（机械制造及其自动化专业论文）玩具绿色设计及其评价体系研究.pdf

学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部 内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本授权书。 不保密吼 学位论文作者签名：多硐指导教师签名： 9 年b 月f ，u蝴年占月| 缘钆 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：潮 日期：) 亏年a 月ll f j 江苏大学硕士学位论文 第一章“绪论 1 1 课题的提出和背景 玩具产业作为我国传统而新兴的产业，是一个随着改革开放不断深化而得 到迅速发展的产业。特别是近十几年以来，玩具产业发展势头迅猛，为我国经济建 设做出了很大的贡献。但由于7 0 以上是来料、来样加工，不仅使得高附加值产 品很少，也出现了环境污染的问题。这主要是我国玩具制造业对绿色设计、绿色 制造以及报废处理问题没有得到足够的重视，只注重效益，造成对环境极大的污 染“一。 随着国外对玩具安全、环保等，准入门槛”的不断提高，玩具产品质量安全 事故频发，在一定程度上影响了我国作为全球玩具第一生产大国的玩具产品出口 和产业发展。同时，由于我国生产的绿色玩具很少，在国际市场上屡遭绿色贸易 壁垒，给国家和企业带来极大的损失，因此迫切需要我们研究玩具绿色设计策略 和准则，建立一套完整的玩具绿色设计评价体系，以便提高我国玩具产品的国际 竞争力，跨越绿色壁垒。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究情况 国外不少国家的政府部门已推出了以保护环境为主题的“绿色计划”。1 9 9 1 年日本推出了“绿色行业计划”，加拿大政府已开始实旋环境保护“绿色计 划”美国、英国、德国也推出类似计划。目前，在一些发达国家除政府采取一 系列环境保护措施外，广大消费者也表现出热衷于购买环境无害产品的绿色消费 的新动向，促进了绿色制造的发展，产品绿色标志制度也相继建立和完善。凡产 品标有耋录色标志”图形的( 图l l 所示) ，表明该产品从生产到使用以及回收的整 个过程都符合环境保护的要求，对生态环境无害或危害极少，并有利于资源的再 生和回收，这为企业打开销路、参与国际市场竞争提供了条件。如德国水溶油漆 自1 9 8 1 年开始被授于环境标志( 绿色标志) 以来，其贸易额已增加2 0 。德国目 1 江苏大学硕士学位论文 前已有6 0 种类型3 5 0 0 个产品授予环境标志。法国、瑞士、芬兰和澳大利亚等国 于1 9 9 1 年对产品实施环境标志，日本于1 9 9 2 年对产品实施环境标志，新加坡和 马来西亚也在1 9 9 2 年开始实施环境标志。 图l l 各国环境标志图 目前，世界上已有2 0 多个国家对产品实施环境标志，从而促进了这些国家 “绿色产品”的发展，在国际市场竞争中取得更多的地位和份额。 为了符合玩具绿色产品标准的要求，国外已经有不少供应商在开发研究和生 产无毒替代产品。如美国生产商m o r f l c x 公司表示，该公司生产的柠檬酸酯 ( c i t r o f l e x ) ，是由天然资源如玉米和蜜糖提炼的有机物质柠檬酸酯制造而成，可替 代邻苯二甲酸酯作为p v c 软化剂，且生产工艺不需要做大的改变，可作为玩具 p v c 增塑剂的替代品。除此以外，瑞士的j u n g b u n z l a u e ：r 公生产的c i t r o f o l e x ；韩 国l g 公司的e b n 、b e t 都是比较知名的无毒环保增塑剂，可用作玩具p v c 增塑 剂的替代品。以上国外生产商对玩具材料和添加剂的研制和开发。无疑为玩具绿 色设计与制造提供了物质条件。 1 2 2 国内研究情况 我国于1 9 9 3 年实行绿色标志认证制度，并制订了严格的绿色标志产品标准。 迄今为止，已有l l 家企业的1 8 种产品获得了绿色标志。绿色标志认证可以根据国 际惯例保护我国的环境利益，同时也有利于促进企业提高产品在国际市场上的竞 争力，因为越来越多的事实证明：谁拥有绿色产品，谁就拥有市场。 2 0 0 1 9 6 月1 日起。我国对玩具产品开始实施c c t p 标志认证制度( 图l _ 2 ) 。该 标志象征着儿童是祖国的幼苗萌发，需要得到祖国的关怀和安全保护。该制度的 2 江苏大学硕士学位论文 实旌意味着我国对玩具安全性有了一定认识，凡有该标志的玩具产品安全是有保 障的，消费者可放心使用。 图l 一2 中国玩具产品认证标专 。近年来，世界各国都对玩具安全提出了许多新的标准、新的要求，为切实保 障儿童生命健康安全，国家质检总局、国家认监委按照国家有关法律法规的规定， 1 自2 0 0 6 年3 月1 日起，对童车类、电玩具类、塑胶玩具类、弹射玩具类、娃娃类和 金属类玩具等6 大类玩具产品实施3 c 认证。自2 7 年6 月1 日起，上述产品没有获 得指定认证机构颁发的认证证书，没有按规定实施认证标志，一律不得出厂、销 售、进口或在其他经营活动中使用。3 c 属于国家强制性产品认证标志，是国际 通行的一种产品合格评定制度，目的是保护消费者健康安全，保护环境及公共安 全 为了尽快与国际接轨，避免绿色贸易壁垒，国家采取各种法规、措施来促进 绿色玩具的设计、生产与销售。但由于绿色玩具设计在国内外均属新的研究领域， 属起步阶段，还未形成完整的理论体系，也未能发挥其潜在的应用价值，因此； 我国生产的绿色玩具依然很少 虽然如此，但很多有识之士已在研究绿色玩具，2 0 0 3 年1 2 月，“全生物降解粒 料及淀粉玩具制品”的研究成果通过湖北省科技厅组织的专家鉴定，此项目技术 是由武汉华丽环保科技有限公司和华中农业大学联合攻关完成的，选用玉米淀 粉，红薯淀粉等天然廉价再生资源为原料，并经科学配方及工艺，生产出无毒、 安全、环保的新型绿色玩具，以淀粉为原料制作儿童玩具，既解决了原料的毒性 问题，同时又解决了现今塑料玩具的原料依赖非再生资源石油的问题，这是一种 可持续发展的产业。这一成果的出现意味着我国对玩具绿色设计的研究已经迈出 了第一步； 我国是玩具制造和出口大国，随着国际玩具标准的不断提高，要求我们生产 的玩具必须是绿色的、环保的。因此，玩具绿色设计与制造将是必然趋势 江苏大学硕士学位论文 1 3 课题研究的目的和意义 玩具工业在我国是一个庞大的产品制造业，有上万家企业，遍及3 1 个省、 市，由于美国、欧洲、日本等国家销售的玩具大多在我国加工、制造，使我国玩 具工业总产值己超过1 0 0 0 亿元以上，出口创汇近1 2 0 亿美元，在世界玩具贸易 额中占有重要的份额，成了名副其实的玩具生产大国。但由于7 0 e 以上是来料或 来样加工，不仅使得高附加值产品很少，又造成了十分严重的环境污染，在我国 的近万家玩具制造业中，绿色设计、绿色制造以及报废处理问题至今还没有得到 足够的重视。作为企业只注重产品的成本、质量、销售、效益，而忽视玩具加工、 使用、产品报废给环境带来的日益严重的污染问题。 现在玩具市场上，塑料玩具所占比例很大，玩具生产企业稍有不慎，便会带 来极大的损失。2 0 0 4 年l1 月l o 日，俄罗斯维护消费者权益和福利联邦监督局 宣布，由于某些中国塑料玩具商品中有毒物质含量超标，决定禁止在俄罗斯市场 上出售。据称，这些玩具制品中酚的含量超标2 3 倍。甲醛的含量也超过了标准， 而且玩具本身散发的气味很浓，导致了这些玩具被停止出售，使我国生产的塑料 玩具在俄罗斯市场上造成了恶劣的负面影响叫，给国家和企业带来极大的损失。 欧盟在2 0 0 4 年已通过一项法律草案，禁止在三岁以下儿童用品中使用邻苯 二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯等6 种化学物质：日本从2 0 0 3 年8 月就开始 禁止在儿童玩具中使用d n 岬( 邻苯二甲酸二异壬酯和o e h p ( 邻苯二甲酸二异 酯) ；一些国家还规定玩具包装不应含( 邻苯二甲酸化合物) 等等。 一 我有儿童近4 亿，仅婴幼儿( 1 3 岁) 就有6 0 0 0 万，玩具的消费群体十分庞大， 资源消耗也十分惊人。比起别国，我们更有紧迫感，因为这直接关系到我国婴幼 儿身心健康和素质教育关系到国家经济发展的未来。 综观玩具产品国际市场的发展趋势，今后势必促使我国有关部门对绿色玩具 的发展愈加重视、对绿色玩具的销售管理更加严格；因此要求我们尽快研究绿色 设计，以迎接绿色玩具设计大潮的到来。 该课题的研究旨在构建一套完整的玩具绿色设计理论体系，使其充分发挥其 潜在的应用价值，为企业在国际贸易中跨越绿色壁垒提供技术支撑。同时，为玩 具产业可持续发展、减少环境污染、生产绿色环保玩具、造福后代，提供技术支 撑。 江苏大学硕士学位论文 1 4 本文研究的主要内容 本文将绿色设计理论应用到玩具产品设计中，探索玩具绿色设计策略及其 评价体系等。主要研究工作包括：绿色设计理论；玩具绿色设计策略研究；玩具 绿色材料选择方法一= 级三维法研究，并用此方法进行评价及验证；玩具绿色设 计评价指标体系的建立和多级模糊综合评价方法的研究i 玩具绿色创新设计等。 根据以上研究内容，本文各章节的具体安排如下： 第一章绪论首先阐述研究本课题的意义，论述绿色设计的内容、特点、 国内外研究现状及发展，阐述本课题研究内容和本论文的组织。 第二章绿色设计理论首先介绍绿色设计的概念、特点，引出绿色设计与 传统设计的区别、绿色设计的主要内容和关键技术，最后介绍绿色设计的策略。 第三章玩具绿色材料及选择首先分析我国当前玩具材料的现状及存在的 问题，继而分析玩具常用绿色材料，最后研究二级三维材料选择方法，并应用实 理进行验证，说明该方法简单易行，是较为理想的材料选择方法 第四章玩具绿色设计策略探索玩具绿色设计策略，其中对玩具的安全性 设计、组合设计、模块化设计、系列化设计、采用标准件和通用件设计、整体化 设计、简化装配工序设计、使用最少材料、最少零件设计、人性化设计等进行具 体而详实地探索。重点研究组合设计和模块化设计，并通过作者教学实践采用的 玩具模型进行具体研究和讨论。 第五章玩具绿色设计评价体系研究根据绿色玩具设计的特点，建立玩具 绿色设计综合评价指标体系，并根据该评价体系运用多级模糊综合评价方法对组 合儿童玩具车进行评价，评价结果证实该评价模型简单、易操作，并与实际情况 相吻合，具有较高的实用价值。 第六章玩具绿色创新设计提出玩具绿色创新设计的概念、特点和方法， 是对创新设计的进一步拓展和完善，有助于创新设计的推广和应用，是开发绿色 新产品的一种有效方法。 第七章总结与展望。 对本文的整体内容和研究成果进行综合概述，阐述自己研究工作的价值以及 今后需要进一步深入研究的工作。 5 江苏大学硕士学位论文 第二章绿色设计理论 绿色设计是获得绿色产品的基础，并且已成为当前设计领域的研究热点之 一。研究表明：设计阶段决定了产品制造成本的7 0 - 8 0 ，而设计本身的成本 仅占产品总成本的1 0 。, 4 ，如果考虑环境因素，这个比例还会增大因为产品设计 所造成的生态破坏程度远远大于由设计过程本身所造成的对生态影响的程度。因 此，只有从设计阶段将产品“绿色程度”作为设计目标，才能取得理想的设计结 果倜。 目前，工业发达国家在产品设计时努力追求小型化( 少用料) 、多功能( 一物多 用) 、可回收利用( 减少废弃物数量和污染) ；生产技术追求节能、省辩、无废少废， 闭路循环等，都是努力实现绿色设计的有效手段。本章重点介绍绿色设计的概念 及其特点、绿色设计策略等。 2 1 绿色设计及其特点 2 1 1 传统产品设计 要理解绿色设计。首先来分析以下传统产品设计过程。传统产品设计时，通 常主要考虑的是产品的基本属性，如功能、质量、寿命、成本等，丽很少考虑环 境属性，其设计过程如图2 一l 所示嘲。按传统设计生产制造出来的产品，在其使 用寿命结束后，回收利用率低，资源、能源浪费严重，特别是其中的有毒有害物 质，会严重污染生态环境 r 一一一_ 1 l 一一一一一； 圈2 一l传统产品设计过程 6 罩面 墨一 粤r ： 怔 磐 江苏大学硕士学位论文 、传统产品设计是从。摇篮到坟墓”的过程。一旦设计及制造活动完成，产品 设计人员和工艺人员就不再关心产品生命周期结束后所出现的问题。 传统设计过程的不足主要表现在以下几个方面： 1 ) 产品开发的各个环节顺序( 串行) 进行，是开环系统，反复次数多，开发周 期长，开发费用高。 2 ) 产品开发过程很少考虑产品的环境属性，结构复杂，拆卸回收难度大， 造成大量的资源、能源浪费，并且污染环境。 3 ) 产品设计人员的环境意识不强，对绿色产品和绿色设计的认识不很明确。 4 ) 传统设计的产品难于适应市场竞争和持续发展的需要。 2 1 2 绿色设计 1 绿色设计的基本概念 绿色设计( c , r e e ud e s i g n - - r o d ) ，也称为生态设计( f _ z o l o g i c a ld e s i g n - - - e d ) 。即 在产品整个生命周期内，着重考虑产品环境属性( 自然资源的利用、环境影响及 可拆卸性、可回收性、可重复利用性等) ，并将其作为设计目标，在满足环境目 标要求的同时，并行地考虑并保证产品应有的基本功能、使用寿命、经济性和质 量等。 2 绿色设计的特点 ( 1 ) 绿色设计可以减缓地球上矿物资源财富的消耗由于绿色设计使构成产 品的零部件材料得到充分有效地利用，在产品的整个生命周期中能耗最小，因而 减少了对材料资源及能源的需求，保护了地球的矿物资源，使其可以合理持续地 利用。 ( 2 ) 减少大量垃圾处理所造成的棘手问题工业化国家每年要生产大量的垃 圾，垃圾处理则成为颇为棘手的问题。通常采用的填埋法不仅占用了大量土地， 而且还会造成二次污染，而发展中国家要处理大量的垃圾，不仅技术上而且经济 上都有一定的难度。绿色设计将废弃物的产生消灭在萌芽状态，可使其数量降低 到最低限度，大大缓解了垃圾处理的矛盾。 ( 3 ) 绿色设计是并行闭环设计传统并行设计的生命周期是指从设计，制造 直至废弃的所有阶段，而产品废弃后的各个环节则没有被考虑，因而是一个开环 江苏大学硕士学位论文 过程；而绿色设计的生命周期除传统生命周期各阶段外，还包括产品废弃后的拆 卸回收、处理处置，实现了产品生命周期阶段的闭路循环。 3 绿色设计过程 ： 绿色设计面向产品的整个寿命周期，即在概念设计及粗略设计阶段，就充分 考虑到产品在制造、销售、使用及报废后对环境的各种影响，与产品有关的所有 技术人员都应密切合作。图2 2 即为面向生命周期的绿色设计过程。 图2 - - 2 面向生命周期的绿色设计过程 。 在该设计过程中，其对象除了产品本身以外，还有产品的生产过程、后勤支 持系统、生产人员等等，他们也都有各自的生命周期，且在各自的周期内也必须 对环境影响负责。 绿色设计过程可概括为“1 3 3 ”原则，即一定的设计程序、三个设计目标和 ， 三个主要阶段。 一定的设计程序：是指绿色设计必须遵循一定的系统化设计程序。其中包括； 环境影响评价，环境污染鉴别，环境问题的提出，减少污染，满足用户要求的替 代方案，替代方案的技术与商业评估等。 三个目标：一是提高产品的资源能源利用率；二是降低产品生命周期成本； 三是产品无环境污染或环境污染最小化。也就是说，通过增大产品中可重用零部 i 江苏大学硕士学位论文 件及材料的比例来协调产品设计，避免废弃物的产生，使零件或材料在产品达到 生命周期时，以最高的附加值回收并重复利用，降低产品的生命周期成本。 三个主要阶段：跟踪材料流，确定材料输入与输出之闯的平衡：对特殊 产品或产品种类分配环境费用，并在确定产品价值时考虑此项费用；对设计过 程进行系统性研究，而不是将注意力集中在产品本身从产品的整体质量考虑， 设计人员应不只根据物理目标设计产品，而应同时考虑产品为用户提供的服务或 对环境、人身造成的损害。 4 绿色设计与传统设计比较 绿色设计不同子传统设计，绿色设计包含产品从概念形成到生产制造、使用 乃至废弃后的回收、重用及处理处置的各个阶段，即涉及产品整个寿命周期，是 从摇蓝到再现的过程。也就是说，要从根本上防止污染，节约资源和能源，不能 等产品产生了不良的环境后果之后再采取防治措施( 现行的末端处理：e n d - - t o p i p e ) ，要预先设法防止产品及其工艺对环境产生的负作用。 “。i 1 绿色设计和传统设计在设计依据、设计人员、设计工艺和技术、设计目的等 方面都存在着很大的不同，表2 一l 则为绿色设计与传统设计的比较。 表2 - - 1 则为绿色设计与传统设计的比较 比较因素传统设计绿色设计 依据用户对产品提出的依据环境效益和生态环境指标 设计依据 。功能、性能、质量及成本于产品功能、性能、质量及陈本 要求来设计要求来设计 j + t 设计人员很少或没有考虑 要求设计人员再产品构思及设计 设计人员 到有效的资源再生利用及时 阶段，必须考虑降低能耗，资源重 生右环境的影响 复利用和保护生态环境。 在制造和使用过程中很少在产品制造和使用过程中可拆 设计技术或工艺考虑产品回收。仅考虑有卸，易回收。不产生毒副作用及 限的贵重金属材辩的回收保证产品产生最少废弃物 为需求和环境而设计满足 设计目的以需求为主要设计目的 可持续发展要求 产品 普通产品 绿色产品或绿色标古产品 可以看出，绿色设计要求在设计产品时必须按环境保护的指标选用合理的原 材科、结构和工艺，在制造和使用过程中降低能耗，不产生毒副作用及有利于拆 卸和回收，回收的材料可用于再生产，对无回收价值的产品进行无害化处理以致 9 江苏大学硕士学位论文 不污染大气、水质等，并保证产生最少的废弃物。 5 绿色设计的主要内容和关键技术 绿色设计的主要内容包括：绿色产品设计的材料选择与管理；产品的可拆卸 性设计；产品的可回收性设计；绿色产品的成本分析；绿色产品设计数据库等。 ( 1 ) 绿色产品设计的材料选择与管理绿色设计要求产品设计人员改变传统选 材程序和步骤，选材时不仅要考虑产品的使用条件和性能，而且应考虑环境约束 准则，了解材料对环境的影响，选用无毒、无污染材料及易回收、可重用、易降 解材料。除合理选材外，同时还应加强对材料的管理。 绿色产品设计的材料管理包括两方面内容：一方面不能把含有有害成分与无 害成分的材料混放在一起；另一方面，对于达到寿命周期的产品，有用部分要充 分回收利用，不可用部分要采用一定的工艺方法进行处理，使其对环境的影响降 到最低限度。 ( 2 ) 产品的可回收性设计可回收性设计是在产品设计初期充分考虑其零件材 料的回收可能性、回收价值的大小、回收处理方法、回收处理结构工艺性等与回 收性有关的一系列问题，最终达到零件材料资源、能源的最大利用，并对环境污 染为最小的一种设计思想和方法。可回收性设计主要包括以下凡方面主要内容： 可回收材料及其标志；可回收工艺与方法；可回收件经济评价；可回收性结构设 计。 ( 3 ) 产品的可拆卸性设计可拆卸性是绿色产品设计的主要内容之一，它要求 在产品设计的初级阶段就将可拆卸性作为结构设计的一个评价准则，使所设计的 结构易于拆卸维护方便，并在产品报废后可重用部分能充分有效地回收和重用， 以达到节约资源和能源、保护环境的目的。可拆卸性要求在产品结构设计时改变 传统的连接方式代之以易于拆卸的连接方式。 ( 4 ) 绿色产品的成本分析 由于在产品设计初期就必须考虑产品的回收、再利 用等性能，因此成本分析时，必须考虑污染物的替代、产品拆卸、重复利用成本、 特殊产品的环境成本等。对企业来说，是否支出环保费用，也会形成产品成本上 的差异，同样的环境项目，在各国或地区间的实际费用r 也会形成企业间成本的 差异。因此，在每次设计决策时都应进行绿色产品成本分析，以便设计出的产品 “绿色程度”好且总体成本低 ( 5 ) 绿色产品设计数据库绿色产品设计数据库是一个庞大复杂的数据库，该 江苏大学硕士学位论文 数据库对绿色产品的设计过程起着举足轻重的作用。它数据库应包括产品寿命周 期中与环境、经济等有关的全过程数据，如材料成分、各种材料对环境的影响值、 材料自然降解周期、人工降解时问、费用、制造、装配、销售、使用过程中所产 生的附加物数量及对环境的影响值，环境评估准则所需的各种判断标准等。 2 2 绿色设计策略 绿色设计策略围绕产品本身特性及其生命周期各个阶段展开，可以概括为以 下几个方面。 2 2 1 产品概念创新 1 产品低物质化 低物质化主要包括：产品体积小型化、产品重量最轻化、非物质产品替代物 质产品( 如网络游戏件替代实物游戏) ，减少对物质使用、减少基础设施建设，如 采用通信流替代物质流、交通流m 通过非物质化产品( 如信息) 或服务替代有形 产品，从丽一方面减少制造商对有形产品的生产和使用，同时减少消费者对有形 产品的依赖。 2 产品共享 当多人共享使用某一产品时，可以使产品的使用效率大大提高。产品共享的 效益在于可以提高产品的使用效率，降低原材料和能源的消耗，降低产品的运输 成本。产品共享也迫使产品制造商跟踪和服务于其产品的使用和用后处理，从而 使制造商从产品的后期服务中获取利润 2 2 2 产品功能和结构优化 1 整合产品功能 将几种功能或产品组合设计成一种产品，则可节约大量的原材料和空问，如 笔记本电脑将键盘、显示器等合为一个小型的微机集婴儿车、滑板车、四轮自 行车、二轮自行车一体的多功能儿童车也体现了这种最新的设计思路。 2 增加产品的可靠性和耐用性 产品的可靠性和耐用性尽管是传统设计过程中需要考虑的因素，在绿色设计 江苏大学硕士学位论文 中依然需要加以考虑。 3 易于维护和维修 绿色设计应保证产品易于清洁维护和维修，以延长产品的使用寿命，维护和 维修包括用户和制造商两个方面。对用户来讲，厂家应为用户提供常见简单维护 和维修的文字指导。使用户能及时进行维护或维修，以避免或减少维护或维修的 运输成本和其它成本针对厂商的维修系统，在产品设计中需要考虑的是产品的 易运输性、维护和维修的技能及有关工具的开发；产品拆卸的难易程度；可否进 行模块化维修。 4 模块化设计 模块化产品设计可以提高产品的可更新性，以满足不断变化的用户需求。同 时，模块化设计也使得新技术能与已落后产品迅速结合，可以在产品生命周期内 对部件进行升级以减少用户对新产品的需求。 在玩具设计中，模块化主要应用在高科技的智能玩具、机器人宠物玩具设计 中。如日本索尼公司推出的机器人宠物狗“爱宝”，拥有多种表情和姿态，能够播 放音乐，并跟着音乐节奏翩翩起舞，它还会踢足球、走迷宫，甚至还能陪主人聊 天等。 5 加强产品与用户的关系 在实际生活中，很多消费产品，通常都不是因为产品报废而失去价值，而是消 费者认为产品过时，失去了对产品的兴趣而造成产品过早地被废弃( 儿童玩具尤 其如此) ，导致资源浪费。因此，绿色设计者应从资源节约的角度出发加强产品与 用户的关系，从外观、功能、宜人性等方面提高产品对消费者的长期吸引力，从而 延长产品使用寿命。 2 2 3 优化利用原材料 1 采用清洁原料 最好避免使用在生产过程产品的焚烧过程或填埋时产生有害物质排放的原 材料 2 使用可循环原材料 可循环材料是指那些较易再循环利用的材j 斗。这主要取决于材料类型和现有 江苏大学硕士学位论文 再循环设施。当收集和回用系统还不具备时，也应考虑使用可循环利用的原料， 除非可能导致其它环境问题。通过使用可循环材料，可以减少后期的填埋废物， 从而降低企业的成本，甚至可能是企业的一个新的财源。 产品设计对材料的可循环性具有非常重要的作用，但在具体设计中需要遵循 以下准则： n 针对一种产品或部件仅选用一种可循环材料。 2 ) 如果选择一种材料不可行，就选择一组相互兼容的材料，特别是对塑料而 言。 3 ) 尽可能选用市场上已经存在的可循环材料。 舢避免其它材料，如可能残留的粘合剂、其它有碍再循环的细小部件等。 5 1 减少原材料的使用量。 绿色设计应致力于产品体积的最小化和产品重量的最轻化，以减少原材料的 消耗，当然这应该在不影响产品的技术寿命的基础匕由于产品重量的减轻，使用 的原材料减少，相应产生的废物也减少，同时产品运输过程的环境影响也减小，产 品和其包装体积的减小，使得同一运输工具一次可运输更多的产品从而降低能耗 和成本。 2 2 4 产品生产过程优化 1 选择对环境影响小的生产工艺 采用并行设计的思想，在产品设计时考虑到产品生产工艺，选择生产工艺环境 友好的产品设计结构和材料，减少生产过程的资源消耗和环境捧放。 2 尽可能减少生产工艺环节 工业生产常常包括若干工艺环节。工艺环节越多，所使用的能源就越多，而且 中间工艺环节环境排放物常常作为废物摊放，因此所造成的污染机会也越大。可 见减少工艺环节是提高能源利用效率和减少污染捧放的强有力措施之。 3 减少生产过程能耗或采用清洁能源 可以采取减少现有生产设备的能耗，推行节能管理方案，建立热电冷暖供应系 统等减少过程能耗，清洁能源可以采用太阳能、风能、水能及天然气等。 4 减少生产废弃物 江苏大学硕士学位论文 优化现有生产过程，以提高效率。减少废弃物的产生。选择合适的工业成形工 艺。如在锯、压、轧、锻等工艺中尽可能减少边角料的产生。要求一线工人和供 应商提高管理水平，减少废物，尽可能采用工艺内部再循环工艺，对废物进行循环 利用。 2 2 5 减少产品使用阶段的潜在环境影响 用户在产品的使用期内需使用消耗品( 如能源、水、洗涤剂等) 及其它产品( 如 电池、磁带等) 。在产品的设计过程中应考虑减少这些方面可能造成的环境负面 影响。 1 降低产品使用阶段的能耗1 很多耐用消费品在其使用阶段的能源消耗要大于其制造阶段，如家用电器。 因此，在产品设计中需要考虑产品使用过程中的能耗。具体措旄可以为： 1 ) 选择节能组件，以降低产品的能耗； 2 ) 预制电源关闭模式； 3 ) 加载时钟开关，增加待机状态、关闭开关以及其他减少不必要电耗的装置； 4 ) 如果产品涉及长距离运输，应考虑采用轻质材料； 5 ) 如果产品涉及加热( 冷却) ，应加隔离层； 6 ) 考虑采用入力替代电力； 7 ) 采用被动式太阳能加热或可充电电池。 2 使用清洁能源 使用清洁能源可大大降低对环境有害的污染物的捧放，尤其是对高耗能的产品。 3 减少相应的辅助品或消耗品的使用 在满足功能的前提下，尽量减少对消耗品的需求，如将辅助材料的使用降到 最低程度。 4 采用清洁的消耗品或辅助品 如果辅助产品或消耗品为新产品所必须，则须对消耗品或辅助品进行生命周 期评价，以保证其是清洁的 5 减少消费过程中废物的产生 使用者的态度可能会受到产品设计的影响。如产品上标示出的刻度可以帮助 1 4 江苏大学硕士学位论文 使用者准确掌握辅助产品的用量，从而避免不必要的浪费。 2 2 6 产品用后的回收处理系统优化 产品设计必须考虑产品废弃后的回收处理闯题，提高产品的回收率，减少废 旧产品造成环境污染。 1 提高产品重复利用率 产品越以完整的状态被重复利用，其价值就越高。经典的产品设计常常对二 手用户具有很强的吸引力。对提高产品的重复使用具有重要作用。 2 可拆卸性设计 在产品的设计中将产品的拆卸加以考虑，可以促进维护与维修，有助于产品 组件的重复使用，也有利于对原材料的再循环以及促进对产品的回收等。在设计 中需要考虑的重点是： 1 ) 尽可能采用可拆卸的联结方式，如榫、螺钉，而不是采用锻、焊、胶粘等； 2 ) 采用标准化的联结方式，以便采用一种通用的工具就可进行拆卸，如只用同样 、尺寸的螺钉； 3 ) 适当定位联结点以便于拆卸，不至于将产品翻转后才能拆卸： 4 ) 在产品上明确标明产品如何打开； 5 ) 将可能同期老化的部件集中在一起，以利于更换； 研在产品上标明应予以定期维护的部件。 3 产品重新制造 应考虑重新利用产品中有价值的组件，以避免其直接进入焚烧炉或填埋场。 如设计的产品易于拆卸，有助于组件的回收和再造。 4 产品报废后原材料的再循环利用 物料的循环利用往往可以节省时间和投资并带来经济效益。循环利用可分为 三级：初级循环利用，物料按其原有的使用级别重新循环利用；第二级循环利用， 指物料降低使用级别重新循环利用；第三级循环利用，指物料经加工后重新循环 利用，如塑料分解后作为其他原材料- 物料的循环利用应首先考虑初级循环利用， 其次是第二级、第三级循环利用。 江苏大学硕士学位论文 2 3 玩具绿色设计思想 绿色设计是可持续生产的设计，也称为生态设计，它是在产品整个生命周期 内，着重考虑产品环境属性的一种设计，这种设计在满足环境目标要求的同时， 保证产品应用的功能、使用寿命和质量等 基于绿色设计理论，对玩具产品设计时，必须充分考虑它在构思创意一原 料选择一造型设计一结构设计一工艺设计生产加工包装运输一市场销售一 使用( 即操作或玩耍) 谤洁方法一再使用废弃后回收处理等全过程中对环境、 对儿童身心健康的各种影响。 玩具绿色设计应主要体现在以下三个方面： 1 积极实旖玩具产品国家强制性认证制度( 3 c ) 。选用材料上尽可能采用安全、 可回收、可降解的材质。 2 提高产品的使用周期。儿童产品的使用周期往往不是很长，随着年龄段的 增长，就要更换新产品，因此，如何提高使用周期显得更有意义。例如采用智能 升级程序、组合模块等方面的设计，这将大大拓宽产品的使用周期。从而为国家 与社会节省更多的能源与材料。 3 建立相应的儿童产品保养及回收机构。对于正在使用中的儿童产品，维修 站将负责产品的维护、翻新或保养等售后服务，这无疑也提高了产品的使用周期。 环顾我们身边家庭，几乎每个家庭都会存有一些童年期过后的儿童产品垃圾，对 于社会来说这是一种有形的物质浪费，产品回收机构主要负责做以废弃物为材料 回收再利用处理。为社会节省不必要的能源消耗，使产品真正意义地走上循环利 用之路。 2 4 本章小结 本章首先提出了绿色设计的概念，继而分析了绿色设计的特点。从设计依据、 设计人员、设计工艺和技术、设计目的等方面对绿色设计和传统设计进行比较， 通过比较可以看出，绿色设计在设计阶段就将环境因素和预防污染的措施纳入产 品设计之中，将环境性能作为产品的设计目标和出发点，力求使产品对环境的影 响为最小，最后引出玩具绿色设计思想。 江苏大学硕士学位论文 本章重点是阐述了绿色设计的主要内容和设计策略，并对常用绿色设计策略 进行了讨论，为后面各章提供理论依据。 江苏大学硕士学位论文 3 1 引言 第三章玩具绿色材料及选择 绿色材料是绿色设计的基础，虽然绿色材料不一定能构成绿色产品，但绿色 产品设计首先要选择绿色材料。因此大力研究和开发绿色材料必然有助于推进绿 色产品的开发和推广随着相关法律法规的出台，对产品材料选择的要求越来越 严格。如何选择满足法律法规( 例如w e e e ，r o l l s 指令) 要求的材料已成为目前 玩具生产企业面临的严峻问题。 3 2 玩具材料现状及调查分析 我国玩具行业常用的玩具材料可分为：木材、塑料、布绒材料、金属材料等。 1 木材是地球上数量最多的植物材料从生态观点看，木材加工能耗低， 可再生循环利用，易于处理，但木材缺乏回收利用价值。 2 塑料制品发展到今天“面临两大难题”：一是资源有限，塑料原料来自石 油，石油为非再生资源，几十年后面临着枯竭；二是环境污染，塑料在自然界中 难于分解，给生态环境造成了严重的白色污染。随着时间的推移，这两大难题面 牺着巨大的挑战。首先，随着世界石油量的减少，以石油为原料的塑料树脂价格 一度上涨。其次，以聚氯乙烯( p v c ) 、聚甲醛( p o m ) 等通用塑料为材料的玩具， 由于它们在高温条件下会分解出对人体有毒的单体绿化氢、甲醛等有害成分，并 会造成环境污染。因此，发达国家已下令禁止使用这类树脂作为儿童玩具材料 3 布绒材料：分为长毛绒、t c 布、针织、麂皮绒、尼龙绸、短绒( 薄绒) 、 孔雀绒、麒麟绒、超柔短毛绒。 布绒玩具美观大方、造型逼真、柔软、耐压、安全、卫生、开发智力并具有 装饰性，老少皆宜。但在2 0 0 2 年9 月1 1 日，欧盟正式通过了这一指令2 0 0 2 6 l ，e c 一“对欧盟委员会关于限制某些危险物质和制剂( 偶氮染料) 的销售和使用的7 6 7 6 9 e e c 指令”。该指令主要禁止纺织品、服装和皮革制品生产使用禁用偶 氮染料，禁止使用含有偶氮染料且直接接触人体的纺织品、服装和皮革制品在欧 盟市场销售，禁止这类商品从第三国进口。 i s 江苏大学硕士学位论文 对于玩具该指令主要涉及纺织制或皮制玩具和带有纺织或皮制衣物的玩具。 我国在纺织品的染料科学的整体水平还比较落后，限于成本、技术水平和工艺， 在禁用偶氮染料的替代方面的研究还非常不够。国家工商局曾经就禁用的可释放 出致癌芳香胺的1 1 8 种偶氮染料对国内的印染纺织品企业进行过调查，发现还有 1 0 4 种染料仍在被广泛使用。纺织品是布绒玩具等的主要原料，在玩具生产中应 用非常普遍。但玩具上使用的纺织品的档次普遍较低，而且玩具界对玩具纺织品 中的偶氮检测没有十分重视，影响玩具出口创汇， 4 金属材料：现在主要用来制作模型和收藏品，有时也用于机动玩具外壳。 金属材料中会含有砷、镉等活性金属，儿童喜欢舔、咬玩具，如果这些元素含量 超标，长期下来就会对儿童造成伤害。而且金属相对于塑料价格较高，并且在加 工过程中对环境影响较大，且属于长时间才可再生材料，现在玩具生产中应用金 属材料较少。 玩具的生命周期短，要想长期占领市场，不但在造型、功能、结构上不断更 新，在选材上也必须有新的突破。如在2 0 0 3 年上海国际玩具展览会上，就有一家 国外玩具公司展出了用石材为原料制作的建筑积木和拼图；现在也有了内部加金 属或塑料机芯，外壳为木材的机动玩具等。 材料，是产品的物质条件，任何产品，都是材料加工的产物，材料的选择使用， 直接关系到产品的外观、色彩、肌理的体现。由于高科技的发展和资源保护的强 烈要求，生产材料的选择不再以自然材料为主，合成材料成了材料市场中的主要 成员。在丰富的材料资源中，如何选择玩具材料，对玩具设计人员提出了新的挑 战。 下面是基于本研究课题面向儿童父母进行的调查方案及数据统计： 调查表1 您选择玩具的最主要的标准是什么? 选璜总体比率 玩具所选用材料的安全性和质量 5 4 2 玩具的功能 2 1 5 玩具的价格1 5 玩具的品牌2 无所谓，只要孩子喜欢 7 3 5 4 2 的家长在选择玩具时最注重玩具所选用材料的安全性和质量，由此可 见，父母对玩具的安全性还是最关注的。 江苏大学硕士学位论文 调查表2 您认为好的玩具，从功能的角度应具备哪些条件7 选项总体比率 肓益于孩子智力和情感开发。有利于身心健摩 4 0 5 功能多样。有多种玩法 2 2 5 可以互相组合1 7 可以学判知识 1 4 无所谓只要孩子喜欢 6 4 0 5 的父母认为好的玩具在功能上应该是有益于孩子智力和情感开发，有 利于孩子身心健康。玩具功能多样、具备多种玩法，让孩子保持长时间的兴趣这 一功能位居第二，2 2 5 的家长认为这是好的玩具的标准。另外，有1 7 的父母 认为好的玩具是可以互相组合的。 调查表3 您认为好的玩具从生产的角度应具备哪些条件? 选项总体比率 玩具所选用材料的安全性和质量 5 0 ， 玩具设计的安全性 3 l j 玩具易清洗1 7 玩具包装精美 1 1 5 0 5 的父母认为好玩具从生产角度来说所选用材料的安全性和质量应该有 保证，3 1 5 的父母则认为设计的安全性是好玩具所应具备的条件，1 7 的父母 希望玩具易于清洗 调查结果分析：父母在为孩子选择产品时，最关心的是安全。其中。产品材料 对孩子的健康安全影响是尤为关注的问题，尤其是玩具原材料及设计的安全性引 起了大多数父母的关注，并且被大多数父母作为判断该玩具是否是好玩具的必备 标准。其次，才是有益于智力和情感开发的因素。 绿色设计中的材料选择对最终产品的“绿色程度”具有重要意义。这主要表 现在以下两个方面：首先绿色材料是绿色设计的基础。没有绿色材料可供选择， 在很大程度上就影响了绿色设计的最终效果；其次，绿色材料对绿色产品的绿色 程度有着重要作用，由非绿色材料制成的产品不能算是绿色产品。因此，绿色设 计必须建立在绿色材料的基础之上哪。 2 0 江苏大学硕士学位论文 3 3 绿色材料及其应用 3 3 1 绿色材料概念 绿色材料o m ( g r e e nm a t e r i a l ) ”又称环境协调材料e c m ( e n v i r o n m e n t a l c o n s c i o u sm a t e r i a h ) 或生态材料( e c o m a t e r i a t s ) ，是指那些具有良好使用性能或功 能，并对资源和能源消耗少，对生态与环境污染小，有利于人类健康，再生利用 率高或可降解循环利用，在制备、使用、废弃直至再生循环利用的整个过程中， 都与环境协调共存的一大类材料。 3 3 2 玩具中常用绿色材料 作者根据绿色材料的概念，结合玩具产品的特点，通过搜集相关资料并进行 研究，把玩具中常用的绿色材料归纳如下： 1 绿色环保淀粉材料及应用 我国目前生产的玩具大多数都是塑料玩具，但是塑料制品发展到今天已面 临资源枯竭和环境污染的问题。再者，塑料几乎不能回收，这与绿色设计理念相 违背。面对国际市场，我国众多玩具厂家势必面临严竣挑战。因此，必须寻找一 种既能与环境友好相处，又能再生的天然再生资源替代塑料。 目前有些企业采用过剩的陈化粮、玉米淀粉等农副产品作为玩具生产材料。 生产了生物降解及绿色环保淀粉玩具生产过程中无三废产生，环境效益优良。 以天然再生资源农副产品为原料不依赖石油，解决了现行塑料对石油的依赖性及 附属关系，成为一种可持续发展的产业，这种材料作为塑料替代材料，在玩具市 场的前景非常广阔。 z 抗菌材料 在符合国家安全标准的基础上，现今人们也在追求更加安全的、有利于儿童 健康的产品，从这一点而言，新出现的抗菌材质的塑料玩具前景看好据调查： 玩具被儿童玩耍2 4 小时后，塑料玩具表面平均每平方米有3 5 个菌落，每个菌落 细菌数可达上万，其中包括痢疾杆菌、伤寒杆菌、流感病毒、乙型肝炎病毒等传 染病的病原体。这些病原微生物，往往使儿童罹患相应的传染病解决玩具被微 生物污染问题的途径有两个；一是经常清洗玩具并定期消毒( 布绒玩具很难做 江苏大学硕士学位论文 到) ，这是一个治标的方法，因为消毒后短期可以保持无菌，但使用一段时间后 玩具又会被细菌等污染；另一个就是使用健康玩具。采用抗菌塑料制成的玩具， 可有效抑制多种细菌的滋生，优质的抗菌塑料甚至可达到2 0 年的有效抗菌期， 能更加安全地保护儿童的健康。随着经济的发展和物质生活的提高，越来越多的 人愿意投资健康。中国抗菌材料及制品行业协会曾在超市对准备购买玩具的顾客 进行过一次市场调查，结果显示，7 5 的受访者认为在玩具中采用抗菌技术处理 很有必要，受访者愿意支付高于普通产品2 6 6 以上的价格购买抑菌儿童玩具。 。例如用纳米银材料制作的纳米银钛健康玩具“”。银( a g ) 是贵金属，纳米银是 利用纳米技术将白银进行纳米化处理使其活化，产生比普通银高出2 0 0 倍以上 的杀菌力，从而抑杀金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌、真菌、霉菌等致病麓。 纳米银钛健康玩具的问世，改变了玩具的性能，玩具市场竞争已不再是同类 性能产品质量的竞争。这是一场玩具产业的健康革命，必将给玩具企业带来巨大 的经济效益和社会效益。 3 天然材料 木、布、泥等，可以说我们日常生活中常见的材料，都能在玩具中找到它的 身影。这些材料大多取材方便、价格便宜、环保卫生、便于回收。这与现代绿色 环保要求不谋而合。如风筝，就是用几根竹片、几张纸片就可以制作出千变万化 的各种形态。这种就地取材的做法不但极大地激发了儿童认识世界、改造世界的 热情，同时也开阔了儿童的思维、锻炼了他们动手动脑的能力。而原材料价格的 低廉也使得这些玩具能够演变出极其丰富的类型，同时也使得即使是同一种玩具 也有着变化万千的不同形态n 2 1 。 竹材作为自然易降解可再生的传统材料，直接用材料的本身结构来进行产品 设计，不使用或较少使用粘合剂，通过竹材产品唤起对环境问题的反思，加强人 与环境的亲近感，提高人们的生态意识；作为塑料产品、木制产品等的替代品， 竹制品具有得天独厚的发展优势；竹子的纤维排列紧密、整齐、走向一致，有一 定的韧性和硬度，加工处理过程简单；竹制品特有的竹制感觉和使用感觉是塑 料甚至一些木制品都无法相比的。就生态而言，竹子是一种可再生性材料，循环 周期短。生长占地面积小，对土地要求不高，且具有优美的外形和较强的对环境 的调节功能，再加上其质轻而坚固耐用、加工工艺简单、成本低廉，具有很强的 产业化特征和文化内涵。从古至今，竹在人们的生活中就扮演了非常重要的角色， 江苏大学硕士学位论文 经过了现代技术处理后的竹材，跟现代的设计理念、设计方法以及现代的制造技 术、工艺方法相结合，与现代的销售手段、市场推广相结合。竹材必将迎来更加 广泛的应用前景。 4 纤维材料及染料 最新一代环保型纤维一负离子、远红外复合功能纤维“”。 负离子被称为“空气维生素”，通过镶嵌在该功能纤维内部的矿物质作用， 纤维表层产生了对人体有保健功效的负离子。具有恒久的负离子发射功能，调节 周围环境的空气质量；持久的抗菌杀菌性能，不但能杀灭对人体有害的细菌，又 不伤害人体；优良的除臭性能，脱除异味，保持良好的生活空间；优越的界面活 性作用，可以节约洗涤剂的用量，而且有助予环境的净化；有很好的防静电作用， 使得负离子功能产品可以在一些特殊场所应用等多种功能和效果。是纺织纤维行 业最新开发的功能性产品，在毛绒玩具应用有广阔的前景，增加其产品的功能， 提升其产品的档次和附加值，提高产品的竞争力。 功能高分子染料 由于高分子染料对细胞膜几乎没有渗透性，也不易被细菌和酶分解，因此误 食后不会被体内吸收，仍原封不动排除体外，不对肌体产生毒害作用，因此这类 染料特别适合制造幼儿玩具：同时由于功能高分子染料耐迁移性能优异，