（机械设计及理论专业论文）手机的绿色模块化设计.pdf

摘要 摘要 当前，手机已成为人们生活的必需品，它具有以下三个特点：需求 量大，款式多样，更新换代快。最新的手机概念产品推出几个月后就可 能面临退出市场的困境，因此谁能在最短的时间内，以最低的成本开发 出多种可以满足客户需求的产品，具备市场快速反应的能力，谁就能占 据市场主动。这要求手机企业采用基于平台的手机产品族开发模式，结 合模块化的方法，实现手机的低成本，快速开发，且以客户的需求定制 相应的模块，提高客户满意度。 与此同时，许多问题接踵而来：手机的快速更新换代，必然导致大 量的旧手机进入退役回收阶段，由于目前在手机设计方面，并没有考虑 产品退役方面的回收工作，造成对环境的重大污染和资源的严重浪费， 采用绿色设计方法进行手机设计势在必行。 基于此，本文对基于平台产品开发技术、手机绿色模块化两大技术 问题作了深入研究，提出了获取产品平台元素的有效方法，以及手机绿 色模块化的模块划分方法，该方法突破了以往学者研究上的理论性限制， 具有操作简便，实用性强等优点。 本文由三部组成：第一部分探讨了基于平台手机产品开发的主要步 骤与方法，包括了对手机产品平台进行概念设计，获取手机需求一一物 理结构一一功能之间的映射关系，对产品公共平台的需求元素及物理元 素的确定方法，及平台的优化方法进行了深入的探讨；第二部分对手机 的绿色模块化划分方法进行了研究，建立模块划分的划分目标体系，对 体系中的各指标进行量化，对不能量化的指标作模糊处理，然后标准化 各指标值，用层次分析方法把定性与定量指标相结合，生成元件的交互 矩阵，最后以交割阀值确定模块的划分方案，并以实例验证。第三部分 采用s q ls e r v e r 2 0 0 0 结合v c + + 工具，开发了基于平台的手机绿色模块 化划分辅助设计系统，该系统实现了基于平台绿色模块化手机设计知识 广东t 业大学硕t 学位论文 的存储与访问，产品平台元素的提取，及绿色模块化方案的生成。 关键词：手机；产品平台；绿色设计；模块化1 本论文获得广东省自然科学基金项目“电子产品可回收性设计理论及关键技术研 究”( 0 3 2 5 0 3 ) 资助。 i l 摘要 a b s t r a c t a tp r e s e n t ，t h em o b i l ep h o n eh a sb e c o m eap a r to fo u rl i f e i th a st h e f o l l o w i n g t h r e ec h a r a c t e r i s t i c s ：m a s sd e m a n d ，d i v e r s e s t y l e s ，f a s t r e p l a c e m e n t al a t e s tc o n c e p to ft h em o b i l ep h o n ep r o d u c t sh a v ej u s t l a u n c h h o w e v e r ，i th a st ob eo u to ft h em a r k e ti naf e wm o n t h s s o ，w h o c a n d e v e l o pn e wp r o d u c ti nt h es h o r t e s tt i m ew i t ht h el o w e s tc o s tt of u l lf i l l t h em o s to ft h ec u s t o m e rn e e d s ，n a m e l yr a p i dr e s p o n s et ot h em a r k e t ，w h o w i l lb et h ev i c t o r t h i sr e q u i r e st h ec e l lp h o n ec o r p o r a t i o n su s i n gt h e p r o d u c tf a m i l yd e v e l o p e db a s e d o np l a t f o r mm e t h o d ，t o g e t h e rw i t h m o d u l a r i t ya p p r o a c h i nt h i sw a y , i tc a na c h i e v et h eg o a lo fl o w - c o s ta n d r a p i dd e v e l o p m e n t ，t h e n ，a n dc u s t o m e r sc o u l ds e l e c tf a v o r e dm o d u l e sb a s e d o nn e e d s i m p r o v et h ec u s t o m e rs a t i s f a c t i o ni sa n o t h e ra d v a n t a g e s a tt h es a m et i m e ，i tg i v e sr i s et om a n yp r o b l e m s a st h ec e l lp h o n e s r e p l a c e m e n tq u i c k l y , r e s u l t i n gi nal a r g en u m b e ro fo l dm o b i l ep h o n e sw e r e p u ti n t or e c o v e r yp h a s e ，c u r r e n td e s i g no ft h ep h o n en e v e ri sc o n s i d e r e dt h e r e c o v e r yw o r ka f t e rp r o d u c tr e t i r e m e n t ，r e s u l t i n gi ne n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n a n dw a s t eo fr e s o u r c e s ，u s i n gg r e e nd e s i g nm e t h o d st o d e v e l o pm o b i l e p h o n e i si m p e r a t i v e b a s e do nt h ei s s u e sm e n t i o n e da b o v e ，i nt h i sp a p e r ，w ef o c u so nt h e r e s e a r c ha b o u tt h ed e s i g no ft h ep l a t f o r mf o rm o b i l ep h o n e s ，a n di t sg r e e n m o d u l a rc o m p l e t e d w ea l s od e v e l o p e da ne f f e c t i v em e t h o dt oo b t a i n p l a t f o r me l e m e n t s ，a sw e l la sg r e e nm o d u l a rp h o n ei sd i v i d e d t h i sm e t h o d h a sm a d eab r e a k t h r o u g h ，s i n c ei ti sm o r es i m p l ea n dp r a c t i c a lc o m p a r et o t h er e v i e w s t h ef r a m e w o r ko ft h i sp a p e ri sc o m p o s e do ft h r e ec o m p o n e n t s ：o n e a s p e c tf o c u s e do nd i s c u s st h ed e v e l o p m e n ts t e p sa n dm e t h o d so ft h em o b i l e p h o n e ，i n c l u d i n gt h ec o n c e p td e s i g no fm o b i l ep h o n ep r o d u c tp l a t f o r m ， i i i 广东工业人学硕i ：学位论文 o b t a i n e dt h e m a p sa m o n gd e m a n d sp h y s i c a l s t r u c t u r ea n df u n c t i o n r e l a t i o n s h i p s t h i sp a p e rp r o b ei n t oh o wt od e t e r m i n et h ep u b l i cd e m a n d e l e m e n t sa n dp h y s i c a le l e m e n t so ft h ec o m m o np l a t f o r m ，a sw e l la st h e m e t h o do fp l a t f o r mo p t i m i z e d ；a n o t h e ra s p e c ti sa b o u tt h er e s e a r c ho nt h e g r e e nm o d u l a rd i v i d e da p p r o a c ha n de s t a b l i s h i n gt h es y s t e mo fm o d u l a r d i v i d e di n d e x e s ，t h e nq u a n t i z e dt h e s ei n d e x e si nt h es y s t e m i n d i c a t o r s ， w h i c hc o u l dn o tb eq u a n t i f i e d ，w eu s ef u z z ya p p r o a c ht om e a s u r et h e m a f t e rs t a n d a r d i z i n gt h ev a l u eo fi n d i c a t o r s ，i t g e n e r a t e st h ei n t e r a c t i v e m a t r i xu s i n ga h p a p p r o a c h f i n a l l y , o b t a i nt h es o l u t i o no fm o d u l e sd i v i d e d e x a m p l eh a s b e e ne n u m e r a t e dt ov a l i d a t et h ea p p r o a c h t h i r d ，w e d e v e l o p e dac e l lp h o n eg r e e nm o d u l a rd e s i g ns y s t e mb a s e do np r o d u c t c o m m o np l a t f o r ma i d e dd e s i g ns y s t e mb yu s i n gs q ls e r v e r 2 0 0 0a n dt h e v c + + t o o l s w i t ht h i s s y s t e m w ec a nr e s t o r ea n da c c e s st h e d e s i g n k n o w l e d g eo ft h eg r e e nm o d u l a rd e s i g nb a s e do np l a t f o r m ，w h i l eo b t a i nt h e p r o d u c tp l a t f o r me l e m e n t sa n ds o l u t i o no ft h eg r e e nm o d u l a rd e s i g ni s a n o t h e rt w of u n c t i o no ft h i ss y s t e m k e yw o r d s ：m o b i l ep h o n e ；p r o d u c tp l a t f o r m ；g r e e nd e s i g n ；m o d u l a r i t y k e yw o r d s ：m o b i l ep h o n e ；p r o d u c tp l a t f o r mg r e e nd e s i g n ；m o d u l a r i t y i v 已发表的学术论文 独创性声明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以 标注和致谢的地方外，论文中不包含其它人已经发表或撰写过的研究成果，不包 含本人或其它用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明，并表示了谢意。 本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下取得的，论 文成果归广东工业大学所有。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特 此声明。 论文作者签字： 指导教师签字： 矽，床衩 彳钿 年，月；套日 第一章绪论 1 1 研究背景 1 1 1 手机的特点 第一章绪论 1 保有量大随着人们生活水平的日益提高，手机己成为人们日常生活中不可 或缺的通讯工具，手机的数量不断增加( 见图1 - 1 ) 据新华社北京2 0 0 8 年1 2 月2 4 日 电，信息产业部2 4 日发布最新统计显示，到11 月底，全国手机用户较上年底增加 7 8 3 2 1 万户，月均增加7 1 2 万户，手机用户数超过5 亿户，这还仅仅是用户数，包 括废旧手机，平均每人拥有2 台以上。 图1 - 1 移动电话增长图 f i g1 - 1g r o w t ho fm o b i l ep h o n ep l a n s 2 款式新颖多种多样我国人口基数大，经济发展快，手机需求量大，手机市 场一直是吸引最多商家目光的行业，从主流进口厂商到国产山寨王，手机厂家林 林总总，所以手机市场是一个从来都不缺乏竞争的战场，各大厂商为了占领更大 的市场不得不使出浑身解数，开发出更多可以满足客户需求的产品。另一方面， 社会发展，人民生活水平提高，社会层次分化严重，由于收入水平，教育层次， 个人喜好不同，对手机的需求不同，要求手机的种类多种多样，目前国内销售的 手机品牌至少已经超过4 0 种，手机型号更是多达1 0 0 0 种。从市场状况来看：2 0 0 0 二量些垒兰堡土兰些篓墨 元及以下手机关注比例占整体市场关注度的大半江山；近四分之三机型报价都在 2 0 0 0 元及以下，下图是低端手机市场各主流厂商的产品数量，若是加上中高端市 场，数目更是惊人。 3 生命周期短，更新换代快手机作为电子产品，其物理寿命是由设计所决定 的，但目前大部分的手机在物理寿命到达之前早已经退出使用阶段。原因在于， 电子类产品由于技术发展速度快，核心技术层出不穷，一项新的技术出现，马上 受到热捧r 旧产品不得不在物理寿命到达之前黯然退出市场，近来随着手机的价 格不断下降，功能不断提升，造型更趋于时尚，使得手机更新换代的速度不断加 快。赛迪网的调查显示中国近六成的用户有换机需求。高收入或对手机时尚比较 敏感的客户半年左右换一次；半年至一年换手机的用户比例为1 2 8 ：一年至两年 换手机的用户比例为2 4 4 。黑白机，彩屏、和弦、无线上网，音乐手机，m p 3 手机，电视手机。数码拍照到智能手机，3 g 手机每项技术代表手机的一个时 代，每一款行头十足的新功能都会唤起新换机太热潮。另外，由于手机的使用 频繁高，各大厂商的技术参差不齐，很多手机破损故障频频，导致大部分手机提 前报废。 牲：薮十太厂商2 0 元骐下产旦t 量丹树比 眭磊 诺景三 摩联夏天飞 lc 基 尼置托葱新语科 ge 亚 爱罗浦 c 立 拉 t 信 幽1 - 2 十大厂商产品数量分布对比 f i gi - 2t e nm a n u f a c t u r e r sd i s t r i b u t i o nc o m p a r eo f p r o d u c t s 4 废旧手机去向及回收现状 ( 1 ) 废旧手机的去向有专家曾围绕中国的手机用户对于废旧淘汰的手机的处 置方面进行过统计，得出了废旧手机最终流向统计图，见图卜2 。 ( 2 ) 回收现状旧手机回收不理。目前三大手机生产厂商诺基亚、摩托罗拉和 三星已经在中国境内率先实施治理废旧手机污染工作。诺基亚员工在2 0 0 2 年与国 第一章绪论 家环保局工作人员把废旧手机及手机电池、配件等废品放进专门制作的回收箱里， 从而拉开了诺基亚绿色环保回收大行动的序幕。摩托罗拉公司2 0 0 4 年6 月发起了绿 色中国绿色服务环保项目，在全国1 5 1 个城市设立了2 7 9 个回收点，近日又在西藏 自治区建立了一个绿色服务点。在偏远地区，摩托罗拉还开行了1 0 辆绿色服务车 进行环保知识宣传教育及电子垃圾回收。三星a n y c a l l 手机绿色回收项目也已经在 全国启动，全国6 0 个重点城市中，7 6 家三星金牌维修站内的显著位置都摆放了绿 色手机回收箱。但据报道：在诺基亚的客服中心大厅一角，该品牌手机专业回收 箱，分为手机附件、电池、主机三部分。据内部人员介绍，此回收箱已经设置半 年多了，但遗憾的是，这半年以来，仅回收到手机主机一部、电池几块及附件2 0 0 余个。摩托罗拉曾搞过为期一个月类似的专业回收活动，但活动结束后就没有再 继续回收废旧手机。 图l - 3 废旧手机流向图 f i g 1 3w a s t em o b i l ep h o n e sf l o wd i a g r a m 1 1 2 由手机引发的问题 由于我国手机总量大，款式多样，更新换代快，回收处理难等特点，使得手 机面临以下问题。 1 环境污染据中国信息产业部统计，我国平均每年淘汰近7 0 0 0 万部手机， 产生重量约7 0 0 0 吨的电子废弃物。就广州本地而言，平均每天产生的废旧手机高 达上千部，一旦处理不当，将会对环境造成极大危害( 一块旧手机电池污染六万 升水) 。由此带来的资源浪费和环境问题却令人担忧，若按平均每个用户每3 年更 3 广东1 = 业大学硕 学位论文 换一次手机的保守频率，每部手机一般都配有两块电池和一个充电器来算，中国 每年就有两亿块手机电池和l 亿个手机充电器变为垃圾。 手机中的电池和其他配件中含有诸如砷、汞、锑、镍、等有毒金属元素，废 弃手机无论作为垃圾掩埋或由焚化炉处理都会造成严重后果。手机废弃后不做任 何处理填埋了之，会严重污染土壤和地下水，易使人类，尤其使儿童出现神经系 统紊乱。而焚烧更会造成空气污染，最终形成酸雨。此外，焚烧手机产生的气体 会使人中毒，甚至可导致癌症、神经系统失调等疾病。 无论是直接报废还是流向二手市场的手机，他们最终的归属还是丢弃或者被 回收。目前我们由于环保意识，立法保障，回收体制的不健全，加上回收技术的 欠缺，大部分手机最终被小作坊露天提取贵金属，而那些失去价值的零部件和外 壳被随意丢弃，对环境造成重大影响。 2 资源浪费有资料显示，在这些电子垃圾中，7 个废弃手机线路板就能提取 一条金项链，若把手机电池回收积攒到i 0 0 0 千克，就可以提炼出0 2 千克黄金，而 每吨普通金矿石只能提炼0 0 0 2 千克黄金。1 0 0 0 千克废旧线路板，可以分离出1 3 0 千克铜、o 5 千克黄金、2 0 千克锡，价值达n 6 0 0 0 美元，加上铁、铝、镉、镍等， 价值可能达n 7 0 0 0 美元。 另外由于手机更新换代过快，很多手机未能流向市场之前，该款式已经过时， 库存量大，且其零部件没法在新机型中重新使用。而因故障而报废的手机，大部 分零部件还没有失效，就直接丢弃造成巨大的浪费。 3 相关法律法规出台美国于2 0 0 2 年正式启动了包括手机在内的废旧家电产 品的循环再生计划。2 0 0 3 年，欧盟为解决日益严重的废弃电子产品污染环境问题， 正式颁布处理废弃电子产品指导法令( w e e e ) ，法令明确要求欧盟所有成员国，必 须在2 0 0 4 年8 月1 3 日以前，将此指导法令纳入其正式法律条文中，建议各成员国考 虑将“整机回收 ，把笔记本和手机列为首要目标。同时发布并实施了废弃电子 电器设备指令和关于在电子电器设备中禁止使用某些有害物质指令，前者列 出了包括电话在内的1 0 大类近1 0 0 d 、类电子电器设备，要求包括进口商在内的电子 电器设备生产商承担产品废弃后的收集、回收利用和处理的责任；后者则要求从 2 0 0 6 年7 月1 日起，投放于市场的包括手机在内的各种新电子电器设备不得使用铅、 汞、锡、六价铬、聚溴二苯醚、聚溴连苯等有毒有害物质。 我国信产部联合国家发改委、环保总局、商务部、工商管理总局、海关总署 4 第一章绪论 等部委共同起草的电子信息产品污染控制管理办法在2 0 0 7 年3 月1 日起施行。 该办法对手机等电子产品在生产过程中即进行了环保规定。具体内容包括以下四 个方面。第一，要求企业在产品生产中要采用一些环保的材料，即有利于将来回 收再利用的材料。将有害材料简单化，能不用的不用，要用环保材料替代非环保 的材料。第二，为了有利于产品到了废弃时的回收，企业生产过程当中要对相关 材料上打标记，如产品采用了哪些材料，哪些是有害的，哪些是无毒无害的。否 则产品不能进入市场。第三，产品进入市场时要贴安全使用期限的标记，也就是 让用户知道该产品在所标记的期限内不会对环境造成污染，过了这个期限从环保 角度来讲就是废品，就应该进入回收处理再利用时期，而不应当再进入二手市场。 旧的电子产品能否进入二手市场继续销售使用，首先要保证没有超过这个安全使 用期，其次，可以经过一定的技术处理，将不符合环保的地方进行修改，达到安 全标准、质量标准和环保标准。 造成以上三方面问题的主要原因有：民众的环保意识不强，看问题，只停留 在当前的利益上；企业的社会责任感还有到位，更加注重生产成本，而忽略产品 自身的绿色属性。国家立法还不够健全，最重要的是手机开发的技术支撑不足， 因此，只有在手机开发设计阶段考虑手机产品的绿色性能才能开发出便于回收、 重用、升级的产品。 1 1 3 手机开发的发展方向 1 绿色性目前对其定义仍然有争议，一般认为绿色手机是指具有节能、低 污染、低辐射、易回收和符合人体工学等多方面特征的手机。其实质是将耗电 量、原材料以及对健康和环境的危害力争减少到最低限度，在我国目前是在一 般意义上将手机进行绿色化，在国内业界已有这样基本的共识：首先是最大限 度地降低手机的辐射；其次是手机的绿色化设计：再次对换代的手机及其废弃 物进行回收和再生资源化处理。就更广泛的环保意义而言，绿色手机还应考虑 到制造、使用过程中对资源和能源的消耗，以及对废弃物的处理。 2 智能化索尼爱立信推出世界第一款智能手机后，智能手机成为一个越来 越重要的市场。新机王p 9 1 0 更是引领了智能手机的新浪潮，个人数据管理、拍 照拍摄、无线上网，今后在今年还会增加收看电视节目和收发企业电子邮件的 5 广东工业大学硕l ：学位论文 新功能。摩托罗拉推出的a 7 8 0 和多普达的5 6 5 也都紧随其后，t c l 的智能手机 以实用为特点，例如神典智能手机可以通过连接线，自动检测汽车的工作状态， 保障驾驶安全。进入2 0 0 9 年，手机智商会越来越高，功能越来越强大，而操作 也越来越简单，即使是非智能手机，由于j a v a 技术而变得相当智能化；同时， 几大手机品牌高端市场的争夺也将更加激烈。 3 平台化模块化一个完整意义上的手机平台，是有开发潜力的平台，它具 有良好的可扩展性和升级性，可最大限度满足用户个性化需求，平台化手机， 指的是创造手机开发平台，在平台基础上可以快速地开发出新的机型，达到成 本节约，开发周期短的目的。模块化：手机= 主机+ 各种功能模块，因为一台 高档手机造价不菲，网络规格却不断升级，如果不是采用功能模块的话，一旦 升级网络，所有的设备就得全部更换，那样会造成极大的浪费。因此如果高档 手机也是一样，往往一台手机价格不菲，但功能却全部集成在一起，虽然说内 存卡的分离已经说明手机在向模块化的发展，但仅仅只把手机存内存分离还远 远不够，我们可以再把比如c d m a 和g s m 模块独立出来，若要上g s m 卡的话 选配g s m 模块，要上c d m a 卡的话就上c d m a 模块。 不过随着制造工艺的发展，手机模块化是必然。就像p c 一样，开始也是全部 做在一起，内存，c p u 都集成在主板上。随着技术的进步，逐渐一个一个的从主 板上分离开来，就有了今天的p c 各部件。手机肯定有也走到这一程度的时候。只 是这个标准由谁来制定，这种产品会受到什么厂家的关注，可能还需要一段时间。 4 销售渠道网络化与功能配置由于手机的功能多样化，集成化，而消费者 对手机功能的要求已经由盲目性的认为越多越好，发展为逐渐理性化地选择， 不同的顾客对功能的要求不同，因此把网络销售与功能配置结合起来将会成为 下一步手机发展的一大亮点。 1 2 本文研究的意义 鉴于手机总量大，废弃处理难度高，对环境造成严重污染与手机更新换代 快，生命周期短，大规模生产成本高之间形成矛盾，为了解决这些问题而提出 了基于平台绿色模块化手机产品族开发方法。为实现手机开发的绿色化，模块 化，低成本提供技术支撑。本文采用了，绿色设计技术，模块化方法，基于平 6 第一章绪论 台的产品族开发等策略对手机的重新设计进行了研究，对绿色模块化手机开发 所采需的关键技术进行深入的探讨，并为研究提供了知识库支撑。本文从手机 产品的设计阶段出发，考虑产品的绿色性，改变手机可拆卸回收性等各方面的 性能，突破传统末端污染治理的局限，对于实现手机的完全绿色化有十分重要 的意义。 1 2 1 手机绿色设计的必要性 目前环境恶化、资源匮乏和出口面临的“绿色贸易刀壁垒，已严重制约了我 国手机企业的可持续发展，同时随着社会转型的加速进行，在国产手机进入国 际市场的同时，环境问题愈加严重，使我国手机企业面临更大的环境压力。 另一方面，国民绿色环保意识逐渐加强，对绿色概念产品特别青睐。因此， 在手机行业开展绿色设计显得尤其重要。绿色设计作为手机企业的长远发展策 略，通过与环境管理体系相结合，提高企业的经济效益，改善企业的环境绩效， 增强企业的市场竞争力，使环境保护和经济发展有机地结合起来，必将实现手 机行业的可持续发展。 j ： 1 2 2 模块化设计的必要性 手机的模块化是手机发展的必然方向，目前手机的消费观念已经由刚开始时 的盲目追求多功能到逐渐理性化的方向发展，即人们在选购手机时更多的是考 虑它的实用功能，即对自身有意义的功能，尤其是可以根据个人的个性化要求 选择手机的功能，既可以节省成本，又可以满足个性需求，把手机做成功能模 块，标准化接口，根据个人喜好选择功能模块，增加客户定制的可行性，必然 可以大大提高产品的满意度，及产品的市场竞争力。 目前手机零部件中，一些非主要部件，如：电池，充电器等，规格多样，接 口不一，例如一个家庭五口人，每人一台手机，就必须每人配备一个充电器， 假若对元件及其它的接口都标准化，每个家庭只需要_ 个充电器便已足够，可 以降低手机类产品对环境的影响。 另外，模块化是绿色设计的重要工具，也是实现产品快速开发的重要方法之 一，对手机模块化有利于提高产品的绿色性能缩短产品开发周期。 7 广东工业大学硕l 学位论文 1 2 3 基于平台的手机开发的意义 中国手机市场需求量大，利润空间广，吸引国内外各大手机生产商逐鹿，竞 争日益激烈，最后鹿死谁手，主要看谁可以在最短的时间内开发出最多新品种 手机满足各种用户的需求。基于平台手机产品族的开发方法因此得以重用，目 前已广泛得到业界的认可。基于公共产品平台手机产品族开发的优势总结如下： 1 降低开发、制造和运作成本。采用平台方法来节省成本是通过在一族产 品中重用元件和模块的设计，形成规模经济；减少设计和制造元件的时间；降 低库存；使用相同的制造过程或最少的程序来创建一族产品等； 2 提高手机产品的开发速度； 3 通过重用已证实了的零部件和技术，提高了产品可靠性和质量，降低了 开发风险。这对高风险产品尤其有意义，例如太空船； 4 降低企业管理复杂性； 5 通过快速增加产品品种，增强了商业策略的灵活性等。 1 3 手机研究现状 1 3 1 绿色手机 目前手机绿色设计的主要研究方向： 1 降低辐射从概念的角度来说，目前人们所公认的绿色手机指的是辐射低， 符合相关标准，对人体没有造成辐射影响的手机称为绿色手机，因此些，当前 绿色手机的主要研究方面是低辐射。手机辐射一直是影响手机的一大问题。手 机电磁波辐射主要来自于天线，英国沃里克大学研究小组开发成功的超低辐射 移动用天线，可使通话中的移动电话对人头部的电磁辐射减少9 7 。 低辐射天 线可进行使电磁波从后方折射等3 种动作，将约2 倍的面向使用者的电磁波折 射到其他方向，因此可使使用者吸收的电磁波减少到原来的l o 3 0 分之一。目前， 已有诺基亚等4 家移动电话制造商开始着手使这种新型天线趋于实用。 2 减少有毒有害物质减少手机及部件中的有害物质中兴通讯研发出了国产 第一款“无铅手机 并通过相关部门测试。这种手机产品不仅不含铅，还不含 汞、锅、六价铬、聚溴连苯和聚溴二苯醚等其他多种有害物质。 8 # 一 绪论 3 改变手机的材料以往的手机一般主要采用石油树脂作为基本材料- 现在 有研究人员研究其他材料来) j h i 手机，但并没有得到推广。 从以上几点可以看出，当前所谓的绿色手机并没有完全实现真正意义上的绿 色。广义的绿色手机应该是无公害，而且便于回收处理，方便升级重用。要从 真正意义上实现对环境无害就必须从手机的设计阶段，考虑手机的回收重用 及处理。 1 3 2 模块化手机 手机的模块化是实现手机绿色概念的重要工具，当前手机的模块化的研究已 经从模块化概念走向具体设计模块手机的概念： 我们今天就看到了一个好的 思想用类似夹克上的暗扣来实现手机模块化设计你需要什么，就带上什 么! 比如有的人喜欢高像素摄像头，有人喜欢q w e r t y 键盘，在其公司的绿色 概念手机上，你只需带上相应的模块并将它和主要部件扣在一起就行。 图1 - 4 模块手机 f i g1 4m o d u l a r p h o n e 通常来说，手机的功能越多，体积就越大，重量也越重虽然如今手机向着 轻薄发展，但是电量又成了问题。集成的功能越多硬件配置越高，价格也必 定昂贵，但是功能却不是我们都能够用的上的。而m e r f l o 概念给我们指出了一 条全新的道路将便携式电子消费产品做成一个模块化系统，就象拼机一样 定制自己喜欢的手机。 一家以色列的韧创公司。m o d u m o b i l e ，0 8 年2 月份宣布了一款新型手机。 广东工业人学硕上学位论文 以色列媒体非常看好它，有人甚至称它为世界上第一款模块化手机。它的新颖 之处在于它有一个核心模块和多种不同的外壳和配件。换上不同的外壳，它可 以变成男士、女士、或儿童用的不同款式的手机，加上配件，它甚至可变成m p 3 播放机、照相机、或者闹钟。这一手机计划0 8 年底交货，有三家电信公司准备 采用：意大利的t e l e c o mi t a l i as p a 、俄国的o a av i m p e lc o m m u n i c a t i o n s 、和以 色列的c e l l c o mi s r a e ll t d 。o a av i m p e l 计划使用卡通儿童外壳，而c e l l c o m 计 划配备简单耐用的外壳给军人用。这些外壳没有电子部件，造价非常低廉。它 的核心模块包括一个世界通用的四波段g s m 模块、一千兆存储空间、一个m p 3 播放器、一个u s b 接口和一个彩色屏幕。 1 3 3 各大厂商手机回收 手机垃圾在电子垃圾中占了非常大的比重，对于废旧手机的回收与处理，厂 商们表现出了非常积极的态度。两大手机生产厂商诺基亚和摩托罗拉已经在中 国治理电子污染方面走在了前头。诺基亚中国公司总裁何庆源介绍：“诺基亚基 于可持续发展的环境理念涉及公司运营的整个价值链，这是通过诺基亚四个大 的环境计划实施的，即面向环境设计、供应商管理体系、环境管理体系、生命 周期后的再生、再利用、再回收处理。一上世纪9 0 年代，诺基亚在英国和瑞典 启动了手机回收计划，目前，诺基亚已经在亚洲国家开展了此计划，其中包括 中国。据了解，2 0 0 2 年，诺基亚与国家环保总局共同开展的“绿色环保回收大 行动一是手机制造商首次在中国大范围进行废旧手机、配件及电池的回收活动， 它为中国建立回收体系建立示范模式。在一些维修点，会有特意为收集废旧手 机、电池、充电器设置的分类回收箱。回收箱一旦收集满了，分布在中国各个 地区的诺基亚维修点，就会将这些废旧物体统一运到诺基亚在苏州的工厂，苏 州工厂汇集起全国范围内的废1 日电池，然后再由诺基亚废旧电池处理的合作伙 伴一新加坡伟城工业负责，从苏州装箱运到上海，通过海运运达新加坡的伟城工 业。3 年前，诺基亚与伟城工业签定全球合作协议，伟城工业负责回收处理诺基 亚在亚太地区的所有废旧电池、零配件和手机电池。但这还不是诺基亚废旧电 池的旅程终点。伟城工业将其中的塑料成分无害化处理、回收利用。而包括废 旧手机、电池的芯片等成分，则要运到在法国的一家工厂，全世界这样的工厂 1 0 第一章绪论 只有两家，它们负责在手机废弃物中再次提炼出有用的部分，再提供给手机制 造商。鲍志仁解释说，这两家公司的机器设备非常昂贵，所以他们希望通吃手 机行业的废旧物，来维持运转。另一家手机巨头摩托罗拉联手中国消费者协会 及美国富勤集团共同发起的实施废旧手机及其附件回收及无害化处理的全国性 的环保行动，将该公司的手机回收与处理行动推向深入。 摩托罗拉多年来一直坚持对废旧手机及其零配件的回收：1 9 9 8 年摩托罗拉公 司发起了第一次绿色中国计划：2 0 0 0 年摩托罗拉在办公职场内部倡导绿色办公 室计划；2 0 0 3 年摩托罗拉公司联合7 家国内外手机厂商共同发起了“回收废旧 手机 的倡议；2 0 0 4 年摩托罗拉公司在天津工厂发起了绿色制造项目。继诺基 亚、摩托罗拉两大手机巨头之后，2 0 0 6 年3 月8 日，三星电子在北京宣布，三 星将从即日起正式启动其在全国的手机废件回收项目。三星将通过在北京、上 海、广州等全国6 0 个重点城市中的维修站安放手机废件回收箱，以回收废弃手 机及部件，避免废弃手机、废弃电池的有毒物质对环境造成污染。据三星电子 透露，三星回收的废弃手机及部件将不限品牌，目前三星已经在全国设立了7 6 家回收网点，用户可以就近进行投放。而三星会定期将回收的废弃手机及部件， 委托专业公司进行处理，以有效回收其中的金、铜等有效资源，并避免有毒物 质污染环境。以目前我国手机的淘汰速度来看，废旧手机经过统一回收分解得 到的铜、金、银等十几种高价值金属可以再出售，刨除回收和分解等成本，有 望实现高达1 5 的利润，比目前国内手机行业不足1 0 的平均利润率还高。诺 基亚就看到了这个“生财之道 ，通过优化设计，诺基亚的环保专家为产品设计 师提供完整的分析工具以便进行材料可回收率的定量分析，通过使用该工具， 目前诺基亚手机7 5 至9 0 材料都是可回收的。 一些公司在进行回收的同时，已经开始在产品中实行生态设计并取得了显著 的成效。如天津摩托罗拉公司，在产品开发阶段实施生态设计的同时，还成功 地开展了包装材料的减量化设计，如将废纸箱加工后作为包装填充物来取代泡 沫塑料；缩小包装尺寸提高包装盒利用率，原来单位产品的纸质包装材料重量 为5 5 克，改进后减少到2 5 克，既减少资源利用又节约费用；防静电包装袋价 格较为昂贵，现在已做到将静电包装袋收集清洗，经检测合格后返回给中游企 业再度利用，实现固体废弃物减量化。 广东下业大学硕 学位论文 1 4 本文研究的内容 本文研究的目标是通过绿色模块化技术结合基于平台产品族开发技术，对 现存的手机产品族进行重新设计，一方面降低手机开发的成本，缩短手机的开 发周期，提高手机变异设计的便利性，从而生产多种不同的手机款式以满足不 同种客户的需求：另一方面在设计阶段考虑手机的绿色性能设计，提高手机的 可拆卸，回收性，以及重用性等生命周期目标，全面提升手机的绿色性能，解 决当前手机对环境污染，以及资源浪费的问题。为手机的发展方向提供理论及 技术支撑。文章所采用的方法及其所解决的问题见表1 1 。 文章的重点在于手机的绿色模块化设计及手机产品族设计部分。本文的主要 研究内容及文章框架安排如下： 第l 章“绪论介绍论文研究的背景，理论与实际应用的研究意义以及研究 现状的论述。 第2 章“相关理论研究 分别介绍了的绿色设计，模块化，基于平台产品族 开发及产品族开发的理论，形成基于平台手机绿色模块化设计的理论研究框架。 第3 章“基于平台产品族开发进一步研究了基于平台产品族开发的步骤及 其相关技术。着重讨论了，市场信息获取，客户群聚类，对公司现有产品族建 模方法，平台元素获取，以及平台优化等技术。 第4 章“手机绿色模块化一在设计阶段全面考虑手机设计的绿色目标，包 括手机的可拆卸性，可回收性设计，长寿命设计，以及可重用、可处理性，总 结了绿色模块化的设计准则。利用层次分析法对手机进行模块化聚类，建立手 机模块化的功能及绿色模块化指标。并且对具体指标进行量化，通过对各元件 在指标之间的相似性及从属性分析，利用层次分析法对各指标进行综合评价， 指导模块聚类，形成最终的绿色手机模块。 第5 章建立支撑基于平台绿色模块化手机产品设计的知识库。包括：手机 产品的基本信息，材料信息，功能信息，几何拓扑等信息进行建模，并利用 s q l 2 0 0 0 对部分信息进行采集。 1 2 第一章绪论 表1 1 本文所采用的技术 t a b l e 1 - 1t e c h n o l o g yu s e di nt h i sa r t i c l e 提出问题分析解决方法关键技术 1 ) 功能模块化 2 ) 构建产品族平台 1 、手机行业竞争 基于平台 激烈，技术更新 要求快速设计产品族设3 ) 变量设计方法 换代快，导致开 计 发周期短 4 ) 平台评估 5 ) 建立零件、绿色模块库配置 产品 2 、用户需求多种 占领市场必须以 1 、需求分析建模准确把握客户 多样，目前市场 最少的种类满足通过变形 需求 有1 0 0 0 种以上机 最多客户需要，设计快速 要求能以低成本开发产品2 、产品平台与变量设计结合 型 开发出多种产品 1 ) 绿色设计准则 2 ) 长寿命设计 3 、手机废弃量大由于设计不合理 ，无法回收利用或者设计者没有绿色设计 3 ) 面向拆卸的设计 4 、贵金属回收成考虑产品退役的方法 4 ) 面向回收的设计 本高回收利用 5 ) 面向重用的设计 6 ) 模块化方法 1 ) 寻求绿色替换新材料 5 、大量有毒有害 材料选择成控制 绿色 成本之间的矛2 ) 有毒害物质进行模块聚类 物质模块化 盾， 3 ) 减少所用材料数量和重量 6 、手机绿色模块需要设计数据库 零件模块1 ) s q ls e v e r2 0 0 0 化设计需求大量存储数据作为知 库、绿色 的知识及数据支 识库支撑设计， 知识、需2 ) v c + + 面向对象编程技术 求知识描 撑以及对知识建模 述3 ) 可拓论方法 1 3 广东工业大学硕士学位论文 第二章相关理论研究 当前新手机产品的开发速度不断地提高，种类要求也越来越多，主流手机 生产商大都已经采用的了产品族开发技术，因此为了提高手机设计的环境属性 就必须以绿色模块化设计作为桥梁，把绿色设计技术、模块化技术与基于平台 的产品族开发方法结合起来，系统地研究基于平台的绿色模块化技术在手机设 计中的应用。本章将会对基于平台的手机绿色模块化过程所采用的相关理论展 开阐述，并且讨论了如何把这几项技术相结合的开发步骤与过程。 2 1 绿色设计理论 2 1 1 绿色设计思想 绿色设计( g r e e nd e s i g n ，简称g d ) 是现代设计方法之一。传统产品的设计方法 以提高企业经济效益为设计目标，仅考虑产品的基本属性( 如：功能、质量、寿命、 成本) 而不考虑产品的环境属性。设计人员主要是根据该产品基本属性指标进行设 计，只要产品易于制造并具有要求的功能、性能即可，很少或根本没有考虑资源 再生利用，以及产品对生态环境的影响按传统设计生产制造出来的产品，在其使 用寿命结束后往往就成为一堆废弃物垃圾，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。 绿色设计的基本思想：绿色设计包含了产品从概念到生产制造、使用乃至废 弃后的回收、重用及处理处置的生命周期各个阶段。为了从根本上防止污染，节 约资源和能源，关键在于设计阶段防患未然，不能等待产品产生了不良的环境影 响再采取补救措施，而要预先设法防止产品及工艺对环境的负作用。 绿色设计思想产生于上世纪7 0 年代，发展至今已经形成了比较完善的理论体 系，其中国内影响力最大的是合肥工大的刘光复、刘志峰等人所提出绿色设计相 关理论。 2 1 2 绿色设计的研究内容 目前绿色设计的主要研究内容有： 1 4 第二二章相关理论研究 1 绿色设计理论体系的研究对绿色设计的理论基础进行深入研究，突破传统 设计理论只考虑产品本身的结构、功能、材料等要素而忽视其全生命周期性能 的缺陷，研究绿色设计的定义、内涵、理论基础、体系结构和学科交叉等【- l 。 2 绿色设计关键技术研究从设计的角度出来，考虑产品的绿色性能，通过在 设计阶段考虑产品的环境属性，采用相应的绿色准则以产品设计进行指导。目 前较为常见的研究内容是面向拆卸的设计d f d ( d e