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家电产品的绿色设计与制造

发布时间:2009-02-23 阅读: 11873

1  前言

    随着科学技术的发展,工业化生产源源不断地创造物质财富和精神财富,在尽情地享受物质文明和精神文明后,人类也发现随之而来的一系列问题,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,这些问题直接影响到人类文明的繁衍。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。因此,绿色冰箱、环保彩电、绿色电脑等绿色产品不断涌现,广大消费者也越来越接受绿色家电。

2  绿色家电

    但是,究竟什么才是绿色家电呢?简单来说,绿色家电就是在质量合格的前提下,那些高效节能而且在使用过程中不对人体和周围环境造成伤害,在报废后还可以回收利用的家电产品。在各类环保家电中,环保冰箱是指无CFC、节能和低噪声达标的产品;环保彩电主要是针对29英寸以上彩电,要求其辐射低于0.07毫伦/小时;空调的绿色标准主要是换新风、节能和低噪声等;环保微波炉的指标主要是指在距离微波炉外表 面5cm和5cm以外的任何点,微波功率密度不得超过10W/m3;洗衣机的绿色标准主要是节能和低噪声。中国环境标志产品认证季员会颁发的《环境标志产品技术要求》,对各类环保家电的认证条件均有详细的标准要求。但是,我们怎样才能通过绿色设计与制造提高产品的“绿色”程度呢?
3  绿色设计

    绿色设计(Green Design)是指在产品及其生命周期全过程的设计中,充分考虑对资源和环境的影响,在充分考虑产品的功能、质量、开发周期和成本的同时,优化各有关设计因素,使得产品及其制造过程对环境的总体影响和资源消耗减到最小。绿色设计为环境而设计,它满足可持续发展的要求,常用的绿色设计方法有:

 

①绿色材料及其选择

    绿色材料是指在满足一般功能要求的前提下,具有良好的环境兼容性的材料。绿色材料在制备、使用以及用后处置等生命周期的各阶段,具有最大的资源利用率和最小的环境影响。绿色材料选择的五个原则:
a. 优先选用可再生材料,尽量选用回收材料,提高资源利用率,实现可持续发展。

b. 尽量选用低能耗、少污染的材料。

c. 尽量选择环境兼容性好的材料及零部件,避免选用有毒、有害和辐射特性的材料。所用材料应易于再利用、回收、再制造或易于降解。在进行家电产品的结构设计时,应尽量选择无卤塑料,因为在焚烧含卤塑料(PVC;CPVC;CPE等)以及塑料中的含氯或含溴的染料、颜料、阻燃剂、增塑剂和各种添加剂时,由于它们的不延燃性,焚烧时不但产生大量的黑烟及氯化氢气体,而且还会产生有毒物质。

d. 尽量减少产品中的材料种类,以便于产品废弃后的有效回收。

e. 设计时,除考虑减少材料的种类外,还必须考虑材料之间的相容性。材料之间的相容性好,意味着这些材料可一起回收,能大大减少拆卸分类的工作量。如塑料中的PC(聚碳酸酯)与ABS的相容性好,在其零部件不能重用的情况下,则不必进一步分类,可一起回收处理。
②宜人性设计

   利用人机工程学的原理,让使用者感到舒适、方便、心情愉快,无压抑感;另外,也要避免电磁辐射、噪声、有毒气体、有刺激性的气体和液体对人的危害。如利用先进的声质量和仿真设计技术的春兰“静博士”空调,其室内机低速运行最低噪声仅为24分贝,真正杜绝了噪声污染。

 

③产品环境性能设计

    在产品设计初期,将其环境性能作为设计目标是绿色设计区别于传统设计的主要特点之一。由于不同产品有不同的环境性能,设计时应根据产品特点、使用环境与要求等分别予以满足。如设计完全不涂漆的电视机,消除酸洗磷化过程中产生的环境污染物,以及设计完全不使用电池的遥控器等。

④节能设计

    节能设计就是设计合理的产品结构、功能、工艺或利用新技术、新理论使产品在使用过程中消耗能量最少、能量损失最少。现在,越来越多的人都在关注产品的使用过程中所消耗的资源及其给环境带来的负担。美国能源部估计,美国每年要为关机的电视机和录像机支付约10亿美元的电费。待机功耗已经引起了社会的广泛重视。预计到2000年,美国仅收使用“能源这星”环保标志一项所节约的能源就可达260亿kW•h,相当于少建10个大型电厂。因此,在产品的设计阶段,对其使用造成的能源消耗问题应给予足够的重视。 这正是面向节省能源的设计(Design for Energy Saving,DFES)所研究的内容。减少能源需求,可以通过减少实际应用能源消耗和减少待机能源消耗来实现。许多人研究了产品在实际使用节约能源的问题。为了减少各类产品,特别是家电类产品的待机功耗问题,人们也进行许多研究。Philips公司研制的SMPS多芯片电源模块,被称为“绿色芯片”(green chip),它以绿色设计为目标,可以使许多电源在转入闲置待机方式时功耗大大减少。

⑤可折卸性设计(Design For Disas-sembly,DFD)

    可拆卸性设计的基本要求,就是产品在设计时充分考虑到产品报废后较多的零部件拆卸方便,便于回收与再利用,从而达到节省成本,减少污染,保护环境的目的,这将作为产品性能和结构设计的一项重要评价指标。因此应努力做到以下几点:

a. 在满足功能要求和使用要求的前提下,尽可能采用最简单的结构和外形,组成产品的零部件材料种类尽可能少。
b. 采用易于拆卸或破坏的连接方法;将零件连接在一起的方法有很多种,如螺纹连接、焊接、粘接、搭扣式连接等,在家电产品的设计中应优先选择易于分离的搭扣式连接。
c. 拆卸部位的紧固件数量要尽可能少,同时紧固件类型应统一,这样可减少拆卸工具种类,简化拆卸工作。
d. 尽量避免零件表面的二次加工,如油漆、电镀、涂覆等,尽量避免在注塑零件中嵌入金属件,这不仅是因为涂镀工艺本身会给环境带来极大的污染,也会使以后的分离折卸工作难以进行。

e. 减少产品中所用材料的种类并在模具上模压出材料的代号标识,以便其后的分类回收。

 

⑥可回收性设计(Design For Re-cycling,DFR)

    可回收性设计就是在产品设计时要充分考虑到该产品报废后回收和再利用的问题,即它不仅应便于零部件的折卸和分离,而且应使可重复利用的零件和材料在所设计的产品中得到充分的重视。资源回收和再利用是回收设计的主要目标,其途径一般有两种,即原材料的再循环和零部件的再利用。鉴于材料再循环的困难和高昂的成本,目前较为合理的资源回收方式是零部件的再利用。
产品的回收利用率很低是因为长期以来我们沿袭的生产模式是生产→流通→消费→废弃的开式循环,现在我们提倡的是闭式循环的生产模式,就是在原来的生产模式中增加一个“回收”环节。产品设计人员在产品设计过程中要仔细考虑产品的回收性能,并将其体现在具体产品的结构中。

⑦长寿命设计

    长寿命设计是指对产品功能和经济性进行分析的基础上,采用各种先进的设计理论和工具,使设计出的产品能满足当前和将来相当长一段时间内的市场需求。它并非一味地延长产品的生命期,而是利用模块化设计、开放性设计、可维修性设计、可重构性设计和技术预测等设计理论和方法,最大限度地减少产品过时,也就减少了报废处理和昨用的产品的数量,即节约了能源和资源,减轻了环境的压力。

⑧模块化设计

    这里的模块是指按一定目的通过物理关系结合在一起的具有共同特性(功能)的一组零部件和子装配体的集合。广泛采用标准化、模块化的零部件更重要的是设计时就应充分考虑产品报废时的回收利用。
产品报废后,容易抓卸和分解,并可以加以回收或再生将是21世纪绿色工业产品的一项重要指标。在产品设计中采用模块化设计有以下好处:
a. 使用相同零部件可降低制造成本。
b. 产品结构易于变动。
c. 用少量的零部件组成大量的最终产品
d. 可以减少设计和制造工作量。
e. 易于实现零部件的校验。
f. 可满足不同的消费需求。
g. 易于产品故障的诊断、维护、修理、拆卸和回收。

 

⑨绿色包装设计

    绿色包装技术就是从环境保护的角度,优化产品包装方案,使得资源消耗和废弃物产生最少。目前这方面的研究很广泛,大致可以分为包装材料、包装结构和包装废弃物回收处理3个方面。当今世界主要工业国要求包装应做到“4R1D”(Reduce减量化、Reuse回收重用、Recycle循环再生、Recover能量再生和Degrad-able可降解)原则。

绿色包装具有以下特点:

a. 材料最省,废弃物最少且节省资源和能源,即绿色包装在满足保护、方便、销售、提供信息的功能条件下,应是使用材料最少而又文明的适度包装。产品的包装应摒弃求新、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后的处置费用。

b. 尽量采用可回收或易于降解的绿色包装材料。由于塑料的回收比例最低,焚毁时又会放出破坏臭氧层的化学物质,污染最为严重。因此要大力发展纸包装,纸包装易于回收再利用,在大自然中也易自然分解,不会污染环境。纸包装的生产原料也来自于可再生的木材及植物茎杆,因而从总体上看,纸包装是一种对环境友好的包装。

c. 易于回收利用和再循环。采用可回收,重复使用和再循环使用的包装,提高包装物的生命周期,从而减少包装废弃物。

d. 尽量减少包装材料的种类,以便于回收利用。例如:德国“伙伴”公司的包装工程师应用“减少材料种类”的原则,把包装材料种类由原来的20种减少到4种,使废物的处理费用下降了50%以上,不仅降低了材料成本,而且改善了包装性能。

e. 包装材料对人体或生命系统应无毒无害。这主要是要求包装所用材料中不含有有毒性的元素、卤素和重金属,或将其含量控制在有关标准以下。

 

4  绿色制造

    绿色制造(Green Manufacturing)是一个综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式,其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中,对环境负面影响最小,资源利用率最高,并使企业经济效益和社会效益协调优化。
绿色制造则通过绿色生产过程(绿色设计、绿色材料、绿色设备、绿色工艺、绿色包装、绿色管理)生产出绿色产品,产品使用完以后再通过绿色处理后加以回收利用。采用绿色制造能最大限度地减少对环境的负面影响,同时原材料和能源的利用率能达到以最高。绿色制造技术主要包括以下几个方面:

①节约资源的艺技术
    节约资源的工艺技术是指在生产过程中简化工艺系统的组成,节省原材料消耗的工艺技术。如优化毛坯生产,或采用不先切悄加工技术,可以减少材料的消耗量,减少切悄;采用干式切削加工,即在加工过程中不用冷却润滑液以减少废液;用新的工艺方法取代传统的喷漆、电镀和热处理等;此外,采用镶装可换结构,提高产品的利用率、可靠性和寿命等措施都可达到节约资源的目的。
节约资源的工艺技术的实现可以从设计和工艺两个方面着手。在设计方面,可通过减少零件数量、减轻零件重量、采用优化设计技术等使原材料利用率最高。在工艺方面,可通过优化毛坯制造技术、优化下料技术、少无切悄加工技术、干式加工技术、新型特川加工技术等减少材料消耗。

②节约能源的工艺技术
    目前,采用的方法主要有减磨、降耗或采用低能耗工艺等。

③环保型工艺技术
    环保型工艺技术就是通过一定的工艺环节,使生产过程中输出的对环境、操作者等有影响或危害的物质尽可能地减少或完全消除。最为有效的方法是在工艺设计阶段全面考虑,积极预防污染的产生;有时也同时增加末端治理技术。例如春兰集团生产的双CFC“绿色”冰箱,不但采用CFC制冷剂,而且在国内唯一实现全无CFC发泡工艺,再加上国家颁发的节能认证,深受国内消费者欢迎,并打入了环保标准严格的欧美市场。又如在印制电路板加工过程中,选择无铅焊接工艺,减少铅元素对人体的危害。

 


 
5  结束语

    不久前欧盟在其《官方公报》上公布了《报废电子电气设备指令》和《关于在电子电气设备中禁止使用某些有害物质指令》,前一个指令特别强调了生产商的收集责任,这必将增加制造商的回收处理费用;而后一个指令则说明自2006年7月1日起,投入于市场的新电子和电气设备不包含铅、汞、镉、六价铬、聚溴二苯醚和聚省联苯等6种有害物质。而我国在这方面的相关法律法规也即将出台。在环保成为世界发展趋势的情况下,绿色消费意识在家电领域将有更鲜明的体现。有关提示表明,以环保为内宾的“绿色壁垒”将替代传统的“关税壁垒”,重新开展国与国之间的贸易竞争。这一趋势在家电领域同样获得体现,绿色设计与制造是每一个家电制造企业的唯一选择。

    与此同时,目前已经颁布的ISO9000系列国际质量标准和ISO14000国际环保标准,为绿色制造提供了广阔的应用空间,一场“绿色革命”已经来到,特别是与百姓生活密切相关的家电产品,正以前所未有的力度向环保方向发展。

 

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