绿色设计制造基本理念
发布时间:2011/8/27 14:55:53 访问次数:4338
20世纪80年代,绿色设计制造的理念正式在全球范围内提出,并迅速在各产业领域得以重视和发展。绿色设计制造的理念涉及领域非常广泛,其主要内容可以用“资源节约”和“环境友好”来概括。绿色设计制造强调人与自然和谐,而不应当是凭借着人们手中
的技术和投资,采取耗竭资源、破坏生态和污染环境的方式来追求发展;同时也强调当代人在创造和追求今世发展与消费的时候,为后代人留下发展的机会。
作为近半个多世纪发展最快、影响最大的电子产业,不仅要解决电子设计制造绿色化的问题,而且要为整个社会生产和谐、可持续发展提供技术和信息化支持。绿色电子设计制造不拘泥于特定的技术、材料,而是对电子制造全过程进行规划和创新,在更高层次上理解电子产品和服务,努力以更少的资源消耗和物质产出保证健康和谐的生活质量,达到可持续发展的目的。
(一)绿色设计制造的总体结构与技术体系
1.绿色设计制造的总体结构 HCNW3120
绿色设计制造是指在保证产品的功能、质量、成本的前提下,综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式,借助各种先进技术对制造模式、制造资源、制造工艺、制造组织等进行不断地创新,其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废及回收处理的整个生命周期中不产生环境污染或环境污染最小化,资源利用率最高,能源消耗最低,最终实现企业经济效益与社会效益的协调优化。
绿色设计制造的体系结构可以简单地概括为一个目标、4个途径、4个内容,如图8.2.1所示。绿色设计制造的基本目标是实现环境保护和资源综合利用。绿色制造需要贯彻到产品的整个生命周期过程中,既考虑产品材料获取、制造、使用和回收的全过程。同时也可以看出,产品生命周期的全过程也就是一个从原材料到产品,再从产品到原材料的物料转化过程。
2.绿色设计制造的技术体系
绿色设计制造技术体系包括3个技术群:
(1)主体技术群;
(2)管理技术群;
(3)支撑技术群。
绿色设计制造技术体系如图8.2.2所示。
(二)缘色设计制造 K4D28163HD-TC50
绿色设计制造,又称面向环境的设计制造(manufacturing and design for environment)。它是一个综合考虑环境影响和资源效益的现代化设计制造模式,其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中,对环境的影响(负作用)最小,资源利用率最高,并使企业经济效益和社会效益协调优化。绿色制造这种现代化制造模式,是人类可持续发展战略在现代制造业中的体现。
1.技术概述
传统的设计制造模式是一个开环系统,即从设计到制造,基本模式是:原料一工业生产一产品使用一报废,不考虑产品的回收和原材料的再次利用。
绿色设计制造技术是指在保证产品的功能、质量、成本的前提下,综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式。它使产品从设计、制造、使用到报废整个产品生命周期中不产生环境污染或环境污染最小化,符合环境保护要求,对生态环境无害或危害极少,节约资源和能源,使资源利用率最高,能源消耗最低。
有人把这两种设计制造模式形象地概括为:
传统模式:摇篮——坟墓
绿色模式:摇篮——摇篮
简单概括容易,实际实施绿色模式可以说与传统模式有天壤之别:如图8.2.3所示是绿色设计制造实施示意图,可以看出产品设计中需要考虑诸多因素的复杂性,产品制造中从材料、工艺到检测的不确定性,以及产品回收中的经济与社会因素的多样性,这些因素都使绿色设计制造技术的实施道路上荆棘丛生而充满坎坷。
2.绿色电子设计的主要研究内容
1)绿色电子产品设计评价系统模型的建立
(1)绿色电子产品设计理论和方法。从寿命周期角度对绿色产品的内涵进行全面系统的研究,提出绿色产品设计理论和方法。
(2)绿色产品的描述和建模技术。在绿色产品设计理论和方法的基础上,对绿色产品进行描述,建立绿色产品评价体系,在产品生命周期中,对所有与环境相关的过程进行量化和评价,并对产品生命周期中经济性和环境影响的关系进行综合评价,建立数学模型。
(3)绿色产品设计数据库。建立与绿色产品有关的材料、能源及废水、废气、固体废弃物、噪声排放的基础数据库,为绿色产品设计提供依据。
(4)典型产品绿色设计系统集成。针对具体产品,收集、整理面向环境设计的资料,形成指导设计的设计指南,建立绿色产品系统设计工具平台,并与其他设计工具(如CAD、CAE、CAPP等)集成,形成集成的设计环境。
2)绿色电子产品清洁生产技术
(1)节省资源的生产技术本项目主要从减少生产过程中消耗的能量、减少原材料的消耗和减少生产过程中的其他消耗三方面着手研究。
(2)面向环保的生严技术 主要研究减少生产过程中的污染,包括减少生产过程的废料、减少有毒有害物质(废水、废气、固体废弃物等)、降低噪声和振动等。
(3)产品包装技术包装是产品生产过程中的最后一个环节,产品包装形式、包装材料以及产品储存、运输等方面都要考虑环境影响的因素。
3)电子产品可拆卸、可回收技术
(1)产品可卸性技术提出产品可卸性评价方法,提出产品可卸性评价指标体系,进行可拆卸结构模块划分和接口技术研究。
(2)产品可回收技术提出可回收零件及材料识别与分类系统,并开展零件再使用技术研究,包括可回收零部件的修复、检测,使其符合产品设计要求,进行再使用(包括同化再使用和异化再使用)技术、材料再利用(包括同化再利用和异化再利用)技术的研究。
4)电子产品噪声和电磁干扰控制技术
(1)声源和干扰源识别,噪声、声场与电磁干扰测量以及动态测试、分析与显示技术;
(2)机器结构声辐射与电磁兼容性计算方法与程序;
(3)机器结构振动和振动控制技术;
(4)低噪声与电磁兼容性优化设计技术;
(5)低噪声与电磁兼容性结构和材料;
(6)新型减振降噪与电磁兼容性技术。
5)绿色结构与工艺材料技术
(1)研究材料无毒、无害化技术;
(2)无铅焊接材料;
(3)无囟树脂塑料添加剂材料;
(4)针对高分子材料,研究废旧高分子材料回收的绿色技术等。
3.绿色制造的主要研究内容
1)绿色产品
绿色产品的前提是绿色设计。
绿色产品就是在其生命全周期中,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。具体来说包括以下方面:
①产品不含有害物质;
②产品低耗能、高效率;
③生产工艺过程耗能少,不产生有害物质;
④产品对使用者安全可靠,并且在使用中不产生有害环境的物质以及噪声、光、电磁辐射等污染;
⑤合理的使用功能和使用寿命;
⑥合理包装且包装材料易处置、易降解;
⑦容易回收,可循环利用。
分析绿色产品的含义可以看出,绿色产品的“绿色度”体现在产品的生命周期全过程,而不是产品的某一局部或某一阶段。绿色产品的内涵主要体现在资源与环境友好性、经济性和先进性三个方面(见图8.2.4),三个方面互相联系、互相制约、互相促进,缺一不可。
2)绿色材料
绿色材料(green materials)是指在制备、生产过程中能耗低、噪声小、无毒性并对环境无害的材料和材料制品,包括那些对人类、环境有危害,但采取适当的措施后就可以减少或消除的材料及制成品。绿色材料又被称为生态材料(eco-material)或环境意识材料(environment ronmentally consciousmaterials)。电子产品选择绿色材料是实现绿色电子制造的前提和关键因素之一。
3)绿色工艺
绿色制造工艺技术是以传统工艺技术为基础,并结合材料科学、表面技术、控制技术等高新技术的先进制造工艺技术。根据绿色制造工艺技术追求的目标可将绿色制造工艺划分为三种类型,即节约资源的工艺技术、节省能源的工艺技术和环保型工艺技术。提高
生产率和制造质量、降低成本,使加工过程具有良好的环境性能的最有效的途径是进行工艺创新,用新的工艺代替传统的1二艺。对现有工艺从技术、经济、生态环境及有关法律法规的要求筹方面进行分析,通过优化或改进现有工艺、开发传统工艺的替代工艺及开发新型工艺技术等途径,获得经济可行的绿色制造工艺技术。
4)绿色包装
选择绿色包装材料作为产品的包装已经成为一个研究的热点。各种包装材料占据了废弃物的很大一部分份额。因此,产品的包装应摒弃盲目求新、求异的消费理念,简化包装,这样既可减少资源的浪费,又可减少环境的污染和废弃物的处置费用。另外,产品包装应尽量选择无毒、无公害、可回收或易于降解的材料,如纸、可复用产品及可回收材料(如EPS聚苯乙烯产品)等。通过改进产品结构,减少重量,也可达到改善包装、降低成本,并减小对环境的不利影响。在产品包装上过分铺张华丽,不仅加大成本,还造成浪费。
5)产品回收处理
产品回收是产品废弃以后,对产品进行回收处理的过程。传统设计方法很少考虑产品的回收阶段,而在绿色设计中,产品回收则是其最重要的一个阶段,因为绝大部分产品对环境的影响主要体现在报废回收阶段。产品的回收一般包括重用、零部件回收、材料回
收和废弃等。重用是指产品经过合理的修理或更新以后,直接用于和原来相同的场合。零部件回收是指产品不能整体重用,只有部分零部件可以用于和其设计目的相同的场合。材料圆收是指对没有使用价值的零部件或产品回收其构成材料。废弃是指无法回收的材
料经过无害化处理后进行填埋或焚烧。产品的回收一般先要进行回收决策,按照最大回收资源和能源的原则进行回收。
6)绿色供应链
绿色供应链是绿色制造的重要组成部分。广义绿色供应链指的是要求供货商对其产品进行与环境相关的管理,亦即将环保原则纳入供货商管理机制中,其目的是让本身的产品更具有环保概念,提升市场的竞争力。而目前一般在电子制造行业所谓的绿色供应链,则指欧盟绿色指令倡议绿色产品所造成的供应链效应。电子制造厂商为了适应这些环境诉求,要求其供货商所提供的产品不能含指令中规定的管制物质,而这些第一层供货商又再转而要求其上游供货商所生产的产品中亦不得含有管制物质,并要求提供相关保证(如检测数据及保证书),逐渐造就了这层层影响的绿色供应链风潮。
4.工业生态
工业生态学在经济学中又称循环经济,是以模仿自然生态系统的运行规律为基础,综合运用工程学、生态学和生物经济学等学科的知识和方法,使工业系统以一种更为一体化的、闭环的生产方式来代替传统的、简单的、开环的生产方式,最终达到一种较为完美的共生体系,实现工业活动的健康、持续发展。工业生态学描述的是一种系统,其中一种工业的废弃物(产出)可以变成另一种工业的原材料(投入)。在这种封闭循环内,可使材料浪费达到最少。因此,如果工商企业能把废弃物转变成作为输入的原材料,就可以大幅度地削减泻染和原材料需求,如图8.2.5所示。
20世纪80年代,绿色设计制造的理念正式在全球范围内提出,并迅速在各产业领域得以重视和发展。绿色设计制造的理念涉及领域非常广泛,其主要内容可以用“资源节约”和“环境友好”来概括。绿色设计制造强调人与自然和谐,而不应当是凭借着人们手中
的技术和投资,采取耗竭资源、破坏生态和污染环境的方式来追求发展;同时也强调当代人在创造和追求今世发展与消费的时候,为后代人留下发展的机会。
作为近半个多世纪发展最快、影响最大的电子产业,不仅要解决电子设计制造绿色化的问题,而且要为整个社会生产和谐、可持续发展提供技术和信息化支持。绿色电子设计制造不拘泥于特定的技术、材料,而是对电子制造全过程进行规划和创新,在更高层次上理解电子产品和服务,努力以更少的资源消耗和物质产出保证健康和谐的生活质量,达到可持续发展的目的。
(一)绿色设计制造的总体结构与技术体系
1.绿色设计制造的总体结构 HCNW3120
绿色设计制造是指在保证产品的功能、质量、成本的前提下,综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式,借助各种先进技术对制造模式、制造资源、制造工艺、制造组织等进行不断地创新,其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废及回收处理的整个生命周期中不产生环境污染或环境污染最小化,资源利用率最高,能源消耗最低,最终实现企业经济效益与社会效益的协调优化。
绿色设计制造的体系结构可以简单地概括为一个目标、4个途径、4个内容,如图8.2.1所示。绿色设计制造的基本目标是实现环境保护和资源综合利用。绿色制造需要贯彻到产品的整个生命周期过程中,既考虑产品材料获取、制造、使用和回收的全过程。同时也可以看出,产品生命周期的全过程也就是一个从原材料到产品,再从产品到原材料的物料转化过程。
2.绿色设计制造的技术体系
绿色设计制造技术体系包括3个技术群:
(1)主体技术群;
(2)管理技术群;
(3)支撑技术群。
绿色设计制造技术体系如图8.2.2所示。
(二)缘色设计制造 K4D28163HD-TC50
绿色设计制造,又称面向环境的设计制造(manufacturing and design for environment)。它是一个综合考虑环境影响和资源效益的现代化设计制造模式,其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中,对环境的影响(负作用)最小,资源利用率最高,并使企业经济效益和社会效益协调优化。绿色制造这种现代化制造模式,是人类可持续发展战略在现代制造业中的体现。
1.技术概述
传统的设计制造模式是一个开环系统,即从设计到制造,基本模式是:原料一工业生产一产品使用一报废,不考虑产品的回收和原材料的再次利用。
绿色设计制造技术是指在保证产品的功能、质量、成本的前提下,综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式。它使产品从设计、制造、使用到报废整个产品生命周期中不产生环境污染或环境污染最小化,符合环境保护要求,对生态环境无害或危害极少,节约资源和能源,使资源利用率最高,能源消耗最低。
有人把这两种设计制造模式形象地概括为:
传统模式:摇篮——坟墓
绿色模式:摇篮——摇篮
简单概括容易,实际实施绿色模式可以说与传统模式有天壤之别:如图8.2.3所示是绿色设计制造实施示意图,可以看出产品设计中需要考虑诸多因素的复杂性,产品制造中从材料、工艺到检测的不确定性,以及产品回收中的经济与社会因素的多样性,这些因素都使绿色设计制造技术的实施道路上荆棘丛生而充满坎坷。
2.绿色电子设计的主要研究内容
1)绿色电子产品设计评价系统模型的建立
(1)绿色电子产品设计理论和方法。从寿命周期角度对绿色产品的内涵进行全面系统的研究,提出绿色产品设计理论和方法。
(2)绿色产品的描述和建模技术。在绿色产品设计理论和方法的基础上,对绿色产品进行描述,建立绿色产品评价体系,在产品生命周期中,对所有与环境相关的过程进行量化和评价,并对产品生命周期中经济性和环境影响的关系进行综合评价,建立数学模型。
(3)绿色产品设计数据库。建立与绿色产品有关的材料、能源及废水、废气、固体废弃物、噪声排放的基础数据库,为绿色产品设计提供依据。
(4)典型产品绿色设计系统集成。针对具体产品,收集、整理面向环境设计的资料,形成指导设计的设计指南,建立绿色产品系统设计工具平台,并与其他设计工具(如CAD、CAE、CAPP等)集成,形成集成的设计环境。
2)绿色电子产品清洁生产技术
(1)节省资源的生产技术本项目主要从减少生产过程中消耗的能量、减少原材料的消耗和减少生产过程中的其他消耗三方面着手研究。
(2)面向环保的生严技术 主要研究减少生产过程中的污染,包括减少生产过程的废料、减少有毒有害物质(废水、废气、固体废弃物等)、降低噪声和振动等。
(3)产品包装技术包装是产品生产过程中的最后一个环节,产品包装形式、包装材料以及产品储存、运输等方面都要考虑环境影响的因素。
3)电子产品可拆卸、可回收技术
(1)产品可卸性技术提出产品可卸性评价方法,提出产品可卸性评价指标体系,进行可拆卸结构模块划分和接口技术研究。
(2)产品可回收技术提出可回收零件及材料识别与分类系统,并开展零件再使用技术研究,包括可回收零部件的修复、检测,使其符合产品设计要求,进行再使用(包括同化再使用和异化再使用)技术、材料再利用(包括同化再利用和异化再利用)技术的研究。
4)电子产品噪声和电磁干扰控制技术
(1)声源和干扰源识别,噪声、声场与电磁干扰测量以及动态测试、分析与显示技术;
(2)机器结构声辐射与电磁兼容性计算方法与程序;
(3)机器结构振动和振动控制技术;
(4)低噪声与电磁兼容性优化设计技术;
(5)低噪声与电磁兼容性结构和材料;
(6)新型减振降噪与电磁兼容性技术。
5)绿色结构与工艺材料技术
(1)研究材料无毒、无害化技术;
(2)无铅焊接材料;
(3)无囟树脂塑料添加剂材料;
(4)针对高分子材料,研究废旧高分子材料回收的绿色技术等。
3.绿色制造的主要研究内容
1)绿色产品
绿色产品的前提是绿色设计。
绿色产品就是在其生命全周期中,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。具体来说包括以下方面:
①产品不含有害物质;
②产品低耗能、高效率;
③生产工艺过程耗能少,不产生有害物质;
④产品对使用者安全可靠,并且在使用中不产生有害环境的物质以及噪声、光、电磁辐射等污染;
⑤合理的使用功能和使用寿命;
⑥合理包装且包装材料易处置、易降解;
⑦容易回收,可循环利用。
分析绿色产品的含义可以看出,绿色产品的“绿色度”体现在产品的生命周期全过程,而不是产品的某一局部或某一阶段。绿色产品的内涵主要体现在资源与环境友好性、经济性和先进性三个方面(见图8.2.4),三个方面互相联系、互相制约、互相促进,缺一不可。
2)绿色材料
绿色材料(green materials)是指在制备、生产过程中能耗低、噪声小、无毒性并对环境无害的材料和材料制品,包括那些对人类、环境有危害,但采取适当的措施后就可以减少或消除的材料及制成品。绿色材料又被称为生态材料(eco-material)或环境意识材料(environment ronmentally consciousmaterials)。电子产品选择绿色材料是实现绿色电子制造的前提和关键因素之一。
3)绿色工艺
绿色制造工艺技术是以传统工艺技术为基础,并结合材料科学、表面技术、控制技术等高新技术的先进制造工艺技术。根据绿色制造工艺技术追求的目标可将绿色制造工艺划分为三种类型,即节约资源的工艺技术、节省能源的工艺技术和环保型工艺技术。提高
生产率和制造质量、降低成本,使加工过程具有良好的环境性能的最有效的途径是进行工艺创新,用新的工艺代替传统的1二艺。对现有工艺从技术、经济、生态环境及有关法律法规的要求筹方面进行分析,通过优化或改进现有工艺、开发传统工艺的替代工艺及开发新型工艺技术等途径,获得经济可行的绿色制造工艺技术。
4)绿色包装
选择绿色包装材料作为产品的包装已经成为一个研究的热点。各种包装材料占据了废弃物的很大一部分份额。因此,产品的包装应摒弃盲目求新、求异的消费理念,简化包装,这样既可减少资源的浪费,又可减少环境的污染和废弃物的处置费用。另外,产品包装应尽量选择无毒、无公害、可回收或易于降解的材料,如纸、可复用产品及可回收材料(如EPS聚苯乙烯产品)等。通过改进产品结构,减少重量,也可达到改善包装、降低成本,并减小对环境的不利影响。在产品包装上过分铺张华丽,不仅加大成本,还造成浪费。
5)产品回收处理
产品回收是产品废弃以后,对产品进行回收处理的过程。传统设计方法很少考虑产品的回收阶段,而在绿色设计中,产品回收则是其最重要的一个阶段,因为绝大部分产品对环境的影响主要体现在报废回收阶段。产品的回收一般包括重用、零部件回收、材料回
收和废弃等。重用是指产品经过合理的修理或更新以后,直接用于和原来相同的场合。零部件回收是指产品不能整体重用,只有部分零部件可以用于和其设计目的相同的场合。材料圆收是指对没有使用价值的零部件或产品回收其构成材料。废弃是指无法回收的材
料经过无害化处理后进行填埋或焚烧。产品的回收一般先要进行回收决策,按照最大回收资源和能源的原则进行回收。
6)绿色供应链
绿色供应链是绿色制造的重要组成部分。广义绿色供应链指的是要求供货商对其产品进行与环境相关的管理,亦即将环保原则纳入供货商管理机制中,其目的是让本身的产品更具有环保概念,提升市场的竞争力。而目前一般在电子制造行业所谓的绿色供应链,则指欧盟绿色指令倡议绿色产品所造成的供应链效应。电子制造厂商为了适应这些环境诉求,要求其供货商所提供的产品不能含指令中规定的管制物质,而这些第一层供货商又再转而要求其上游供货商所生产的产品中亦不得含有管制物质,并要求提供相关保证(如检测数据及保证书),逐渐造就了这层层影响的绿色供应链风潮。
4.工业生态
工业生态学在经济学中又称循环经济,是以模仿自然生态系统的运行规律为基础,综合运用工程学、生态学和生物经济学等学科的知识和方法,使工业系统以一种更为一体化的、闭环的生产方式来代替传统的、简单的、开环的生产方式,最终达到一种较为完美的共生体系,实现工业活动的健康、持续发展。工业生态学描述的是一种系统,其中一种工业的废弃物(产出)可以变成另一种工业的原材料(投入)。在这种封闭循环内,可使材料浪费达到最少。因此,如果工商企业能把废弃物转变成作为输入的原材料,就可以大幅度地削减泻染和原材料需求,如图8.2.5所示。
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