面向可持續(xù)設(shè)計(jì)的手機(jī)生命終期需求建模

王克勤，張 帥

（西北工業(yè)大學(xué) 管理學(xué)院，西安 710072）

0 引言

生命終期是指產(chǎn)品的首次購買者或使用者對(duì)產(chǎn)品感到不滿意，將其更換的時(shí)間[1]?？萍嫉目焖侔l(fā)展，給消費(fèi)者提供了更好的機(jī)型，致使消費(fèi)者更頻繁地更換手機(jī)，這導(dǎo)致手機(jī)的使用周期非常短[2]，手機(jī)生命終期面臨著嚴(yán)峻的可持續(xù)性問題，工業(yè)和信息化部的數(shù)據(jù)顯示從2014年至2017年四年時(shí)間，我國淘汰了18.3億部手機(jī)，并測(cè)算2019年將淘汰4.99億臺(tái)，而2020年隨著5G網(wǎng)絡(luò)的廣泛商用數(shù)量將增至5.24億[3]。目前大量的廢舊手機(jī)亟需合理處置，這些廢棄的手機(jī)及其電池和充電器含有大量的有害物質(zhì)，如鉛、鋅、聚氯乙烯及溴化物等，已成為一種重要的污染物[4]，同時(shí)，手機(jī)中富含多種有價(jià)值的材料，其中鋼占54%，銅和鋁占20%，塑料占17%，這些材料和手機(jī)包裝材料可以重復(fù)使用。因此，提高手機(jī)生命終期的可持續(xù)性至關(guān)重要。

研究表明，產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期準(zhǔn)確把握消費(fèi)者、行業(yè)、政府等多個(gè)方面的需求，對(duì)產(chǎn)品的最終性能起著80%的決定性作用。如果只在設(shè)計(jì)的后期考慮可持續(xù)性，那么消除產(chǎn)品負(fù)面影響的效果會(huì)大大降低[5]。然而目前的產(chǎn)品設(shè)計(jì)缺乏對(duì)生命終期的考慮，回收過程遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于設(shè)計(jì)開發(fā)過程。因此，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的早期階段，應(yīng)充分考慮手機(jī)生命終期需求，以提高手機(jī)產(chǎn)品生命終期的可持續(xù)性。

然而目前手機(jī)生命終期相關(guān)研究很少能夠系統(tǒng)地識(shí)別生命終期的相關(guān)方，并充分考慮其需求，通過需求指導(dǎo)可持續(xù)設(shè)計(jì)提高生命終期的可持續(xù)性，目前的研究更多地集中于廢舊手機(jī)的產(chǎn)生、消費(fèi)者行為、手機(jī)回收的經(jīng)濟(jì)效益等方面。Meity Panambunan-Ferse等人從目前的手機(jī)用戶數(shù)量估計(jì)僅在印度尼西亞，每年就有超過9.5噸的手機(jī)垃圾產(chǎn)生，而且這個(gè)數(shù)字還在穩(wěn)步增長,并針對(duì)此狀況提出了改進(jìn)建議[6]。李春發(fā)、安靜宙利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法，將廢舊手機(jī)回收價(jià)格、信息安全性和回收物流費(fèi)用等對(duì)“互聯(lián)網(wǎng)+”廢舊手機(jī)回收模式效率的影響進(jìn)行分析，為該模式效率的提升提出有效的對(duì)策措施[7]。Yin等研究者通過消費(fèi)者行為調(diào)查發(fā)現(xiàn)中國手機(jī)的平均使用周期不到三年[8]。Cucchiella等研究者評(píng)估了14種電子產(chǎn)品回收的潛在收益，結(jié)果顯示回收部門面臨的主要挑戰(zhàn)，并提出了一些具體的解決方案[9]。

與此同時(shí)，部分研究者也注意到了產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生命終期的關(guān)聯(lián)，并進(jìn)行了相關(guān)研究。Tanskanen認(rèn)為具體的產(chǎn)品設(shè)計(jì)可以使手機(jī)生命終期的回收過程更加簡單或者復(fù)雜，產(chǎn)品設(shè)計(jì)能夠影響生命終期回收成本和效率，應(yīng)該設(shè)計(jì)出使生命終期回收效率更高的產(chǎn)品[9]。Rifer認(rèn)為一個(gè)最優(yōu)化的系統(tǒng)應(yīng)該將產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生命終期管理融合起來[11]。Ciceri從產(chǎn)品生命終期的可持續(xù)性考慮入手，分析產(chǎn)品生命終期的可持續(xù)性需求對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響，并提出了相應(yīng)的研究工具[12]。該部分研究雖然關(guān)注到了產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生命終期的關(guān)系，但未能提出系統(tǒng)化的方法指導(dǎo)產(chǎn)品面向生命終期的可持續(xù)設(shè)計(jì)。

針對(duì)上述問題，本文提出面向可持續(xù)設(shè)計(jì)的手機(jī)生命終期需求建模方法，主要的研究工作包括以下內(nèi)容：首先，識(shí)別生命終期的利益相關(guān)方和手機(jī)可持續(xù)設(shè)計(jì)參數(shù)。其次，獲取手機(jī)生命終期需求并對(duì)需求分類和整理。然后，基于多屬性效用理論建立手機(jī)生命終期需求的價(jià)值模型。最后，識(shí)別關(guān)鍵可持續(xù)設(shè)計(jì)參數(shù)和分析手機(jī)可持續(xù)設(shè)計(jì)策略。

1 利益相關(guān)方與可持續(xù)設(shè)計(jì)參數(shù)的識(shí)別與確定

1.1 利益相關(guān)方的確定

利益相關(guān)方是需求的來源[13]，因此需求獲取過程準(zhǔn)確地識(shí)別利益相關(guān)方至關(guān)重要，通過相關(guān)文獻(xiàn)分析和實(shí)地調(diào)研得出手機(jī)生命終期的處置流程如圖1所示。

圖1 手機(jī)生命終期處置流程圖

通過流程分析，可將手機(jī)生命終期流程主要分為五個(gè)部分：回收、整機(jī)再利用、零部件再利用、原材料回收和廢棄物處理。結(jié)合丁榮貴提出的三維識(shí)別模型，將此模型應(yīng)用到流程中，通過啟發(fā)識(shí)別利益相關(guān)方[14]，手機(jī)生命終期利益相關(guān)方識(shí)別三維模型如圖2所示。

圖2 生命終期利益相關(guān)方識(shí)別三維模型

通過對(duì)于手機(jī)生命終期各個(gè)流程的深入了解，結(jié)合利益相關(guān)方三維識(shí)別模型，得出手機(jī)生命終期的主要利益相關(guān)方如表1所示。

表1 手機(jī)生命終期的主要利益相關(guān)方

1.2 可持續(xù)設(shè)計(jì)參數(shù)的確定

產(chǎn)品可持續(xù)設(shè)計(jì)參數(shù)是指影響產(chǎn)品可持續(xù)開發(fā)設(shè)計(jì)的因素（或參數(shù)），通過文獻(xiàn)分析結(jié)合生命終期需求確定了手機(jī)可持續(xù)設(shè)計(jì)參數(shù)[15,16]。本研究中綜合可持續(xù)設(shè)計(jì)的三個(gè)維度環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)，以及相關(guān)文獻(xiàn)中的維度劃分，將手機(jī)可持續(xù)設(shè)計(jì)維度分為了環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和資源利用、社會(huì)、產(chǎn)品功能和服務(wù)、物理特性這五個(gè)維度，具體如表2所示。

表2 手機(jī)可持續(xù)設(shè)計(jì)參數(shù)及其含義

2 手機(jī)生命終期需求獲取

2.1 需求調(diào)查對(duì)象的確定

將再利用、零部件回收和原材料回收這三方面處置做好以后會(huì)大幅度降低廢棄物處置所造成的可持續(xù)問題。本研究主要關(guān)注于再利用、零部件再利用和原材料回收策略下的需求，同時(shí)選取每個(gè)策略下最具代表的利益相關(guān)方，由此確定手機(jī)生命終期的需求調(diào)查對(duì)象，最終確定的需求調(diào)查對(duì)象如表3所示。

表3 手機(jī)生命終期的需求調(diào)查對(duì)象

2.2 消費(fèi)者的需求獲取

通過問卷調(diào)查（132份問卷數(shù)據(jù)）以及周邊人員溝通與交流，購買過二手手機(jī)的人數(shù)量特別少，傳統(tǒng)的問卷調(diào)查和用戶訪談等方法無法接觸到真正的二手手機(jī)用戶，也就無法快速準(zhǔn)確地獲取需求?；ヂ?lián)網(wǎng)平臺(tái)有大量消費(fèi)者購買和使用二手手機(jī)后的真實(shí)評(píng)論，因此決定采取在線評(píng)論文本挖掘的方法獲取消費(fèi)者對(duì)于二手手機(jī)的需求，消費(fèi)者二手手機(jī)購買情況如圖3所示。

圖3 購買二手手機(jī)情況統(tǒng)計(jì)

使用八爪魚數(shù)據(jù)采集器初步爬取了360同城幫二手優(yōu)品、京東商城相關(guān)二手手機(jī)評(píng)論共計(jì)近3000條評(píng)論數(shù)據(jù)，爬取數(shù)據(jù)如圖4所示。使用ROST CM6軟件對(duì)評(píng)論數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過文本去重、去停用詞、語義網(wǎng)絡(luò)分析等過程獲取語義網(wǎng)絡(luò)圖如圖5所示，通過分析語義網(wǎng)絡(luò)圖可以獲得消費(fèi)者的需求。

圖4 爬取的在線評(píng)論數(shù)據(jù)

圖5 在線評(píng)論數(shù)據(jù)語義網(wǎng)絡(luò)圖

2.3 二手手機(jī)賣家的需求獲取

二手手機(jī)賣家主要分為線上互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)賣家和線下市場(chǎng)賣家。目前線下市場(chǎng)的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于互聯(lián)網(wǎng)二手平臺(tái)，因此本研究中主要選取線上互聯(lián)網(wǎng)二手平臺(tái)賣家來獲取需求。本部分需求主要通過對(duì)互聯(lián)網(wǎng)二手平臺(tái)的分析以及綜合相關(guān)文獻(xiàn)獲取，通過閱讀與二手手機(jī)相關(guān)的文獻(xiàn)研究賣家對(duì)于二手手機(jī)的需求，如鄭玉平使用文本挖掘工具對(duì)淘寶網(wǎng)站買賣雙方對(duì)于二手手機(jī)的關(guān)注要點(diǎn)進(jìn)行了分析[17]，如表4所示。

表4 淘寶二手手機(jī)賣家的關(guān)注要點(diǎn)

2.4 政府的需求獲取

政府的需求主要通過其頒布的相關(guān)政策法規(guī)等體現(xiàn)，此部分需求獲取主要參考了國際和國內(nèi)主流的關(guān)于廢舊手機(jī)生命終期處置方面的相關(guān)政策法規(guī)，由此得出手機(jī)生命終期的部分需求，具體分析過程如表5、表6所示。

表5 國際廢舊手機(jī)產(chǎn)品相關(guān)政策法規(guī)

表6 我國廢舊手機(jī)產(chǎn)品相關(guān)政策法規(guī)

2.5 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)的需求獲取

手機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)出臺(tái)的可持續(xù)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)對(duì)手機(jī)產(chǎn)品的可持續(xù)性提出了很多要求將這些要求匯總分析可以得到很多關(guān)于手機(jī)生命終期的需求。在行業(yè)可持續(xù)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)方面，主要參考了國內(nèi)外主流的可持續(xù)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)手機(jī)生命終期的相關(guān)條文，其中包括中國環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)品技術(shù)要求-電話[18]，手機(jī)UL110可持續(xù)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)[19]和手機(jī)TCO Development可持續(xù)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)[20]，各個(gè)手機(jī)可持續(xù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求如表7所示。

表7 （續(xù)）

表7 手機(jī)可持續(xù)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)

2.6 需求分類與整理

由于收集到的數(shù)據(jù)具有很顯著的特點(diǎn)：模糊、主觀性強(qiáng)、重復(fù)性高、句式復(fù)雜，不利于數(shù)據(jù)的整理與統(tǒng)計(jì)，因此使用KJ法將其進(jìn)行整理歸納，使需求變得層次清晰、客觀、表達(dá)精確。手機(jī)生命終期需求的A型如圖6所示。

圖6 手機(jī)生命終期需求的親和圖（A型圖）

3 基于多屬性效用理論的手機(jī)生命終期需求建模

3.1 多屬性效用理論

多屬性效用理論（Multi-attribute Utility Theory，MAUT）是效用理論的一種擴(kuò)展，其目的是幫助決策者在考慮決策偏好的情況下，通過多個(gè)屬性對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，并將這些單獨(dú)的效用組合起來，以獲得總體效用度量。

本研究中使用多屬性效用理論的相關(guān)方法以效用作為媒介將生命終期需求相互關(guān)聯(lián)，該種價(jià)值模型有以下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1）當(dāng)需求的貨幣化數(shù)據(jù)不可得或某項(xiàng)需求不能夠以貨幣的形式衡量時(shí)，效用可以將手機(jī)生命終期需求互相關(guān)聯(lián)；2）大量的相關(guān)研究已證明MAUT是一種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亩嗄繕?biāo)決策方法，可以有效地支持多需求之間的價(jià)值權(quán)衡。

基于多屬性效用理論的需求建模過程包括：1）需求可衡量屬性的識(shí)別與確定；2）單項(xiàng)需求效用曲線的建立；3）基于效用值的等價(jià)交換。

3.2 可衡量屬性識(shí)別與確定

生命終期需求的可衡量屬性是將定性的需求表述轉(zhuǎn)化為定量價(jià)值模型的中間橋梁。對(duì)需求的深入了解是識(shí)別可衡量屬性的前提，例如，只有電池容量的大小是直接與手機(jī)續(xù)航時(shí)間相關(guān)的屬性，選擇“電池容量，單位：mAh”作為“續(xù)航時(shí)間長”這一需求的可衡量屬性，將使“續(xù)航時(shí)間長”這一需求能夠用于數(shù)學(xué)建模。再如，百分比（%）這一度量單位可以用于手機(jī)屏幕占比，可回收原材料含量占比等，手機(jī)生命終期需求的可衡量屬性如表8所示。

表8 需求的可衡量屬性

表8 （續(xù)）

3.3 效用曲線的建立

通過前述將需求進(jìn)行了匯總，并賦予了其衡量標(biāo)準(zhǔn)，以便于建立效用函數(shù)。為了評(píng)定單屬性效用函數(shù)，收集了需求對(duì)屬性的上限和下限的分布，確定好屬性的單調(diào)性并選擇相應(yīng)的單屬性效用函數(shù)。本研究中引入三類單屬性效用函數(shù)擬合需求的效用曲線，分別表示凹型、凸型和線型曲線，如式(1)～式(3)所示。

式中：a和b是常數(shù)，且a＞0，a、b的取值將保證ui∈[0,1]。

通過對(duì)需求分類結(jié)果的分析，可以得出不同需求的效用曲線，如圖7所表示的就是存儲(chǔ)容量這一需求的效用曲線，同理，可以得出全部21項(xiàng)生命終期需求的效用曲線。

圖7 存儲(chǔ)容量的價(jià)值曲線

3.4 基于效用值的等價(jià)交換

經(jīng)過評(píng)定需求屬性之間滿足獨(dú)立關(guān)系，相關(guān)研究已經(jīng)證明當(dāng)各個(gè)需求可衡量屬性效用值之間的關(guān)系相互獨(dú)立，且所有需求的權(quán)重和為1，即可以得出多屬性效用函數(shù)的分解形式[21]，如式(4)所示。

雖然效用都為[0，1]之間，但i的取值范圍并不固定，所以很難進(jìn)行比對(duì)。所以，要將其單位進(jìn)行等價(jià)替換，例如把單位全部都換算成價(jià)格，再用價(jià)格進(jìn)行統(tǒng)一的比較，這樣，便于給設(shè)計(jì)人員和顧客提供更為直接的價(jià)值感受。在這里，我們通過式(5)實(shí)現(xiàn)效用的等價(jià)，即通過在一項(xiàng)需求上效用值的改變可以通過另一項(xiàng)需求效用值的改變來替換，通過價(jià)值的等價(jià)交換可以建立方程組求得需求的相對(duì)權(quán)重ki，需求權(quán)重如表9和表10所示。

表9 再利用策略下需求的權(quán)重

表10 零部件再利用和原材料回收策略下的需求權(quán)重

4 手機(jī)可持續(xù)設(shè)計(jì)策略分析

4.1 關(guān)鍵可持續(xù)設(shè)計(jì)參數(shù)的識(shí)別

使用質(zhì)量屋將再利用處置下的需求和零部件再利用與原材料回收處置下的需求分別與產(chǎn)品可持續(xù)設(shè)計(jì)參數(shù)關(guān)聯(lián)起來，可持續(xù)性參數(shù)與生命終期需求進(jìn)行映射時(shí)使用專家意見給出關(guān)聯(lián)強(qiáng)度，再利用處置下需求與可持續(xù)設(shè)計(jì)參數(shù)的質(zhì)量屋如圖8所示。

圖8 再利用處置下的質(zhì)量屋

通過質(zhì)量屋我們可以看到，再利用策略下重要的可持續(xù)設(shè)計(jì)參數(shù)是手機(jī)的易用性、原材料的使用以及手機(jī)的維修性或服務(wù)性；其次就是手機(jī)的升級(jí)能力、降低資源的使用還有物理特性如重量、體積的控制；再利用策略下最重要的可持續(xù)設(shè)計(jì)參數(shù)是手機(jī)的易用性。

零部件再利用策略和原材料回收策略下的質(zhì)量屋如圖9所示，重要的可持續(xù)設(shè)計(jì)參數(shù)是生命終期的環(huán)境釋放、原材料的使用、潛在的經(jīng)濟(jì)利益、對(duì)人類的毒性；其次，還應(yīng)該考慮減少對(duì)自然資源的使用、操作的安全性、可回收性包裝這些參數(shù)；其中最重要的可持續(xù)設(shè)計(jì)參數(shù)是環(huán)境釋放。

圖9 零部件再利用和原材料回收處置下的質(zhì)量屋

4.2 可持續(xù)設(shè)計(jì)策略分析

研究中通過將生命終期需求與產(chǎn)品可持續(xù)設(shè)計(jì)參數(shù)關(guān)聯(lián)起來，來識(shí)別手機(jī)可持續(xù)設(shè)計(jì)最需要關(guān)注的參數(shù)。本次研究結(jié)果與以往國內(nèi)外研究成果相一致，所不同的是除了建議手機(jī)考慮原材料使用、降低環(huán)境釋放等設(shè)計(jì)參數(shù)外，還建議手機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮易用性、維修性這些指標(biāo)，因?yàn)檫@些指標(biāo)能夠促進(jìn)手機(jī)的再利用，通過減緩更新?lián)Q代的速度有利于社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)針對(duì)于提升手機(jī)生命終期的可持續(xù)性，手機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期可以考慮采取的行動(dòng)如下。

1）再利用處置下的可持續(xù)設(shè)計(jì)策略

（1）功能和服務(wù)性：提升產(chǎn)品的易用性，維修性等指標(biāo)，這類指標(biāo)可以通過手機(jī)軟件系統(tǒng)的優(yōu)化、使用更好的硬件配置、豐富消費(fèi)者常用的功能、容易拆解、容易更換零部件來實(shí)現(xiàn)。

（2）注意原材料的使用：使用更加輕便、美觀的材料，使用更加耐摔、耐磨、耐劃痕的外殼材料。

（3）物理特性：需要注意手機(jī)的重量、體積以及零部件數(shù)目，手機(jī)在滿足重量體積限制的情況下要有高的屏幕占比、更齊全的功能等。

2）零部件再利用及原材料回收處置下的可持續(xù)設(shè)計(jì)策略

（1）EoL環(huán)境釋放：廢舊手機(jī)處置所帶來的環(huán)境污染、資源消耗是不可忽視的可持續(xù)性問題，這方面可以通過原材料中有害物質(zhì)的控制、可再生原材料的使用等可持續(xù)設(shè)計(jì)策略可以緩解。

（2）潛在的經(jīng)濟(jì)利益：政府通過一系列措施推動(dòng)產(chǎn)品的可持續(xù)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出更具有可持續(xù)性的產(chǎn)品或積極參與手機(jī)產(chǎn)品的回收處置過程，能夠獲取政府的補(bǔ)貼等收益；另一方面，更具可持續(xù)性的產(chǎn)品在市場(chǎng)上也更容易收到部分消費(fèi)者的青睞，更具市場(chǎng)競爭力，所以企業(yè)應(yīng)該推進(jìn)更具可持續(xù)性的手機(jī)設(shè)計(jì)。

（3）原材料的使用：使用可回收材料、易于分離的材料、提高可回收性和廢物處理技術(shù)。這就要求產(chǎn)品在設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮生命終期原材料的回收以及廢棄物處置方面存在的困難，在設(shè)計(jì)時(shí)就做出較好的選擇，降低生命終期的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。

5 結(jié)語

本文從手機(jī)可持續(xù)設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，通過識(shí)別生命終期的利益相關(guān)方，確定需求調(diào)查對(duì)象，進(jìn)而獲取需求，使用多屬性效用理論將需求價(jià)值化建模，獲取了手機(jī)可持續(xù)設(shè)計(jì)的策略，并提出手機(jī)生命終期處置除了關(guān)注零部件拆解和原材料回收過程中的環(huán)境污染、資源浪費(fèi)等問題外，還需要關(guān)注再利用處置以延長手機(jī)的使用周期，進(jìn)一步促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。

通過本研究中需求建模結(jié)果和手機(jī)可持續(xù)設(shè)計(jì)策略的指導(dǎo)，有利于設(shè)計(jì)出更具有可持續(xù)性的手機(jī)，以減少當(dāng)下海量廢舊手機(jī)不合理處置造成的資源浪費(fèi)、環(huán)境污染和社會(huì)危害，增強(qiáng)手機(jī)廠商在可持續(xù)性方面的競爭力。未來本研究的思路可以進(jìn)一步擴(kuò)展到其他品類的消費(fèi)類電子產(chǎn)品上，提高電子產(chǎn)品生命終期處置的可持續(xù)性。