绿色设计方法、应用及发展

绿色设计方法、应用及发展合肥工业大学绿色设计与制造工程研究所后所有行业中开放程度最大的行业。相对其他行业来说，我国政府对家电行业的保护最小。针对竞争环境，我国家电行业的竞争是完全竞争环境下的产业，竞争强度比较大，竞争力比较高。1、家电行业是完全竞争的行业值得注意的是，我国相当一部分产业，其生命周期的演变与产业的国际转移紧密相关。发达国家在不断创新产品的同时，把相对成熟的产品和产业依次向我国转移。我国则通过模仿和吸收发达国家的次新产品和技术实现跨越式的产业发展。家电产业的特点（1）家电业的发展已经进入了一个成熟阶段。（2）家电业的发展已经饱和。（3）而且家电企业又面临国际化的问题。在这种情况下，家电企业国际化需要什么样的竞争力，是所有家电企业非常关心的。2、家电行业是发展比较成熟的行业产业生命周期理论表明，任何产业都要经历从诞生道衰退这样一种类似生命周期的变化。产业生命周期机理表明，企业竞争力是动态发展的，每一个阶段对于企业竞争力都有特定的含义。对家电企业本身来说，我国家电企业的竞争战略优势不明显，一方面选择合资的方式来求得发展，另一方面选择低成本策略。3、我国家电企业竞争优势不明显问题是：产品没有实现差异化，没有自己的核心竞争力。据海关统计：三资企业出口额占家电商品出口额的50％以上在一个统一的国家范围内，近13亿人口同时进入工业化进程，这是人类历史上从未发生过的现象。中国工业化必然产生许多人类历史上从未出现过的现象和问题。在现行国际经济规则下，迫使中国只得依靠低价工业品生产和出口来实现经济资源的国际配置。中国制造的一些制成品具有不可思议的低价格。在中低档工业制成品的低成本竞争中，中国的产品所向无敌。而且，中国工业化是一个非常独特的历史过程，中国现实的资源条件、市场条件以及所实行的具有“中国特色”的对外开放政策，使得中国成为吸引国际资本，特别是外商直接投资最多的发展中国家。但是，在差异化竞争中，中国的劣势将长期存在。如果不改变在差异化竞争中的劣势，中国未来的经济发展将会遇到一系列严重困难。所以，提高国际企业竞争力和产业国际竞争力，是关系中国前途的重大课题。（1）资源、能源与环境的压力建国50多年以来，我国国民生产总值（GDP）增长十多倍，制造业是我国国民经济的重要组成部分，工业增加值占GDP的35%。我国已成为制造大国，工业增加值居世界第四位，约为美国的1/4、日本的1/2，与德国接近。00.20.40.60.81中国美国德国日本单位GDP能耗资源生产率我国单位GDP的能耗是美国的4.3倍，德国的7.7倍，日本的11.5倍；单位资源的产业水平相当于美国的1/10，日本的1/20，德国的1/6。漏斗理论（2）绿色消费意识不断增强LG静音洗衣机海尔免洗衣粉洗衣机美国绿色产品相关法规（3）法律法规陆续出台消费电子产品的美国环境标志欧盟绿色产品相关法规消费电子产品的欧盟环境标志日本绿色产品相关法规消费电子产品的日本环境标志中国的绿色标志德国的蓝色天使标志北欧委员会环境标志日本生态标签加拿大环境选择标志北欧白天鹅（4）绿色标志全球环境标志网络组织标志能源之星标志（5）企业发展的需求考虑企业竞争力—目前北美、欧洲、日本以及一些新兴的工业化企业均将绿色设计作为其国际竞争策略的一部分提升企业形象—注重环保、承担社会环境责任经济原因—除法律法规外，不同国家都配合有相应的经济政策进行绿色设计的引导其他因素—经济、经营和营销优势世界范围内产生的这些资源、环境及生态危机，迫使人们对现有制造业的生产方式进行反思：采用何种制造方式才能避免以上危机，同时继续使制造业持续发展？绿色制造绿色制造研究主要是沿着产品生命周期阶段发展，集中于研究内容的扩展及其相关支撑技术的系统深入研究两方面。目前的主要研究主要方向有：设计制造回收使用绿色设计及相关技术清洁生产及相关技术绿色产品回收再利用工艺及技术绿色供应链及生态工业园技术整体与各阶段评价与决策绿色设计的主要内容与方法1009080706050403020100──────────管理工資材料设计管理工资材料设计实际资源分配对成本的影响设计阶段资源分配及其影响为什么要实施绿色设计产品性能的70--80％是由设计阶段决定的产品的环境性能体现在产品的整个生命周期绿色设计是从源头解决问题的最有效方法绿色设计的主要内容材料选择与管理产品的可回收性设计产品的可拆卸性设计绿色产品的成本分析绿色产品设计数据库a.材料选择材料密度抗拉强度屈服极限弹性模量热导率电导率材料成本......一级选择M1备选材料集1M2备选材料集2重用性准则处理性准则能耗性准则污染性准则......二级选择材料数据库产品数据库CAD系统M3最优材料集3集成环境下面向绿色的二级材料选择模型绿色设计的具体内容b.产品可拆卸性设计是在产品设计过程中，将可拆卸性作为设计目标之一，使产品的结构不仅便于装配、拆卸和回收，而且也要便于制造和具有良好的经济性。应遵循以下设计准则：拆卸工作量最少准则易于拆卸准则易于分离准则产品结构的可预估性原则简化产品功能原则、减少材料种类、材料相容性等紧固件最少准则、可达性准则等一次表面准则、便于识别分类原则等减少零件数量-----零件合并示例常用的工程塑料的相容性比较PEPVCPSPCPPPAPOMSANABSPE√×××√××××PVC×√×××××√√PS××√××××××PC×O×√×××√√PPo×××√××××PA××O××√×××POM××××××√××注：√表示相容性好，O表示相容性一般，×表示相容性差。卡扣连接示意图c.产品回收设计设计时充分考虑产品零部件及材料的回收率、回收价值、回收工艺、回收结构工艺性等与可回收性有关的问题，以达到零部件及材料的资源充分利用，并在回收过程中尽量减少产生的二次污染。设计方法设计准则材料选择结构设计零件设计回收策略设计产品设计方案回收方案设计拆卸工艺规划回收工艺规划经济性分析环境影响分析回收性能分析回收分析产品回收设计流程绿色设计工具绿色设计方法绿色产品的建模图2绿色产品集成模型结构管理信息功能信息几何拓扑信息材料信息精度信息装配信息工艺技术信息环境资源信息结构模型特征→零件→部件→产品电子仓库工艺流程文件加工代码文件拆卸路径文件…引用被引用应用视图映射机制CADCAx映射机制网络图应用视图DFDDFxCAMDFA集成模型几何模型产品开发平台生命周期设计方法生命周期设计就是在产品概念设计阶段考虑产品生命周期的各个环节，包括设计、研制、生产、供货、使用、直到废弃后拆卸回收或处理处置，以确保满足产品的绿色属性要求。并行绿色设计方法并行绿色设计支撑环境并行工程支撑环境绿色设计支撑环境数据库与知识库绿色材料管理库绿色设计工具系统绿色评价系统环境管理系统……产品数据管理系统产品模型与仿真系统网络系统并行工程管理系统计算机集成制造系统……绿色模块化设计方法是是否否用户需求系列型谱制定功能分析初始零件设计模块划分与选择模块综合与评价　合理？最终零件设计模块接口设计　合理？完成设计零件合并准则作用力交互准则信号交互准则物质交互准则能量交互准则结构交互准则处理性准则回收性准则维护性准则升级性准则重用性准则功能准则绿色准则模块库零件库模块划分准则绿色质量功能配置方法QFDE绿色质量功能配置（QFDforEnvironment,QFDE）是将质量功能配置与生命周期设计相结合，将用户的需求利用质量功能配置方法，并依据其生命周期设计的生产、制造使用及废弃等各个阶段，分别转换为工程技术特性，以满足消费者的需求。关系矩阵技术措施用户需求重要度用户需求技术措施指标技术竞争力评估技术措施重要度市场竞争能力评估相关矩阵设计制造再生使用阶段绿色生命周期基于TRIZ的绿色设计TRIZ原为俄文“TeoriyaResheniyalIzobretatelskikhZadatch”的缩写，英文译为“TheoryofInventiveProblemSolving(TIPS)”,其意义为创新问题解决理论。TRIZ是一种机制，利用这种机制可以对复杂问题进行创造性或突破性思考，例如，对于那些没有现有解决方案、或者需要非标准的、创新性的概念和思想才能解决的问题。问题矛盾物理矛盾时间空间物质的物理状态解决方法39个参数40个原理+技术矛盾解决方法绿色产品评价模型绿色设计的过程与步骤步骤1企业决策层认可第一阶段绿色设计的准备步骤2成立绿色设计小组步骤3培训与辅导第二阶段设计目标确定与绿色需求分析步骤6绿色需求分析步骤4选择产品目标步骤5确定参照产品步骤7建立核查清单第三阶段确定绿色设计策略产品信息市场信息相关法律法规……生命周期流程法绿色设计主体分类法产品类别法……步骤8运用绿色设计工具QFDE方法TRIZ方法MET矩阵法……步骤9确定绿色设计策略第四阶段制定绿色设计方案步骤10制定绿色设计方案步骤11产品详细设计材料选择结构设计拆卸与回收设计包装设计节能设计……第五阶段产品详细设计第六阶段设计分析与评价步骤12设计分析与评价经济效益分析环境效益分析……第七阶段实施与完善步骤13实施与完善国内外绿色设计的应用案例各国推动绿色设计的情况荷兰，ICEcoDesignProject─创新中心(InnovationCenter,IC)执行辅导计划联合国环境保护署，持续产品设计(SustainableProductDesign,SPD)美国环保署，绿色设计计划(DesignforEnvironmentProgram)─开发了CleanerTechnologiesSubstitutesAssessment,CTSA的一套系统程序美国能源部，持续设计计划(SustainableDesignProgram)─配合执行Pollutionpreventionandenergyefficiency(P2/E2)澳大利亚，环境再设计(Eco-Redesign)计划─委托澳大利亚皇家墨尔本技术学院的设计中心(CenterforDesignatRoyalMelbourneInstituteofTechnology,CDRMIT)执行日本，环境质量机能展开(QualityFunctionDeploymentforEnvironment,QFDE)─日本工业环境管理协会(JapanEnvironmentalManagementAssociationforIndustry,JEMAI)发展的产品设计程序各国推动绿色设计的情况R-K46EPAM小型化減量補強設計包裝材減量設計冰箱門一體成形設計PVC門框斷熱材料門板零組件整合墊圈绿色设计实例E6HNW-8PAMW32-GF3绿色设计实例自儲能的水龙头日本东陶机械株式会社（TOTOLTD.）更換机械系统将传统的电池供电系统移出并更換成可充电的裝置–先前動作與自助设计一具微型水力发电机，当水龙头给水时，水流会通过发电机叶片使其发电并回充到蓄电裝置，这样，可使感应与给水所需的电能连续。NTUBIME家电产品绿色设计系统家电产品绿色设计系统目标采集家电产品绿色设计系统下发任务家电产品绿色设计系统详细设计家电产品绿色设计系统设计审核家电产品绿色设计系统WEEE&回收评价家电产品绿色设计系统ROHS&材料毒害物评价家电产品绿色设计系统产品指标性能评价家电产品绿色评估系统CERT数据库Database2.CERT评估3.显著环境因素识别4.绿色评估评估模式AssessmentMode评估指标Criteria评估函数PreferenceFunction加权分析结果分析文本文本文本文本文本文本Result可回收性GWP毒害物质……绿色度GDAScore010.5101000GWP(gCO2)50001101000毒害物质(ppm)500