產品設計入門

 

 Design

 

綠色設計

綠色設計定義和特點

綠色產品的好處

目前對綠色產品(Green product) 或環境友善產品(Environmental Friendly Product)之描述與定義並不明確,所以並沒有公認之「綠色產品」定義。市面所見的,大多數都是公司自稱綠色產品,或是產品經由第三者認證的。此外,也有人認為產品在生命終期,其部分材料可以再循環或再使用,或是可以安全棄置處理的產品稱為綠色產品;也有人認為綠色產品是可以簡易的拆解,拆解後的組件可以重新再利用。

從以上的觀點可知,綠色產品本身的訴求雖然不同,但對於降低環境衝擊的本質卻是不變的。因此,我們可以這樣理解:綠色產品主要是在產品設計時,就要將產品整個生命週期所有可能對環境的衝擊因素加以考慮,避免造成環境的潛在危害及增加社會成本,生產可以達到低污染、低耗能與低毒性之產品。

綠色產品的特徵主要有以下各個方面:

  • 延長產品的生命周期
  • 節省能源
  • 循環再用,保護地球的有限礦物資源,使其可以合理地持續利用
  • 避免使用時有廢棄物產生,減小廢棄物數量及其處理的棘手問題
  • 減少有害物質之使用,有利保護環境,維護生態系統平衡

 

產品綠色設計的目的

產品綠色設計的目的,主要是使產品符合環保性的要求以減少對環境的衝擊。所有與環境有關的衝擊因素非常多,如:原料選擇、再使用、循環再用、減量設計、綠色消費、綠色採購、易拆解、低毒性等 。如果將所有的環境影響因素都納入產品設計之中,達成完全的綠色設計是不可能的。因此,綠色設計在維持產品應有的功能性、品質與使用壽命等前提下,在產品的整個生命週期中,著重於符合環保性的要求,選定與環境衝擊相關的因素做為產品設計時的依據。

達至減低衝擊環境的方法有多種,例如﹕

  • 環境化設 (Design for Environment)
  • 減量設計 (Design for Reduce)
  • 再使用設計 (Design for Reuse)
  • 循環再用設計(Design for Recycle)
  • 拆卸設計 (Design for Disassembly)

 

綠色產品與傳統產品最大的差異,在於綠色產品加入了綠色設計要項,可減少產品因生產、製造、使用與廢棄的過程中,可能對環境的危害衝擊。
以下圖表是傳統設計和綠色設計的比較:
比較因素 傳統設計 綠色設計
設計依據 依據用戶對產品提出的功能、性能、質量及成本要求設計 依據環境效率和生態環境指標與產品功能、性能、質量及成本要求設計
設計人員 設計人員很少或沒有考慮到有效的資源再生利用及生態環境的影響 要求設計人員在產品構思及設計階段,必須考慮降低能源消耗、資源重複利用和保護生態環境
設計技術或工藝 在製造和使用過程中很少考慮產品回收,用完後就被廢棄 在產品製造和使用過程中要做到可拆卸、易回收,不產生有毒物質及最少廢棄物
設計目的 為需求而設計 為需求和環境而設計,滿足可持續發展(Substantial development)的要求

 

產品生命週期及考慮

產品的生命週期是指產品從生產、製造、服務到棄置,其中包括:材料、能源、需求、價值、回收或廢棄、對環境衝擊等因素。

從傳統設計到綠色設計,產品的生命週期對設計有著很大的影響,當中我們必須在生產成本和保護環境之間取得平衡,從而達到保護環境和資源得到有效運用,又能有最佳的成本效益。

生命週期是產品在設計與製造時,必須針對整個產品的生命週期做考量,包括:材料、能源、金錢與價值、資訊與知識之循環,並以較寬廣的觀念來實施生產、使用、維護、再使用和棄置,以這樣的方式會使環境的衝擊和天然資源的消耗減至最小。

進行設計時,必須藉由深入思考產品生命週期特性,決定出生命週期方案。生命週期方案乃具體的描述企業策略、生命週期策略、產品與製程設計之設計目標。企業要先決定生命週期方案後再改變生命週期特性(如:物理性壽命、價值壽命、銷售時期、使用者類型….),比根據現有產品來制訂生命週期方案更有效率。

 

我們日常選擇產品, 除了考慮價錢外,亦會考慮其他特點,例如耐用程度、有效日期、成份和效用等,但大眾一般都會忽略,消費本身也可以是一個支持緣色設計的行動。

綠色消費是一種直接行動, 因為透過消費行為,我們可以促使生產商及政府改變生產程序及運作架構。 綠色消費運動的其中一個目標,就是要改變現行的經濟運作模式。但很明顯, 現時生產以及推銷這類所謂「綠色產品」的方式, 仍是完全依賴現有的生產及促銷的制度,製造大量廢物及污染,例如大量包裝, 以及運輸時耗用大量燃料等。 

相關連結

在教育统籌局的環境教育網(http://resources.ed.gov.hk/envir-ed/c_index.htm)內香港的環境議題一章中的綠色消費環節載有詳盡的資科及教案

 

綠色設計方法

綠色設計的需求分析和目標

要實踐綠色產品的理念,必須透過一些方法和工具協助我們去設計和達成目標,也就是說在設計的過程中,充分考慮產品在原物料的選用、製造程序、運輸銷售、產品使用與服務、生命終結之回收與處理等對環境的各種影響,輔以相關的方法,在原有產品設計的基礎上將環境衝擊因素做為產品的設計目標之一,方能使所設計的產品滿足環保性的要求, 並具有市場競爭力。

由上可知,綠色設計與傳統設計的差異在於,綠色設計在產品設計的時候就要將節能、低毒性、再使用、循環再用、減量設計、易拆解等條件列為產品設計目標,並利用方法達成產品設計目標,使所生產之產品為符合環保訴求之綠色產品。

 

環境化設計(Design for Environment)是將對環境的考慮有系統地融合至產品與製程設計中。現在,當生產商必須負擔更多的環境責任時,環境化設計提供了新的觀點,並可成為生產商更具競爭力與創新力的一種有利工具。

環境化設計在於瞭解整個產品的生命週期及每一個階段對環境的衝擊,將產品的環境屬性加入產品設計中,使得產品設計有最佳的決策定案。環境化設計必須位於產品的設計初期,且要確認產品生命週期的環境結果。環境化設計最大的挑戰在於設計的過程中,要盡可能的取得相關的大量資訊。

環境化設計策略一開始乃藉由新產品的概念,包含設計、材料選擇、生產、分配、使用和產品的生命終期。以下為環境化策略設計之順序:

  1. 新觀念的研發
  2. 物理性質最佳化
  3. 材料使用最佳化
  4. 生產最佳化
  5. 分配最佳化
  6. 降低產品使用之衝擊
  7. 生命終期系統最佳化

雖然上述是以產品的生命週期作連貫,我們可以發現執行策略的連續性對每一個產品不盡相同。換言之,沒有任何方法是絕對的正確,必須依照公司及產品生產的需求來安排執行的順序。

 

可回收材料的衣夾

循環再用設計(Design for recycle)的理念是當所回收廢棄產品的元件、組件或零件無法直接再使用時,將其材料分類回收循環使用,以減少天然資源或能源的使用。因此,設計者在綠色產品規劃時,應考慮若產品元件、組件或零件之壽命無法延長時,至少要盡量做到產品易拆解與可回收材質使用之設計,以方便日後回收循環再用。

在進行循環再用設計時,設計人員應瞭解及注意循環再用設計可節省拆卸時間、降低投資金額、吸引顧客及使產品易於推廣。而再循環之實際執行層面更可分為較高階之材料再循環及較低階之能源回收。在從事材料再循環時,我們應考量再循環量與所需材質量是否平衡 ,再循環品質是否達到一定標準,再循環之經濟效益是不是符合實際,以避免成本過高。而材質再循環若不符合實際,則應考慮能源回收。而能源之回收亦應就其污染、能源需求及其它相關問題加以考量。

為了使再循環可以更加容易,我們必須考慮下列幾點:

  • 對既存的市場,試著回收與再使用具再循環性的物品
  • 產品中若要使用毒性物質,必須將這些毒性物質集中在某一區域,以利分離
  • 若產品無法進行非破壞性拆卸,必須確認這些不同的物質能夠簡易地分開成幾個部分,各部分物質彼此具相容性

可回收材料衣夾

這個產品是由美國 EKCO Housewares 公司設計,經過多次的測試,包括彈性、硬度、載重、加工、抗氣候性、成本等。最後決定使用LDPP來製造。它在環保上的優點就是使用單一可回收的材料,再加上產品設計的創意,除了傳統的夾衣服功能外,還多了可夾浴室淋浴的隔簾,採用射出成型,比傳統衣夾節省了大量組裝的時間。利用最簡易的結構與新鮮的造型,滿足使用者的內外在需求,可謂成功的綠色商品。

 

產品減量設計(Design for reduce)的概念是投入最少資源就能完成,也就是製造產品的過程中,節省能源、減少垃圾、小型輕量化、共通化、提高成品率等的減量方式來達到產品材料使用減量為目的。

就電子及資訊產品而言,節省資源和延長壽命都要考慮到成本效益和產品功能的問題,在設計規劃階段,設計者可對產品朝向輕量化和節省資源的方向設計,但需考慮輕量化後是否會影響產品之既有功能。

此外產品的耐用性、產品本身與包裝材是否含有毒性物質,這些也都是考慮的重點。在產品設計時,應考慮所使用的原料種類愈少愈好且不具毒性,或是這些物質可完全的再使用,這樣將會減少因產品生產過程中對環境所造成的傷害與衝擊。

產品減量化設計有下列的優點:

  • 節省天然資源:當產品進入生命終期時,將可回收再利用之物質取出來再次使用,這樣將會減少大量的廢棄物進入到環境中,也可以減少天然資源的過渡損耗。
  • 減少毒性廢棄物:選用無毒性或是低毒性的物質是產品減量化設計另一項重要的工作。在可減少廢棄時,也減少產品所含的毒性物質造成對環境的傷害。
  • 降低成本:減少廢棄物處理之相關費用。

 

 

為了促進產品壽命的延長在產品物理性壽命的部分非常重要,因為它將促使產品回收後能夠再使用的重要項目之一。因此,設計者可對綠色產品朝延長產品之元件、組件或零件物理壽命作設計,並配合零組件易拆解設計,以利後續回收再利用作業。

大部分元件或零組件是否能再使用,主要取決於其剩餘機能壽命是否足夠,且元件或零組件與新舊產品均可相容使用。如果大部分元件或零組件可以再使用,只要回收系統做得好,企業可以省掉許多備用元件或零組件數量,以滿足產品維修市場。

從事再使用設計時,設計人員應瞭解及注意再使用設計需包含零件的再用(Reuse)、再製造(Remanufacture)、重建(Rebuild)等三方面實行時所遭遇之問題。而要實際做好再使用設計需同時考量回收後之剩餘壽命、社會整體之維修系統、再用成本、新品單位成本、單位處理回收成本、回收率、再用單位價值、要求價值及極限再用率。

為了提昇極限再使用率,生產、使用、回收系統、及多世代設計與機種間的零件共通化是有其必要的,但因再使用有其極限,即使做好維修與保護,零件仍將隨時間之經過而無法使用,在此狀況下便應實施再循環之處理。

再使用的可能性與下列幾點有關:

  • 產品的技術、美觀與消費者觀感
  • 二次市場接受使用過產品的意願
  • 修理與維護設施

 

拆卸成本會隨著拆卸步驟增加而大幅上升,而堆填成本就會隨著數量的增加而慢慢的減少。

日產NISSAN汽車March車型

 

拆卸在綠色設計(Design for reuse)之中可說是重要的一環,它是產品回收和重用的必要步驟。產品如果無法拆卸的話,既談不上有效回收,更談不上重新利用,如何既保持社會對各種消費品的不斷需求,又能節省資源和能源,產品能夠有效地拆卸回收變得更重要。拆卸設計不僅可使產品生命終結達到最佳化處理的目的,更可以生產易於維護與修理且對使用者更加有用的產品。

拆卸設計主要是利用非破壞性的拆解方法,例如使用可分開的接合點,像是彈簧扣、螺栓、卡栓等去把產品不同零件分開。而在拆解之中使用標準化的接合,產品可以通用性的工具進行拆解,至於同方向的接合,可避免產品在拆解過程中需要翻轉或是移動等動作。

產品設計者必須和資源回收再利用者互相合作,填補在理論拆卸設計原則與實際拆卸過程兩者間所出現的落差,建立必須的設計規格,對連接系統、拆卸技術和產品結構的考量將有詳細的指示。只有在這些基礎標準下,回收及再循環業者將能夠執行產品的拆卸,並且能確認拆卸的相關活動將具有時效性,且可獲得具高品質、可再利用的零件,從中更可降低成本,避免廢棄物的棄置與處理。

拆卸成本會隨著拆卸步驟增加而大幅上升,而堆填成本就會隨著數量的增加而慢慢的減少,可參考左圖。

日產(NISSAN)汽車的March車型是綠色設計的代表之一,這汽車的綠色設計主要做法為減少單一材料的使用,包括車門內裝、儀表板、簡化零組件等,同時使用可回收物質及其再循環、降低CO2的排出量、減少含鉛物質的使用。另對於 產品再利用、降低拆解難易度與最終處理達到重量回收百分比95%以上。

 

產品從生產到變成被人廢棄這個過程已經變得越來越快,好像很多產品依然運作正常,但已被廢棄到堆填區或焚化爐,有研究報告指25%的吸塵機、60%的音響組合和90%的電腦在被廢棄時都能依然運作正常 。所以,我們要有效平衡人的需要和環境保護,延長產品壽命就變得更重要和刻不容緩。

延長產品壽命可分為幾個不同的部分。第一,就是選擇合適的材料,這材料不單能符合產品的要求,還要有效延長產品耐用性,達到保護環境的目的。

延長產品壽命對於用戶和生產商未必是一件好事,例如:現今的數碼和影音產品,差不多每半年就會更換款式,加入新功能或改進,用戶亦希望買到新產品,體驗一下新科技,而延長產品壽命或週期,變相減慢了產品的更新速度。

對於生產商來說,一件產品能用上十年或二十年都不需更換,它的售價一定會較昂貴,難以吸引用家,而且產品更新速度太慢,也會減低廠商的利潤,可見現今的消費模式和延長產品壽命有很大的矛盾。

 

綠色產品開發者對於綠色產品的考慮往往只停留在設計與製造階段,未能妥善顧及市場及消費上的實際需求,導致綠色產品不能適應快速的消費性市場,而在市場上迅速消失,隨即產生更大的環境衝擊。在邁向持久發展的目標之前,綠色產品設計者所需關注的不應該只是針對單一產品設計或製造層面的問題,而應廣泛考慮所有產品相關環境及消費體系,以及產品流通動向的問題。因此,要達至持久發展之路的關鍵在於綠色產品是否深得民心,廣泛被消費者接受。

案例

Powermate eco

NEC Powermate eco個人電腦(圖片來自support.necsam.com)

隨著電子科技的發展,桌上電腦的功能亦隨之提升,導致功能不敷使用的電腦被大量丟棄,造成環境的負荷。據資料顯示,現在全球每年棄置的電腦達一億台!每台未經處理而被棄置的電腦,所含的鉛、鋇、硼、鈷等重金屬,都會汚染地下水源,危害附近居 民和動物的健康。

部份桌上電腦的生產商為了舒緩環境問題,開展了設計「綠色電腦」的運動,NEC的PowerMate eco型電腦是其中的表表者。

PowerMate Eco的綠色設計考慮包括:

使用與Intel處理器兼容的Transmeta Crusoe中央處理器,在保持運算速度不顯箸降低的條件下大大降低電腦的耗電量。而且由於Crusoe中央處理器發熱量甚少,所以PowerMate Eco不需設置散熱風扇,在節電之餘亦大降低電腦的噪音,PowerMate Eco在所有使用狀態下所發出的噪音都不超過二十分貝,異常寧靜。不設置散熱風扇的另一好處,是免除塵埃、細菌等的散播。

PowerMate Eco的機箱設計因為無需考慮散熱問題,所以可以做得很細小,少佔桌面空間之餘也節約塑科的用量,PowerMate Eco機箱所用的NuCycle品牌聚碳酸脂(Polycarbonate)塑料是NEC的專利配方,當中使用了矽基的阻燃添加劑,比一般電腦使用的溴基添加劑在燃燒時產生更少的有毒物。除此以外PowerMate Eco的綠色考慮還包括使用LCD顯示屏,免除傳統顯像管式顯示屏所引起的硼汚染 ,以及全機使用不含鉛的錫焊。

PowerMate Eco的設計顯示,只要方案考慮周詳,着力點清晰,綠色設計方針不一定會提高產品成本、削弱競爭力的。例如在顧客熱線中心、證劵交易室等地方,地小人多、桌面空間有限,對電腦的大小、噪音、熱量、耗電等的考慮比運算速度的高低重要等多,因此PowerMate Eco比其它高階電腦更顯得合適。

 

三洋超音波洗衣機

傳統洗衣機的各個生命週期,對環境產生較大的衝擊,包括水資源的消耗、能源的消耗及洗衣劑的污染等。傳統的洗衣方式需添加較多的洗衣劑,洗衣劑中所含的磷隨家庭污水排入海洋,將造成優養化,破壞自然環境 。

綠色設計考慮

  • 節約能源:可節省50%電力
  • 節約資源:改變水的物理狀態,每分鐘產生5000萬個汽泡,每秒震動20000次的超音波,相當於每秒洗衣20000次,可減少50%的用水,且汽泡能進入纖維內部,提高洗淨力,節省50%的洗衣劑,並提高衣物50%的使用壽命。

 

Prius突破了單一燃料的限制

豐田汽油暨電力共同驅動車-Prius

Prius的內部結構

 

豐田第二代使用電氣混合動力技術的汽油暨電力共同驅動車Prius,具備了傳統汽油車和環保電力車的好處,可為二合為一,在另類能源汽車方面引領新潮流。新Prius裝備了高壓達到500V的混合協同驅動系統,它使汽油機和電力兩種動力系統通過串聯與並聯相結合的形式進行組合工作,達到低排放的效果。由於電動機的輸出扭矩要比汽油機大得多,因此當汽車起步、加速、上斜坡等高負荷狀態時,往往是電動機在工作。新Prius的創新之處在於混合協同驅動系統可以隨意的選擇用氣 油或電力驅動,在某些情況下汽車可以完全用電能驅動,這在燃料消耗以及廢氣排放的減少上,意義非常。

電動車因肩負保護地球環境的使命而誕生,由於新Prius的電動機得到了相當大的改善,因此汽車在高負荷狀態下的廢氣排放得到進一步降低,較第一代車型下降了30%,比普通的內燃發動機尾管排出的廢氣物質低了近90%。

相對傳統電動車昂貴而性能有限的情況,新Prius做了進一步的改進。畢竟電動汽車面臨的難題很多:電驅動持續時間、動力性能和價格都是阻礙其商業化普及的重要瓶頸。 幸好研發的腳步從沒有停止,解決難題的速度也越來越快。

新Prius在造型上頗具匠心,使其成為地球上最具空氣動力學特性的量產車之一,風阻係數僅0.26,為降低燃油消耗和降低車內噪音做出了貢獻。

 

相關連結

 

在長洲東灣路試裝的環保隔篩(圖片來自the-sun.com.hk

一種嶄新設計的「環保隔篩」,現時已在全港多個地區進行測試,該種隔篩可安裝在道路集水井系統內,在同一時間內,收集雨水及隔絕污水溢出,杜絕污水、臭氣及昆蟲從集水井內走出路面。路政署發言人證實有關試驗還在進行中,效能尚待驗證。不過,長洲居民則認同該產品效能,要求盡快在島上全面裝設。

該項產品屬於美國設計,採用玻璃纖維加不抰等作原料製成,其特點在於物料質輕、耐熱、抗酸及抗鹼等化學品腐蝕。其操作原理,當雨水流入集水井隔篩時,雨水本身的重量將集水井的隔篩打開,讓雨水迅速流入污水排放系統,沒有雨水時,隔篩會將開口合上,可防止污水流出路面。

路政署發言人表示,由去年九月開始,該署已聯同食環署在長沙灣、沙田和銅鑼灣揀選部分街道的集水溝,加裝上這種「環保隔篩」,以測試其清理及排水功能,以及其防止臭味和蚊蟲的效能。短期內該署亦計畫在旺角進行試驗,每套需千餘元。

無可否認「環保隔篩」是一種好實用的產品,但有渠務署職員指出,該產品唯一令人擔心的,是不能適合全港使用,它能應付一般雨水的流量,但當遇上暴雨警告,如紅雨或黑雨時,由於裝上「環保隔篩」,會令污水渠的排水量減慢約一成左右。

本報記者曾到長洲作實地觀察,有居民表示路邊的集水溝,經常因天氣酷熱,傳出陣陣惡臭,令居民及商戶叫苦連天,更令遊客止步,居民曾向長洲鄉事委員會投訴,去年九月路政署在長洲東灣路,試裝七個「環保隔篩」,居民表示安裝以來臭味明顯減少。

活動

活動目標:

讓學生了解包裝的重要性

活動內容:

學生可選擇一種產品的包裝,指出和分析其包裝的好處和壞處,然後對該產品的包裝作出改良或重新設計。
學生在設計時應考慮以下幾點:

  • 包裝的重量,要考慮到
  • 包裝材料 (可再用或循環再用)
  • 對環境是否有害
  • 對產品的保護
  • 美觀

評分標準:

  • 創意
  • 可行性
  • 材料選擇恰當與否

 

 

< back                                      main                                        next>