面向產(chǎn)品生命周期的可持續(xù)設(shè)計7R原則研究

曹 琪

（佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院，廣東 佛山 528000）

引言

設(shè)計活動伴隨著整個人類的演化進程，從最早的石器時代到如今的信息化時代，工業(yè)設(shè)計在改變?nèi)祟惿鐣M程，改善人類生活方式和生活質(zhì)量方面起著不可估量的作用。但是在工業(yè)設(shè)計早期，由于過分追求產(chǎn)品利潤，實施“有計劃的商品廢止制”，而忽視了產(chǎn)品設(shè)計、制造、使用、維護等過程對環(huán)境、資源的影響，造成資源浪費和能源枯竭，并由此引發(fā)了嚴重的生態(tài)問題，制約了人類社會的永續(xù)發(fā)展。可以說，工業(yè)設(shè)計在相當(dāng)程度上引導(dǎo)了人們錯誤的、無節(jié)制的生活觀念，這違背了工業(yè)設(shè)計為人們創(chuàng)造新的、更合理、更美好的生活方式的本質(zhì)。

為了解決工業(yè)設(shè)計在制約人的生存和可持續(xù)發(fā)展中存在的問題，從1980年可持續(xù)發(fā)展概念明確提出起，越來越多的從事設(shè)計工作的人士努力將可持續(xù)發(fā)展的理念融入設(shè)計領(lǐng)域中來，基于這方面的理論探索與實踐應(yīng)用正在展開。

一、概述

（一）產(chǎn)品生命周期理論

正如生物的生、老、病、死構(gòu)成其生命周期一樣，由人類創(chuàng)造的人工物品，同樣擁有生命周期。產(chǎn)品生命周期（product life cycle），英文簡稱PLC，指的是產(chǎn)品從開發(fā)到廢棄的全過程①，具體可以分為設(shè)計、制造、使用、維護、回收、廢棄六個階段。（圖1）

（二）產(chǎn)品可持續(xù)設(shè)計與3R原則

產(chǎn)品可持續(xù)設(shè)計是一種以設(shè)計學(xué)、經(jīng)濟學(xué)，生態(tài)學(xué)為理論依據(jù)，將設(shè)計行為納入“人—機—環(huán)境—社會”系統(tǒng)，在滿足環(huán)境目標(biāo)要求和經(jīng)濟效益要求的同時，保證產(chǎn)品功能、使用壽命、用戶體驗等要求②，保障人類永續(xù)發(fā)展的產(chǎn)品設(shè)計理念。產(chǎn)品可持續(xù)設(shè)計遵循生態(tài)設(shè)計3R原則，包括：減量化（Reduce）、再利用（Reduce）、循環(huán)利用（Recycle）③。減量化原則是指在設(shè)計過程中應(yīng)盡量減少空間浪費，減少資源能源消耗，減少生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，減少環(huán)境破壞以及減少人體傷害。再利用原則是指在設(shè)計過程中需要考慮對舊材料和舊裝備的重復(fù)利用，或者在選用新的材料時盡可能考慮到該材料整個生命周期的再利用率。循環(huán)利用是指材料在使用過后可以被有效地清潔、分解、熔化、提取，然后經(jīng)過重新加工制造成新的材料，繼續(xù)發(fā)揮材料的價值。3R原則作為被公認的產(chǎn)品可持續(xù)設(shè)計原則在指導(dǎo)設(shè)計活動中起著關(guān)鍵作用。

圖1 產(chǎn)品生命周期

圖2 7R原則在產(chǎn)品生命周期中的體現(xiàn)

圖3 轉(zhuǎn)化過程示意圖

圖4 迭代過程示意圖

二、從產(chǎn)品生命周期認識7R原則

（一）7R原則的由來

以生態(tài)設(shè)計為基礎(chǔ)的產(chǎn)品可持續(xù)設(shè)計3R原則從經(jīng)濟學(xué)和生態(tài)學(xué)的角度為解決資源浪費和能源消耗問題提供了解決方案。但是產(chǎn)品可持續(xù)設(shè)計是一項復(fù)雜的設(shè)計活動，在整個生命周期中需要從設(shè)計學(xué)的角度著重考慮產(chǎn)品的功能屬性，即材料、結(jié)構(gòu)、功能等屬性，以及產(chǎn)品的環(huán)境屬性，即可拆卸、可回收、可重復(fù)利用等特點④。但是，3R原則未能從設(shè)計學(xué)角度對產(chǎn)品整個生命周期的設(shè)計作出規(guī)范，很多設(shè)計因為單純考慮3R原則而影響產(chǎn)品的質(zhì)量、壽命，甚至經(jīng)濟效益，或者只注重產(chǎn)品的經(jīng)濟效益而未考慮3R原則，這些都與產(chǎn)品可持續(xù)設(shè)計本質(zhì)相違背。為了把可持續(xù)設(shè)計理念應(yīng)用到產(chǎn)品的全生命周期，在3R原則基礎(chǔ)上，引入了7R原則，對產(chǎn)品的維護使用和后續(xù)開發(fā)作了進一步規(guī)范。

（二）7R原則內(nèi)涵

3R原則與再設(shè)計、再評價、更新和再生統(tǒng)稱為產(chǎn)品可持續(xù)設(shè)計7R原則，7R原則是3R原則在產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域中的延伸，其延伸內(nèi)涵如下。

再設(shè)計（Redesign）：從設(shè)計學(xué)的角度分析，可持續(xù)理念的出現(xiàn)，使得產(chǎn)品的生命周期從產(chǎn)品報廢為終點，延伸到報廢之后的回收再利用，在廢棄產(chǎn)品基礎(chǔ)上開始的新設(shè)計過程，此處暫且定義為再設(shè)計。再設(shè)計原則強調(diào)在設(shè)計產(chǎn)品時不但要斟酌產(chǎn)品一個生命周期的計劃，還要斟酌產(chǎn)品的迭代設(shè)計，使得產(chǎn)品能夠進行持續(xù)不竭的改良。

再評價（Revalue）：在新產(chǎn)品研發(fā)前，需要對原有的產(chǎn)品缺陷、用戶反饋、市場前景進行新的評估，這個過程被稱為再評價。再評價原則強調(diào)設(shè)計沒有確定性和時效性，任何現(xiàn)有的設(shè)計方案都有其可以突破創(chuàng)新的地方。設(shè)計師在進行產(chǎn)品設(shè)計過程中要不斷的對現(xiàn)有技術(shù)進行探索創(chuàng)新，努力提出更加優(yōu)化的方案。

再生（Regenerate）：在制造和使用產(chǎn)品的過程中需要消耗大量資源能源，除了考慮3R原則外，還應(yīng)該考慮使用再生能源以及可回收材料的再生利用，這個過程被稱其為再生。再生原則主張崇尚自然，從自然中獲取設(shè)計靈感和資源，懂得利用原材設(shè)計和充分利用太陽能、風(fēng)能等自然能源。

更新（Renovate）：此外，產(chǎn)品在使用過程中會伴隨著零部件的磨損和老化，為了方便產(chǎn)品零部件的更換升級，需要考慮產(chǎn)品的可拆卸性，這個過程被稱為。更新原則要求從“更新”和“更換”的角度去設(shè)計產(chǎn)品，方便在產(chǎn)品生命周期后期對損壞的部分進行更換或者通過增加新的功能以滿足新的要求，以便最大程度延長產(chǎn)品的壽命。

（三）7R原則在產(chǎn)品生命周期中的優(yōu)先順序

首先，減量化要求在設(shè)計之初便對產(chǎn)品全生命周期做好減量化考量，包括縮短研發(fā)周期，降低制造和使用過程中的能源消耗和資源浪費，充分考慮產(chǎn)品在使用過程中的安全性，降低產(chǎn)品的維護成本以及減少產(chǎn)品的廢棄。這種從源頭對產(chǎn)品生命周期進行規(guī)劃的原則叫源頭控制，是產(chǎn)品可持續(xù)設(shè)計應(yīng)該考慮的首要原則。其次，在產(chǎn)品制造過程中盡量考慮使用可再生材料，對于能源消耗型產(chǎn)品，還應(yīng)在保證產(chǎn)品功能需求的前提下，加大可再生能源的使用力度。另外，注意對產(chǎn)品進行定期維護，并考慮可拆卸設(shè)計原則，使產(chǎn)品零部件易于更換甚至更新，以便提高產(chǎn)品的使用壽命。這種對產(chǎn)品從制造到使用以及維護過程充分考量的原則叫做過程控制，包括再生和更新兩個原則，是產(chǎn)品可持續(xù)設(shè)計應(yīng)該考慮的第二順序原則。然后，當(dāng)產(chǎn)品進入生命后期，應(yīng)考慮對可回收能源的再生利用和可回收零部件的循環(huán)利用。關(guān)于產(chǎn)品回收過程的考量屬于終端控制，是產(chǎn)品可持續(xù)設(shè)計應(yīng)該考慮的第三順序原則。最后，當(dāng)產(chǎn)品一個生命周期結(jié)束后，需要對產(chǎn)品全生命周期進行再評價，以便對產(chǎn)品進行再設(shè)計。再評價和再設(shè)計屬于反饋控制，對產(chǎn)品全生命周期具有重要的統(tǒng)籌作用。（圖2）

三、7R原則下的產(chǎn)品可持續(xù)設(shè)計考量

（一）設(shè)計方法考量

在3R原則的影響下，常用的產(chǎn)品可持續(xù)設(shè)計方法有：整合設(shè)計（圖6a）、模塊化設(shè)計（圖6b）、可拆卸設(shè)計（圖6c）等。整合設(shè)計是一種將多個相關(guān)的產(chǎn)品功能集中在一件產(chǎn)品上，實現(xiàn)達到一機多用目標(biāo)的設(shè)計方法。整合法是產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計中常見的設(shè)計方法，多功能是整合法的顯著特點。模塊化設(shè)計是在一定范圍內(nèi)對不同功能、性能、規(guī)格的產(chǎn)品劃分和重組，以便構(gòu)成滿足市場不同需求的產(chǎn)品⑤。可拆卸設(shè)計是在產(chǎn)品設(shè)計前期對產(chǎn)品的裝配結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，可使產(chǎn)品易于拆卸，并以此為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料選擇的一個重要準(zhǔn)則⑥。在7R原則指導(dǎo)下，除了常用的幾種設(shè)計方法外，還衍生出了以下幾種主要的設(shè)計方法。

設(shè)計是一個發(fā)現(xiàn)和解決問題的過程，而實現(xiàn)這個過程的方式有很多種（圖3）。好的設(shè)計從來不是技術(shù)的堆積，而是通過設(shè)計更簡潔、更節(jié)能、更經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)和方式替代甚至解決技術(shù)手段無法解決的問題，實現(xiàn)產(chǎn)品的功能價值。圖6d是浙江大學(xué)應(yīng)放天教授團隊設(shè)計的一款智能割草機器人。它能夠?qū)崿F(xiàn)智能防跌落、智能避障、智能識別工作區(qū)域、智能自動導(dǎo)航充電和智能避雨等功能。其中，避雨功能的實現(xiàn)，不是利用復(fù)雜昂貴的傳感器，而是利用短路原理，在割草機上方開個小孔。當(dāng)降雨時，小孔中的電路遇水短路，機器將其翻譯成收到降雨信號，自動返回充電處避雨。一個簡單的思維轉(zhuǎn)化可以為企業(yè)增加上億的利益。

迭代原本是一個數(shù)學(xué)概念，產(chǎn)品設(shè)計里的迭代設(shè)計，是一種不斷對原有產(chǎn)品推陳出新的可持續(xù)設(shè)計過程。迭代設(shè)計可以延長產(chǎn)品的生命周期，提升產(chǎn)品的價值，同時滿足用戶不斷增長的消費需求。有節(jié)制的商品廢止制是一種錯誤的迭代設(shè)計，其目的是通過對產(chǎn)品的更新?lián)Q代來刺激消費者，這是一種不可持續(xù)的設(shè)計。正確的迭代設(shè)計不僅要求產(chǎn)品在造型上更加美觀，更要求產(chǎn)品在功能和實現(xiàn)方式上不斷創(chuàng)新（圖4）。蘋果手機之所以十年來一直被認為是世界上最成功的智能手機，從第一代定義了智能手機，第四代的經(jīng)典機型，到第五代加入指紋識別，再到iPhone X的劉海屏，iPhone幾乎每一次迭代對手機行業(yè)來說都是一次變革。圖6e是iPhone手機的演變史。

凡是通過自然界獲得靈感的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計都是利用了自然靈感，如原材設(shè)計、仿生設(shè)計、生態(tài)設(shè)計等。如圖5所示，這三種設(shè)計方法統(tǒng)稱為自然靈感設(shè)計。其中，原材設(shè)計是利用自然界最原始的材料進行的再創(chuàng)作；生態(tài)設(shè)計和仿生設(shè)計都是以自然為導(dǎo)師強調(diào)學(xué)習(xí)自然而不是利用自然，通過著眼于研究自然的模式和過程來解決人的問題。自然靈感設(shè)計產(chǎn)品是可持續(xù)設(shè)計的重要組成部分。圖6f是Designarium的創(chuàng)意總監(jiān)Stephane Leathead設(shè)計的一款仿生椅。通過圍繞中間的結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)可以將它折成不同的角度，就可以看到不一樣的魚，使用戶可以體驗到不同的姿勢。

圖5 自然靈感設(shè)計內(nèi)涵

圖6 基于7R原則的六種產(chǎn)品可持續(xù)設(shè)計方法

（二）選材考量

材料是產(chǎn)品設(shè)計的物質(zhì)載體，產(chǎn)品設(shè)計不單單是改變產(chǎn)品的形態(tài)，它還包括如何創(chuàng)造、開發(fā)和利用材料等。設(shè)計方法的恰當(dāng)使用也能最大限度的發(fā)揮材料的性能。如圖7所示，從7R原則分析，產(chǎn)品設(shè)計選材要考慮：首先，安全性。產(chǎn)品設(shè)計過程材料的選擇要保障產(chǎn)品全生命周期的安全性，確保每個人的身心健康和財產(chǎn)安全。需要分析目標(biāo)人群生理與心理特征，并分析產(chǎn)品使用的環(huán)境和條件，特別是一些極端條件下材料的穩(wěn)定性，了解選材需要注意的安全因素，盡可能使用對人體沒有傷害的材料和能源。其次，功用性。7R原則要求產(chǎn)品設(shè)計不僅要滿足傳統(tǒng)的實用價值，更要體現(xiàn)一定的社會價值。要實現(xiàn)產(chǎn)品的這些功能，所選擇的材料必須能夠滿足一定的光、電、磁、熱、化學(xué)、生化等性能。再次，綠色性。7R原則注重環(huán)境的保護，要求產(chǎn)品設(shè)計過程中盡可能提高產(chǎn)品的使用效能，延長產(chǎn)品的生命周期，減少產(chǎn)品的淘汰率；減少環(huán)境的破壞以及減少污染物的排放；選用可回收或者可重復(fù)利用的材料⑦。懂得利用原材和廢材進行設(shè)計。最后，適用性。材料的選擇不能只圖性能好或者便宜，要在保證優(yōu)質(zhì)的前提下，盡量選擇技術(shù)難度小、生產(chǎn)時間短、運輸及回收處理費用低的材料以降低成本。

四、結(jié)束語

產(chǎn)品生命周期是產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域一個重要的理論，本文在此基礎(chǔ)上對可持續(xù)設(shè)計3R原則做出了延伸，提出了再設(shè)計、再評價、更新、再生四個原則。并分析了7R原則在產(chǎn)品生命周期中的體現(xiàn)和優(yōu)先順序，對更好的認識產(chǎn)品生命周期具有一定的參考價值。此外，作為產(chǎn)品設(shè)計中兩個最重要的理論工具，本文分別從7R原則的角度對產(chǎn)品可持續(xù)設(shè)計的設(shè)計方法和材料選擇進行了論述。雖然這些理論尚不夠成熟，但是為產(chǎn)品的可持續(xù)設(shè)計提供了一些新的探討和新的思路?！?/p>

注釋:

① David R. Rink.The Product Life Cycle: Vehicle for Fashioning & Purchasing Strategy[J].International Journal of Physical Distribution & Materials Management，2013，8（4）：200-214.

② 張晨陽，葉仲新.工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計制造方法論[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2003.

③ 崔鐵寧.循環(huán)型社會及其規(guī)劃理論和方法：構(gòu)建和諧社會——新學(xué)科 新觀念 新思路[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2005.

④ 張凱.面向拆卸的家電類產(chǎn)品綠色設(shè)計研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2016.

⑤ 徐鴻翔.面向拆卸與回收設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究[D].南京：南京理工大學(xué)，2002.

⑥ 劉志峰，成煥波，袁合.面向家電產(chǎn)品的易拆解可回收設(shè)計系統(tǒng)研究[J]. 中國機械工程，2014，25（16）：2213-2218.

⑦ 屈新波.新材料在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用原則探究[J].設(shè)計，2014（4）：25-26.