绿色设计论文.doc

绿色设计的发展及产品回收设计探讨摘 要：随着人们对自然界资源的无限度开发利用，人们如今面临着资源短缺、气候变暖等一系列的危胁。保护环境，节约资源逐渐为各界人士所重视。机械制造业承担着生产、生活资料工加工重任，为了最大限度的实现可持续发展，绿色设计、绿色制造、新能源等糅合了环境因素的现在制造技术正被人们所提倡。绿色设计是从原材料的选择到产品的报废回收等全生命周期中考虑环境因素，兼顾产品性能，和企业经济效益的符合人类长远利益的。回收设计作为绿色设计的一个方面，起着从源头作好节约资源的作用。在产品设计中大力推广可回收设计是必须的。关键词：绿色设计 回收设计 可持续发展引言 绿色设计(Green Design)是20世纪80末出现的一股国际设计潮流。绿色设计反映了人们对于现代科技文化所引起的环境及生态破坏的反思，同时也体现了设计师道德和社会责任心的回归。 在漫长的人类设计史中，工业设计为人类创造了现代生活方式和生活环境的同时，也加速了资源，能源的消耗，并对地球的生态平衡造成了极大的破坏。特别是工业设计的过度商业化，使设计成了鼓励人们无节制的消费的重要介质，“有计划的商品废止制”就是这种现象的极端表现。无怪乎人们称“广告设计”和“工业设计”是鼓吹人们消费的罪魁祸首，招致了许多的批评和责难。正是在这种背景下，设计师们不得不重新思考工业设计师的职责和作用，绿色设计也就应运而生。 对于绿色设计产生直接影响的是美国设计理论家维克多巴巴纳克（Victor Papanek）。早在20世纪60年代末，他就出版了一本引起极大争议的专著为真实世界而设计（Design for the real world）。该书专注于设计师面临的人类需求的最紧迫的问题，强调设计师的社会及伦理价值。他认为，设计的最大作用并不是创造商业价值，也不是包装和风格方面的竞争，而是一种适当的社会变革过程中的元素。他同时强调设计应该认真有限的地球资源的使用问题，并为保护地球的环境服务。对于他的观点，当时能理解的人并不多。但是，自从70年代“能源危机”爆发，他的“有限资源论”才得到人们普遍的认可。绿色设计也得到了越来越多的人的关注和认同。1.绿色设计的发展现状1.1国外研究发展现状2007年，绿色节能引起了全社会的共同关注，生存的环境日益恶化，可利用的资源日趋枯竭，经济的进一步发展爱到了严重制约，这些问题甚至直接影响到人类文明的繁衍，令人们再也无法忽视。制造业企业不断消耗自然资源，不断开发新产品，淘汰旧产品，产生大量废弃物，污染环境。为此人们不得不改变传统的生产模式，实行可持续发展模式，即合理地利用资源，最大限度地减少对环境的破坏和污染，使人类和环境协调地发展。相关的法规也开始逐步被制订出来，2006年7月1日，欧盟电气、电子设备中限制使用某些有害物质(RoHS)指令正式生效，这将对全球的电子制造厂商进行约束。目前，国外不少国家的政府部门推出了以保护环境为主题的“绿色计划”。加拿大政府已开始实施环境保护“绿色计划。美国、英国、德国也推出类似计划。在一些发达国家，除政府采取一系列环境保护措施外，广大消费者已出现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。凡产品标有“绿色标志图形的，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小，并利于资源的再生和回收。国际经济专家分析认为，在未来10年内绿色产品有可能成为世界商品市场的主导产品。不少著名企业都将绿色产品作为未来竞争的重要筹码，不惜投入大量财力、人力、物力进行研究。1993年，美国各大汽车公司就结成回收联盟，在密歇根建立车辆拆卸中心，专门研究车辆的回收拆卸技术。美国制造工程师学会1996年发表了关于绿色制造的蓝皮书(Green Manufacturing)，提出绿色制造的概念，并对其内涵和作用等问题进行了较系统的介绍。1998年SME又在国际互联网上发表了“绿色制造的发展趋势的网上主题报告。美国机械工程学会(ASME)也在网上公布了不少研究论文。美国加利福尼亚大学伯克利分校(University of California，Berkeley,UCB)，不仅设立了关于环境意识设计和制造的研究机构，而且成立了绿色设计与制造协会(CGDM)。由国际电子电器工程师协会(IEEE)和日本生态设计(Ecological Design)协会联合发起，在松下、索尼、国际商业机器公司（简称IBM)、丰田等多家跨国公司的赞助下，国际环保意识设计和逆向制造技术研讨会，迄今已成功举办了三届，对环保意识设计和逆向制造技术展开了讨论。欧洲、日本、美国等发达国家的许多跨国公司都制定了绿色制造实施目标和措施，开展节能、降耗、产品生命周期评估(Life CycleAssessment，LCA)、环境审核、绿色产品开发等日本早在1991年就推出了“绿色行业计划，日本本田公司2001年曾提出“到2003年将全面实施绿色制造”的口号。特别是，近年来随着IS014000环境管理体系系列标准、绿色产品标志认证等的颁布，企业环境管理和绿色设计的研究更加活跃。2006年11月底的洛杉矶车展上，通用公司的绿色设计概念车一们悍马氧气成为了车展上的最大的设计赢家。这款悍马概念车包含一个充满海藻并可以释放氧气的车身。在停车时，车身可以像树叶一样展开，吸收阳光。它拥有铝制车体，由氢和燃料电池提供能量。丰田汽车公司设计了用柳条为座椅的电力车；戴姆勒克莱斯勒的豪华梅塞德斯奔驰采用了可置换柴油车，并采用可轻松替代和循环的木制踏板。2007年，混合动力汽车在北美市场上获得迅猛发展。从最早的电动汽车到混合动力车到生物燃料车到燃料电池车，再到未来更完美的无人驾驶智能车，“新能源、“绿色环保这些字眼已经与汽车设计有机地结合起来了。1.2国内研究发展现状 绿色设计是一个比较新的研究领域，国内在该领域的研究起步比较晚，国内一些高等院校和研究院所在国家科委、国家自然科学基金会和有关部门的支持下对汽车产品绿色设计技术进行了广泛的研究探索l。机械科学研究院己完成了国家科委“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技术发展趋势及对策研究。围绕机械工业中九个行业对绿色技术需求和绿色设计技术自身发展趋势进行了调研，在国内首次提出适合机械工业的绿色设计技术发展体系，同时还进行了车辆的拆卸和回收技术的研究。环境技术认证(Environmental Technology Verification，ETV)是美国、日本、加拿大等发达国家推行的一类基于第三方技术验证的技术评价体系。即政府认可的第三方机构受政府或技术开发方委托，完全独立地对具有商业化潜力的创新环境技术进行科学的测试和验证，并将验证的全过程数据和结果公开，作为政府示范、推广新技术的参考。目前，国家环境保护总局已委托中国环境保护产业协会开展中国ETV的试点工作。正在开展的国家自然科学基金项目“环境绿色技术评价体系的研究以环境保护绿色技术评价体系为研究载体，将ETV评价技术导入机械制造业的绿色设计、绿色制造，建立制造业的绿色概念、描述方法和ETV评价体系。清华大学为创建绿色大学，已将绿色工程技术列为优先发展和支持项目，在美国“ChinaBridge基金和国家自然科学基金会的支持下，己与美国“Texas Tech University先进制造实验室建立了关于绿色设计技术研究的国际合作关系，对全生命周期建模等绿色设计理论和方法进行系统研究，取得一定进展。上海交通大学针对汽车开展可回收性绿色设计技术的研究，与Ford公司合作，研究中国轿车的回收工程问题；与内贸部中国物资再生利用华东分公司合作，撰写了“探讨中国汽车销售、维修、二手车交易及回收利用一条龙管理模式的可行性报告；与德国最大的工业大学柏林工业大学机床和生产管理研究所建立了合作关系，在废弃工业品回收方面展开了研究工作。重庆大学承担了国家自然科学基金和国家863CIMS主题资助的关于绿色制造技术的研究项目，主要研究计算机集成制造体系(Computer Integrated Manufacturing Systems，CIMS)的结构研究、清洁化生产系统和体系结构及实施策略、清洁化生产管理信息系统等。合肥工业大学开展了机械产品可回收设计理论和关键技术及回收指标评价体系的研究。2006年12月，奇瑞汽车芜湖瑞赛克物资回收有限公司与合肥工业大学机械与汽车工程学院绿色设计与制造工程研究所合作成立了“合肥工业大学一奇瑞瑞赛克汽车绿色技术研究中心，加强废旧汽车回收再利用相关关键设备与装备开发以及汽车拆解及回收工艺等研究。2008年1月中国机械工程学会等在海口召开了中国绿色制造新年论坛，会议主题为“推广绿色制造，实现节能减排，突破绿色壁垒。由此可见，国内对绿色设计、绿色制造逐渐重视起来。从总体研究现状来看，与国外还有较大差距。济南复强动力和上海大众动力公司等十四家企业开展了汽车发动机的再制造试点工作，企业对产品绿色设计的研究尚没有深入开展。2.绿色回收设计2.1绿色回收设计的特点及设计原则减少环境污染和节约自然资源是绿色设计的根本目标，合理的回收再生方法会产生巨大的社会效益和经济效益。然而，目前全球的平均再生产率在75%80%左右，大大低于其应达到的目标。造成回收困难的原因之一是缺少更有效有再生技术，另一个主要的原因就是产品设计没有考虑其废弃后的回收和再生。如果能够在设计时就同时考虑回收和再生，就可大限度的提高废弃品的再生率，这样就产生了回收设计（Design for Recycling&Recovering）。回收设计就是在进行产品设计时，充分考虑产品零部件及材料的回收可能性、回收价值大小、回收处理方法、回收处理结构工艺性等与可回收性有关的一系列问题，以达到零部件及材料资源和能源的充分有效利用，并在回收过程中对环境污染为最小的一种设计思想和方法。资源回收和再利用是回收设计的主要目标。回收设计中要考虑的两个主要因素是废旧产品的拆卸技术和回收利用成本问题。回收设计可使材料资源得到最大限度地利用同时还可减少环境污染、保护生态环境；回收设计符合可持续发展战略的目的；产品的回收再利用是个劳动密集型产业，所以回收设计还可扩大就业门路；产品回收过程本身是清洁生产，应该对环境无害，不造成对环境的二次污染；回收设计中某一种产品的废弃物就是另外一种产品的原材料，所以又具有物流的闭合性；同时产品回收是一个社会化综合过程。绿色回收设计的设计准则：延长产品的寿命周期，减少对材料的使用，减少产品更新换代的速度，从而达到节约资源的目的；可重用零部件材料要易于识别分类；尽量使用容易分离的不同材料组合，便于以后的回收工作；在保证与现有产品结构性能不变的条件下，应减少产品中所用材料的种类，同时这些材料在当时条件下要易于回收处理；在不影响产品功能及加工工艺的情况下，尽可能合并零件，若合并零件有困难，也可考虑将零部件分解，将拆卸复杂、难于回收的零部件分解成几个简单零件；尽量采用可以直接拆卸并且可以重新使用的零部件，这样可充分利用资源，节约生产费用，降低生产成本，保护生态环境；对重用有可能产生性能退化的材料或有毒有害材料进行标记，为回收时的材料识别及分类提供便利。2.2回收的形式、分类、性能评价指标回收不仅考虑最基本的材料回收，而且考虑在产品级、部件级、零件级、材料级四个层次上的再生利用，以及能量的回收和废弃物的填埋。以汽车为例，在回收过程中的多种再生形式如下表：表格 1 汽车的回收再生方式回收再生形式回收再生深度回收再生前产品回收再生后产品同化再使用部件发动机作为维修使用的发动机零件汽车点火器作为配件出售的点火器异化再使用配件汽车音响改装为家和音响零件蓄电池照明用蓄电池同化再利用材料车身再生材料再生造车身异化再利用材料车身用再生材料再生造车床零件在进行产品设计时，需要充分考虑产品零部件及材料回收可能性、回收价值大小、回收处理方法、回收处理结构工艺性等与可回收性有关的一系列问题，以达到零部件及材料、资源和能源的充分利用，并在回收过程中对环境污染最小。对于回收来讲，有3种类型的零部件是回收的主要对象：有价值的零部件回收利益的主要来源；含有毒害材料的零件保护环境；含有不同种材料的零部件提高材料回收的纯度。这些零部件被称为汽车产品回收的对象。在确定产品的回收对象时，可利用分析评价工具计算各零部件的回收利润，通过改变各零部件的回收层次，最终选定具有高回收价值的零部件作为回收的对象。一般的回收原理包括系统性原理、最优化原理、能量守恒原理、物料平衡原理、物料流循环原理等。在产品进行回收处理的过程中，可能出现两种类型的回收：开环回收(OpenLoop Recycl堍)和闭环回收(ClosedLoop Recycling)。闭环的回收是指零部件和材料被回收后仍然用于原来类型的产品生产或维修过程中，是一种重用的过程。通常来讲，目前产品中仅有那些通用的零部件比较容易得到移用。因此，为了提高资源的利用率，需要增强产品零部件的通用化设计。产品设计中使用零部件的数量和比例有时被作为评价产品可回收性的一个指标。不同材料的回收再生性能各不相同。为了充分有效地使用材料，在设计阶段就要考虑材料的回收和处理性能，以便最大程度地利用现有资源。在各个回收层次上，设计者所应考虑的问题各不相同。对于产品等级和零部件的回收主要考虑的是产品和零部件的重用性，材料级主要考虑材料的可回收性，能量级和填埋级则考虑减少对环境的污染。决定产品和零部件重新利用的因素主要有产品和零部件的可靠性、残余寿命、是否便于翻新和检测、是否便于功能扩展、拆卸过程是否造成零部件破坏。材料的回收性能由产品本身的材料回收属性、零部件材料的纯度、材料是否有一致性或兼容性等决定。回收过程按“产品部件零件材料能量填埋的顺序回收级别越来越低，换言之，经济型、环境相容性越来越差。因此，衡量产品的回收性能可以用各层回收的比例(或重量、数量)作为主要指标。具体包括：产品重用部件的比例(或重量)；产品中可重用零件的比例：产品中采用材料的种类数；产品中可被回收材料的比例；产品中废弃物焚烧及填埋的比例。由此可见，有效的回收设计也需要技术和方法的指导，而这些技术和方法需要不断地总结、探索与创新。回收设计是一个产品链条，具有高度的综合性，产品设计人员应与材料及零件供应商、废旧产品回收部门相互沟通，搜集获取有关产品回收性要求、回收途径和数据，形成系统的设计数据和资料。回收设计是一种新的设计思想与方法，只有进行不断地实践与创新，才能取得完整系统的设计方法与信息。产品回收不是孤立的，这就要求产品设计人员与制造工艺人员、废旧产品回收人员等共同协作，研究产品回收的工艺和方法，以便作为产品设计时的参考。3.绿色回收设计的发展前景目前我国废旧金属回收率为50%左右， 而发达国家的平均水平在80%以上。 我国的报废机械设备中， 每年平均约有200300万t废钢铁、1015万t废杂有色金属尚未被合理回收。 因此， 通过高效利用再生资源，可以减少对铁矿石及其它天然矿物资源的开采， 节省不可再生能源如煤、 油、 天然气等， 同时可以节约大量淡水， 减少环境污染， 提高社会综合经济效益， 并从根本上解决机械制造业发展与环境、 资源相矛盾的局面，建立新型的可持续发展的生态工业。-绿色可回收设计从设计选材，到废旧品的分解再利用都体现了节约能源，可持续发展的理念。从长远利益看有利于企业和社会发展。近年来绿色设计被国内越来越多的企业所认同。在20世纪90年代，美国、欧洲、日本等发达国家和地区就提出采取ELV回收措施，争取在2010年前后使ELF的回收率达到90%以上；目前又提出在2025年前后实现ELV的回收率100%。为了实现这些目标，必须在汽车设计阶段就考虑回收办法，同时还应引入有效处理和加工技术的新理念。4. 小结 从以上的叙述中可以看出，绿色可回收设计是现在制造业的热点。要想在企业内建立完整