工业产品设计与产品全生命周期的生态环境风险研究

邓俊

【内容摘要】文章提出了产品全生命周期生态环境风险的概念及其特性，系统阐述了工业产品设计在产品全生命周期各阶段中所起的作用，以及各阶段对于生态环境的负面影响，为减少或消除因设计而导致的生态环境损害贡献了思路。

【关键词】工业产品设计  产品全生命周期  生态环境风险

在工业时代，企业的产品创新及其产品设计都是以市场为导向，以刺激消费为宗旨，以追求经济利益的最大化为目标的。因此，很少或者根本不考虑对生态环境的影响。然而，随着环境问题的日益突出，在后工业时代，或换言之，在生态文明时代，工业产品设计就必须重点考虑其对生态环境的影响，并且，这一考虑应该贯穿于产品的全生命周期（Product life-cycle）。

一、工业产品设计与产品全生命周期的生态环境风险

人、生产、环境是构成人类社会的三要素。人通过生产与环境产生能量交换并相互影响，而生产始于设计，也决定于设计，设计不仅提供生产的理念，也提供生产的方案。如果说生产是人与环境能量交换的中介，那么，这个中介的灵魂就是设计，设计对于人与环境的互动有着必然的联系，对于生态环境的恶化有着不可推卸的责任。

随着工业化大生产的发展，生态环境问题日益突出。人类的生产、生活已经对生态平衡产生了破坏性的影响，环境污染也从最初的局部问题发展成为全球性问题。在这一背景下，产品全生命周期的生态环境风险概念应该被确立，这一概念即是：由于工业产品设计所导致的产品从诞生到消亡的全过程中，对生态环境造成直接或间接损害的可能性。其逻辑关系是：工业产品设计定义产品要素、决定生产工艺、指导销售策略、引导消费行为、影响生活方式，从而对生态环境产生影响。

基于以上问题，有必要对产品全生命周期的生态环境影响进行梳理，得出其系统、全面的生态环境风险，这将有利于调整设计策略或采取相应的风险控制措施，从而将其生态环境损害消除或降至最低。这一全生命周期主要包括产品的选材阶段、产品的生产制造阶段、产品的运输与销售阶段、产品的使用与维护阶段以及废弃物阶段。

二、产品选材阶段对生态环境的影响

材料是构成物质产品的基础，选材是工业产品设计的重要内容。选材，不仅关系到产品的物理性能、视觉感观、触觉感受，还直接关系到产品材料的获取及其加工工艺，从而对生态环境产生影响。

从构成产品的材料来看，可大致分为天然材料和人工材料。目前，在工业产品的用材中，天然材料主要是木材、皮革和稀有石材。天然材料在色泽、质地与安全性方面具有显著优势。由于天然材料直接取材于自然环境之中，“来于尘土，归于尘土”，因此并不存在对环境的污染问题，其对生态环境的影响更多地体现在，当某一天然材料的数量与质量发生变化时，对整体生态平衡所产生的负面效应，如树木被大量砍伐，会造成水土流失、荒漠化、生物链条断裂等恶果。另一方面，由于材料的稀缺性能够有效增加产品的附加价值，商家对其趋之若鹜，因而，某些优质的天然材料就此消失于人们的视野，从生态多样性的角度来看，这种损失将比前者具有更大的破坏性。

如果说，对天然材料的过度攫取其危害是显著的，那么人工材料，尤其是不可降解的人工材料的泛滥，对生态环境的损害则是触目惊心的。人工材料建立在化学工业的基础上，人工材料之所以诞生，即是为了弥补天然材料在化学性质、物理性能、原料获取及加工成本等方面的劣势，然而，也正因如此造就了人造材料与自然环境的对立。人工材料泛滥所带来的环境损害主要体现在以下几个方面：1.其获取需要消耗大量不可再生资源并产生废气和废水;2.难于或不能被自然降解，所形成的固体废弃物会对土壤、水体、生物造成直接或潜在威胁;3.回收利用的成本高昂，焚烧所产生的大量有毒物质加剧环境污染。

对于产品设计中的选材要十分慎重，既要考虑成本因素，更要时刻以生态利益和环境安全为准绳，着眼于材料科学的进步，依照不同产品的性质和用途，选择最为适宜的材料，做到物尽其用;同时，应尽量减少构成产品的材料种类，降低其回收、利用的难度，将其对生态环境的损害降至最低。

三、生产制造阶段对生态环境的影响

设计，确立工业产品的各项效果和技术指标，并通过选择和制定相应的生产工艺将其实现。具体来看，工业产品设计需要对产品的外观尺寸、造型、结构、材料、色彩、表面肌理等进行定义，生产和制造则是依照以上各方面的设计内容而展开的。

众所周知，简化生产工艺能有效提升效率、压缩成本、降低能耗、减少污染物排放，进而减轻环境压力。一方面需要借助技术创新，如设备的创新，多轴联动机床、激光雕刻机、大型3D打印机的面世，使得以往复杂的工序得以简化并能够获得更高的加工精度;再如材料的创新，记忆合金、纳米陶瓷、石墨烯等新材料相继出现，除具备优异的物理性能之外更能够简化产品结构和制造工序;但无论是新设备、新材料还是新工艺，都需要长期的研发和巨量的资金投入。另一方面，需要借助工业产品设计的优化，相较于技术创新，通过设计手段简化生产工艺将更加直接和高效。如在“绿色设计”理念指导下开展的简约设计（Minimalism design）、可调节设计、模块化设计、工艺简单化设计等，都能够极大地降低产品复杂程度，提升模具利用率并简化装配工序;此外，采用简洁的造型、单纯的材质、简单的结构，利用料本色、材料本身质地、暗线装饰等具体的设计手法也能够有效地简化生产工艺。诚然，复杂的生产工艺，某种程度上反映出对产品的“精雕细琢”“精益求精”，然而，以此為标榜并刻意为之，反映在设计上，即是复杂的造型和结构，繁复的装饰和材质的堆砌，虽能够造就一时的感官刺激，然而从长远来看却是难以持续的，从资源节约的角度来看也是不可取的。

研究生产制造阶段对生态环境的影响，将有利于工业产品设计向着“结构最简单、材料最俭省、造型最简练、表面最纯净”①的方向发展，从而简化生产工艺，将生产制造阶段对生态环境的负面影响减至最低。

四、运输与销售阶段对生态环境的影响

运输与销售是产品转化为商品中最重要的环节，因此，不论是商家还是设计从业者，都对其高度重视。从设计角度来看，要保证运输与储存的便利、高效，以及促进销售，重点在于产品的包装，可以说，运输与销售阶段对生态环境的影响，其主要来源是产品的包装形式。

首先来看运输阶段。从规模上来看，产品的运输无外乎两种，一是大批量的运输，如从工厂将产品运送至销售地，二是小批量或单品的运输，如从销售地运送至客户手中。无论是哪种形式，在运輸过程中，对包装的核心要求是保证产品安全，即是保证产品免于因震动、撞击、挤压、受潮等因素的影响而使产品损坏或失效。为了保证产品安全，就必须采用更坚固的材料、更大的缓冲空间、更好的密封效果等，随之产品包装的质量更重、体积更大、耗材更多，但这会带来两个方面的问题，一是包装本身物料的浪费;二是运输效率的降低，而这也是运输阶段对生态环境产生影响的部分。

产品包装除保障产品安全之外，另一个重要使命便是增强展示效果，展示效果对产品的销售有着巨大影响。因此就不难理解，为什么产品在包装上煞费苦心。产品包装设计，为了增强展示效果，促进产品销售本无可厚非，在此要批判的是 “过度包装”。所谓“过度”，即是包装已经超出了合理的范畴，如运用高档材质、复杂工艺、夸张的体量等，甚至在部分行业，包装的成本已经高过产品本身！其目的，无非是通过“过度”来追求更大的附加价值。如果说，过度包装的首要问题是对资源的浪费，那么更大的负面效应是对社会生态的破坏，因为这种包装形式营造奢侈消费，助长奢靡之风。

研究产品的运输与销售阶段对生态环境的影响，将有利于产品包装向着轻量化、小型化、集约化、便于利用、易于再生的方向发展，这既是还原产品包装的本真，亦是对生态环境的责任。

五、使用与维护阶段对生态环境的影响

工业产品设计将定义产品的使用和维护方式，是使产品具备物质功能和使用价值的关键。产品的使用和维护，施动者是人，受动者是生态环境，连接两者的介质是产品，因此产品需要满足两方面的要求，一是人的需求，二是环境的制约。

满足人的需求，主要体现在产品的安全性和易用性（Usability）。产品的安全是基础，要求在产品的整个生命周期内确保用户的使用安全②;易用是更高的要求，即是方便人们更好地去使用，要做到这一点，需要具备以下要素：可学习性、可记忆性、减少误操作、具备效率、令人满意。③这既是工业产品设计所追求的“以人为本”，亦体现出目前产品设计的不足，而这种不足将会导致人在使用与维护产品时遇到诸多不便，甚至是危险，以至于对人身财产及生态环境产生不利影响。

要适应环境的制约，需要从两个方面加以分析：一是产品的质量，二是产品的能耗。在这里，产品质量是指能否长期、稳定、高效地工作;而产品能耗是指在满足功能需求的前提下，尽可能节能环保。要满足上述要求，首先，需要通过设计为产品设定适当的功能范围，功能范围过窄，会使得产品功能单一，适应性不足;功能范围过大，会造成功能浪费、结构复杂、维护困难。其次，需要通过设计使产品具备优良的工作性能，主要体现在产品的技术应用，材料运用、结构和工艺设计上。再次，需要通过设计使产品具备科学的使用功能，主要体现在高度协调的人机关系。

研究产品的使用与维护阶段对生态环境的影响，将有利于提升产品的安全性、易用性，实现产品使用和维护的绿色高效。

六、废弃物阶段对生态环境的影响

产品丧失物质功能和使用价值后成为废弃物，此阶段对生态环境的破坏效应最为明显。现代设计强调贯穿于产品的全生命周期，尤其是“可持续设计”（Sustainable Design）的理念，提出设计应当使产品具备“从摇篮到摇篮”（Cradle to Cradle）的可持续性，即是希望最大限度减少对生态环境的损害。但要使产品具备这一属性，需要摆脱两方面的困境：一是材料的限制，二是观念的束缚。

工业产品的用材绝大部分是人工材料，尤其是高分子材料，这类材料的共同特征是制造容易、回收困难，因而其成为固体废弃物污染的主要来源。尽管所谓“绿色材料”的概念在上世纪80年代就已经提出，但现实是这种材料并未成为目前工业产品的主要用材，这里既有技术的因素、经济的因素，也有人们观念的因素。

相对于突破材料的限制，观念的转变显得更加困难。首先，人们对于产品的态度普遍是“喜新厌旧”。产品生命周期的完结和产品代差的出现，是造成这一观念的客观因素，然而在经济利益的驱使下，产品推陈出新的频率越来高、间隔越来越短，刺激着人们的视听、调动着人们的消费欲望，因此，许多产品被提前“终结生命”。其次，人作为视觉动物，总是被精美、华丽的事物所吸引，这一方面是由于上述事物拥有更夺目的特征，而更主要的因素是人们对物质的迷恋和财富的炫耀，反之，质朴、简单的事物很难成为市场的主流，实际上，这是植根于封建时代、发展于工业时代的审美观念和价值取向在当今的投射。再次，随着经济的发展和生活质量的提高，人们缺乏主动延续产品生命和参与废弃物再利用的动机，人们已经习惯于购买和抛弃，而非维护和再造，因为前者意味着喜悦和简单，而后者意味着乏味和挑战。

研究产品废弃物阶段对生态环境的影响，即是对可持续这一命题的思考。可持续不仅仅局限于产品的可持续，还包括经济、社会、环境和文化的可持续，是一个宏大的命题。以设计引导和满足消费需求，并维持需求的持续满足，是达成可持续目标的重要手段，也是减少工业产品全生命周期对生态环境负面影响的有效途径。

结语

在工业时代向后工业时代发展的历史进程中，在提倡构建生态文明的当下，工业产品设计将摆脱以经济利益为至高追求，摒弃以刺激消费为最高宗旨，遏制资源浪费与环境污染，逐步还原到以提升全人类生活品质、增添幸福感、促成人类与自然和谐共生局面的本真，这是时代赋予它的新的历史使命。

注释：

①蔡克中，王磊.论现代产品设计中简约主义的体现[J].包装工程， 2007（10）：69.

②谢华，邹超.浅谈产品安全性的形成[J].科技信息，2009（16）：354.

③Jakob Nielsen.可用性工程[M].刘正捷，译.北京：机械工业出版社，2004：58.

作者单位：武汉大学

（责任编辑：高薪茹）