面向产品生命周期的可持续设计7R原则研究

曹 琪

（佛山科学技术学院，广东 佛山 528000）

引言

设计活动伴随着整个人类的演化进程，从最早的石器时代到如今的信息化时代，工业设计在改变人类社会进程，改善人类生活方式和生活质量方面起着不可估量的作用。但是在工业设计早期，由于过分追求产品利润，实施“有计划的商品废止制”，而忽视了产品设计、制造、使用、维护等过程对环境、资源的影响，造成资源浪费和能源枯竭，并由此引发了严重的生态问题，制约了人类社会的永续发展。可以说，工业设计在相当程度上引导了人们错误的、无节制的生活观念，这违背了工业设计为人们创造新的、更合理、更美好的生活方式的本质。

为了解决工业设计在制约人的生存和可持续发展中存在的问题，从1980年可持续发展概念明确提出起，越来越多的从事设计工作的人士努力将可持续发展的理念融入设计领域中来，基于这方面的理论探索与实践应用正在展开。

一、概述

（一）产品生命周期理论

正如生物的生、老、病、死构成其生命周期一样，由人类创造的人工物品，同样拥有生命周期。产品生命周期（product life cycle），英文简称PLC，指的是产品从开发到废弃的全过程①，具体可以分为设计、制造、使用、维护、回收、废弃六个阶段。（图1）

（二）产品可持续设计与3R原则

产品可持续设计是一种以设计学、经济学，生态学为理论依据，将设计行为纳入“人—机—环境—社会”系统，在满足环境目标要求和经济效益要求的同时，保证产品功能、使用寿命、用户体验等要求②，保障人类永续发展的产品设计理念。产品可持续设计遵循生态设计3R原则，包括：减量化（Reduce）、再利用（Reduce）、循环利用（Recycle）③。减量化原则是指在设计过程中应尽量减少空间浪费，减少资源能源消耗，减少生产制造环节，减少环境破坏以及减少人体伤害。再利用原则是指在设计过程中需要考虑对旧材料和旧装备的重复利用，或者在选用新的材料时尽可能考虑到该材料整个生命周期的再利用率。循环利用是指材料在使用过后可以被有效地清洁、分解、熔化、提取，然后经过重新加工制造成新的材料，继续发挥材料的价值。3R原则作为被公认的产品可持续设计原则在指导设计活动中起着关键作用。

图1 产品生命周期

图2 7R原则在产品生命周期中的体现

图3 转化过程示意图

图4 迭代过程示意图

二、从产品生命周期认识7R原则

（一）7R原则的由来

以生态设计为基础的产品可持续设计3R原则从经济学和生态学的角度为解决资源浪费和能源消耗问题提供了解决方案。但是产品可持续设计是一项复杂的设计活动，在整个生命周期中需要从设计学的角度着重考虑产品的功能属性，即材料、结构、功能等属性，以及产品的环境属性，即可拆卸、可回收、可重复利用等特点④。但是，3R原则未能从设计学角度对产品整个生命周期的设计作出规范，很多设计因为单纯考虑3R原则而影响产品的质量、寿命，甚至经济效益，或者只注重产品的经济效益而未考虑3R原则，这些都与产品可持续设计本质相违背。为了把可持续设计理念应用到产品的全生命周期，在3R原则基础上，引入了7R原则，对产品的维护使用和后续开发作了进一步规范。

（二）7R原则内涵

3R原则与再设计、再评价、更新和再生统称为产品可持续设计7R原则，7R原则是3R原则在产品设计领域中的延伸，其延伸内涵如下。

再设计（Redesign）：从设计学的角度分析，可持续理念的出现，使得产品的生命周期从产品报废为终点，延伸到报废之后的回收再利用，在废弃产品基础上开始的新设计过程，此处暂且定义为再设计。再设计原则强调在设计产品时不但要斟酌产品一个生命周期的计划，还要斟酌产品的迭代设计，使得产品能够进行持续不竭的改良。

再评价（Revalue）：在新产品研发前，需要对原有的产品缺陷、用户反馈、市场前景进行新的评估，这个过程被称为再评价。再评价原则强调设计没有确定性和时效性，任何现有的设计方案都有其可以突破创新的地方。设计师在进行产品设计过程中要不断的对现有技术进行探索创新，努力提出更加优化的方案。

再生（Regenerate）：在制造和使用产品的过程中需要消耗大量资源能源，除了考虑3R原则外，还应该考虑使用再生能源以及可回收材料的再生利用，这个过程被称其为再生。再生原则主张崇尚自然，从自然中获取设计灵感和资源，懂得利用原材设计和充分利用太阳能、风能等自然能源。

更新（Renovate）：此外，产品在使用过程中会伴随着零部件的磨损和老化，为了方便产品零部件的更换升级，需要考虑产品的可拆卸性，这个过程被称为。更新原则要求从“更新”和“更换”的角度去设计产品，方便在产品生命周期后期对损坏的部分进行更换或者通过增加新的功能以满足新的要求，以便最大程度延长产品的寿命。

（三）7R原则在产品生命周期中的优先顺序

首先，减量化要求在设计之初便对产品全生命周期做好减量化考量，包括缩短研发周期，降低制造和使用过程中的能源消耗和资源浪费，充分考虑产品在使用过程中的安全性，降低产品的维护成本以及减少产品的废弃。这种从源头对产品生命周期进行规划的原则叫源头控制，是产品可持续设计应该考虑的首要原则。其次，在产品制造过程中尽量考虑使用可再生材料，对于能源消耗型产品，还应在保证产品功能需求的前提下，加大可再生能源的使用力度。另外，注意对产品进行定期维护，并考虑可拆卸设计原则，使产品零部件易于更换甚至更新，以便提高产品的使用寿命。这种对产品从制造到使用以及维护过程充分考量的原则叫做过程控制，包括再生和更新两个原则，是产品可持续设计应该考虑的第二顺序原则。然后，当产品进入生命后期，应考虑对可回收能源的再生利用和可回收零部件的循环利用。关于产品回收过程的考量属于终端控制，是产品可持续设计应该考虑的第三顺序原则。最后，当产品一个生命周期结束后，需要对产品全生命周期进行再评价，以便对产品进行再设计。再评价和再设计属于反馈控制，对产品全生命周期具有重要的统筹作用。（图2）

三、7R原则下的产品可持续设计考量

（一）设计方法考量

在3R原则的影响下，常用的产品可持续设计方法有：整合设计（图6a）、模块化设计（图6b）、可拆卸设计（图6c）等。整合设计是一种将多个相关的产品功能集中在一件产品上，实现达到一机多用目标的设计方法。整合法是产品创新设计中常见的设计方法，多功能是整合法的显著特点。模块化设计是在一定范围内对不同功能、性能、规格的产品划分和重组，以便构成满足市场不同需求的产品⑤。可拆卸设计是在产品设计前期对产品的装配结构进行优化，可使产品易于拆卸，并以此为产品结构设计和材料选择的一个重要准则⑥。在7R原则指导下，除了常用的几种设计方法外，还衍生出了以下几种主要的设计方法。

设计是一个发现和解决问题的过程，而实现这个过程的方式有很多种（图3）。好的设计从来不是技术的堆积，而是通过设计更简洁、更节能、更经济的结构和方式替代甚至解决技术手段无法解决的问题，实现产品的功能价值。图6d是浙江大学应放天教授团队设计的一款智能割草机器人。它能够实现智能防跌落、智能避障、智能识别工作区域、智能自动导航充电和智能避雨等功能。其中，避雨功能的实现，不是利用复杂昂贵的传感器，而是利用短路原理，在割草机上方开个小孔。当降雨时，小孔中的电路遇水短路，机器将其翻译成收到降雨信号，自动返回充电处避雨。一个简单的思维转化可以为企业增加上亿的利益。

迭代原本是一个数学概念，产品设计里的迭代设计，是一种不断对原有产品推陈出新的可持续设计过程。迭代设计可以延长产品的生命周期，提升产品的价值，同时满足用户不断增长的消费需求。有节制的商品废止制是一种错误的迭代设计，其目的是通过对产品的更新换代来刺激消费者，这是一种不可持续的设计。正确的迭代设计不仅要求产品在造型上更加美观，更要求产品在功能和实现方式上不断创新（图4）。苹果手机之所以十年来一直被认为是世界上最成功的智能手机，从第一代定义了智能手机，第四代的经典机型，到第五代加入指纹识别，再到iPhone X的刘海屏，iPhone几乎每一次迭代对手机行业来说都是一次变革。图6e是iPhone手机的演变史。

凡是通过自然界获得灵感的产品创新设计都是利用了自然灵感，如原材设计、仿生设计、生态设计等。如图5所示，这三种设计方法统称为自然灵感设计。其中，原材设计是利用自然界最原始的材料进行的再创作；生态设计和仿生设计都是以自然为导师强调学习自然而不是利用自然，通过着眼于研究自然的模式和过程来解决人的问题。自然灵感设计产品是可持续设计的重要组成部分。图6f是Designarium的创意总监Stephane Leathead设计的一款仿生椅。通过围绕中间的结构旋转可以将它折成不同的角度，就可以看到不一样的鱼，使用户可以体验到不同的姿势。

图5 自然灵感设计内涵

图6 基于7R原则的六种产品可持续设计方法

（二）选材考量

材料是产品设计的物质载体，产品设计不单单是改变产品的形态，它还包括如何创造、开发和利用材料等。设计方法的恰当使用也能最大限度的发挥材料的性能。如图7所示，从7R原则分析，产品设计选材要考虑：首先，安全性。产品设计过程材料的选择要保障产品全生命周期的安全性，确保每个人的身心健康和财产安全。需要分析目标人群生理与心理特征，并分析产品使用的环境和条件，特别是一些极端条件下材料的稳定性，了解选材需要注意的安全因素，尽可能使用对人体没有伤害的材料和能源。其次，功用性。7R原则要求产品设计不仅要满足传统的实用价值，更要体现一定的社会价值。要实现产品的这些功能，所选择的材料必须能够满足一定的光、电、磁、热、化学、生化等性能。再次，绿色性。7R原则注重环境的保护，要求产品设计过程中尽可能提高产品的使用效能，延长产品的生命周期，减少产品的淘汰率；减少环境的破坏以及减少污染物的排放；选用可回收或者可重复利用的材料⑦。懂得利用原材和废材进行设计。最后，适用性。材料的选择不能只图性能好或者便宜，要在保证优质的前提下，尽量选择技术难度小、生产时间短、运输及回收处理费用低的材料以降低成本。

四、结束语

产品生命周期是产品设计领域一个重要的理论，本文在此基础上对可持续设计3R原则做出了延伸，提出了再设计、再评价、更新、再生四个原则。并分析了7R原则在产品生命周期中的体现和优先顺序，对更好的认识产品生命周期具有一定的参考价值。此外，作为产品设计中两个最重要的理论工具，本文分别从7R原则的角度对产品可持续设计的设计方法和材料选择进行了论述。虽然这些理论尚不够成熟，但是为产品的可持续设计提供了一些新的探讨和新的思路。■

注释:

① David R. Rink.The Product Life Cycle: Vehicle for Fashioning & Purchasing Strategy[J].International Journal of Physical Distribution & Materials Management，2013，8（4）：200-214.

② 张晨阳，叶仲新.工业产品设计制造方法论[M].北京：中国科学技术出版社，2003.

③ 崔铁宁.循环型社会及其规划理论和方法：构建和谐社会——新学科 新观念 新思路[M].北京：中国环境科学出版社，2005.

④ 张凯.面向拆卸的家电类产品绿色设计研究[D].南京：南京航空航天大学，2016.

⑤ 徐鸿翔.面向拆卸与回收设计关键技术研究[D].南京：南京理工大学，2002.

⑥ 刘志峰，成焕波，袁合.面向家电产品的易拆解可回收设计系统研究[J]. 中国机械工程，2014，25（16）：2213-2218.

⑦ 屈新波.新材料在产品设计中的应用原则探究[J].设计，2014（4）：25-26.