第五章 面向环境的产品设计

2、面向X的设计——DFX分类
DFA ( Design for AssembIy) ― 面向装配的设计 设计原则包括： ( 1 ）减少零件数； ( 2 ）采 用标准紧固件和其它标准零件； ( 3 ）零件的方位 保持不变； ( 4 ) 采用模块化的部件； ( 5 ）设计 可直接插入的零件； ( 6 ) 尽量减少调整的需要， 等等。 DFD ( Design for Disassembly ) ― 面向拆卸的 设计 它研究如何设计产品才能高效率、低成本地 进行组件、零件的拆卸以及材料的分类拆卸，以 便重新使用及回收。主要手段有设计更容易拆卸 的产品、设计最佳的拆卸规划以及拆卸系统的设 计和应用。对于应用多种不同材料（金属和非金 属）组合的复杂产品，只有通过对产品高效率得高回报率或利益。

面向制造的一般设计原则主要有： (1)简化零件的形状； (2)尽量避免切削加工因为切削加工成本高； (3)选用便于加工的材料； (4)尽量设置较大的公差； (5)采用标准件与外购件； (6)减少不必要的精度要求，等等，由于不 同的加工方法存在差异，具体到面向不同 加工的设计，必然有不同的具体的设计原 则。

4、原料选择
原料对环境的影响分析 原料与环境危害； 原料开采和加工过程中的影响：从地壳中开 采原材料通常需要搬运和加工大量的岩石 和土壤，例如开采一吨铜需要移动大约 350 吨剥离表土和 1 00 吨矿石。因此资 源开采需要消耗巨大的能量，并且会破坏 当地的生态环境。 原料的可再生性； 绝对丰度； 再生原料的循环利用。
2、面向X的设计——DFX分类

DFI ( Design for Inspection ) ― 面向检 验的设计 DFI 着重考虑产品、过程、人的因素 以便提高产品检验方便性。产品检验是加 工和维修的主要工作。加工中的产品检验 是为了提供快速精确的加工过程反馈，而 维修中的产品检验是为提供快速而准确的 确定产品结构或功能的缺陷，及时维修以 保证产品的使用安全。产品检验方便性取 决于色彩（比如电路板上元器件的颜色对 应不同种类）、零件内部可视性（比如油 缸等液体容器应该直接显示液面）、结构 等诸因素。
2、面向X的设计——DFX分类
DFS ( Design for Service / Maintain / Repair ) ― 面向维修的设计 改进产品可维修性原则包括： (1)提高产品可靠 性； (2)经常需要维护的零件和易磨损易失效的 零件置于易发现和易接近处； (3)零件的拆卸尽量不需要移动其它零件； (4)尽量减少需要使用的维修工具种类； (5)模块化设计； (6)采用标准件； (7)留有足够的维修空间，等等。

4、原料选择
原料选择面临的问题： 原料是否具有所期望的物理特性？ 原料是否具有所期望的化学特征？ 原料的成本是否合理？ 原料是否具有环境危害（包括对人体的毒害） ? 原料是否具有安全危害（例如是否可燃） ? 原料 是否具有很高的内含能量？ 原料是否可能受到供应限制？ 原料是否具有再生材料供应？ 原料是否易于替代（由于价格变化、环境考虑或 其他原因，最初的原料选择变得不可取时，有 没有可能的替代原料） ?

6、提高能源效率的设计
过程目前，国际上普遍用“能源效率” ( Energy efficiency来替代上世纪 70 年代能源 危机后提出的“节能” ( Energy conservation ）一词。 实际上，从国际权威机构对“节能”和“能源 效率”给出的定义来看，两者的涵义是一致的。 按照世界能源委员会 1979 年提出的定义，节能 是“采取技术上可行、经济上合理、环境和社

2、面向X的设计——DFX分类

DFR ( Design for Recycling ) ― 面向回收的 设计 日渐减少的自然资源、有限的垃圾填埋空 间、有害废弃物的危害等现实已经迫使一些工 业先进国家制定相关法规条例，促使产品回收 开始成为企业的责任。如，德国的“电子废品 法”于 1995 年成为法律，日本于同年颁布实施 的“产品责任法”也有类似条款。在这种环境 下，企业产品开发必须将产品回收问题提到日 程上来。面向产品回收的设计重点集中在产品 的可拆卸性的提高和材料方面。产品的可拆卸 性取决于零件数、产品结构、拆卸动作种类、 拆卸工具种类等因素。

2、面向X的设计——DFX分类
与面向环境设计同义的术语： 可持续开发 ( sustainable development ）、 生态设计（ ecodesign ）、 绿色设计（ green design ）、 生命周期设计（ lifecycle desi gn ）、 环境意识设计（ environmentally conscious design ）等。
面向环境的产品设计
Industrial Ecology
1、面向X的设计——DFX定义
产品定义给设计人员提出了一系列需
要同时加以优化的设计目标，比如产 品的用途、功能特点、成本范围及其 美观性。现代设计师甚至需要考虑更 多的设计目标，因为这些新的设计特 征最终可能决定一个产品的成败。考 虑这些新特点的设计方法被称为面向 X 的设计（ DFX ）。

会可接受的一切措施，来提高能源资源的利用 效率。”
这就是说，节能是旨在降低能源强度（单位产 值能耗）的努力，应在能源系统的所有环节， 包括开采、加工、转换、输送、分配到终端利 用，从经济、技术、法律、行政、宣传、教育 等方面采取有效措施，来消除能源的浪费。

6、提高能源效率的设计
世界能源委员会在 1995 年出版的“应用高技术 提高能效”中，把“能源效率”定义为：“减 少提供同等能源服务的能源投入。” 一个国家的综合能源效率指标是增加单位 GDP 的能源需求，即单位产值能耗；部门能源效率 指标分为经济指标和物理指标，前者为单位产 值能耗，物理指标工业部门为单位产品能耗， 服务业和建筑物为单位面积能耗和人均能耗。 之所以用“能源效率”替代“节能”，是由于 观念的转变。早期节能目的，是通过节约和缩 减来应付能源危机，现在则强调通过技术进步 提高能源效率，以增加效益，保护环境。

3、DFX方法的主要步骤
性能测定（ measuring performance ) DFX 方法的第三步是在获取产品和过程信息之 后，根据相关的性能指标测定信息间的相互关 系。 标准制定与问题发现（ highlighting by benchmarking ) DFX 方法的第四步是先确定性能评判标准，然 后根据这些标准，判定设计的优劣。主要是发 现设计的不足之处或可以改进之处。 问题产生的原因分析（ diagnosing for improvement ) DFX 方法的第五步是探究设计问题产生的原因， 以便提出产品设计改进的依据。
2、面向X的设计——DFX分类
DFX 的分类取决于 X 的分类。 一类 DFX 中的 X 代表决定产品竞争力的因素， 如成本、质量等，可以统称为面向产品竞争力 的设计 ― DFC ( Design for competiti veness ）。这一类DFX 实际上是面向整个产 品生命周期的； 另一类 DFX 中的 X 代表产品生命周期的某一 环节，如加工、装配等，可以统称为面向产品 生命周期某环节的设计 ― DFL ( Design for Life Cycle ）。

3、DFX方法的主要步骤
产品分析（ product analysis ) DFX 方法首先需要收集和明确目标产品的相关 信息。信息来源可以是图纸（装配图和零件 图）、操作手册等等。分析结果包括零件总数、 同类零件统计、不同类零件的统计、材料等等。 过程分析（process analysis ) DFX 方法的第二步需要收集、整理相关过程的 相关数据和资源数据。可以采用工序过程图和 流程图分析产品与过程的关系。分析结果包括 活动（工序）总次数、同类活动次数等等。
2、面向X的设计——DFX分类
DFQ ( Design for Quality) ― 面向质量 的设计 面向质量设计的主要原则： (1)产品易于检查； (2) 采用标准件； (3)图纸标注清除规范； (4)尺寸公差设置合理； (5)模块化设计，等等。

2、面向X的设计——DFX分类
DFR ( Design for Reliability ) ― 面向可 靠性的设计 改进产品可靠性的原则： (1)简化产品结构； (2)增加派出环境因素干扰的设计； (3)采用标准件和材料； (4)减少导致疲劳失效的设计，如减少应力 集中点； (5) 紧固件争取采用可锁定的； (6)提高零件的冗余度，等等。

3、DFX方法的主要步骤
改进方案（advising on change ） DFX 方法的第六步将通过对产品和过程进行删 除、集成、组合、简化、标准化、替代、修改 等，从而提出产品设计改进方案。 改进方案的排序（prioritizing ） DFX 方法的最后一步是要对多个产品设计改进 方案进行排序，以便确定需重点考虑采用的方 案，从而保证产品设计改进的效果。

2、面向X的设计——DFX分类
DFM ( Design for Manufacture ) ― 面向 制造的设计 这里的制造主要指构成产品的单个零件的 切削、铸造、锻造、焊接、冲压等冷热变 形加工过程。 DFM 用于为了减少该类加工的时间与成 本，提高加工质量的零件设计评价。

2、面向X的设计——DFX分类

5、产业过程设计
过程分析方法 过程分析始于数据收集。 需要重点收集的数据包括三个方面： ① 主体过程； ② 过程所使用的设备； ③ 辅助过程的有关信息。 如果定量过程比较容易，信息应尽可能量化。但 定性数据也有很多用途，所以分析人员不应该 把所有信息都精确量化而耽搁过多的时间。 在数据收集完成以后，分析人员可以用核查清单 ( checklist ）来进行评估。和以前一样，评估 的目的是对过程进行改进，而不是追求开展一 个完美评估。评估结果应该是一系列经过优先 排序后的改进建议。