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綠色設計制造基本理念

發布時間:2011/8/27 14:55:53 訪問次數:4294

    20世紀80年代,綠色設計制造的理念正式在全球范圍內提出,并迅速在各產業領域得以重視和發展。綠色設計制造的理念涉及領域非常廣泛,其主要內容可以用“資源節約”和“環境友好”來概括。綠色設計制造強調人與自然和諧,而不應當是憑借著人們手中
的技術和投資,采取耗竭資源、破壞生態和污染環境的方式來追求發展;同時也強調當代人在創造和追求今世發展與消費的時候,為后代人留下發展的機會。
    作為近半個多世紀發展最快、影響最大的電子產業,不僅要解決電子設計制造綠色化的問題,而且要為整個社會生產和諧、可持續發展提供技術和信息化支持。綠色電子設計制造不拘泥于特定的技術、材料,而是對電子制造全過程進行規劃和創新,在更高層次上理解電子產品和服務,努力以更少的資源消耗和物質產出保證健康和諧的生活質量,達到可持續發展的目的。
   (一)綠色設計制造的總體結構與技術體系
    1.綠色設計制造的總體結構       HCNW3120   
    綠色設計制造是指在保證產品的功能、質量、成本的前提下,綜合考慮環境影響和資源效率的現代制造模式,借助各種先進技術對制造模式、制造資源、制造工藝、制造組織等進行不斷地創新,其目標是使得產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢及回收處理的整個生命周期中不產生環境污染或環境污染最小化,資源利用率最高,能源消耗最低,最終實現企業經濟效益與社會效益的協調優化。
    綠色設計制造的體系結構可以簡單地概括為一個目標、4個途徑、4個內容,如圖8.2.1所示。綠色設計制造的基本目標是實現環境保護和資源綜合利用。綠色制造需要貫徹到產品的整個生命周期過程中,既考慮產品材料獲取、制造、使用和回收的全過程。同時也可以看出,產品生命周期的全過程也就是一個從原材料到產品,再從產品到原材料的物料轉化過程。

                  

    2.綠色設計制造的技術體系
    綠色設計制造技術體系包括3個技術群:
    (1)主體技術群;
    (2)管理技術群;
    (3)支撐技術群。
    綠色設計制造技術體系如圖8.2.2所示。

                        

   (二)緣色設計制造      K4D28163HD-TC50     
    綠色設計制造,又稱面向環境的設計制造(manufacturing and design for environment)。它是一個綜合考慮環境影響和資源效益的現代化設計制造模式,其目標是使產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個產品生命周期中,對環境的影響(負作用)最小,資源利用率最高,并使企業經濟效益和社會效益協調優化。綠色制造這種現代化制造模式,是人類可持續發展戰略在現代制造業中的體現。
    1.技術概述
    傳統的設計制造模式是一個開環系統,即從設計到制造,基本模式是:原料一工業生產一產品使用一報廢,不考慮產品的回收和原材料的再次利用。
    綠色設計制造技術是指在保證產品的功能、質量、成本的前提下,綜合考慮環境影響和資源效率的現代制造模式。它使產品從設計、制造、使用到報廢整個產品生命周期中不產生環境污染或環境污染最小化,符合環境保護要求,對生態環境無害或危害極少,節約資源和能源,使資源利用率最高,能源消耗最低。
    有人把這兩種設計制造模式形象地概括為:
    傳統模式:搖籃——墳墓
    綠色模式:搖籃——搖籃
    簡單概括容易,實際實施綠色模式可以說與傳統模式有天壤之別:如圖8.2.3所示是綠色設計制造實施示意圖,可以看出產品設計中需要考慮諸多因素的復雜性,產品制造中從材料、工藝到檢測的不確定性,以及產品回收中的經濟與社會因素的多樣性,這些因素都使綠色設計制造技術的實施道路上荊棘叢生而充滿坎坷。

    2.綠色電子設計的主要研究內容
    1)綠色電子產品設計評價系統模型的建立
    (1)綠色電子產品設計理論和方法。從壽命周期角度對綠色產品的內涵進行全面系統的研究,提出綠色產品設計理論和方法。
    (2)綠色產品的描述和建模技術。在綠色產品設計理論和方法的基礎上,對綠色產品進行描述,建立綠色產品評價體系,在產品生命周期中,對所有與環境相關的過程進行量化和評價,并對產品生命周期中經濟性和環境影響的關系進行綜合評價,建立數學模型。
    (3)綠色產品設計數據庫。建立與綠色產品有關的材料、能源及廢水、廢氣、固體廢棄物、噪聲排放的基礎數據庫,為綠色產品設計提供依據。
    (4)典型產品綠色設計系統集成。針對具體產品,收集、整理面向環境設計的資料,形成指導設計的設計指南,建立綠色產品系統設計工具平臺,并與其他設計工具(如CAD、CAE、CAPP等)集成,形成集成的設計環境。

    2)綠色電子產品清潔生產技術
    (1)節省資源的生產技術本項目主要從減少生產過程中消耗的能量、減少原材料的消耗和減少生產過程中的其他消耗三方面著手研究。
    (2)面向環保的生嚴技術  主要研究減少生產過程中的污染,包括減少生產過程的廢料、減少有毒有害物質(廢水、廢氣、固體廢棄物等)、降低噪聲和振動等。
    (3)產品包裝技術包裝是產品生產過程中的最后一個環節,產品包裝形式、包裝材料以及產品儲存、運輸等方面都要考慮環境影響的因素。
    3)電子產品可拆卸、可回收技術
    (1)產品可卸性技術提出產品可卸性評價方法,提出產品可卸性評價指標體系,進行可拆卸結構模塊劃分和接口技術研究。
    (2)產品可回收技術提出可回收零件及材料識別與分類系統,并開展零件再使用技術研究,包括可回收零部件的修復、檢測,使其符合產品設計要求,進行再使用(包括同化再使用和異化再使用)技術、材料再利用(包括同化再利用和異化再利用)技術的研究。
    4)電子產品噪聲和電磁干擾控制技術
    (1)聲源和干擾源識別,噪聲、聲場與電磁干擾測量以及動態測試、分析與顯示技術;
    (2)機器結構聲輻射與電磁兼容性計算方法與程序;
    (3)機器結構振動和振動控制技術;
    (4)低噪聲與電磁兼容性優化設計技術;
    (5)低噪聲與電磁兼容性結構和材料;
    (6)新型減振降噪與電磁兼容性技術。
    5)綠色結構與工藝材料技術
    (1)研究材料無毒、無害化技術;
    (2)無鉛焊接材料;
    (3)無囟樹脂塑料添加劑材料;
    (4)針對高分子材料,研究廢舊高分子材料回收的綠色技術等。

     3.綠色制造的主要研究內容
    1)綠色產品
    綠色產品的前提是綠色設計。
    綠色產品就是在其生命全周期中,符合特定的環境保護要求、對生態環境無害或危害極少、資源利用率最高、能源消耗最低的產品。具體來說包括以下方面:
    ①產品不含有害物質;
    ②產品低耗能、高效率;
    ③生產工藝過程耗能少,不產生有害物質;
    ④產品對使用者安全可靠,并且在使用中不產生有害環境的物質以及噪聲、光、電磁輻射等污染;
    ⑤合理的使用功能和使用壽命;
    ⑥合理包裝且包裝材料易處置、易降解;
    ⑦容易回收,可循環利用。
    分析綠色產品的含義可以看出,綠色產品的“綠色度”體現在產品的生命周期全過程,而不是產品的某一局部或某一階段。綠色產品的內涵主要體現在資源與環境友好性、經濟性和先進性三個方面(見圖8.2.4),三個方面互相聯系、互相制約、互相促進,缺一不可。

                   
    2)綠色材料   
    綠色材料(green materials)是指在制備、生產過程中能耗低、噪聲小、無毒性并對環境無害的材料和材料制品,包括那些對人類、環境有危害,但采取適當的措施后就可以減少或消除的材料及制成品。綠色材料又被稱為生態材料(eco-material)或環境意識材料(environment ronmentally consciousmaterials)。電子產品選擇綠色材料是實現綠色電子制造的前提和關鍵因素之一。
    3)綠色工藝
    綠色制造工藝技術是以傳統工藝技術為基礎,并結合材料科學、表面技術、控制技術等高新技術的先進制造工藝技術。根據綠色制造工藝技術追求的目標可將綠色制造工藝劃分為三種類型,即節約資源的工藝技術、節省能源的工藝技術和環保型工藝技術。提高
生產率和制造質量、降低成本,使加工過程具有良好的環境性能的最有效的途徑是進行工藝創新,用新的工藝代替傳統的1二藝。對現有工藝從技術、經濟、生態環境及有關法律法規的要求籌方面進行分析,通過優化或改進現有工藝、開發傳統工藝的替代工藝及開發新型工藝技術等途徑,獲得經濟可行的綠色制造工藝技術。
    4)綠色包裝
    選擇綠色包裝材料作為產品的包裝已經成為一個研究的熱點。各種包裝材料占據了廢棄物的很大一部分份額。因此,產品的包裝應摒棄盲目求新、求異的消費理念,簡化包裝,這樣既可減少資源的浪費,又可減少環境的污染和廢棄物的處置費用。另外,產品包裝應盡量選擇無毒、無公害、可回收或易于降解的材料,如紙、可復用產品及可回收材料(如EPS聚苯乙烯產品)等。通過改進產品結構,減少重量,也可達到改善包裝、降低成本,并減小對環境的不利影響。在產品包裝上過分鋪張華麗,不僅加大成本,還造成浪費。
    5)產品回收處理
    產品回收是產品廢棄以后,對產品進行回收處理的過程。傳統設計方法很少考慮產品的回收階段,而在綠色設計中,產品回收則是其最重要的一個階段,因為絕大部分產品對環境的影響主要體現在報廢回收階段。產品的回收一般包括重用、零部件回收、材料回
收和廢棄等。重用是指產品經過合理的修理或更新以后,直接用于和原來相同的場合。零部件回收是指產品不能整體重用,只有部分零部件可以用于和其設計目的相同的場合。材料圓收是指對沒有使用價值的零部件或產品回收其構成材料。廢棄是指無法回收的材
料經過無害化處理后進行填埋或焚燒。產品的回收一般先要進行回收決策,按照最大回收資源和能源的原則進行回收。
    6)綠色供應鏈
    綠色供應鏈是綠色制造的重要組成部分。廣義綠色供應鏈指的是要求供貨商對其產品進行與環境相關的管理,亦即將環保原則納入供貨商管理機制中,其目的是讓本身的產品更具有環保概念,提升市場的競爭力。而目前一般在電子制造行業所謂的綠色供應鏈,則指歐盟綠色指令倡議綠色產品所造成的供應鏈效應。電子制造廠商為了適應這些環境訴求,要求其供貨商所提供的產品不能含指令中規定的管制物質,而這些第一層供貨商又再轉而要求其上游供貨商所生產的產品中亦不得含有管制物質,并要求提供相關保證(如檢測數據及保證書),逐漸造就了這層層影響的綠色供應鏈風潮。

    4.工業生態
    工業生態學在經濟學中又稱循環經濟,是以模仿自然生態系統的運行規律為基礎,綜合運用工程學、生態學和生物經濟學等學科的知識和方法,使工業系統以一種更為一體化的、閉環的生產方式來代替傳統的、簡單的、開環的生產方式,最終達到一種較為完美的共生體系,實現工業活動的健康、持續發展。工業生態學描述的是一種系統,其中一種工業的廢棄物(產出)可以變成另一種工業的原材料(投入)。在這種封閉循環內,可使材料浪費達到最少。因此,如果工商企業能把廢棄物轉變成作為輸入的原材料,就可以大幅度地削減瀉染和原材料需求,如圖8.2.5所示。

                               


 


 



 


    20世紀80年代,綠色設計制造的理念正式在全球范圍內提出,并迅速在各產業領域得以重視和發展。綠色設計制造的理念涉及領域非常廣泛,其主要內容可以用“資源節約”和“環境友好”來概括。綠色設計制造強調人與自然和諧,而不應當是憑借著人們手中
的技術和投資,采取耗竭資源、破壞生態和污染環境的方式來追求發展;同時也強調當代人在創造和追求今世發展與消費的時候,為后代人留下發展的機會。
    作為近半個多世紀發展最快、影響最大的電子產業,不僅要解決電子設計制造綠色化的問題,而且要為整個社會生產和諧、可持續發展提供技術和信息化支持。綠色電子設計制造不拘泥于特定的技術、材料,而是對電子制造全過程進行規劃和創新,在更高層次上理解電子產品和服務,努力以更少的資源消耗和物質產出保證健康和諧的生活質量,達到可持續發展的目的。
   (一)綠色設計制造的總體結構與技術體系
    1.綠色設計制造的總體結構       HCNW3120   
    綠色設計制造是指在保證產品的功能、質量、成本的前提下,綜合考慮環境影響和資源效率的現代制造模式,借助各種先進技術對制造模式、制造資源、制造工藝、制造組織等進行不斷地創新,其目標是使得產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢及回收處理的整個生命周期中不產生環境污染或環境污染最小化,資源利用率最高,能源消耗最低,最終實現企業經濟效益與社會效益的協調優化。
    綠色設計制造的體系結構可以簡單地概括為一個目標、4個途徑、4個內容,如圖8.2.1所示。綠色設計制造的基本目標是實現環境保護和資源綜合利用。綠色制造需要貫徹到產品的整個生命周期過程中,既考慮產品材料獲取、制造、使用和回收的全過程。同時也可以看出,產品生命周期的全過程也就是一個從原材料到產品,再從產品到原材料的物料轉化過程。

                  

    2.綠色設計制造的技術體系
    綠色設計制造技術體系包括3個技術群:
    (1)主體技術群;
    (2)管理技術群;
    (3)支撐技術群。
    綠色設計制造技術體系如圖8.2.2所示。

                        

   (二)緣色設計制造      K4D28163HD-TC50     
    綠色設計制造,又稱面向環境的設計制造(manufacturing and design for environment)。它是一個綜合考慮環境影響和資源效益的現代化設計制造模式,其目標是使產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個產品生命周期中,對環境的影響(負作用)最小,資源利用率最高,并使企業經濟效益和社會效益協調優化。綠色制造這種現代化制造模式,是人類可持續發展戰略在現代制造業中的體現。
    1.技術概述
    傳統的設計制造模式是一個開環系統,即從設計到制造,基本模式是:原料一工業生產一產品使用一報廢,不考慮產品的回收和原材料的再次利用。
    綠色設計制造技術是指在保證產品的功能、質量、成本的前提下,綜合考慮環境影響和資源效率的現代制造模式。它使產品從設計、制造、使用到報廢整個產品生命周期中不產生環境污染或環境污染最小化,符合環境保護要求,對生態環境無害或危害極少,節約資源和能源,使資源利用率最高,能源消耗最低。
    有人把這兩種設計制造模式形象地概括為:
    傳統模式:搖籃——墳墓
    綠色模式:搖籃——搖籃
    簡單概括容易,實際實施綠色模式可以說與傳統模式有天壤之別:如圖8.2.3所示是綠色設計制造實施示意圖,可以看出產品設計中需要考慮諸多因素的復雜性,產品制造中從材料、工藝到檢測的不確定性,以及產品回收中的經濟與社會因素的多樣性,這些因素都使綠色設計制造技術的實施道路上荊棘叢生而充滿坎坷。

    2.綠色電子設計的主要研究內容
    1)綠色電子產品設計評價系統模型的建立
    (1)綠色電子產品設計理論和方法。從壽命周期角度對綠色產品的內涵進行全面系統的研究,提出綠色產品設計理論和方法。
    (2)綠色產品的描述和建模技術。在綠色產品設計理論和方法的基礎上,對綠色產品進行描述,建立綠色產品評價體系,在產品生命周期中,對所有與環境相關的過程進行量化和評價,并對產品生命周期中經濟性和環境影響的關系進行綜合評價,建立數學模型。
    (3)綠色產品設計數據庫。建立與綠色產品有關的材料、能源及廢水、廢氣、固體廢棄物、噪聲排放的基礎數據庫,為綠色產品設計提供依據。
    (4)典型產品綠色設計系統集成。針對具體產品,收集、整理面向環境設計的資料,形成指導設計的設計指南,建立綠色產品系統設計工具平臺,并與其他設計工具(如CAD、CAE、CAPP等)集成,形成集成的設計環境。

    2)綠色電子產品清潔生產技術
    (1)節省資源的生產技術本項目主要從減少生產過程中消耗的能量、減少原材料的消耗和減少生產過程中的其他消耗三方面著手研究。
    (2)面向環保的生嚴技術  主要研究減少生產過程中的污染,包括減少生產過程的廢料、減少有毒有害物質(廢水、廢氣、固體廢棄物等)、降低噪聲和振動等。
    (3)產品包裝技術包裝是產品生產過程中的最后一個環節,產品包裝形式、包裝材料以及產品儲存、運輸等方面都要考慮環境影響的因素。
    3)電子產品可拆卸、可回收技術
    (1)產品可卸性技術提出產品可卸性評價方法,提出產品可卸性評價指標體系,進行可拆卸結構模塊劃分和接口技術研究。
    (2)產品可回收技術提出可回收零件及材料識別與分類系統,并開展零件再使用技術研究,包括可回收零部件的修復、檢測,使其符合產品設計要求,進行再使用(包括同化再使用和異化再使用)技術、材料再利用(包括同化再利用和異化再利用)技術的研究。
    4)電子產品噪聲和電磁干擾控制技術
    (1)聲源和干擾源識別,噪聲、聲場與電磁干擾測量以及動態測試、分析與顯示技術;
    (2)機器結構聲輻射與電磁兼容性計算方法與程序;
    (3)機器結構振動和振動控制技術;
    (4)低噪聲與電磁兼容性優化設計技術;
    (5)低噪聲與電磁兼容性結構和材料;
    (6)新型減振降噪與電磁兼容性技術。
    5)綠色結構與工藝材料技術
    (1)研究材料無毒、無害化技術;
    (2)無鉛焊接材料;
    (3)無囟樹脂塑料添加劑材料;
    (4)針對高分子材料,研究廢舊高分子材料回收的綠色技術等。

     3.綠色制造的主要研究內容
    1)綠色產品
    綠色產品的前提是綠色設計。
    綠色產品就是在其生命全周期中,符合特定的環境保護要求、對生態環境無害或危害極少、資源利用率最高、能源消耗最低的產品。具體來說包括以下方面:
    ①產品不含有害物質;
    ②產品低耗能、高效率;
    ③生產工藝過程耗能少,不產生有害物質;
    ④產品對使用者安全可靠,并且在使用中不產生有害環境的物質以及噪聲、光、電磁輻射等污染;
    ⑤合理的使用功能和使用壽命;
    ⑥合理包裝且包裝材料易處置、易降解;
    ⑦容易回收,可循環利用。
    分析綠色產品的含義可以看出,綠色產品的“綠色度”體現在產品的生命周期全過程,而不是產品的某一局部或某一階段。綠色產品的內涵主要體現在資源與環境友好性、經濟性和先進性三個方面(見圖8.2.4),三個方面互相聯系、互相制約、互相促進,缺一不可。

                   
    2)綠色材料   
    綠色材料(green materials)是指在制備、生產過程中能耗低、噪聲小、無毒性并對環境無害的材料和材料制品,包括那些對人類、環境有危害,但采取適當的措施后就可以減少或消除的材料及制成品。綠色材料又被稱為生態材料(eco-material)或環境意識材料(environment ronmentally consciousmaterials)。電子產品選擇綠色材料是實現綠色電子制造的前提和關鍵因素之一。
    3)綠色工藝
    綠色制造工藝技術是以傳統工藝技術為基礎,并結合材料科學、表面技術、控制技術等高新技術的先進制造工藝技術。根據綠色制造工藝技術追求的目標可將綠色制造工藝劃分為三種類型,即節約資源的工藝技術、節省能源的工藝技術和環保型工藝技術。提高
生產率和制造質量、降低成本,使加工過程具有良好的環境性能的最有效的途徑是進行工藝創新,用新的工藝代替傳統的1二藝。對現有工藝從技術、經濟、生態環境及有關法律法規的要求籌方面進行分析,通過優化或改進現有工藝、開發傳統工藝的替代工藝及開發新型工藝技術等途徑,獲得經濟可行的綠色制造工藝技術。
    4)綠色包裝
    選擇綠色包裝材料作為產品的包裝已經成為一個研究的熱點。各種包裝材料占據了廢棄物的很大一部分份額。因此,產品的包裝應摒棄盲目求新、求異的消費理念,簡化包裝,這樣既可減少資源的浪費,又可減少環境的污染和廢棄物的處置費用。另外,產品包裝應盡量選擇無毒、無公害、可回收或易于降解的材料,如紙、可復用產品及可回收材料(如EPS聚苯乙烯產品)等。通過改進產品結構,減少重量,也可達到改善包裝、降低成本,并減小對環境的不利影響。在產品包裝上過分鋪張華麗,不僅加大成本,還造成浪費。
    5)產品回收處理
    產品回收是產品廢棄以后,對產品進行回收處理的過程。傳統設計方法很少考慮產品的回收階段,而在綠色設計中,產品回收則是其最重要的一個階段,因為絕大部分產品對環境的影響主要體現在報廢回收階段。產品的回收一般包括重用、零部件回收、材料回
收和廢棄等。重用是指產品經過合理的修理或更新以后,直接用于和原來相同的場合。零部件回收是指產品不能整體重用,只有部分零部件可以用于和其設計目的相同的場合。材料圓收是指對沒有使用價值的零部件或產品回收其構成材料。廢棄是指無法回收的材
料經過無害化處理后進行填埋或焚燒。產品的回收一般先要進行回收決策,按照最大回收資源和能源的原則進行回收。
    6)綠色供應鏈
    綠色供應鏈是綠色制造的重要組成部分。廣義綠色供應鏈指的是要求供貨商對其產品進行與環境相關的管理,亦即將環保原則納入供貨商管理機制中,其目的是讓本身的產品更具有環保概念,提升市場的競爭力。而目前一般在電子制造行業所謂的綠色供應鏈,則指歐盟綠色指令倡議綠色產品所造成的供應鏈效應。電子制造廠商為了適應這些環境訴求,要求其供貨商所提供的產品不能含指令中規定的管制物質,而這些第一層供貨商又再轉而要求其上游供貨商所生產的產品中亦不得含有管制物質,并要求提供相關保證(如檢測數據及保證書),逐漸造就了這層層影響的綠色供應鏈風潮。

    4.工業生態
    工業生態學在經濟學中又稱循環經濟,是以模仿自然生態系統的運行規律為基礎,綜合運用工程學、生態學和生物經濟學等學科的知識和方法,使工業系統以一種更為一體化的、閉環的生產方式來代替傳統的、簡單的、開環的生產方式,最終達到一種較為完美的共生體系,實現工業活動的健康、持續發展。工業生態學描述的是一種系統,其中一種工業的廢棄物(產出)可以變成另一種工業的原材料(投入)。在這種封閉循環內,可使材料浪費達到最少。因此,如果工商企業能把廢棄物轉變成作為輸入的原材料,就可以大幅度地削減瀉染和原材料需求,如圖8.2.5所示。

                               


 


 



 


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