1.1 概述

1.1.1 产品生0.命周期设计的定义

1.产品生命周期的定义

产品生命周期（Product Life Cycle）包括了产品从概念形成到生产制造、使用至最终废弃后的回收、再制造、再使用及处理等各个阶段。

产品生命周期与产品寿命是不同的概念。产品寿命是指产品出厂或者投入使用后至产品报废不再使用的一段区间，仅是产品生命周期内服役期的一部分。

在产品生命周期的每个阶段中，除了需要考虑企业的盈利和满足用户的需求之外，还需要考虑产品在其生命周期对环境的影响，包括能源消耗、资源消耗、固态废弃物排放、废水排放、废气排放和其他物理因素影响等。除了资源再用环节对环境是正面影响（促进环境改善）之外，其他环节都是负面影响，但其影响差别很大。

产品不同，产品生命周期的组成阶段也不同。运输装备、制造装备、家电、电力装备、通信设备等产品，由于其生命周期较长，涉及产品生命周期各个阶段，对环境影响较大，因此需要重点关注。产品生命周期及其设计目标，如图1-1所示。

图1-1 产品生命周期及其设计目标（图中圆圈颜色越深，表示该环节对环境的负面影响越大）

2.产品生命周期设计的定义

产品生命周期设计，是指充分考虑产品生命周期的质量和成本以及产品开发设计和生产周期，优化各有关设计因素，使产品在生命周期内资源消耗少、对生态环境的总体负面影响小，并且注重人体健康与安全的产品开发设计活动。

产品生命周期设计，又称为生态设计、生态意识设计、环境化设计、环境意识设计、环境友好设计、绿色设计和低碳设计等。实际上这些用语表达了相同的意思，只是各地区的习惯用法不同，并且对概念的描述重点也有差别：产品生命周期设计突出产品生命周期的环境友好性和资源节约性；生态设计从生态保护的角度进行阐述；环境化设计强调环境保护的概念；绿色设计用绿色比喻环境友好型和资源节约型的设计；低碳设计则是以节能降耗为关键指标。

（1）生态设计（Ecological Design，Eco-Design，ED）

产品生态设计，又称生态意识设计（Eco-Conscious Design，ECD），是欧盟的习惯用法，是指为提高产品生命周期内的环境绩效、优化产品的环境影响而将环境因素引入产品的设计和开发活动。

欧盟EuP环保指令中的生态设计，是指为改进产品性能、增加商业价值，将产品生命周期中的环境考虑系统地综合到产品的设计和开发中。

2013年1月30日，我国工信部、发改委和环保部联合发布《关于开展工业产品生态设计的指导意见》。该《意见》认为，生态设计是按照产品全生命周期理念，在产品设计和开发阶段，系统地考虑原材料选用、生产、销售、使用、回收和处理等各个环节对资源环境造成的影响，力求产品在全生命周期中最大限度降低资源消耗、尽可能少用或者不用含有有毒有害物质的原材料，减少污染物的产生和排放，从而实现环境保护的产品设计和开发活动。2014年7月4日，工信部发布了《关于开展工业产品生态设计示范企业创建工作的通知》。

（2）环境化设计（Design For Environmental，DFE）

环境化设计，又称环境意识设计（Environmental Conscious Design，ECD）、环境友好设计（Environmental Friendly Design，EFD）等，是北美的习惯用法，突出设计对环境的友好性。

环境是指组织运行活动的外部存在，包括空气、水、土地、自然资源、植物、动物和人，以及它们之间的相互关系。

环境化设计的概念起源于20世纪90年代初。1992年，美国国会技术评估办公室的报告中首次阐述了环境化设计的战略重要性和相关实践。

环境化设计在产品设计阶段就将环境因素和预防污染的措施纳入其中，将环境绩效作为产品的设计目标和出发点，是对环境影响采取的预防性措施之一。

（3）绿色设计（Green Design，GD）

绿色设计，是指在产品设计中充分考虑产品的质量、成本和开发周期，优化各有关设计因素，使产品在生命周期内资源消耗少、对生态环境的总体负面影响小，并且注重人体健康与安全的产品设计和开发活动。^[1]

绿色设计包括绿色材料选择设计、绿色制造过程设计、产品可回收性设计、产品的可拆卸性设计、绿色包装设计、绿色物流设计、绿色服务设计和绿色回收利用设计等。

（4）低碳设计（Low-Carbon Design，LCD）

低碳是指实现较低或更低的温室气体，主要是二氧化碳的排放。低碳设计主要针对耗能产品，目的是实现产品在生命周期内二氧化碳的排放量最少。

3.产品生命周期设计的主要特点

1）面向产品生命周期全过程。在产品设计时，就充分考虑从原材料采集直至产品废弃后的处理全过程中的所有活动对环境的影响，进行产品生命周期的环境影响的全面评价，确定最佳设计方案。据欧盟专家分析，产品设计阶段，就决定了该产品整个生命周期中80%的危害，需要投入90%的成本，并花费10%的支出。^[2]

2）尽可能早地开展环境需求分析和评估。在产品设计的初期阶段就归纳出产品在制造和使用等环节对环境的影响和要求，而不是依赖于后期评估和末端处理。

3）多学科协同设计。由于产品生命周期设计涉及产品生命周期的各个阶段、各种环境问题和环境效应，以及不同的研究对象，如绿色产品开发、绿色材料选择等，因此产品设计涉及广泛的知识领域，需要多学科协同设计，综合考虑环境、功能、成本和美学等设计准则，在多目标之间权衡，最终做出合理的设计决策。

4）应用各种DFX（Design for X，面向X的设计）技术。这里的“X”可以分为两大类。①面向产品生命周期各个环节的设计，如DFM（面向制造的设计）、DFS（面向维修的设计）和DFR（面向回收的设计）等，通过产品生命周期各个环节的优化，提高产品生命周期的环境友好性。②面向产品生命周期各种指标的优化，如DFQ（面向质量的设计）、DFC（面向成本的设计）等。

DFX，又称并行工程（Concurrent Engineering）。并行工程是对产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）进行并行、集成化处理的系统方法和综合技术。要求产品开发设计人员从产品概念形成开始就考虑到产品全生命周期内各阶段的因素，如功能、制造、装配、作业调度、质量、成本、维护与用户需求和环境友好性等。许多国际知名企业通过实施并行工程取得了显著效益。

5）需要产品生命周期全过程的大量数据的支持。产品生命周期设计需要的数据范围较常规设计要多，如产品生命周期各个阶段的能耗数据、“三废（废气、废水、固态废弃物）”排放数据等。

4.产品生命周期设计与传统产品设计的比较

产品生命周期设计与传统产品设计比较，见表1-1。

表1-1 产品生命周期设计与传统产品设计比较

1.1.2 产品生命周期设计的目标

产品生命周期设计（Life Cycle Design，LCD）的主要目标如下。

1.产品生命周期的需求预测和满足

在设计阶段，尽可能预见和满足用户在产品生命周期中的各种需求，设计出用户真正满意的产品。例如，如何让用户有较好的产品使用体验？如何使产品的维护和更新更方便，满足用户不断变化的需求？如何让用户获得更大的价值？如何让产品在使用中节能减排？如何使报废的产品能够更方便地回收再利用？等等。

案例1：小米手机通过互联网与广大用户协同设计，其产品1/3的功能是由用户设计的，因此产品一上市，就受到广大用户的热捧。

案例2：谷歌研制的DIY（自己动手做）模块化手机，可以让用户自己更换手机模块，升级手机的功能，满足新的需求，同时又能够使手机原有的大部分模块得到重用。

2.产品生命周期的问题预测和优化

在设计阶段，尽可能预见产品生命周期各个环节的问题，并在设计阶段予以解决或者设计好解决方案。现代产品日趋复杂、庞大和昂贵，其中的知识含量也与日俱增，一旦出现问题仅靠用户的经验和技能很难有效解决和保障设备的有效运行。

案例：一些装备制造企业通过远程监控，了解本企业制造的装备运行情况，及时开展预防性维修。例如，三一重工的工程机械、杭州杭氧集团的空分设备和杭州汽轮机股份有限公司的工业汽轮机等。

3.产品生命周期的成本预测和优化

在设计阶段，对产品生命周期的包括使用成本、维修成本、停机损失、环境成本和报废处理成本等在内的所有成本，资源消耗和环境代价等进行整体分析规划，并且通过设计优化降低产品生命周期成本，最大限度地提高产品生命周期内的经济性和市场竞争力。

案例：家电企业负责出口到欧盟的家电的回收处理。如何快速、低成本地回收处理旧家电是在家电设计中就要考虑的问题。

4.产品生命周期的环境影响预测和优化

在设计阶段，分析预测和优化产品生命周期中各个环节对自然资源和环境的影响，从产品性能、用户需求、环境保护、资源利用和经济可行性等角度，减少或者消除产品生命周期中的环境污染，优化利用资源，建立人-机友好环境。这是本书重点研究内容，如下所述。

1）产品生命周期中的环境友好。保护空气、水、土壤和动植物等人类赖以生存的生态环境不受到破坏。产品生命周期设计的产品对生态环境的负面影响将尽可能小。

2）产品生命周期中的人机友好。产品不应损害人的身体健康，而应有益于人的身体健康。例如，与生活密切相关的产品应采用生态材料，其用材不能对人体和环境造成任何危害，做到无毒害、无污染、无放射性和无噪声等。

3）产品生命周期中的资源节约。产品对能源和其他自然资源的利用是有限的和有效的，同时也是可以再循环、再生或易于安全处置的，只有这样才能使我们的子孙后代可以继续生存。

5.产品生命周期的整体优化

现代企业面临着世界范围的激烈竞争，主要表现在：能够开发出市场急需的、适销对路的、品种多样的或者有高科技含量的产品（Function）；能够在尽可能短的时间内提供用户需要的产品（Time to Market）；产品质量应能最大限度地满足用户在产品生命周期的需求（Quality）；产品生命周期成本应具有竞争力（Cost）；能提供产品的生命周期全程优质服务（Service）；产品在其生命周期全程中应具有良好的环境友好性（Environment）。产品生命周期设计应使FTQCSE这六个要素相辅相成，缺一不可，协同优化。

产品生命周期设计从产品概念形成开始就要考虑产品生命周期的各个环节的优化，以确保满足产品的FTQCSE的属性要求。

产品生命周期设计的目标体系，如图1-2所示。

图1-2 产品生命周期设计的目标体系

1.1.3 产品生命周期设计的效益

产品生命周期设计的效益包括社会效益和经济效益。

1.产品生命周期设计的社会效益

根据欧盟2013年的报告，超过80%的环境冲击与产品设计有关，如果在产品开发阶段能充分考虑环境影响，就能显著改善该产品的环境绩效。^[3]

产品生命周期设计带来的社会效益，如图1-3所示。社会效益，又可称为环境效益。

图1-3 产品生命周期设计带来的社会效益

2.产品生命周期设计的经济效益

产品生命周期设计的经济效益评价比较复杂，可以进行如下的多维分析。

1）直接的经济效益和间接的经济效益。①直接的经济效益：绿色产品受到市场欢迎，销量增加，产生直接效益；有的企业对废气、废热进行综合利用，产生直接的经济效益。②间接的经济效益：有的企业对“三废”进行回收再利用处理，直接经济效益为负，但是取得了用户的认同，订单大增，间接获得了经济效益。例如，日本55%的制造商认为开展产品生命周期设计、开发绿色产品有利于提高产品知名度，30%的制造商认为绿色产品比传统产品更易于销售，73%的制造商和批发商愿意采用绿色产品。^[4]因此，产品生命周期设计在大多数情况下主要考虑间接经济效益。

2）长期的经济效益和短期的经济效益。①长期的经济效益：产品生命周期设计的产品经常需要采用新技术，这就需要投资，并且在短期内难以见效，所以应着重考虑长期的经济效益。例如，产品生命周期设计的节能产品虽然销售价格高，但是可以为用户节省能源使用成本，最终降低产品生命周期成本，获得长期的经济效益；模块化设计虽然在初期要投入不少精力和费用，但是能够显著降低未来长期的产品设计和制造的费用。②短期的经济效益：一些绿色技术从短期效益分析，往往成本较高，但长期来看是必须采用的。例如，有的企业对“三废”不进行处理就直接排放，虽然省下了处理费用，但是其获得的经济效益是短期的，未来可能面临巨额的罚款，也可能为其排放“三废”造成的环境破坏后果的治理付出沉重的代价。因此，产品生命周期设计要以长期的经济效益为主，追求短期的经济效益是得不偿失的。

3）全局的经济效益和局部的经济效益。①全局的经济效益：例如，企业通过产品生命周期设计选择价格高的、环境友好型材料，虽然牺牲了企业的局部利益，但是对于全社会而言，经济效益可能更高。②局部的经济效益：例如，企业采用便宜的、有害环境的材料可以获得更多的经济效益，但是从全局看，治理这种材料对环境危害的后果将付出更多的代价，总体是得不偿失的。因此，产品生命周期设计要以全局的经济效益为主。

产品在生产中的排放物和使用后的废弃物，以各种形式构成了对大气、水和土壤的污染或者对生态环境、人类健康的危害。这种污染或危害不只会对工厂自身和周边的环境造成影响，还会造成长期的、区域的甚至是全球范围的影响，如雾霾、温室效应和臭氧层破坏等。

在产品生命周期设计中，如果没有一种超脱个人主义、小团体主义和狭隘民族主义利益的胸怀，即使有再好的方案也会搁置不用。

总体上看，产品生命周期设计的经济效益具有较多的间接性、长期性和全局性，而现在的企业关注的则是直接的、短期的和局部的经济效益，否则地球环境就不会被破坏得如此严重。因此，一方面要加强宣传，另一方面要使产品生命周期全过程透明化，还需要使对环境污染行为的处置及时和公平化，让企业和社会大众认识到产品生命周期设计的间接的、长期的和全局的经济效益。