低碳時(shí)代我國電子企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要素研究

倪 勇，朱杰棟，卜林森，盧 敏，薛紅艷

（南京航空航天大學(xué)，江蘇南京210016）

低碳時(shí)代我國電子企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要素研究

倪 勇，朱杰棟，卜林森，盧 敏，薛紅艷

（南京航空航天大學(xué)，江蘇南京210016）

在我國低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型期，電子企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)在滿足產(chǎn)品功能性、安全性、舒適性及便攜性的同時(shí)，著重以電子企業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)能源、設(shè)計(jì)材料、設(shè)計(jì)方法為低碳要素，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品節(jié)能、減排、低消耗、無污染和再回收利用.同時(shí)，達(dá)到電子企業(yè)低碳節(jié)能、綠色環(huán)保、可持續(xù)的目的.

低碳；電子產(chǎn)品；模塊；集成

“低碳環(huán)?！币恢笔菬狳c(diǎn)話題，國務(wù)院政府工作報(bào)告全文中曾明確指出：“要順應(yīng)人民群眾對美好生活環(huán)境的期待，大力加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)和環(huán)境保護(hù).生態(tài)環(huán)境關(guān)系人民福祉，關(guān)乎子孫后代和民族未來.要堅(jiān)持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國策，著力推進(jìn)綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展、低碳發(fā)展.”不管是哥本哈根會議，還是兩會的“低碳”熱議，種種跡象表明，探尋低碳之路還是社會發(fā)展趨勢和人們的共識.在我國經(jīng)濟(jì)低碳轉(zhuǎn)型期，電子產(chǎn)品企業(yè)應(yīng)著重考慮電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)能源、設(shè)計(jì)材料與設(shè)計(jì)方法，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的升級、核心競爭力的增強(qiáng)、自身影響力的擴(kuò)大及綜合實(shí)力的提升.

1 綠色、清潔、高效能源的推廣

低碳，英文為lowcarbon，意指較低（更低）的溫室氣體（以二氧化碳為主）的排放.低碳設(shè)計(jì)，是以低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)模式，是人類社會繼農(nóng)業(yè)文明、工業(yè)文明之后的又一次重大進(jìn)步，亦是實(shí)現(xiàn)中國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的必由之路，是不可逆轉(zhuǎn)的劃時(shí)代潮流，是一場涉及生產(chǎn)方式、生活方式和價(jià)值觀念的全球性革命.我國是個(gè)“富煤、少油、短氣”的國家，這就導(dǎo)致長期以來我國能源消費(fèi)以煤炭為主，能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)不夠合理，以煤炭為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)帶來一系列負(fù)面效應(yīng)——高碳.

（1）電子產(chǎn)品的低碳設(shè)計(jì)首先需從生產(chǎn)上降低能耗，提高能源效率，大力開發(fā)太陽能、風(fēng)能、水能、潮汐能、生物質(zhì)能等綠色、清潔能源.從根本上改變能源供給，加速從“高碳能源”向“低碳能源”轉(zhuǎn)變，徹底向電子產(chǎn)品的低碳和零碳發(fā)展.如近年，LG電子公司敏銳的把握住太陽能產(chǎn)業(yè)的巨大市場機(jī)會與經(jīng)濟(jì)效益，LG曾投資8.2億美元拓展太陽能業(yè)務(wù)，并取得良好的成效.實(shí)際上，太陽能電池還可以廣泛用于電子紙、OLED柔性電視、電子標(biāo)簽等電子產(chǎn)品.自2011年日本大地震爆發(fā)后，德國政府也決定逐步放棄國內(nèi)所有核電站.目前，德國正處于一場從核能向可循環(huán)使用能源轉(zhuǎn)型的革命中，預(yù)計(jì)到2020年“綠色能源”占德國能源構(gòu)成的比例將達(dá)35%.世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)預(yù)測顯示，在世界范圍內(nèi)，傳統(tǒng)的石油、煤炭、天然氣、核能在能源消費(fèi)中的比重會逐漸降低，取而代之的是新能源，也就是說，具有綠色、清潔、的能源在電子產(chǎn)品消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比例將會大幅度提升.

（2）另外，新型的清潔、高效能源也需在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中得到大力研究與推廣.近期《自然》(Nature)雜志子刊《科學(xué)報(bào)道》(Sci.Report)就報(bào)道了一項(xiàng)“水溶液鋰電池體系”的最新研究，該項(xiàng)研究可將鋰電池性能提高80%.這項(xiàng)成果對發(fā)展新型的低成本、易大規(guī)模生產(chǎn)、安全環(huán)保的蓄電池體系提供了可能.可想，這項(xiàng)研究成果將對以鋰電池為介質(zhì)的電子產(chǎn)品而言將是一個(gè)重大利好.多晶硅、鋰電池等關(guān)鍵材料及傳感器等領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化對電子產(chǎn)品的的低碳發(fā)展也將起到明顯的作用.此外，未來電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展還會出現(xiàn)諸如燈具形式革新、電源系統(tǒng)發(fā)生革命性變化、光學(xué)系統(tǒng)變化等突破.

2 可再生、可降解、可循環(huán)材料的應(yīng)用

材料是電子產(chǎn)品的存在形式，低碳的材料應(yīng)用貫穿于電子產(chǎn)品整個(gè)周期中的各個(gè)階段.可再生、可降解、可循環(huán)材料的應(yīng)用以材料對環(huán)境的影響和有效利用作為控制目標(biāo)，在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能作用的同時(shí)，使其對環(huán)境污染最少和資源消耗最低.

（1）低碳電子產(chǎn)品的材料選擇就是要強(qiáng)調(diào)保護(hù)環(huán)境，防止污染和非再生資源的濫用以及把環(huán)保因素及材料的工程性質(zhì)共同作為選材的目標(biāo)，使低碳的電子產(chǎn)品既滿足產(chǎn)品的基本性能要求、具有優(yōu)良的預(yù)定性能，又有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境.日本曾從2001年起出臺了《家電回收法》，以法律法、規(guī)的形式規(guī)定電子生產(chǎn)企業(yè)必須承擔(dān)回收利用廢棄家電的義務(wù)；經(jīng)銷商有回收并將其送交電子企業(yè)再利用的義務(wù)，消費(fèi)者也有處理、再利用的部分義務(wù).日本甚至還規(guī)定電子生產(chǎn)企業(yè)必須回收再利用廢棄家電的比例：冰箱50%、洗衣機(jī)50%、電視機(jī)55%、空調(diào)60%以上.這些法律法規(guī)的出臺，使得日本的電子企業(yè)對材料的低碳使用達(dá)到了一個(gè)良性循環(huán).現(xiàn)在，蘇州工業(yè)園的富士施樂就是“垃圾零填埋”、“零污染”和“無非法丟棄”的一個(gè)排頭兵，富士施樂打印機(jī)、復(fù)印機(jī)等電子產(chǎn)品可被分解成鐵、鋁、透鏡、玻璃、銅等64個(gè)類別，并通過再生處理轉(zhuǎn)化為原材料.其中，97%的部件將作為新資源得到再利用.因此，我們必須重視的可再生材料的選擇.

（2）目前應(yīng)用于電子產(chǎn)品的材料非常廣泛，如金屬、陶瓷、玻璃、塑料、皮革、涂料等.但這些材料因?yàn)樯a(chǎn)工藝、材料特性和性能需要等因素，均有可能含有一定的有毒有害物.電子產(chǎn)品中可降解材料的應(yīng)用涉及到人類的健康及環(huán)境的保護(hù)，如含鹵塑料（PVC；CPVC；CPE等）在二次利用的時(shí)候會釋放含溴、氯的有毒有害的氣體，這種材料就不適宜作為電子產(chǎn)品的塑料件.所以，在電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)的過程中盡量選擇環(huán)境兼容性好、可降解的無鹵塑料及零部件，避免選用有毒、有害和有輻射的含鹵塑料.作為我國家電行業(yè)領(lǐng)頭羊的海爾其冰箱全部采用環(huán)保塑料，并采用了比歐盟ROHS指令更苛刻的標(biāo)準(zhǔn)控制產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，保證了冰箱等電子產(chǎn)品的安全、健康.

（3）日本循環(huán)再利用的觀念早已深入人心，將廢舊家電回收來的資源在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)的再利用不但可以給企業(yè)帶來切實(shí)利益還將大大減少環(huán)境的負(fù)荷.松下電子公司已經(jīng)成功地開發(fā)出了從廢舊顯像管電視中回收的前置玻璃再利用為玻璃棉的設(shè)備，該玻璃棉主要用作其它電子產(chǎn)品隔熱材料的芯材.松下公司表示已經(jīng)將這種隔熱材料成功應(yīng)用在洗衣機(jī)、冰箱、吸塵器和電飯鍋等四類電子產(chǎn)品上.蘋果的首席執(zhí)行官喬布斯曾指出：“制造Mac電腦所使用的金屬件是航空器級別的鋁材.”這就大大提高了蘋果產(chǎn)品使用效率，也提升了可循環(huán)再利用率.Mac電腦可循環(huán)利用的鋁質(zhì)材料所消耗的能源只相當(dāng)于鋁材首次生產(chǎn)時(shí)的5%，這意味著使用可循環(huán)的鋁材可降低95%的溫室氣體排放.

3 模塊化、集成化、數(shù)字化功能的體現(xiàn)

將一個(gè)電子產(chǎn)品整體拆分成多個(gè)相互獨(dú)立的功能模塊，根據(jù)實(shí)際需要選擇模塊單元.這種設(shè)計(jì)最大的優(yōu)點(diǎn)就是拆卸、維修方便，所以它使電子產(chǎn)品的功能更強(qiáng)大，相對延長了電子產(chǎn)品的使用壽命，節(jié)約了環(huán)境能源.達(dá)到了低碳節(jié)能減排目的，電子產(chǎn)品模塊化、集成化、數(shù)字化對電子產(chǎn)品的低碳設(shè)計(jì)具有重要意義.

（1）模塊化設(shè)計(jì)就是在對一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計(jì)出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合可以構(gòu)成不同的產(chǎn)品，以滿足市場的不同需求.模塊化設(shè)計(jì)既可以很好地解決低碳電子產(chǎn)品品種規(guī)格、設(shè)計(jì)制造周期和生產(chǎn)成本之間的矛盾，又可為電子產(chǎn)品快速更新?lián)Q代，提高產(chǎn)品質(zhì)量，方便維修，有利于產(chǎn)品廢棄后的拆卸回收、降低污染，增強(qiáng)電子產(chǎn)品的競爭力提供必要條件.如廈門就比較領(lǐng)先地建有廢舊電子產(chǎn)品拆解廠及節(jié)能燈汞回收處理平臺，通過拆解廠的分揀中心形成穩(wěn)定、高效、安全、便捷的拆卸、回收主渠道.而發(fā)達(dá)國家的成功電子企業(yè)如西門子公司的電咖啡壺、施樂公司的復(fù)印機(jī)、柯達(dá)公司的照相機(jī)，美國的個(gè)人計(jì)算機(jī)、日本的激光打印機(jī)和加拿大的電話機(jī)等，都早已實(shí)現(xiàn)了可拆卸的模塊化結(jié)構(gòu).

（2）現(xiàn)代電子產(chǎn)品的使用無處不在，MP3、手機(jī)、手表、u盤、筆記本電腦、計(jì)算器、可視通訊設(shè)備等.電子產(chǎn)品的集成使得這些的單體產(chǎn)品形成一個(gè)合理的有機(jī)體，操作便利、舒適、準(zhǔn)確、快捷，同時(shí)還帶給人一種精神上與心理上的滿足，比如現(xiàn)代較為流行的的電子產(chǎn)品iphone系列.據(jù)悉，蘋果公司將來也有可能會推廣iwatch等集成產(chǎn)品.集成的電子產(chǎn)品減少了零件數(shù)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，延長使用壽命，都能減少產(chǎn)品對環(huán)境的影響來提升蘋果的影響力.電子產(chǎn)品的集成設(shè)計(jì)思路已經(jīng)逐步體現(xiàn)在了低碳生活的方方面面，從電子產(chǎn)品按鍵的一再簡化到產(chǎn)品的整體化設(shè)計(jì)，這些設(shè)計(jì)體現(xiàn)了電子產(chǎn)品的技術(shù)美學(xué)，使集成得到最大程度的利用，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了功能最大化，無疑是最好的體現(xiàn)了低碳設(shè)計(jì)的精髓.

（3）數(shù)字技術(shù)徹底地改變了電子產(chǎn)品的外部結(jié)構(gòu)外化和內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)化的設(shè)計(jì)理念，電子芯扳的程序集成塊代替了占據(jù)大量空間的機(jī)械化部件，這意味著電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)不得不向數(shù)字化方向發(fā)展.數(shù)字化電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)將是低碳社會的發(fā)展趨勢，例如電子書進(jìn)入教育領(lǐng)域，是一個(gè)必然趨勢.又如，在公共交通中使用的一卡通就是產(chǎn)品非物質(zhì)化數(shù)字設(shè)計(jì)的典型.傳統(tǒng)的紙質(zhì)票據(jù)使用后就被拋棄，無法重復(fù)利用，這不僅是對紙張的浪費(fèi)，也是對環(huán)境的污染.公交一卡通實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化的乘務(wù)便捷，既解決了紙張及人力資源的浪費(fèi)，又提高了乘車效率.規(guī)范了服務(wù)秩序，可謂一舉多得的低碳設(shè)計(jì).

4 結(jié)語

電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中低碳的要素應(yīng)始終秉承節(jié)能、低消耗、無污染和再回收利用作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，同時(shí)滿足產(chǎn)品功能性、安全性、舒適性及便攜性，從而達(dá)到低碳節(jié)能、環(huán)境保護(hù)和資源再生的要求.堅(jiān)持低碳發(fā)展戰(zhàn)略，已成為電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的發(fā)展方向，同時(shí)也成為電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)必須思考的首要課題.

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〔2〕徐茂森,張新生.我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀及其優(yōu)化[J].河南科學(xué),2012，30（8）：1157-1162.

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TB472

A

1673-260X（2013）12-0041-02

2012南京航空航天大學(xué)青年科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目（56XAA12137）階段成果