綠色設(shè)計(jì)策略在燈具產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

焦鑫

（四川傳媒學(xué)院，四川 成都 611745）

1 綠色設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段

1.1 前期調(diào)研

1.1.1 現(xiàn)有產(chǎn)品類別與材料使用

目前市場(chǎng)上燈具主要有云石燈、陶瓷燈、水晶燈、布藝燈、玻璃燈、塑料燈等，多數(shù)燈具都是采用易碎的材料，在一定程度上縮短了產(chǎn)品的使用壽命，且部分燈具材料環(huán)保性不足，材料性質(zhì)見表1，考慮到生產(chǎn)、加工、降解和成本等因素，燈具依然存在破壞生態(tài)環(huán)境的問題。

表1 現(xiàn)有燈具材料使用

1.1.2 綠色產(chǎn)品消費(fèi)者需求

隨著綠色理念的普及，用戶對(duì)產(chǎn)品的要求從基本的使用到更加關(guān)注產(chǎn)品的體驗(yàn)、服務(wù)及健康、環(huán)境等因素。根據(jù)中國(guó)社會(huì)調(diào)查事務(wù)所報(bào)告，有72%的人支持發(fā)展環(huán)保事業(yè)，開發(fā)綠色產(chǎn)品，有54%的人愿意使用綠色產(chǎn)品[1]，但由于材料及加工成本等因素，綠色產(chǎn)品價(jià)格普遍高于普通產(chǎn)品，因此在購(gòu)買時(shí)價(jià)格成為阻礙綠色產(chǎn)品消費(fèi)的主要原因，消費(fèi)者對(duì)綠色產(chǎn)品的價(jià)格承受能力較低，需要使用更加低成本的綠色材料控制產(chǎn)品價(jià)格。

1.1.3 綠色產(chǎn)品營(yíng)銷狀況

產(chǎn)品的價(jià)格、環(huán)保等因素對(duì)于產(chǎn)品營(yíng)銷狀況的影響較大，同等價(jià)格下，消費(fèi)者更愿意選擇購(gòu)買綠色產(chǎn)品，但部分燈具只是打著綠色產(chǎn)品的名號(hào)，其質(zhì)量并未達(dá)到綠色產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，且價(jià)格低于真正的綠色產(chǎn)品，使其銷量較好，加之企業(yè)奉行利益至上的原則，不顧環(huán)境資源等問題，使綠色產(chǎn)品的生產(chǎn)、營(yíng)銷舉步維艱。

1.2 設(shè)計(jì)準(zhǔn)備

經(jīng)過前期調(diào)研分析，設(shè)計(jì)項(xiàng)目前要進(jìn)行設(shè)計(jì)準(zhǔn)備，第一獲得企業(yè)決策層認(rèn)可，第二成立設(shè)計(jì)小組，第三進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃與培訓(xùn)，對(duì)綠色設(shè)計(jì)相關(guān)的法律法規(guī)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行學(xué)習(xí)，如消費(fèi)品安全改進(jìn)法案（CPSIA/HR4040）、《燈具一般安全與要求》等。

2 綠色設(shè)計(jì)目標(biāo)確定與需求分析

2.1 選擇產(chǎn)品目標(biāo)

2.1.1 設(shè)計(jì)對(duì)象選擇

文章設(shè)計(jì)對(duì)象為燈具。燈具屬于居家生活的必需品之一，使用頻率高，與人接觸距離近，關(guān)系到用戶健康等問題，對(duì)產(chǎn)品的安全、環(huán)保等要有著嚴(yán)格的要求，因此需要提高燈具的綠色性能。燈具需求和消耗也不斷加大，燈具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與回收等問題也要符合綠色原則。

2.1.2 設(shè)計(jì)對(duì)象范疇

燈具綠色設(shè)計(jì)要通過科學(xué)的照明設(shè)計(jì)，采用效率高、壽命長(zhǎng)、安全和性能穩(wěn)定的照明電器產(chǎn)品，改善、提高人們工作、學(xué)習(xí)、生活的條件和質(zhì)量。燈具綠色設(shè)計(jì)除了產(chǎn)品基本生產(chǎn)制造、安全、環(huán)保、健康等客觀范疇，還要考慮用戶生理和心理方面的需求，如環(huán)保材料與舒適的使用體驗(yàn)、功能與綠色照明、結(jié)構(gòu)與人性化使用方式等，為用戶創(chuàng)造良好的生活工作環(huán)境。

2.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)屬性

2.2.1 造型屬性

燈具造型根據(jù)室內(nèi)環(huán)境與風(fēng)格而定，家庭用燈大多采用有機(jī)形態(tài)，線條多數(shù)以圓潤(rùn)、曲線為主，光源以暖色為主，但現(xiàn)有燈具設(shè)計(jì)關(guān)注照明功能，造型只是單純地取悅用戶，較少考慮到用戶心理方面的需求，因此通過造型滿足用戶心理、審美需求也是燈具綠色設(shè)計(jì)要求之一。

2.2.2 技術(shù)屬性

一些新興產(chǎn)品使用了最新的技術(shù)和材料，如新能源電池、柔性顯示器、LED 等，這些材料大多擁有節(jié)能、環(huán)保等特點(diǎn)[2]，獲得良好照明環(huán)境的同時(shí)降低能耗,有利于環(huán)保[3]。例如石墨烯材料制作的影馳石墨烯手機(jī)，石墨烯具有良好的光學(xué)特性，在較寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)吸收率約為2.3%，加之石墨烯具有較高強(qiáng)度和柔韌性，有較好的導(dǎo)電性和透明性，機(jī)械強(qiáng)度好且可彎折，應(yīng)用前景廣闊。此外，研究表明，石墨烯高分子復(fù)合材料的導(dǎo)熱性較強(qiáng)，理論楊氏模量達(dá)10 TPa，固有的拉伸強(qiáng)度為130 GPa[4]，如邦邦熊石墨烯體溫計(jì)就是利用其良好的導(dǎo)熱性能，Catlike 公司研 制的石墨烯頭盔，外殼是一層石墨烯復(fù)合材料，內(nèi)部是緩沖泡沫，重量輕且兼具保護(hù)性能和舒適性。因此用石墨烯制作燈具也是較好的選擇。

2.2.3 綠色屬性

燈具外殼主要使用石墨烯，石墨烯在我國(guó)儲(chǔ)量豐富，價(jià)格便宜，加工生產(chǎn)過程中污染小。石墨烯也可以作為空氣凈化產(chǎn)品，相同質(zhì)量的石墨烯與吸附炭，石墨烯對(duì)甲醛的飽和吸收量是吸附炭飽和吸收量的116 倍[5]。燈具的光源使用LED 照明，LED 光源的工作光效接近200 lm/W，色溫范圍分布從2200 K到7000 K，主要用于室內(nèi)照明，是典型的綠色節(jié)能光源[6]。LED 燈源不含有汞類有害物質(zhì)，并且耗電量是白熾燈的20%左右。除了材料的綠色屬性，價(jià)格方面，石墨烯產(chǎn)品的價(jià)格都比較適中，如石墨烯散熱毯在50 元左右，石墨烯耳機(jī)在100 元左右，石墨烯充電寶在200 元左右，價(jià)格實(shí)惠。除此之外，還要考慮生產(chǎn)、包裝、運(yùn)輸?shù)染G色屬性。

3 確定綠色設(shè)計(jì)策略

3.1 建立綠色設(shè)計(jì)清單

原材料獲?。簭漠a(chǎn)品本身到包裝原材料，都選擇使用綠色材料，減少材料種類應(yīng)用，選用可分解、可再生材料。材料生產(chǎn)：使用環(huán)保清潔的加工方式進(jìn)行原材料生產(chǎn)，如使用氧氣還原法獲取石墨烯，氧化剝離過程簡(jiǎn)單、高效，產(chǎn)量高，產(chǎn)物容易分散在水及其他溶劑中,可進(jìn)行各種化學(xué)改性，易于實(shí)現(xiàn)石墨烯材料的組裝與復(fù)合[7]。加工過程中不會(huì)產(chǎn)生要害氣體、安全、制作時(shí)間短，符合綠色設(shè)計(jì)要求。環(huán)境保護(hù)：燈具生產(chǎn)過程中使用無鉛焊錫工藝，引進(jìn)能源管理系統(tǒng)，進(jìn)行無害化處理，遵守生產(chǎn)加工規(guī)范，加強(qiáng)質(zhì)量檢驗(yàn)，保證產(chǎn)品質(zhì)量等，如建立ISO9001 質(zhì)量管理體系，規(guī)范產(chǎn)品質(zhì)量管理。

3.2 產(chǎn)品計(jì)劃

燈具除了使用綠色材料外，還應(yīng)包括其他設(shè)計(jì)原則，如減少原則、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)原則，采用簡(jiǎn)約造型；結(jié)構(gòu)采用模塊化原則、重復(fù)使用原則，進(jìn)行可拆卸設(shè)計(jì)，燈具產(chǎn)品的組裝和拆卸部件聯(lián)接交互系數(shù)系數(shù)越小，越容易拆卸，綠色設(shè)計(jì)程度越高，系數(shù)見表2；產(chǎn)品廢棄后采用回收利用原則與可循環(huán)設(shè)計(jì)，將報(bào)廢的產(chǎn)品及部件充分拆卸后歸類，回收其中可重復(fù)利用的零部件和材料；另外，產(chǎn)品不應(yīng)有銳利邊緣、尖端、棱角等，對(duì)邊緣進(jìn)行圓角處理。

表2 零部件連接交互系數(shù)

3.3 運(yùn)用綠色設(shè)計(jì)工具

開展綠色評(píng)估，首先確定評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)；參照國(guó)內(nèi)外的法律法規(guī)確定限值；參照國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)確定限值；與行業(yè)協(xié)會(huì)進(jìn)行協(xié)商和探討,確定指標(biāo)評(píng)估限值；與龍頭企業(yè)交流,確定調(diào)整指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值等，利用MET 矩陣[8]、產(chǎn)品評(píng)估指標(biāo)龍骨圖等進(jìn)行評(píng)估。

3.4 確定綠色設(shè)計(jì)策略

根據(jù)上述綠色設(shè)計(jì)清單與計(jì)劃，將設(shè)計(jì)需求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，為之后制定設(shè)計(jì)方案起到規(guī)范作用，并結(jié)合采用QDPD 方法，通過顧客需求分析、功能設(shè)計(jì)制定、設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)優(yōu)化、模擬與仿真、輸出設(shè)計(jì)文檔等完善設(shè)計(jì)方案的規(guī)劃[9]。

3.5 產(chǎn)品制造

選擇綠色原材料，如低能耗、少污染、可再生、環(huán)境兼容性好、易于回收再利用和降解的材料；選擇先進(jìn)的生產(chǎn)加工方式、方法、技術(shù)；選擇節(jié)能設(shè)備，如數(shù)控加工設(shè)備、電火花加工設(shè)備，優(yōu)化有毒有害工序；保證產(chǎn)品的安全性，工廠應(yīng)配備相應(yīng)的安全檢測(cè)及測(cè)試設(shè)備，建立確保產(chǎn)品安全性的控制程序，如關(guān)鍵零部件采購(gòu)及檢驗(yàn)的控制程序；產(chǎn)品相關(guān)說明中應(yīng)描述燈具性能參數(shù)等。

4 制定綠色設(shè)計(jì)方案

4.1 概念設(shè)計(jì)

制定好綠色設(shè)計(jì)策略后，確定設(shè)計(jì)目標(biāo)為陪伴型小夜燈，對(duì)燈具的造型和功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，充分考慮用戶心理、生理需求以及燈具

功能的多元化、集合化。使用石墨烯及LED 節(jié)能材料；結(jié)構(gòu)采用可拆卸設(shè)計(jì)。燈具定位為小夜燈，針對(duì)起夜上衛(wèi)生間、陪護(hù)等場(chǎng)景進(jìn)行設(shè)計(jì)。方案一造型取自爬山虎，燈具與底座的連接處可以自由彎曲，底座模擬爬山虎吸盤，利用真空吸附設(shè)計(jì)，可以讓其吸附在任何地方，如晚上吸附在床頭柜、床邊柜；方案二采用模擬人偶造型，底座可以自由彎曲，自由改變其放置方式，設(shè)計(jì)草稿見圖1。

圖1 設(shè)計(jì)草稿

4.2 方案優(yōu)化

概念方案確立后，選出優(yōu)化方案，利用三維模型對(duì)方案各要素進(jìn)行分析計(jì)算，并繪制出產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)圖、三視圖。方案一底座采用真空吸盤的設(shè)計(jì)，會(huì)加大產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，方案二在造型、成本、產(chǎn)品使用壽命等方面較優(yōu)，選用方案二為優(yōu)化方案。

4.3 方案設(shè)計(jì)與實(shí)施

方案確定后，使用Rhino 與keyshot 軟件繪制出產(chǎn)品最終的效果圖，見圖2。材料方面，產(chǎn)品本體使用石墨烯復(fù)合材料，光源使用LED 燈；結(jié)構(gòu)方面，卡扣、間隙和限位的部件聯(lián)接交互系數(shù)較小，更容易拆卸，因此燈具設(shè)計(jì)為插拔連接，在一些部件損壞或報(bào)廢后其它部件可以拆出再次利用，見圖3；由于強(qiáng)光直射人眼會(huì)引起直射眩光，應(yīng)采取遮擋的辦法，使光源處于視平線 45°之外，在燈罩上部設(shè)置一個(gè)遮蓋，防止傷害到眼睛；產(chǎn)品邊緣全部使用圓角處理。

圖2 效果圖

圖3 燈具可拆卸設(shè)計(jì)

尺寸方面，小夜燈具有抓拿、移動(dòng)等功能需要，參照GB/T 16252-1996《成年人手部號(hào)型》，燈具尺寸見圖4；生產(chǎn)工藝方面，前文提到石墨烯用氧氣還原法獲取，周期短、成本較低；色彩方面，使用多種配色滿足不同用戶需求，燈具配色見圖5，注塑時(shí)使用UV油墨，不含溶劑，油墨的色膜具有良好的機(jī)械和化學(xué)性能，已成為一種較成熟的環(huán)保油墨，污染物排放很少[10]。

圖4 產(chǎn)品尺寸

圖5 燈具配色

包裝方面，石墨烯具有堅(jiān)硬和高韌性，在包裝上不需要專門防護(hù)，外部使用瓦楞紙包裝，里面使用可降解塑料膜包裹，用來防止燈具因?yàn)檫\(yùn)輸過程中刮擦。瓦楞紙具有成本低、搬運(yùn)方便、可回收再生等優(yōu)點(diǎn)，可降解塑料膜具有成本低、保護(hù)性好、環(huán)?？山到獾葍?yōu)點(diǎn)；運(yùn)輸方面，燈具體積較小，運(yùn)輸以一件燈具包裝（90 mm×50 mm×20 mm）為一個(gè)模塊，以54 包(9 個(gè)×6 層)為一箱。

4.4 設(shè)計(jì)完善與反饋

燈具設(shè)計(jì)完成后，開始對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)施，包括籌集方案所需資金，申請(qǐng)?jiān)S可證、投產(chǎn)、銷售等等。方案實(shí)施后，若設(shè)計(jì)達(dá)標(biāo)且生產(chǎn)正常，則可收集數(shù)據(jù)與反饋，檢查方案的實(shí)施成效，對(duì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析、修改，利用綠色設(shè)計(jì)策略提出新目標(biāo)，使燈具產(chǎn)品符合綠色要求，為產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)應(yīng)用提供依據(jù)。