绿色设计课件

绿色设计（GD：GreenDesign）是将保护环境的措施和预防污染的方法应用于产品的设计，其目的是使产品在全寿命周期内对自然环境的影响最小。具体地讲，绿色设计就是在产品整个生命周期内，将产品的环境影响、资源利用及可再生等属性同时作为产品设计目标，在保证产品应有的基本功能、使用寿命和周期费用最优的前提下，满足环境设计要求。

绿色设计概念及内容绿色设计的主要内容包括：

（1）产品描述与建模。主要是准确全面地描述绿色产品，建立系统的绿色产品评价模型是绿色设计的关键。

（2）材料选择与管理。绿色设计的选材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，同时必须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。

（3）可回收性设计。在产品设计初期，应充分考虑其零件材料的可回收性、回收价值、回收方法、可回收结构及拆解工艺性等一系列与回收相关的问题，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。

（4）可拆解性设计。在产品设计初级阶段，应将可拆解性作为设计的评价准则，使所设计的结构易于拆卸和便于维护，并在产品报废后再使用部分能充分有效地回收和利用，以达到节约资源、能源和保护环境的目的。

（5）产品包装设计。绿色包装已成为产品整体绿色特性的一个重要内容。绿色包装设计的内容包括:优化包装方案和包装结构，选用易处理、可降解、可回收重用或再利用的包装材料。

（6）技术经济分析。在产品设计时就必须考虑产品的回收、拆解及再利用等技术性能；同时，也必须考虑相应的生产费用、环境成本及其经济效益等技术经济分析问题。

（7）数据库建立。数据库是绿色产品设计的基础，它应包括产品寿命周期中与环境、经济等有关的一切数据，如材料成分、各种材料对环境的影响值、材料自然降解周期、人工降解时间与费用制造、装配、销售和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。

绿色设计与传统设计的根本区别在于:绿色设计要求设计人员在设计构思阶段就要把降低能耗、易于拆解、再利用和保护生态环境与保证产品的性能、质量、寿命和成本的要求列为同等的设计要求，并保证在生产过程中能够顺利实施。

绿色设计的特点与原则

绿色设计把减量化、再利用和再循环作为基本原则，它们构成从高到低的优先级排列。

减少资源使用是绿色设计最经济和最有效的选择，即从产品生产的源头采取措施尽量减少资源的使用。

尽量利用可用零部件或者经过再制造的零部件进行设计。

绿色设计选择资源再利用模式，在保证自然资源利用和环境容量生态化的前提下，尽可能延长产品使用周期，把废弃产品变为可以利用的再生资源，使资源的价值在循环利用过程中得到充分的发挥，并且把生产活动对自然环境的影响降低到尽可能小的程度。

1、绿色设计是推动资源循环利用的关键

在传统的设计模式中，产品的最终状态是“废弃物”。产品设计只关心技术、功能、工艺和市场目标，至于产品使用后废弃物如何处理，则不在设计范畴。特别是在产品设计过程中，满足市场需求的观念导致了大量生产、大量消费和大量废弃局面的出现，而且产品产量越大，资源消耗越快，垃圾产生越多，生态环境系统负荷日益增加，造成了资源和环境的双重压力。资源存量和环境承载力的有限性难以维系社会的可持续发展，也增加了“末端治理”的成本和难度。

绿色设计意义2、绿色设计是节约资源和避免环境污染的起点

绿色设计运用生态系统理论，把资源节约和环境保护从消费终端前移至产品的开发设计阶段，从源头开始重视产品全寿命周期可能给资源和环境带来的影响。即在产品设计时就充分考虑产品制造、销售、使用、报废回收、再利用和废弃处理等各个环节可能对环境造成的影响，对产品及其零部件的耐用性、再利用性、再制造性、加工过程的能耗以及最终处理难度等进行系统、综合地评价将产品生命周期延伸到产品报废后的回收、再利用和最终处理等阶段。根据回收处理方式废旧汽车零部件可分为以下类型:

（1）再使用件。经过检测确认合格后可直接使用的零部件。

（2）再制造件。通过采用包括表面工程技术在内的各种新技术、新工艺，实施再制造加工或升级改造，制成性能等同或者高于原产品的零部件。

产品回收利用方式

（3）再利用件。无法修复或再制造不经济时，通过循环再生加工成为原材料的零部件。

（4）能量回收件。以能量回收方式回收利用的零部件。

（5）废弃处置件。无法再使用、再制造和再循环利用时，通过填埋等措施进行处理的零部件。

产品回收方式的选择即产品回收策略的确定，是指产品报废时对产品整体或零部件采取的回收利用途径。根据产品的设计目标、结构特点和使用情况，为获得最大的回收利用效益应采用不同的回收策略。无论是新产品设计还是废旧产品回收，都应进行回收利用方式分析。当然，对于新设计而言，主要是为了提高回收性能；而对于废旧产品回收，则主要是为了提高回收利用效益。产品回收利用方式选择的主要影响因素

表中所列因素对回收策略确定的影响具有一定的关联性和模糊性，同时各种因素影响的确定也需对产品进行大量和长期的跟踪调查才能确定。但是，也可以从产品结构、环境影响和成本估计三个方面进行综合的定性分析。

（1）产品结构。产品的结构是决定产品或零部件回收利用方式的基本因素。产品的设计确定了产品零部件潜在的回收可能性与利用方式，其结构直接决定了产品的可拆解性，间接地影响了产品或零部件回收利用的经济性。

（2）环境影响。产品回收过程应尽量减小环境负荷，因此，产品回收决策应考虑环境影响程度。为了简化分析，仅考虑回收过程的环境负荷，其计算公式为:

式中：—回收过程的环境负荷—再制造过程的环境负荷—运输过程的环境负荷—包装产生的环境负荷—破碎分离产生的环境负荷—填埋处理产生的环境负荷—能够减少的环境负荷（负值）环境负荷的计算值仅具备比较意义，而无绝对意义。而且采用不同的回收策略，将涉及不同的回收过程。因此，式中各项不一定同时存在。例如对部件的再使用就不涉及回收等过程。

（3）成本估计。成本因素是决定是否可进行回收利用的关键因素。不同的回收策略，所需的回收成本是不同的，必须在权衡成本和收益后做出决策，成本的计算公式为:

式中：—第k个零件采用某种回收策略的盈亏值—第k个零件采用某种回收策略的收益值—第k个零件采用某种回收策略时的拆解成本—第k个零件采用某种回收策略时再制造的成本—第k个零件采用某种回收策略时回收处理成本—第k个零件采用某种回收策略时的奖励值

广义上讲，产品可回收性设计包括以下内容:可回收材料的选择和可回收性标识、可回收产品及零部件的结构设计、可回收工艺及方法的确定和可回收经济性评价等。面向回收的设计思想要求在产品设计时，既要减少对环境的影响，又要使资源得到充分利用，同时还要明显降低产品的生产成本，其主要要求包括以下几个方面。

产品可回收性设计要求对于产品可回收性评价而言，所需要的信息包括各零部件的回收要求、材料成分、质量大小以及在使用过程中的性能变化以及国家法令对产品的限制等。这些信息的获取主要方式是从产品和零部件的设计文件中直接读取，或通过产品回收评价与决策系统交互输入。产品可回收性评价信息

可拆解性是产品绿色设计的主要目标之一。在产品设计的初级阶段，可拆解性作为产品特性设计的目标是使产品的构造形式与连接方法不仅具有良好的制造工艺性和维护方便性，而且还要易于拆解，以使产品报废后部分可用零部件得到更充分有效的利用。

目前，对可拆解性设计的研究主要集中于非破坏性拆解

，其内容包括以下三个方面：第一，收集、分类和归纳可拆解性设计的有关知识；第二，对产品的可拆解性进行量化评估；第三，创建新的可拆解性设计方法和工具，并且使这些工具与CAD设计集成为专家系统。

拆解是对产品或装配体进行系统的拆卸及分解成为零部件的操作过程，或是采用某些方法或利用工具，消除零部件的约束或相互之间的各种连接，将产品的零部件依次分离的过程。可拆解性是在规定条件下和规定时间内，零部件从产品或装配体上被拆卸或分解成为零部件的难易程度。

可拆解性及影响因素

常见的连接方式主要有：螺纹连接、焊接、铆接和粘接等。按被拆解的零部件在拆解过程中是否被损伤分为两种:

第一种是可逆的，非破坏性拆解。（螺钉的旋出、快速的连接分离等）

第二种方式是不可逆的，破坏性拆解。对于不同的产品、不同的零部件可以采取不同的拆解方式。如果产品在设计时就考虑其零部件的回收和拆解问题，将有助于提高产品的拆解效率和回收率。否则，会给拆解和回收带来不利的影响。评价拆解性的主要指标是拆解时间、拆解质量和拆解成本。因此，对影响产品可拆解性的主要因素分析如下:

（1）需拆零部件的基本数量。零部件是否需要被拆解，一方面取决于它是否造成了对其他需要拆解零部件的约束，另一方面取决于该零部件的回收方式。

（2）需拆零部件的连接方式。连接是造成零部件相互约束与限制的根本原因，不同的连接方式拆解所需要的时间不同，而且不同的回收策略将影响拆解所需时间。

（3）需拆零部件的连接数量。减少需拆零部件的连接件数量，可以减少拆解时间。此外，一般的连接是将两个零件连接在一起，所以采用一个连接件紧固多个零件，既可以减少了连接件的数量，也可提高拆解的效率。

（4）需拆连接部位的可达性。需拆连接件在易接近和具有可操作空间的位置时，其可拆解性就好。

（5）需拆连接部件的状态。应对连接可能发生的状况进行估计并在设计时就提供解决对策，才能减少拆解时间。

（6）拆解过程的独立性。产品的结构决定了零部件拆解过程可能是并行的，也可能是顺序的。显然，并行拆解过程比串行拆解过程效率高。

产品可拆解性设计主要采用两种方式，即基于典型构造模式的可拆解性设计和计算机辅助的可拆解性设计。可拆解性设计方法1、基于典型构造模式的可拆解性设计

基于典型构造模式的可拆解性设计是参考或应用经实践验证的具有完备可拆解性的典型构造模式进行产品结构形式与连接方式设计的方法。所谓的具有完备可拆解性的典型构造模式是指对构造特征、拆解程序、使用工具和操作空间等信息都有明确描述的结构形式与连接方法。

基于典型构造模式的可拆解设计分成两个步骤：

第一，选择基本零部件单元或模式筛选，即根据结构形式、连接方法和使用条件等要求，合理地选择出若干相应的基本构造模式。

第二，按设计要求进行基本单元组合或模式综合。

2、计算机辅助可拆解性设计

计算机辅助可拆解性设计是将基于典型构造模式的可拆解设计过程由计算机辅助进行并能对设计决策做出相应的评价及修改建议。采用这种方法能在产品设计时，就对与其他零部件有结构连接的零部件进行可拆解性结构设计，并可在计算机上模拟演示装配与拆解过程。同时，统计显示拆解所需的时间、拆解成本及效率、回收材料价值、能量消耗及费用、有害成分排放量及零件再生利用价值等。

（1）结构设计模块。当零部件有连接要求时，连接方法和结构形式可参照或采用典型构造模式进行选择与设计。

（2）可拆解性评价模块。构造设计能否满足拆解性要求，则应根据拆解性评价准则进行评判。若不满足要求，则给出建议并修改设计。

（3）模拟分析模块。对构造设计进行拆解模拟演示，统计显示拆解模拟过程相关参数。

（4）模拟评价模块。对模拟演示结果进行综合评价，给出评价结果及修改建议。

（5）快速成形模块。对定型结构进行快速成形制造及实物检验。

（6）制造文件模块。对可拆解性良好的构造进行产品制造工艺设计，并生成工艺文件以备生产。

由于可拆解性设计尚无数量化的完整计算方法，因此，可拆解性设计主要是基于可拆解知识积累与设计经验总结的指导性设计准则。它使可拆解性设计过程趋于系统化，避免设计者个人思维的局限性，扩大产品设计约束的调节范围，使容易被忽视的影响因素得到了应有的重视。

可拆解性设计准则及过程

面向再生利用的可拆解性设计准则包括：减量化、一致性、通用性、可达性、耐久性、组合性、无损性、分离性、相容性、辨识性、工艺性、环保性。1、与拆解过程相关的指标

与拆解过程有关的指标包括拆解费用、拆解时间、拆解能耗和拆解造成的环境影响等。

拆解费用。与拆解有关的费用，主要是人力费用和设备费用等。

可拆解性评价指标

拆解时间。包括基本拆解时间和辅助时间。基本拆解时间是指松开连接件、将待拆零件和相关连接件分离所花费的时间；辅助时间是指为完成拆解工作所作的辅助工作所花费的时间。

拆解过程的能量消耗。拆解零部件所消耗的能量大小，也是表明该零件拆解性能的指标之一。能耗少，则该零部件拆解性能好。2、与连接结构相关的指标

可达性。可达性包括三个方面，即视觉可达、实体可达和操作可达。

标准化程度。产品标准化程度主要是用标准化系数来描述，一般包括标准件系数、通用件系数和借用件系数三种。

拆解方向。一般来说，一个可拆解的零部件可以沿着一个方向或一系列的方向拆解这些方向就称为拆解方向范围。一般而言，拆解方向范围越大，拆解就越容易。

结构复杂度。产品结构复杂程度的描述主观性较强，可以将产品抽象成结构（物理）模型后进行分析。

可拆解结构评价不仅要给出评价结果，而是希望能为设计人员提供修改建议，并进行设计结果模拟，采用拆解评价图法可以满足此目标。

可拆解性评价方法拆解评价图的基本结构

1、基于国家标准的计算方法

2004年5月17日，国家标准GB/T19515—2004《道路车辆可再利用性和可回收利用性计算方法》，并于2004年11月1日起实施。

标准规定了用于计算新生产汽车的可再利用率和可回收利用率的方法。计算是在新车投放市场时，由车辆制造商完成，计算方法不反映对报废车辆的处理过程。

定量评价方法可再利用率Rcyc。式中：mp—预处理过程中回收的可再使用和可再利用的零部件和材料总质量，kg；mD—拆解过程中回收的可再使用和可再利用的零部件和材料总质量，kg；mM—金属分离过程中回收的可再使用和可再利用的零部件和材料总质量，kg；mTr—残余物处理过程中可再利用的非金属残余物的总质量，kg；mV—汽车整备质量，kg。％可回收利用率Rcov。式中：mTe—残余物处理过程中可以用于能量回收的剩余物的总质量，kg。％2、日本新型车回收利用率计算方法

日本汽车工业协会在“环境行动计划”中公布了新型车回收利用率的目标。为了在回收利用倡议的基础上，更好地推进“自主行动计划”，编制了回收利用率的定义和计算方法指南。它不仅适用于当前政府规定范围内的乘用车（1500~2000cc级），也适用于其他种类及大小的汽车（包括货车和二轮机动车）。

（1）回收利用计算考虑的因素。回收利用率是指在生产新型车时预测到的、将来该车报废时能够达到的回收利用质量与整车质量之比，实际上也是一个预测值。对汽车零部件回收利用性进行评价时，主要考虑以下４项因素:

拆解性：可将零部件从车上拆卸下来。

分离性：可将该零部件按原材料进行分类。

识别性：可确认原材料名称。

再利用性：可对该原材料进行回收再利用。

（2）回收利用方式分类。在计算新型车回收利用率时，将回收利用方式分成如下两大类:

材料回收再利用（Mrc）:作为原材料使用。热能回收再利用（Trc）:作为热能使用。

（3）回收利用率计算方法。

其中，乘用车车辆质量为：％基本概念

产品生命周期又称生命循环或寿命周期。是指经过开采、冶炼、加工、再加工等生产