了可持續(xù)發(fā)展的定義：“可持續(xù)發(fā)展是既滿足當(dāng)代人的需要，又不對后代人滿足需要的能力構(gòu)成危害的發(fā)展?！逼鋬?nèi)涵在于：①首先要發(fā)展，強(qiáng)調(diào)把發(fā)展放在優(yōu)先考慮的地位；②發(fā)展必須以保護(hù)環(huán)境為重要內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)資源、環(huán)境的承載能力與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展相協(xié)調(diào)?？沙掷m(xù)發(fā)展是自然—經(jīng)濟(jì)—社會復(fù)合系統(tǒng)的持續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展。綠色設(shè)計(jì)是人類社會可持續(xù)發(fā)展的需要和重要的組成部分。它強(qiáng)調(diào)在設(shè)計(jì)過程中，要把生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展結(jié)合為一個(gè)互為因果關(guān)系的有機(jī)整體，發(fā)展經(jīng)濟(jì)要考慮到生態(tài)環(huán)境的長期承載能力，保證環(huán)境和資源既能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，又能滿足人類長遠(yuǎn)生存的需要，使得資源、能源得到有效、合理的利用，并使得環(huán)境污染降到最低程度。（3）綠色設(shè)計(jì)是消除綠色貿(mào)易壁壘的最有效途徑。在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的過程中，各個(gè)國家為了最大化獲得利益而采取的措施是不同的。隨著國際社會對人類共同生存環(huán)境的關(guān)注，在國際貿(mào)易中，將環(huán)境與貿(mào)易掛鉤，用經(jīng)濟(jì)手段解決環(huán)境問題已成為一種發(fā)展方向。在處理貿(mào)易與環(huán)境的關(guān)系時(shí)，強(qiáng)調(diào)環(huán)境保護(hù)并以此作為國際貿(mào)易規(guī)范和準(zhǔn)則，從而形成一種貿(mào)易壁壘。

目前，一些國家為了實(shí)施“綠色貿(mào)易壁壘”都開展了綠色認(rèn)證（綠色標(biāo)志）制度，達(dá)不到其設(shè)定的環(huán)境指標(biāo)，產(chǎn)品就很難進(jìn)入該國市場。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1995年我國部分出口產(chǎn)品因不符合發(fā)達(dá)國家的環(huán)境法規(guī)及相應(yīng)環(huán)境指標(biāo)的要求，蒙受了高達(dá)2000億元的損失。我國汽車、日用消費(fèi)品、食品、化工產(chǎn)品等因綠色貿(mào)易壁壘，其出口長期受到很大的影響。11．1．2綠色設(shè)計(jì)的發(fā)展過程及研究現(xiàn)狀

1．發(fā)展?fàn)顩r

1992年在巴西里約熱內(nèi)盧舉行了全球環(huán)境與發(fā)展大會。在會議上，聯(lián)合國呼吁全世界要重視環(huán)境保護(hù)工作，保護(hù)人類生存的地球，要求各個(gè)國家和地區(qū)的政府、民間團(tuán)體利用一切手段做好環(huán)境保護(hù)工作。

1993年，丹麥工業(yè)大學(xué)的奧爾廷（Leo.Alting）提出了“持續(xù)工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)——生命周期概念”，該大學(xué)的綠色產(chǎn)品生命周期中心長期開展生命周期策略、經(jīng)濟(jì)及控制、工藝及生產(chǎn)工程、環(huán)境及資源技術(shù)等方面的研究工作，為丹麥工業(yè)生產(chǎn)提供了大量“清潔技術(shù)”。美國國際貿(mào)易及工業(yè)部工業(yè)科學(xué)技術(shù)代理處所屬的機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)室實(shí)施的“生態(tài)工廠技術(shù)”項(xiàng)目，開展了產(chǎn)品技術(shù)、生產(chǎn)技術(shù)、拆卸技術(shù)及回收技術(shù)的研究。克萊斯勒、通用、福特三大汽車公司共同創(chuàng)立了汽車回收開發(fā)中心，對新車進(jìn)行拆卸研究，并開展拆卸設(shè)計(jì)。日本從1992年開始實(shí)施“生態(tài)工廠”的10年計(jì)劃，投入100～150億日元，對生產(chǎn)系統(tǒng)工廠和恢復(fù)系統(tǒng)工廠進(jìn)行研究。豐田公司1995年10月研究制定了一份汽車拆卸回收工藝。德國、加拿大、英國等在拆卸技術(shù)及方法、回收工藝及方法等方面已開展了大量的研究。我國香港特區(qū)生產(chǎn)力促進(jìn)局提出了“綠色生產(chǎn)力”的口號，積極開展國際環(huán)境管理認(rèn)證、綠色標(biāo)志、綠色獎(jiǎng)勵(lì)、清潔生產(chǎn)技術(shù)培訓(xùn)等工作。從國際市場情況來看，綠色產(chǎn)品普遍比一般產(chǎn)品受歡迎。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1988年在以美國為代表的北美地區(qū)，綠色產(chǎn)品貿(mào)易額達(dá)到1060億美元，西歐為1000億美元，亞太地區(qū)為500億美元。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，綠色產(chǎn)品將成為世界主要商品市場的主導(dǎo)產(chǎn)品，不實(shí)行綠色設(shè)計(jì)，產(chǎn)品將無法進(jìn)入國際市場。我國地域遼闊，區(qū)域差異較大，資源并不富有。自改革開放以來，經(jīng)濟(jì)社會得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，但卻犧牲了環(huán)境保護(hù)，環(huán)境污染和資源能源浪費(fèi)相當(dāng)嚴(yán)重。我國生產(chǎn)的綠色產(chǎn)品的種類和數(shù)量少，主要是一些與人們?nèi)粘Ｉ钕嚓P(guān)的農(nóng)產(chǎn)品、食品和輕工產(chǎn)品，在綠色設(shè)計(jì)方面起步也較晚。國家對環(huán)境保護(hù)工作非常重視，加大了在環(huán)境保護(hù)方面的投資力度，國內(nèi)一些大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)已開展了綠色設(shè)計(jì)方面的研究。

2．研究狀況

綜合國內(nèi)外研究情況，綠色設(shè)計(jì)的研究領(lǐng)域主要集中在以下三個(gè)方面。

（1）能源和資源的合理利用。例如，美國國家制造科學(xué)中心制定了一項(xiàng)綠色制造計(jì)劃，用兩種方法來減輕制造過程對環(huán)境的影響：在制造中不用或少用有害物質(zhì)；分析各種置換方案中廢棄物的產(chǎn)生機(jī)理。

一種稱為CAMPS（計(jì)算機(jī)輔助材料與工藝選擇）的交互式專家系統(tǒng)提供了選擇材料和工藝過程的方法。該系統(tǒng)由篩選、知識采集與咨詢、設(shè)計(jì)分析和成本估計(jì)4個(gè)模塊組成。成對比較法（PCA）提供了綠色產(chǎn)品的決策體系，并可用來進(jìn)行樣品比較。該法包括零部件材料選擇，緊固件的數(shù)量和類型，接觸件用的潤滑劑，以及裝配件上零部件的幾何關(guān)系。該法用比較結(jié)果來分派設(shè)計(jì)任務(wù)，以提高設(shè)計(jì)方案的環(huán)境適應(yīng)性。（2）廢舊產(chǎn)品的拆卸和回收利用。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就要考慮到產(chǎn)品報(bào)廢后的拆卸問題，研究簡化機(jī)械拆卸的方法，拆卸中要避免材料間發(fā)生自污染結(jié)合。

（3）安全健康、環(huán)境保護(hù)及污染治理。

11.2綠色設(shè)計(jì)的基本概念

11．2．1關(guān)于綠色設(shè)計(jì)的幾個(gè)定義

１．產(chǎn)品生命周期

從市場營銷的角度，可把新產(chǎn)品投入市場到退出市場的生命周期分為產(chǎn)生、成長、成熟和衰退四個(gè)階段。

綠色設(shè)計(jì)的產(chǎn)品生命周期是指從原料生產(chǎn)、產(chǎn)品生產(chǎn)、包裝、運(yùn)輸、銷售、使用直至回收利用及處理所涉及的各個(gè)階段的總和，是面向產(chǎn)品全生命周期的設(shè)計(jì)，如圖11－1所示。圖11－1產(chǎn)品生命周期及循環(huán)２．綠色產(chǎn)品

綠色產(chǎn)品又稱為環(huán)境協(xié)調(diào)產(chǎn)品，是相對于普通產(chǎn)品而言的。達(dá)到什么“綠色程度”就可稱其為綠色產(chǎn)品？目前還沒有達(dá)到公識。所以，關(guān)于綠色產(chǎn)品的定義尚有各種說法。例如，綠色產(chǎn)品是指以環(huán)境和環(huán)境資源保護(hù)為核心概念而設(shè)計(jì)生產(chǎn)的可以拆卸并分解的產(chǎn)品，產(chǎn)品報(bào)廢后的零件可以回收利用；綠色產(chǎn)品是指將重點(diǎn)放在減少部件，使原材料合理化，部件可重新利用的產(chǎn)品。概括起來講，綠色產(chǎn)品應(yīng)是在產(chǎn)品生命周期全程中，符合特定的環(huán)境保護(hù)要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率最高，能源消耗最低的產(chǎn)品。３．綠色標(biāo)志

綠色標(biāo)志是界定綠色產(chǎn)品與普通產(chǎn)品的標(biāo)尺，又稱環(huán)境標(biāo)志、生態(tài)標(biāo)志、藍(lán)色標(biāo)志，是一種產(chǎn)品的證明性商標(biāo)，受法律保護(hù)，是經(jīng)過嚴(yán)格檢查、檢測、綜合評定，并經(jīng)專門機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)使用的標(biāo)志，例如綠色食品、綠色服飾、綠色計(jì)算機(jī)、綠色包裝等。我國自1993年開始實(shí)施綠色標(biāo)志認(rèn)證制度。當(dāng)時(shí)的國家環(huán)?？偩?、國家技監(jiān)局、商檢局等相關(guān)部委成立了中國環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)品認(rèn)證委員會，開展了環(huán)境標(biāo)志認(rèn)證工作，主要起因于：①環(huán)境標(biāo)志工作是環(huán)境管理制度的有力補(bǔ)充，通過給對環(huán)境友好的產(chǎn)品及其生產(chǎn)企業(yè)發(fā)放環(huán)境標(biāo)志來引導(dǎo)消費(fèi)者購買，用市場的手段吸引更多的企業(yè)主動(dòng)治理污染，生產(chǎn)友好產(chǎn)品；②響應(yīng)聯(lián)合國號召，適應(yīng)生態(tài)標(biāo)志運(yùn)動(dòng)的國際大背景；③環(huán)境標(biāo)志在一些國家也是一種綠色貿(mào)易壁壘，有了環(huán)境標(biāo)志認(rèn)證，便能夠更有效地出口。我國頒布的綠色標(biāo)志如圖11－2所示。圖形的中心結(jié)構(gòu)表示人類賴以生存的環(huán)境，外圍的十個(gè)環(huán)緊密結(jié)合，環(huán)環(huán)緊扣，表示公眾參與共同保護(hù)環(huán)境。同時(shí)，十個(gè)環(huán)的“環(huán)”字寓意為環(huán)境與全民聯(lián)合起來，共同保護(hù)人類賴以生存的環(huán)境，所以又稱為“十環(huán)標(biāo)志”。獲準(zhǔn)使用該標(biāo)志的產(chǎn)品不僅質(zhì)量合格，而且在生產(chǎn)、使用和處理過程中符合特定的環(huán)境保護(hù)要求，與同類產(chǎn)品相比，具有低毒少害、節(jié)約資源等環(huán)境優(yōu)勢。圖11－２我國頒布的綠色標(biāo)志

４．綠色設(shè)計(jì)

綠色設(shè)計(jì)又稱為生態(tài)設(shè)計(jì)、環(huán)境設(shè)計(jì)、生命周期設(shè)計(jì)、環(huán)境意識設(shè)計(jì)等，是指在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期內(nèi)著重考慮產(chǎn)品的環(huán)境屬性（可拆卸性、可回收性、可維護(hù)性、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。

５．綠色技術(shù)

綠色技術(shù)又稱為環(huán)境友善技術(shù)，是減輕環(huán)境污染或減少原材料、自然資源使用的技術(shù)、工藝或產(chǎn)品的總稱。

11．2．２綠色設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

（1）綠色設(shè)計(jì)擴(kuò)大了產(chǎn)品的生命周期。傳統(tǒng)的生命周期為“產(chǎn)品的生產(chǎn)到投入使用”，也稱為“從搖籃到墳?zāi)埂钡倪^程。綠色設(shè)計(jì)的生命周期延伸到“產(chǎn)品使用結(jié)束后的回收重用及處理處置”，即“從搖籃到再現(xiàn)”的過程。

（２）綠色設(shè)計(jì)是并行閉環(huán)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮回收利用問題。

（３）綠色設(shè)計(jì)有利于保護(hù)環(huán)境，維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)平衡。

（４）綠色設(shè)計(jì)可防止地球上礦物資源的枯竭。

（５）綠色設(shè)計(jì)的結(jié)果減少了廢棄物數(shù)量及其處理的棘手問題。

（６）綠色設(shè)計(jì)是跨學(xué)科的合作開發(fā)設(shè)計(jì)。11.3綠色設(shè)計(jì)的內(nèi)容、準(zhǔn)則和設(shè)計(jì)過程

11．3．1綠色設(shè)計(jì)的內(nèi)容

綠色設(shè)計(jì)與常規(guī)設(shè)計(jì)的根本區(qū)別在于：要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)構(gòu)思階段就把降低能耗、易于拆卸、可再生利用和保護(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)的主要內(nèi)容如圖11－3所示。圖11－3綠色設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容11．3．2綠色設(shè)計(jì)的總體要求及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

綠色設(shè)計(jì)的總體要求如下：

（1）資源使用最少化。

（2）能源消耗最低化。

（3）無廢棄物或減量化。

（4）對生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)影響最小化。

（5）對人類健康和安全的危害最小化。１．與材料有關(guān)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

（1）少用短缺或稀有的原材料，多用廢料、余料或回收材料，多用代用材料。

（2）盡量減少產(chǎn)品中的材料種類，以利于產(chǎn)品廢棄后的回收。

（3）盡量采用相容性好的材料，不用難于回收或無法回收的材料。

（4）盡量少用或不用有害的原材料。

（5）優(yōu)先采用可再利用或再循環(huán)的材料。

2．與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有關(guān)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

（1）樹立“小而精”的設(shè)計(jì)思想。在同一性能情況下，通過產(chǎn)品的小型化來盡量節(jié)約資源的使用量。例如，采用輕質(zhì)材料，去除多余的功能，避免過度包裝等，以減輕產(chǎn)品的重量。

（2）簡化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提倡“簡而美”的設(shè)計(jì)原則。例如，盡量減少零部件的數(shù)目。

（3）采用模塊化設(shè)計(jì)。

（4）在保證產(chǎn)品耐用的基礎(chǔ)上，賦予產(chǎn)品合理的使用壽命，努力減少產(chǎn)品使用過程中能量的消耗。（5）在設(shè)計(jì)過程中注重產(chǎn)品的多品種及系列化，以滿足不同層次的消費(fèi)需求，避免大材小用，優(yōu)品劣用。

（6）簡化拆卸過程，如采用易于拆卸的連接方式，減少緊固件的數(shù)量，盡量避免破壞性拆卸方式等。

（7）盡可能簡化產(chǎn)品包裝，采用適度包裝，避免過度包裝，使包裝可以多次重復(fù)使用或便于回收。

3．與產(chǎn)品制造工藝有關(guān)的準(zhǔn)則

（1）優(yōu)化產(chǎn)品性能，改進(jìn)工藝，提高產(chǎn)品合格率。

（2）采用合理工藝，簡化產(chǎn)品加工流程，減少加工工序，謀求生產(chǎn)過程的廢料最少化，避免不安全因素。

（3）減少產(chǎn)品生產(chǎn)和使用過程中的污染物排放，如減少切削液的使用或采用干切削加工技術(shù)。

（4）要考慮到產(chǎn)品廢棄后的回收處理工藝方法，使產(chǎn)品報(bào)廢后易于處理。

4．綠色設(shè)計(jì)的管理準(zhǔn)則

（1）規(guī)劃綠色產(chǎn)品的發(fā)展目標(biāo)，將產(chǎn)品的環(huán)境屬性轉(zhuǎn)為具體的設(shè)計(jì)目標(biāo)，以保證在綠色設(shè)計(jì)階段尋求最佳的解決辦法。

（2）設(shè)計(jì)人員與管理人員之間進(jìn)行廣泛合作。

（3）要考慮到產(chǎn)品對環(huán)境產(chǎn)生的附加影響。例如，洗衣機(jī)不僅能洗凈衣服，而且還不能對環(huán)境造成損害。

（4）提供產(chǎn)品組成信息。11．3．3綠色設(shè)計(jì)過程

綠色設(shè)計(jì)是以系統(tǒng)工程、并行工程思想為指導(dǎo)，以產(chǎn)品生命周期分析為主線，集現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法為一體的系統(tǒng)化、集成化設(shè)計(jì)過程。

與常規(guī)設(shè)計(jì)過程相比，綠色設(shè)計(jì)也要經(jīng)過需求分析、明確設(shè)計(jì)任務(wù)及要求、方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)評價(jià)等幾個(gè)階段，但在每個(gè)階段都要充分考慮到所設(shè)計(jì)產(chǎn)品與環(huán)境的關(guān)系問題。綠色設(shè)計(jì)過程如圖11－4所示。圖11－4綠色設(shè)計(jì)過程11.4綠色設(shè)計(jì)中的材料選用及管理

11．4．１概述

選擇材料在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中是最早、最重要的設(shè)計(jì)決策。目前人類創(chuàng)造的材料種類非常多，從中正確選出所用的材料是一件非常困難的工作，因?yàn)橐紤]材料制作成零件后應(yīng)滿足的一系列性能要求。影響材料選擇的因素很多，包括材料的機(jī)械性能、產(chǎn)品功能要求、結(jié)構(gòu)要求、安全性、抗腐蝕性、市場、環(huán)境對產(chǎn)品材料的影響（例如沖擊與振動(dòng)、溫度與濕度、噪聲、噪光、氣候條件等）、材料對環(huán)境的影響（材料自身生產(chǎn)過程中對環(huán)境的影響，材料在制造過程中對環(huán)境的影響，材料在使用過程中對環(huán)境的影響，材料在回收處理中對環(huán)境的影響）、經(jīng)濟(jì)性以及其它（例如材料不合乎規(guī)格造成資源浪費(fèi)和對環(huán)境的污染）。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)法在選擇材料中存在以下不足：

（1）使用的材料種類多。這不僅增加了制造難度及成本，而且不利于回收。

（2）沒有考慮材料加工過程對環(huán)境的影響。有的材料難加工、能耗高、噪聲大，含有鉛、鎳、鉻等元素的材料在加工過程中產(chǎn)生的切屑、粉塵對環(huán)境影響極大。

（3）沒有考慮產(chǎn)品報(bào)廢后的回收處理問題。

（4）沒有考慮材料生產(chǎn)過程對環(huán)境的影響。例如用紙或用聚苯乙烯制作的一次性水杯，一般認(rèn)為紙質(zhì)杯對環(huán)境無害，但若考慮造紙對環(huán)境的影響，則結(jié)果可能恰恰相反。11．4．2綠色材料及其特征

1．綠色設(shè)計(jì)對材料的要求

（1）使用的材料應(yīng)是能耗低、成本低、少污染或無污染的材料。

（2）材料容易加工并在加工中無污染或少污染。

（3）材料應(yīng)是易回收、易處理、可重用、可降解的材料。

2．綠色材料的概念及特征

綠色材料也稱環(huán)境協(xié)調(diào)材料、生態(tài)材料。根據(jù)綠色設(shè)計(jì)對材料的要求，綠色材料應(yīng)是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，都與環(huán)境協(xié)調(diào)共存的一大類材料。

這里包含了材料自身的先進(jìn)性（優(yōu)質(zhì)、生產(chǎn)能耗低）、生產(chǎn)過程的安全性（低噪聲、無污染）及材料使用的合理性（節(jié)省的、可以回收的）。綠色材料應(yīng)具有如下三個(gè)顯著特征：①良好的使用性能；②較高的資源利用率；③對生態(tài)環(huán)境無副作用（環(huán)境負(fù)荷值最?。?。

1993年8月在日本召開的第三屆先進(jìn)材料國際會議上，與會者預(yù)測了21世紀(jì)的材料應(yīng)滿足的三個(gè)條件：①為人類開拓更廣泛的活動(dòng)范圍和環(huán)境（即材料的先進(jìn)性）；②追求人類的活動(dòng)范圍與外部環(huán)境的協(xié)調(diào)性（即材料的環(huán)境適應(yīng)性）；③為活動(dòng)范圍中的人類生活環(huán)境帶來繁榮和舒適（即材料的舒適性）。

11．4．3材料的選擇方法

在選擇材料時(shí)，在滿足產(chǎn)品功能要求、使用要求、經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，還應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：

（1）選擇綠色材料，具體講就是選用環(huán)境負(fù)荷值小的、對環(huán)境污染影響小的材料。

（2）材料易獲得，經(jīng)濟(jì)性好。

（3）減少所用材料的種類。

（4）易加工、低能耗、低成本，制作的零件不涂鍍。

（5）易回收、易處理、可重用、可降解。

（6）選用可回收、可再生材料。

（7）選用無毒材料。

11．4．4材料的管理

在進(jìn)行綠色設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要正確選擇材料，還要重視材料的管理。材料管理涉及以下工作。

（1）管理好材料。做好材料的標(biāo)識標(biāo)記，對不同種類和性能的材料要分類歸存和管理，不把含有害成分與無害成分的材料混放，以免引起材料之間的交叉感染。

（2）做好材料的回收利用工作。對于達(dá)到生命周期的產(chǎn)品，其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(jìn)行處理，使其對環(huán)境的影響最低。

（3）建立材料數(shù)據(jù)庫，包括材料性能數(shù)據(jù)庫和材料環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)庫，開發(fā)材料計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)。 11.5綠色設(shè)計(jì)技術(shù)

11．5．1拆卸設(shè)計(jì)

1．概述

所謂拆卸設(shè)計(jì)，是指從產(chǎn)品或部件上有規(guī)律地拆下可用的零部件的過程，同時(shí)保證不因拆卸過程造成該零部件的損傷。拆卸設(shè)計(jì)的目的如下：

（1）零件的重復(fù)利用。零件的重復(fù)利用包括：直接利用（對于制造成本高、革新周期長或使用壽命長的零部件單元可考慮直接利用，例如盛液體的瓶子）和間接利用（再造后重用，例如汽車零部件經(jīng)過加工后再利用）。

（2）零部件的回收。回收其中的部分特殊零部件。

（3）材料的回收。材料的回收指材料成本高的零部件的回收，例如銅、鋁等材料。根據(jù)拆卸目的不同，可把拆卸方法分為三種類型。

（1）破壞性拆卸。

（2）部分破壞性拆卸。

（3）非破壞性拆卸。

2．拆卸設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及方法

（1）拆卸工作量最少原則。

①產(chǎn)品在滿足功能要求和使用要求的前提下，盡可能簡化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和外型，減少零件和材料種類；

②簡化維護(hù)及拆卸回收工作，降低對維護(hù)、拆卸回收人員的技能要求。具體來講，在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意：

①明確所要拆卸的零部件；

②功能集成化，減少零部件數(shù)量，消除多余零件，但要注意結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和制造成本問題；

③減少材料種類；

④材料之間的相容性要好，便于拆卸回收；

⑤有害材料的集中化和保護(hù)；

⑥拆卸目標(biāo)零件易于接近。（2）與結(jié)構(gòu)有關(guān)的準(zhǔn)則。

①緊固件數(shù)量最少；

②緊固件類型統(tǒng)一；

③拆卸運(yùn)動(dòng)簡單（拆卸動(dòng)作最簡化，拆卸移動(dòng)距離最短）。（3）易于拆卸準(zhǔn)則。

①接近排放口（主要針對液體）；

②便于抓取準(zhǔn)則；

③少用剛性差的結(jié)構(gòu)；

④優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)件。（4）易于分離準(zhǔn)則。

①一次表面準(zhǔn)則（即加工后盡可能不進(jìn)行二次加工，如油漆、電鍍等）。

②便于識別與分類。例如常用的模壓標(biāo)志、條形標(biāo)志、顏色標(biāo)志等。

③減少零件變異性準(zhǔn)則（減少產(chǎn)品零件種類和結(jié)構(gòu)的多樣化）。

（5）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的可預(yù)估性準(zhǔn)則。由于產(chǎn)品受使用條件（如污染、腐蝕、磨損）的影響，因此產(chǎn)品隨使用時(shí)間的推移會發(fā)生結(jié)構(gòu)形態(tài)的變化。避免將易老化或易腐蝕的材料與所需拆卸、回收的材料零件組合。拆卸零件應(yīng)防止被污染或腐蝕。

完成拆卸設(shè)計(jì)后，可從拆卸費(fèi)用、拆卸時(shí)間、拆卸能耗、拆卸過程對環(huán)境的影響等方面進(jìn)行分析與評價(jià)。

11．5．2回收設(shè)計(jì)

1．概述

所謂回收設(shè)計(jì)，就是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮產(chǎn)品零部件及材料回收可能性、回收價(jià)值大小、回收處理方法、回收處理結(jié)構(gòu)工藝性，以及與可回收性有關(guān)的一系列問題，以達(dá)到零部件及材料資源和能源的有效利用，并在回收過程中對環(huán)境污染減為最小的一種設(shè)計(jì)思想和方法?；厥赵O(shè)計(jì)的特點(diǎn)如下：

（1）可使材料資源得到最大限度地利用。

（2）可減少環(huán)境污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

（3）有利于生態(tài)平衡和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施。

（4）實(shí)現(xiàn)了物資流動(dòng)的閉合性。一種產(chǎn)品的廢棄物變?yōu)榱硪环N產(chǎn)品的原材料，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件可行的情況下，物質(zhì)不斷地處于不同功能、不同形式的狀態(tài)下，在不能完成某種功能時(shí)，回收后又可再生新的功能。

（5）回收過程應(yīng)該是清潔生產(chǎn)過程，不應(yīng)該對環(huán)境造成二次污染。

2．回收設(shè)計(jì)的內(nèi)容

（1）可回收材料及其標(biāo)志。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，必須了解產(chǎn)品報(bào)廢后零部件所用材料性能的變化，以確定可用度。要慎重考慮材料的選擇問題，盡可能選用綠色材料，增強(qiáng)材料與環(huán)境的協(xié)調(diào)性，做好材料的標(biāo)記、標(biāo)識工作。

（2）回收工藝及方法。

（3）回收經(jīng)濟(jì)性問題。

（4）可回收零件的結(jié)構(gòu)工藝性設(shè)計(jì)。

3．回收設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則

（1）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)易于拆卸。

（2）盡可能選取可翻新的零件，即經(jīng)工藝處理，零件的功能和使用使命與同類新零件相同。

（3）被回收件清理的清潔化。

（4）可重用零件材料易于識別與分類。

（5）結(jié)構(gòu)應(yīng)有利于維修與調(diào)整。

（6）減少材料種類。

（7）系列化、模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（8）零件異化的使用方法。

（9）盡可能利用回收零件或材料。

11.6綠色設(shè)計(jì)評價(jià)

11．6．1綠色設(shè)計(jì)評價(jià)指標(biāo)體系

綠色設(shè)計(jì)評價(jià)是綠色設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)之一，對指導(dǎo)綠色設(shè)計(jì)過程和完善設(shè)計(jì)方案具有重要作用。

制定綠色設(shè)計(jì)評價(jià)指標(biāo)體系要遵循科學(xué)性與實(shí)用性、完整性與可操作性、不相容性與系統(tǒng)性、定性指標(biāo)與定量指標(biāo)、靜態(tài)指標(biāo)與動(dòng)態(tài)指標(biāo)等相互協(xié)調(diào)統(tǒng)一的原則。

綠色設(shè)計(jì)評價(jià)過程應(yīng)從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境等方面綜合考慮。評價(jià)指標(biāo)體系一般分為環(huán)境屬性指標(biāo)、資源屬性指標(biāo)、能源屬性指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)屬性指標(biāo)四類，如圖11－5所示。

1．環(huán)境屬性指標(biāo)

環(huán)境屬性指標(biāo)是指在產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)與環(huán)境有關(guān)的所有指標(biāo)。環(huán)境屬性指標(biāo)可分為環(huán)境污染和生態(tài)環(huán)境破壞兩方面。根據(jù)物質(zhì)狀態(tài)可分為大氣污染（例如臭氧空洞、溫室效應(yīng)、酸雨、全球氣候暖化等）、液體污染、固體污染和噪聲污染，如圖11－6所示。圖11－5綠色設(shè)計(jì)評價(jià)指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)圖11－6環(huán)境屬性指標(biāo)

（1）大氣污染。例如甲醛、臭氧空洞、溫室效應(yīng)、酸雨、全球氣候暖化等都是大氣污染。大氣污染的主要指標(biāo)有：硫氧化物、碳氧化物、氮氧化物、碳?xì)浠衔?、臭氧、顆粒物等的含量，一般用污染物的濃度值（毫克/立方米）作為評價(jià)參數(shù)。（2）液體污染。工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及生活排放的各種污水和液體。評價(jià)指標(biāo)主要有以下幾種：

①氧平衡參數(shù)。例如溶解氧、化學(xué)需氧量（COD）、生物需氧量（BOD）。

②重金屬參數(shù)。例如鐵、錳、銅、鋅等小毒性物質(zhì)含量，汞、鉻、鉛等大毒性物質(zhì)含量。

③有機(jī)污染物參數(shù)。例如酚類、油類等。

④無機(jī)污染物參數(shù)。例如氨氮、硫酸鹽、硝酸鹽、氰化物等。（3）固體污染。各種有機(jī)的、無機(jī)的呈固態(tài)的污染物，例如廢塑料、廢玻璃、廢紙等。

（4）噪聲污染。生產(chǎn)和各種工作過程中因機(jī)械振動(dòng)、摩擦、撞擊以及氣流擾動(dòng)而產(chǎn)生的聲音。噪聲污染用分貝（dB）表示。

2．資源屬性指標(biāo)

資源屬性指標(biāo)包括產(chǎn)品生命周期中使用的材料資源、設(shè)備資源、信息資源和人力資源。

（1）材料資源。通常用材料利用率、材料種類數(shù)、材料回收利用率、有害材料使用比例等來衡量。

（2）設(shè)備資源。例如設(shè)備利用率、設(shè)備資源配置情況等。

（3）信息資源。例如綠色戰(zhàn)略決策信息、綠色技術(shù)、生產(chǎn)管理和資金信息等。

（4）人力資源。例如管理、技術(shù)、生產(chǎn)和服務(wù)人員等。

3．能源屬性指標(biāo)

能源屬性指標(biāo)主要用使用能源的類型及種類、能源利用率、再生能源使用率、使用能耗、回收處理能耗等來衡量。

4．經(jīng)濟(jì)屬性指標(biāo)

經(jīng)濟(jì)屬性指標(biāo)包括生產(chǎn)成本、用戶成本（如使用成本、回收費(fèi)用、處理費(fèi)用等）和社會成本（如環(huán)境污染治理、職業(yè)保健、廢棄物處理等）。

11．6．2綠色設(shè)計(jì)評價(jià)方法

評價(jià)一般從定性和定量兩方面進(jìn)行綜合分析。根據(jù)設(shè)計(jì)層次及性質(zhì)，評價(jià)可分為以下三種。

1．再設(shè)計(jì)評價(jià)

這里的再設(shè)計(jì)是指在現(xiàn)有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，為達(dá)到環(huán)保要求而進(jìn)行的部分改進(jìn)設(shè)計(jì)。那么，在進(jìn)行評價(jià)時(shí)，要兼顧企業(yè)能夠獲得最大利益和符合環(huán)保要求兩方面，可按照下式進(jìn)行評價(jià)：

式中，r為回收率；NCF（t）為t年內(nèi)的凈資金流；NPVk為當(dāng)前凈利潤；T為每一種設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)壽命。

使用上式進(jìn)行評價(jià)時(shí)，計(jì)算每一個(gè)階段的凈資金流NCF(t)要考慮直接成本、間接成本（例如材料運(yùn)輸及管理等輔助活動(dòng)）和隱含成本（例如環(huán)境法規(guī)宣傳、培訓(xùn)、審查等費(fèi)用）。每一種設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)壽命包括產(chǎn)品全生命周期以及廢棄物管理和產(chǎn)品的再循環(huán)。

2．完全改變產(chǎn)品現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的評價(jià)

這種設(shè)計(jì)活動(dòng)涉及的內(nèi)容比較多，也是較完善的綠色設(shè)計(jì)。通過設(shè)計(jì)后，產(chǎn)品達(dá)到綠色化要求，同時(shí)設(shè)計(jì)制造過程也改變了企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)。評價(jià)指標(biāo)包括經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)和戰(zhàn)略性指標(biāo)。評價(jià)時(shí)可按照下面的步驟進(jìn)行。

（1）對評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行對比，確定各主要指標(biāo)的相對重要性。

（2）估算每個(gè)設(shè)計(jì)方案的定量指標(biāo)和定性指標(biāo)。

（3）計(jì)算各主要指標(biāo)的優(yōu)先權(quán)及不同產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的優(yōu)先權(quán)。

（4）計(jì)算各個(gè)設(shè)計(jì)方案的總體效益。

3．全新設(shè)計(jì)的評價(jià)

全新綠色設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品達(dá)到了完全再循環(huán)，設(shè)計(jì)、制造、管理、企業(yè)與協(xié)作成員之間的關(guān)系等都要發(fā)生一些變化，所以，這種評價(jià)是較為復(fù)雜的評價(jià)。評價(jià)中要全面考慮各個(gè)方面的影響因素以及指標(biāo)體系。

11．6．3綠色設(shè)計(jì)的全生命周期（LCA）評價(jià)

產(chǎn)品生命周期評價(jià)是對環(huán)境沖突進(jìn)行客觀分析的一種定量評價(jià)方法，是對產(chǎn)品“從搖籃到墳?zāi)埂比^程的評價(jià)。

LCA評價(jià)一般可分為評價(jià)目標(biāo)及范疇定義、清單分析、影響評估和改進(jìn)分析與設(shè)計(jì)四個(gè)實(shí)施階段，其實(shí)施過程如圖11－7所示。圖11－7

LCA評價(jià)的實(shí)施過程

1．評價(jià)目標(biāo)及范疇定義

這主要是根據(jù)應(yīng)用方向，對評價(jià)目標(biāo)及范圍作出明確的定義，建立評價(jià)對象的功能單元，設(shè)定LCA的邊界。一般要明確以下問題：

（1）產(chǎn)品設(shè)計(jì)目標(biāo)及應(yīng)用范圍。

（2）制造產(chǎn)品要消耗哪些資源？可能會造成什么樣的影響？其中最重要的影響是什么？

（3）這些影響發(fā)生在產(chǎn)品生命周期的哪些階段？

（4）造成這些影響的最主要因素是什么？

2．清單分析

清單分析是指搜集產(chǎn)品及生命全過程中的能源和資源需求、排放