Advanced Manufacturing Technology 先进制造技术 Advanced Manufacturing Technology 临沂大学 汽车学院 赵琳

9 专题九 绿色设计方法、应用及发展 9.1 绿色设计研究的背景及意义 9.2 绿色设计的主要内容与方法 9.3 绿色设计过程与步骤 专题九 绿色设计方法、应用及发展 9 9.1 绿色设计研究的背景及意义 9.2 绿色设计的主要内容与方法 9.3 绿色设计过程与步骤 9.4 国内外绿色设计的应用案例 9.5 绿色设计的发展趋势

9.1 绿色设计研究的背景及意义

家电产业的特点 1、家电行业是完全竞争的行业 家电业是我国加入WTO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。 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。

2、家电行业是发展比较成熟的行业 （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。 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 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。 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。

据海关统计：三资企业出口额占家电商品出口额的50％以上 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。 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

（3）法律法规陆续出台 美国绿色产品相关法规

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

（4）绿色标志 北欧委员会环境标志 全球环境标志网络组织标志 加拿大环境选择标志 德国的蓝色天使标志 能源之星标志 中国的绿色标志 北欧白天鹅 日本生态标签

（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

绿色制造 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

回 收 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： 使 绿色供应链及 生态工业园技术 设 计 制 造 使 用 绿色设计及相关技术 回 收 清洁生产及相关技术 绿色产品 整体与各阶段 评价与决策 回收再利用工艺及技术

9.2绿色设计的主要内容与方法

为什么要实施绿色设计 管理 工资 管理 材料 工資 设计 材料 设计 实际资源分配 对成本的影响 ─ 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 管理 工资 管理 材料 工資 设计阶段资源分配及其影响 设计 材料 设计 实际资源分配 对成本的影响

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

绿色制造的目标和实现途径 绿色制造追求两个目标： (1)通过资源综合利用、短缺资源的代用、可再生资源的利用、二次能源的利用及节能降耗措施延缓资源和能源的枯竭，实现持续利用。 (2)减少废料和污染物的生成和排放，提高工业产品在生产过程和消费过程中与环境的相容程度，降低整个生产活动给人类和环境带来的风险，最终实现经济效益和环境效益的最优化。 www.themegallery.com

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

绿色设计的具体内容 a.材料选择 集成环境下面向绿色的 二级材料 选择模型 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 M 1 备选材 料集1 2 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 3 最优材 料集3 集成环境下面向绿色的 二级材料 选择模型

电冰箱门按选材原则应该是不锈钢， 但实际上都选择工程塑料ABS 其他零部件也是如此

简化产品功能原则、减少材料种类、材料相容性等 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： 简化产品功能原则、减少材料种类、材料相容性等 拆卸工作量最少准则 易于拆卸准则 紧固件最少准则、可达性准则等 易于分离准则 一次表面准则、便于识别分类原则等 产品结构的可预估性原则

减少零件数量-----零件合并示例

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 回 收 策 略 产品设计方案 回收方案设计 拆卸工 艺规划 回收工 经济性 分析 环境影 响分析 回收性能分析 分 析 产品回收设计流程

绿色设计方法

绿色产品的建模 产品开发平台 DFx CAx 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 … 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 CAD CAx 网络图 DFD DFx CAM DFA 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

9.3绿色设计的过程与步骤

第一阶段 绿色设计的准备 第二阶段 设计目标确定与绿色需求分析 第三阶段 确定绿色设计策略 步骤1 企业决策层认可 步骤2 成立绿色设计小组 第一阶段 绿色设计的准备 步骤3 培训与辅导 步骤4 选择产品目标 第二阶段 设计目标确定与绿色需求分析 步骤5 确定参照产品 产品信息 市场信息 相关法律法规 …… 步骤6 绿色需求分析 生命周期流程法 绿色设计主体分类法 产品类别法 …… 步骤7 建立核查清单 第三阶段 确定绿色设计策略 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 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 第六阶段 设计分析与评价 步骤12 经济效益分析 环境效益分析 第七阶段 实施与完善 步骤13

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，IC Eco Design Project─创新中心(Innovation Center, IC)执行辅导计划 联合国环境保护署，持续产品设计(Sustainable Product Design, SPD) 美国环保署，绿色设计计划(Design for Environment Program)─开发了Cleaner Technologies Substitutes Assessment, CTSA的一套系统程序 美国能源部，持续设计计划(Sustainable Design Program)─配合执行Pollution prevention and energy efficiency (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(Center for Design at Royal Melbourne Institute of Technology ,CDRMIT)执行 日本，环境质量机能展开(Quality Function Deployment for Environment, QFDE)─ 日本工业环境管理协会(Japan Environmental Management Association for Industry, JEMAI)发展的产品设计程序 45 45

各国推动绿色设计的情况 46 46

各国推动绿色设计的情况 47 47

各国推动绿色设计的情况 48 48

9.4绿色设计的发展趋势

目前面临的问题 大多数企业对绿色设计认识不足 不具备生态设计的能力 无法掌握供应商的绿色技术 无法提供符合性文件 信息/资讯 大多数企业对绿色设计认识不足 不具备生态设计的能力 无法掌握供应商的绿色技术 无法提供符合性文件 技术 除了外资公司，大多数中小型企业对于环境和企业社会责任（CSR）问题通常很少关注和理解 意识 产品生态性能资料库不足 缺乏产品环境绩效評估能力 需要从适用时间、技术研究乃至整个供应链（或网络）上进行改革满足要求 供应链 管理 为了满足这些指令的需求，比如WEEE，RoHS和EuP指令，公司内部和外部都需要进行培训和教育。 成本 缺乏具有成本效益的生态设计能力

发展前景 国家中长期发展战略主要内容之一 相关部门的支持力度不断加强 国际产品市场发展的要求 企业迫切需要绿色技术的支持

发展趋势 绿色制造的标准化、规范化 绿色设计基础研究和支持工具的开发 废旧产品回收处理中的一些关键技术与装备的研发 绿色制造相关的新兴产业的兴起与发展 产业应用及行业拓展将不断加快

Thank you ! 2018/11/21