产品的绿色设计课件

产品的绿色设计

8.1绿色设计产生的背景

工业革命以来，人类社会经过100多年的快速发展，长期以来采用较为粗放的、大规模工业发展模式，目前已经面临社会发展与环境和资源之间的深刻矛盾绿色设计产生的背景主要表现为：

1）是绿色消费的必然要求

2）是可持续发展的必然选择

3）是消除贸易保护（壁垒）的有效方法消费领域存在的两种循环：1）商品的生产循环2）商品的消费循环商品消费循环的弊端：1）新产品的生产需要耗用大量的原材料和能量，导致大量开采自然资源，使资源不断地减少美国：几乎已经用尽了探明的锰、铬、镍、铝土等矿产资源。据国外一些资料统计，按照当前的资源消耗率和开采量，在现有探明的矿产资源中，估计石油可供使用30年，铁可供使用93年，天然气可供使用58年、煤可供使用226年绿色设计是绿色消费的必然要求我国的人均资源占有量不足世界人均资源占有量的1/2。我国514个城市中，有2/3的城市不同程度缺水。据估计，到2020年，我国绝大多数矿产资源将短缺

2）新产品的生产过程还会影响人类身体健康并造成生态环境的恶化3）不断增多的报废和淘汰产品还会产生大量的废弃物，而人类处理这些废弃物的能力几乎达到了极限4)绿色设计的先行者直接赢利促进了绿色产品及绿色设计的迅速发展全球气候变暖同温层臭氧耗竭和地面臭氧污染大气污染水体污染生命健康受到损害可持续发展：以环境保护为重要内容，实现资源、环境与社会经济相协调发展。它是自然——经济——社会综合系统的持续、稳定、健康的发展3）可持续发展使人们进一步认识到必须摒弃粗放型生产方式，走集约化生产的方式的道路可持续发展强调把发展问题放在优先考虑的位置。从三个方面来理解1）可持续发展观正确反映了人在自然界的位置及人与自然的关系，是科学的自然观的反映2）可持续发展观突破了狭隘的“经济资源论”，赋予了自然资源以经济学的意义，它既能维持生态系统的动态平衡，又能维持社会经济系统的动态平衡

绿色设计是可持续发展的必然选择绿色设计是消除绿色贸易壁垒的有效方法绿色贸易壁垒（也称绿色保护主义）：进口国政府以保护生态环境为由，以限制进口、保护贸易为目的，通过颁布复杂多样的环保法规、条例，建立严格的环保技术标准和产品包装要求，建立繁琐的检验、认证和审批程序，实施环境标志制度，以及课征环境进口税等方式对进口产品设置的贸易障碍

提高进口产品的环境监测标准在数量和价格上限制没有“环境标志”的产品进口严格审查进口产品在其生产过程中对自然环境的影响等贸易壁垒主要表现形式国际上有关绿色贸易壁垒的案例日本对进口大米规定了农药残留检测指标美国：1990年以保护海洋珍贵动物为由，禁止墨西哥等国的金枪鱼及其制品进口对产品进行绿色设计，可以生产满足社会和市场需要的绿色产品，从而克服贸易保护的限制，无论对社会的发展和经济的提高，还是提高产品在国际市场上的竞争能力都具有重要的意义欧洲共同体各国联合禁止进口含“偶氮”染料的纺织品丹麦要求所有进口的啤酒和饮料必须使用可重复利用的容器等我国：美国认为我国陶瓷产品中对人体有害的重金属铅严重超标，致使我国的陶瓷产品在美国市场中的份额大大下降，仅占同期日本同类产品的10%

我国：欧共体规定进口纺织品禁用的118种染料中就有104种正在为我国印染厂家使用

2002年联合国在南非约翰内斯堡召开的“可持续发展世界首脑会议”通过的《关于可持续发展的约翰内斯堡宣言》与《可持续发展世界首脑会议实施计划》，其核心是提出了应建立社会、经济、资源和环境相协调的可持续发展战略1972年在瑞典斯德哥尔摩召开的“联合国人类环境会议”通过的《人类环境行动计划》1992年联合国在巴西里约热内卢召开的“世界环境与发展大会”通过的《关于环境与发展的里约热内卢宣言》、《21世纪议程》8.2绿色产品8.2.1绿色产品的定义绿色产品的概念是20世纪70年代在美国政府起草的环境污染法规中首次提出的。但真正的绿色产品首先诞生于前联邦德国绿色产品或称为环境协调产品（EnvironmentalConsciousProduct——ECP），是相对于传统产品而言。由于对产品“绿色程度”的描述和量化特征还不十分明确，因此，目前还没有公认的权威定义,下面即为绿色产品的几种主要定义方式：1.绿色产品是指以环境和环境资源保护为核心概念而设计生产的，可以拆卸并分解的产品，其零部件经过翻新处理后，可以重新使用刊登在美国《幸福》双周刊上一篇题为“为再生而制造产品”的文章认为：绿色产品是指将重点放在减少部件，使原材料合理化和使部件可以重新利用的产品也有人把绿色产品看成是：一件产品在其使用寿命完结时，其部件可以翻新和重新利用，或能安全地把这些零部件处理掉，这样的产品被称为绿色产品还有人把绿色产品归纳为从生产到使用，乃至回收的整个过程都符合特定的环境保护要求，对生态环境无害或危害极少，以及利用资源再生或回收循环再用的产品综合上述分析，绿色产品就是在其生命周期全程中，符合特定的环境保护要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率最高，能源消耗最低的产品绿色产品的特点①优良的环境友好性②最大限度地利用材料资源即产品从生产到使用乃至废弃、回收、处理处置的各个环节都对环境无害或危害甚小应尽量减少材料使用量，减少使用材料的种类，特别是稀有昂贵材料及有毒、有害材料要求企业在生产过程中选用清洁的原料，清洁的工艺过程，生产出清洁的产品；用户在使用产品时不或很少产生环境污染，并且不对使用者造成危害要求设计产品时，在满足产品基本功能的条件下，尽量简化产品结构，合理选用材料，并使产品中零件材料能最大限度的再利用③最大限度地节约能源，绿色产品在其生命周期的各个环节所消耗的能源应最少普通产品生命周期是指产品从“摇篮到坟墓”（cradle-to-grave），即从产品设计、制造、销售、使用乃至废弃的所有阶段绿色产品生命周期应将其扩展成从“摇篮到再现”（cradle-to-reincarnation）的过程即除了普通产品寿命周期阶段外，还应包括废弃（或淘汰）产品的回收、重用及处理处置阶段⑤废弃淘汰产品的回收、重用及处理处置过程。绿色产品生命周期包括以下五个过程①绿色产品规划及设计开发过程②绿色产品制造与生产过程③产品使用过程④产品维护与服务过程8.2.2绿色产品的评价标准及其认证绿色产品至今尚无严格准确的行业标准，但从消费市场来看，目前得到公认的绿色标准包括以下三条：③产品使用后可以和易于拆卸、回收、翻新或能够安全废置并长期无虑①产品在生产过程中少用资源和能源，并且不污染环境②产品在使用过程中能耗低，不会对使用者造成危害，也不会产生环境污染物目前，德国绿色标志产品已达7500多种，占其全国商品的30％1987年前联邦德国出台第一代绿色标志绿色产品的认证情况德国：德国水溶油漆自1981年开始被授于环境标志（绿色标志）以来，其贸易额已增加20％法国、瑞士、芬兰和澳大利亚等国：新加坡和马来西亚：目前已有20多个国家对产品实施环境标志在1992年开始实施环境标志于1991年对产品实施环境标志

其后日本、美国、加拿大等国也相继建立自己的绿色标志认证制度我国于1993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3个绿色标志（环境标志或生态标志）：中国环境标志、有机食品标志、绿色食品标志其寓意为“全民联合起来，共同保护人类赖以生存的环境”由青山、绿水、太阳及10个环所组成标志图形的中心结构表示人类赖以生存的环境外围的十个环紧密结合，环环紧扣表示公众参与，共同保护环境同时十个环的“环”字与环境的“环”同字中国环境标志各国环境标志有机食品标志有机食品：在生产加工中不使用化学农药、化肥、化学防腐剂和添加剂，也不用基因工程生物及其产物，因此它是真正源自自然、富营养、高品质的安全环保生态食品该标志由国家环保总局有机食品发展中心认定颁发，主要认证对象是粮食、蔬菜、果品、畜禽、水产品和食用油等产品绿色食品绿色食品分为A级和AA级。A级标志为绿底白字，AA级标志为白底绿字。该标志由中国绿色食品协会认定颁发

绿色食品标志由三部分构成，即：上方的太阳、下方的叶片和中心的蓓蕾，标志为正圆形，意为保护、安全A级绿色食品：系指在生态环境质量符合规定标准的产地，生产过程中允许限量使用限定的化学合成物质，按特定的生产操作规程生产、加工，产品质量及包装经检测、检查符合特定标准，并经专门机构认定，许可使用A级绿色食品标志的产品绿色认证产品：目前涉及七类产品，即家用制冷器具、气溶胶制品、可降解地膜、车用无铅汽油、水性涂料和卫生纸等当前国际上绿色商品涉及诸多领域和范围，如绿色汽车、绿色电脑、绿色相机、绿色冰箱、绿色包装、绿色建筑等AA级绿色食品：指在生态环境质量符合规定标准的产地，生产过程中不使用任何有害化学合成物质，按特定的生产操作规程生产、加工，产品质量及包装经检测、检查符合特定标准，并经专门机构认定，许可使用AA级绿色食品标志的产品农业部农产品质量安全中心副主任罗斌日前在哈尔滨市参加“２００６中国农产品质量安全论坛”时表示，全国绿色食品生产企业总数已达３６９５家，认证产品总数达到９７２８个8.3绿色设计及其特点与方法8.3.1绿色设计及其特点所谓绿色技术（GreenTechnolosy——GT）或西方称之为“环境友善技术”（EnvironmentalSoundTechnology——EST），是减轻环境污染或减少原材料、自然资源使用的技术、工艺或产品的总称绿色设计就是以绿色技术为原则所进行的产品设计绿色设计完整定义：即在产品整个生命周期内，着重考虑产品环境属性（可拆卸性、可回收性、可维护性、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，保证产品应有的基本功能、使用寿命、质量等产品生命周期概念原材料提取加工材料产品生产制造产品流通产品使用与服务产品回收材料拆卸材料拆卸材料拆卸环境：大地、大气、海洋等①②③④能源回收或焚烧通过热裂解的清洁燃料生产①直接再循环或重复利用②可直接利用成分的再制造③再循环材料的再加工④单体/原材料再生产品生命周期阶段与环境的关系1.绿色设计扩大了产品的生命周期绿色设计的特点2.在设计与制造阶段强调节约资源和能源制造过程中可能产生的废弃物是什么，有毒成分的可能替代物是什么，报废产品如何管理，设计对产品回收性有什么影响，零件材料对环境有何影响，用户怎样使用产品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，即从摇篮到再现的整个过程

3.绿色设计有利于环境保护，维护生态系统平衡

2）能源消耗的最少化

1）自然资源使用的最少化3）废弃物产生的最少化4）对生态系统平衡的危害最小化5）对人类健康和安全的危害最小化任何产品首先必须具有其功能、质量、寿命和经济性，否则绿色程度再高的产品也是没有实际意义的绿色设计与传统设计的关系1.没有传统设计就没有绿色设计3.绿色设计涉及机械制造学、材料学、管理学、社会学、环境学等诸多学科的内容，具有较强的多学科交叉特性★传统设计是绿色设计的基础★绿色设计是对传统设计的补充和完善传统设计只有在原有的基础上将环境属性作为产品的设计目标之一，才能使所设计的产品满足绿色性能的要求，具有市场的竞争力绿色设计要求设计人员在设计构思阶段就要把降低能耗、易于拆卸、再生利用和保护生态环境与保证产品的性能、质量、寿命、成本的要求列为同等的设计目标，并保证在生产过程中能够顺利实施

绿色设计通常有三个主要阶段，即：不是将注意力集中在产品本身。从产品的整体质量考虑，设计人员不应只根据物理目标设计产品，而应以产品为用户提供的服务或损害为主要依据①跟踪材料流，确定材料输入与输出之间的平衡②对特殊产品或产品种类分配环境费用，并确定相应的产品价值③对设计过程进行系统性研究2.设计依据、设计工艺、设计技术以及设计目的等方面不同8.4绿色设计的主要内容主要内容绿色产品的描述与建模

绿色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

绿色设计数据

1.绿色产品的描述与建模例如冰箱产品：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.绿色设计的材料选择与管理

1)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选用无毒、无污染材料及易回收、可重用、易降解材料2)加强材料管理另一方面，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低到最低限度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已提出了绿色产品的评价指标体系、评价标准制定原则利用模糊评价法对冰箱的“绿色程度”进行了评价3.产品的可回收性设计可回收性设计：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③可回收性经济评价主要内容有：①可回收材料及其标志②可回收工艺与方法④可回收性结构设计3）洁净的净化工艺回收设计准则

1）结构易于拆卸2）尽可能选取可整新的零件8）尽可能利用回收零部件或材料7）采用系列化、模块化的产品结构6）限制材料种类，特别是塑料5）结构设计应有利于维修调整4）可重用零部件材料应易于识别分类4.产品的可拆卸性设计

拆卸设计的定义：就是从产品或部件上有规律地拆下可用的零部件的过程，同时保证不因拆卸过程而造成对零部件的损伤拆卸设计的目的：

1）产品零部件的重复利用

2）材料的回收

3）元器件的回收拆卸设计的类型：

1）破坏性拆卸

2）部分破坏性拆卸

3）非破坏性拆卸拆卸设计准则1).明确拆卸对象

对有毒或者轻微毒性的零件或再生过程中会产生严重环境问题的零件应该拆卸，以便于单独处理，如焚化或填埋对于制造成本高、寿命长的零部件，应尽可能易于拆卸对于由贵重材料制成的零部件应能够折卸，实现零部件重用或贵重材料的再生2).拆卸工作量最少准则(1)产品在满足功能要求和使用要求的条件下，尽可能简化产品结构和外形，减少组成零部件的数量的类型(2)尽量简化拆卸工艺，减少拆卸时间，降低对维护、拆卸回收人员的技能要求

两层含义：具体原则：尽量使用标准件和通用件通过零部件合并，尽量减少零部件数量尽量减少材料种类尽量使用兼容性能好的材料组合采用模块化结构常用热塑性材料兼容性PEPVCPSPCPPPAPOMSANABSPE√×××√××××PVC×√×××××√√PS××√××××××PC×O×√×××√√PPo×××√××××PA××O××√×××POM××××××√××注：√–相容性好，o–相容性一般，×–相容性差紧固件数量最少准则紧固件类型统一准则简单的拆卸运动准则尽量使用易于拆卸或者易于破坏的联接方式

3).与结构有关准则以塑料件为例，粘结工艺通常不适合面向拆卸回收的设计，因为在拆卸时需要很大的拆卸力，而且其表面残余物在零件回收时很难去除。但是如果零件和粘结剂采用同一种材料，则可一起回收，可以用于面向拆卸回收的设计中

4).易于拆卸准则非刚性零件准则标准化准则便于抓取准则产品设计时，尽量采用刚性零件设计合理的拆卸基准合理的拆卸基准不仅有助于方便省时地拆卸各种零件，还易于实现拆卸自动化设置合理的排放口位置封装有毒、有害材料5).易于分离准则一次表面准则便于识别分类准则常用的识别方法有：颜色识别标志模压标志条形识别标志减少零件多样性准则利用模块化设计原理，尽量采用标准零部件尽量减少镶嵌物应防止要拆卸的零部件受到污染或腐蚀6).产品结构可预估准则产品在维护时，由于存在污染、腐蚀、磨损等因素会使产品的结构产生不确定性为了在产品废弃淘汰时，其结构的不确定性减少产品在维护时使产品的最终状态与原始状态之间不发生了较大的改变避免将易老化或易被腐蚀的材料与需拆卸、回收的材料零件组合5.绿色产品的成本分析成本分析时，就必须考虑污染物的替代、产品拆卸、重复利用成本、特殊产品相应的环境成本等6.绿色设计数据库内容为：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、费用绿色设计数据库：应包括产品寿命周期中与环境、经济等有关的一切数据制造、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

知识作用：主要用于设计过程中的选择与决策，如材料选择、方案选择、拆卸结构决策、设计结果决策等(1).绿色设计数据种类和知识的种类绿色设计数据包括产品生命周期过程中的所有数据。为分静态数据和动态数据。静态数据是指经过标准化和规范化的设计数据动态数据是指在设计过程中产生的有关信息绿色设计中，除了涉及大量数据外还涉及大量的知识为：公理性知识经验性知识标准型知识等(2).绿色设计的数据与知识的获取与表达绿色设计数据与知识的获取应做到：(a）设计数据与知识表达方式规范化和标准化三层含义：①数据与知识内容表达规范化；②数据与知识内容表达方式的文本格式标准化③数据与知识获取界面的规范化数据与知识的获取一般分两步进行：（b）设计数据与知识获取方式规范化和方便化②输入、维护、管理①收集、整理、归纳、总结和分类是通过数据结构来实现的。用于绿色设计数据与知识的数据结构有串、栈、表、树、图以及框架结构、网络结构等绿色设计数据与知识的表达8.5绿色产品的设计方法和关键技术绿色设计是一种集成设计，它是设计方法集成和设计过程集成设计方法:是一种综合了面向对象技术、并行工程、寿命周期设计的一种发展中的系统设计方法，是集产品的质量、功能、寿命和环境为一体的设计系统绿色产品设计的系统框图

3）绿色设计数据资料的收集整理与数据库的建立绿色设计的关键技术包括以下几个方面：1）绿色产品评价体系、方法的研究2）绿色设计模型的建立4）绿色设计方法的系统研究及知识库的建立在未来10年内，绿色产品有可能成为世界主要商品市场的主导产品我国绿色产品的发展和世界发达国家相比，无论是在范围还是数量上都有很大差距，尚处于初步发展阶段8.6绿色设计的发展国际经济专家分析认为：目前的绿色产品比例大约为5%～10%目前世界许多著名公司都积极致力于绿色设计技术的研究和绿色产品的开发，如日本尼桑公司正在开发绿色汽车，富士公司投放市场的即可拍“绿色相机”；美国IBM公司研究开发的绿色电脑等，都取得了良好的社会效益和经济效益正在开展国家自然科学基金项目－－环境绿色技术评价体系的研究机械科学研究院：完成了国家科委“九五”攻关项目－－清洁生产技术选择与数据库的建立机械工业基金项目－－绿色设计