摘 要
生態化設計(Eco-design)概念已在國際間推廣多年,直到近年歐盟針對使用能源產品(Energy using product, EuP)的生態化設計要求指令的公告,才讓這項治本的環保行動成為重要的環保議題。2005年能源使用產品生態化設計指令(EuP)公告後(2009年已擴大並更名為能源相關產品生態化設計要求指令(Energy related Product, ErP)),由供應鏈協同進行生態化設計的重要性更加明顯。本研究採用ErP指令所提供的生態化設計方法,成功地以生命週期的思維,促使生產電源供應器的案例廠商,由其零件供應商協同建立各零件之生態化設計成果,彙整為資料庫型式之綠色設計查核清單,並據以建立供應商綠色設計能力調查及綠色設計說明書之供應鏈協同綠色產品設計管理程序。具備生態化設計績效的零件以非電子件為主,包括塑膠射出件、印刷電路板、金屬沖壓件及線材等四類,塑膠件回收再利用可行性再經由供應商的共同討論,內部製程之二次塑膠料的回用可在不影響產品壽命及安全性的考量下,提高回用比例,但是,對於外部回收料的回收使用在產品品質的考量下仍不被接受。生態化設計未來仍需與生命週期評估結合,以提供產品設計前後對生態影響的改變,供應商的配合與認知是成功推動生態化設計重要的影響因子。
一、前言
歐盟公告能源相關產品生態化設計指令(簡稱 ErP 指令),管制範疇包括所有使用能源及能源相關的產品(運輸工具除外),管制內容是要求製造商在產品設計時就考量產品生命週期各階段對環境的衝擊影響,可藉由將產品從搖籃到墳墓各階段對生態環境的衝擊影響特性,以量化的方式建置成產品的生態特性說明書 (Ecological Profile) ;製造商可以由零件生命週期之評估結果,尋求其他可能的替代零件,或促進對環境友善產品的開發設計,藉以提昇產品的環境績效。這個結合定量化的「生命週期評估」與定性化的「生態化設計」,此一具備前瞻環保概念指令對全球電子電機產業造成巨大影響。
生態化設計要求的 ErP 指令,其要求的不僅止於有害物質管理,而是要求產品必須採用生命週期的思考模式,在產品開發設計就將生態化設計要求融入產品生命週期各階段中,譬如說考慮到材料選用階段、產品製造階段、產品包裝運輸階段、產品使用階段以及產品廢棄後回收與處理等各階段,所有可能的低毒性、省能源以及可回收的生態化設計方式。
以生產終端產品 (B2C) 的企業善盡企業設計責任的思維考量,如何將上述生態化設計的要求納入企業管理系統程序及供應鏈管理程序中,可以帶動供應商配合進行生態化設計,協同符合 ErP 指令,其善盡的企業社會責任不是只是「個體」的提升,而以更積極的態度帶動「供應鏈」的整體提升。
本文係以 2007-2009 年度台中工業區內電源供應器生產業者獲經濟部技術處經費補助研究,執行「科技應用與服務業界科專推動計畫」之示範性科技應用計畫,介紹計畫中所推動供應鏈廠商生態化設計教育訓練、零件協同生態化設計、建置生態化設計管理程序,以及將生態化設計結果以 IEC PAS62545 格式進行符合 ErP 指令宣告之成果。
二、研究方法與成果案例
ErP 指令中明確要求製造商在產品設計時就考量生命週期各階段(原料使用、製造、運輸、使用、棄置)對環境的衝擊,在生態化設計方面,生命週期各階段都有重要的設計手法,例如產品開發階段選擇材料時需考量使用低毒性物質;製造階段需考量清潔生產製程;使用與維修階段需考量節能與易維修;棄置階段需考量易拆解與可回收。本研究採用 ErP 指令附錄 I 中生態化設計規格之考量方式 ( 表 1 ) ,是在生命週期的每一個期程(共 6 個期程),都需要針對每項環境考量面(共 5 個環境考量面),判定生態化設計要求(共 13 項要求)。例如,產品在選擇原料的階段,需要考慮這項原料消耗能資源的情形,因此在設計上須考慮到,是否可以減少產品的重量 / 體積?這原料是否為可再生資源?這項原料的開採是否消耗很多能源、水源? ….. 再針對會對環境造成較大衝擊之項目進行改善。每一項產品的開發都需經過此嚴謹的環保性查核,以提升產品環境績效。
ErP 指令附錄 I 生態化設計之考量方式
生命週期期程 |
環境考量面 |
生態化設計參數 |
一、原料使用
二、製造
三、包裝、運輸及銷售
四、組裝與維修
五、使用
六、棄置 |
1. 原料、能源、資源 ( 如水 ) 的消耗量
2. 污染釋出 ( 如導致噪音、震動、輻射、電磁場 )
3. 產生廢棄物
4. 是否可循環使用、回收再利用、熱回收
5. 空、水及土壤的污染釋出量 |
1. 產品的重量與體積
2. 是否使用再生性資源
3. 耗能、耗水及其他資源消耗
4. 有害物質的銷售與使用
5. 須多少耗材與其特性如何
6. 循環使用與回收再利用的容易度
7. 利用使用過的零件
8. 避免採用會妨礙回收再利用的技術方法
9. 延長產品的壽命
10. 廢棄物與有害廢棄物產生量
11. 對大氣層的排放
12. 對水體的排放
13. 對土壤的釋出 ( 特別是有害物質在使用階段時發生洩露 ) |
本研究以電源供應器生態化設計為例,邀集零件供應商進行電源供應器零件之細部生態化設計盤查,藉由公司各零件相關部門之人員與各零件供應商代表透過 表 1 生態化設計考量方式之討論,腦力激盪並推測各種可能對環境造成之負面衝擊源,以及各種可能可行之設計改善方式、策略,如此除可從中了解該產品於生命週期過程中可能造成之影響 ( 即生命週期盤查 ) 。並重新整理為如 表 2 之查核清單,該清單之主要目的在於讓企業決策者可清楚的瞭解,該產品可改善的項目、策略以及最重要的可改善程度之描述 ( 即預期效益 ) 。
綠色設計查核清單
生命週期期程 |
對象 / 部位說明 |
策略 ( 可行設計策略 ) |
可行之細部設計方案 |
可改善程度之描述 |
相關供應商 |
(a) 原料的使用 |
機構件 |
減少零組件體積與重量 |
Case 厚度 ( 改變材質 )
改變散熱片材質 |
有效縮小產品體積
減少包材及運輸成本 |
case 製造商等 |
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使用回料及加入次料 |
case 加回收料 |
節省原料成本
提高可回收性 |
case 製造商等 |
符合 RoHS |
改善製程,避免或減少危害物質的使用 |
符合 RoHS 規章 |
所有電子零件供應商 |
資源回收 |
全面 (UMEC+suppliers) 進行標示 |
提高產品各部原件可回收性 |
case & carton 製造商 |
減少零件 ( 耗材 ) 用量 |
減少 PCB 材減少 ( 工作板邊縮小 )
零件 Pin 腳採用短腳作業 ( 請供應商配合 )
修改線路架構
Mosfet( 高效率零件 ) |
減少廢棄物產生量
節省原料成本及能源消耗、提高製程效率 |
所有電子零件供應商 |
使用特性較好 (long life) 電子件 |
使用電解電容 (long life) |
延長產品的壽命 |
所有電子零件供應商 |
外殼 (case) |
組裝方式 |
改用卡榫 |
有利於回收利用之拆裝 |
case 製造商等 |
(b) 製造 |
工程部及生產線 |
改善製程 |
- |
減少耗能、耗水、耗材使用及提高製程效率 |
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錫 ( 循環使用 ) |
錫 ( 循環使用 )
錫渣回收 |
達到耗材有效再利用 |
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生產條件的控制 ( 製程 ) |
錫爐溫度、 SMD 打件 |
有效延長產品的壽命 |
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提高良率 |
同上、設計上使製造容易度提高
錯件 ( 作業員 ) |
減少廢棄物產量 |
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挑選不同組成份之原料 |
焊錫煙 ( 錫煙料 ( 松香 ) 少之類別 ) 、 burn-in 改善 |
減少廢氣排放量 |
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(c) 包裝、運輸及銷售 |
包材 |
減少包裝 |
取消 PE 袋、減少包裝量 ( 內容物減少 ) |
降低包裝成本 |
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符合包裝法規 |
印刷不含重金屬 |
減少有害物質使用 |
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不要打釘 |
紙箱包裝再設計 |
有利於回收再利用 |
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紙箱厚度減少 |
破壞強度增加 ( 增加磅數 ) |
減少廢棄物量 |
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重覆使用 ( 國內使用 ) |
包裝紙箱設計 + 回收再使用之標示 + 貨運商的配合 |
有利於回收再利用 |
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三、供應鏈協同綠色產品設計管理程序
由 表 2 可知產品設計之改善策略是必需透過上游零組件供應廠商提供協助或執行才可達成,因此,依據 表 2 建立「供應商綠色設計能力調查」做為所有供應商綠色設計能力調查 ( 表 3 ) ,作為供應商綠色設計能力分類的最低標準。此為縮短公司與供應商彼此間針對該選定之策略而進行協商所需之時間,製作供應商之「綠色設計說明書」,用以公司與供應廠商之間有明確與直接地瞭解產品所需之生態化設計途徑。該說明書之建立係依據 表 2 查核清單內之成果,並以較可行之改善策略來進行分類,概分為 1. 現在可行之策略 ( 較易執行 ) 及 2. 未來可行之策略 ( 較不易執行 ) 兩大部份,再進而將現在可行之策略,依公司需求將其簡化、量化為勾選及填寫內容 ( 如 表 4 以 Cable 為例 ) ,如此則供應商僅需依說明書上明列之項目勾選或填入其可達成之部份及數值 ( 績效 ) 。
由實務可改善程度之討論,電源供應器可改善空間較大之零件為塑膠射出件、印刷電路板、金屬沖壓件及線材等四類,透過這四類供應商的協同設計,將可大幅提高該生態化設計方案之執行效率與成果。為將此程序納入管理系統,於 ISO9001 管理系統中建立「供應商協同綠色設計管理程序」,當接獲客戶「綠色產品」之訂單後,從供應商資料中挑選符合規格的材料後向供應商訂貨,並要求供應商交貨時提供「綠色設計說明書」。
表 3 供應商綠色設計能力調查 ( 以 Cable 為例 )
線材_綠色設計要求 |
供應商名稱: |
供應商地址: |
填 表 人: |
電話: ( ) |
傳真: ( ) |
e-mail : |
填表日期: |
是 |
否 |
請勾選是否可配合下述綠色設計要求 |
低毒性設計 |
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( 1 )禁止有害物質的使用;依公司「產品限用物質管理規範」之規定,提供「限用物質承諾保證書」 |
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( 2 )包裝材之印刷使用環保油墨 |
2. 省資源/可回收設計 |
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( 1 ) 回收製程邊料( PVC 、線材) |
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( 2 )回收製程錫渣 |
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( 3 )使用可以經濟再生利用的包裝材或生物可分解包裝材 |
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( 4 )避免使用膠帶黏貼包裝材 |
以上選項為符合綠色供應商之必要條件 |
以下二項任勾選一項以上為「是」者:
可成為 Eco Design (綠色設計)供應商
當接受公司綠色設計產品訂單時,需提供含量化數據之「供應商綠色設計能力說明書」 ( 如附件 )
具備 Eco Design 能力供應商,將被列為優先採購對象 |
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( 5 )塑膠材料添加 10 %以下二次料,並提供二次料添加比例 |
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( 6 )在不影響保護產品之功能下,減少包裝體積與重量,並提供減少裝體積與重量之數量 |
綠色設計說明書 ( 以 Cable 為例 )
CABLE _綠色設計說明 |
產品編號:
定量資料對照組產品編號: |
低毒性設計
禁止有害物質的使用;依公司「產品限用物質管理規範」之規定,提供「限用物質承諾保證書」
避免電鍍等表面處理;若需以電鍍處理,應遵守低毒性、低污染之清潔生產原則
包裝材之印刷使用環保油墨
使用無鹵、無鉛制品
省資源/可回收設計
超過 100 公克重量之塑膠零組件使用單一材料
超過 25 公克重量的塑膠零件需依據 ISO 11469 的標準來標示
使用可以經濟再生利用的包裝材或生物可分解包裝材
避免使用膠帶黏貼包裝材提高產品良率
減少廢棄物(公克): (相當於減少 %廢棄物)
塑膠材料添加二次料比例: (%)
(添加量以通過落球試驗,並且不超過 10 %為原則)
在不影響保護產品之功能下
減少包裝體積(立方公分): (相當於減少 %體積)
減少包裝重量(公克): (相當於減少 % 重量)
(*請提供佐證資料,例如:環保包裝設計方案) |
四、結語
由生命週期思維的方法提供業界進行生態化設計是可行的,並經由中心廠的主導,邀零件供應商協同生態化設計,結果產出可觀且可行的生態化設計方案,同時,也將供應商整體帶動綠色設計的能力。經由本案例證實各種類型的電機電子設備 (electric electronic and equipment) 廠商應由此方法帶動供應商邁向協同生態化設計之路,以供應鏈的力量面對國際上以綠色產品訴求所可能引發的貿易障礙。本研究獲致以下幾點結論與建議:
由本案綠色設計之結果於塑膠射出件、印刷電路板、金屬沖壓件及線材等四類之材料具生態化設計之價值,並經由與供應商零件生態化設計實際可行性之探討,使用於射出件如外殼、軸心 (bobbin) 及線材 (cable) 的塑膠原料可添加使用二次回收料,因此,大大提升了回收料的再利用率。
塑膠二次料的回收使用仍局限於廠內塑膠回收料的添加使用,對於廠外用回收的塑膠材料有容易混料的情形,回用於作為生產材料會有對產品品質影響的強烈疑慮,此有待回收市場分類回收認知與能力的提高。
回收料的使用可作為訴諸於消費者之生態化設計績效,然而,回收料的使用極限仍需考量產品的安全性,不可一味地提高回收比例而降低產品的使用壽命,如此,並不是生態化設計之目的。
建議將生態化設計納入品質管理系統,透過供應鏈協同綠色產品設計管理程序,系統化地將產品生態化設計納入研究與開發的常態程序,短期內可以配合產品生態化設計的績效宣告時一併宣告此綠色管理程序,增加客戶及消費者的認同,長期而言,可符合歐盟或其他綠色產品管制的區域法令要求,增進了企業的永續競爭力。
除了以生命週期思維之生態化設計考量方式,當結合生命週期評估 (Life cycle assessment) 方法進行產品改善前與改善後之環境衝擊量化比較,可以更直接地表現生態化設計的績效。生命週期評估的執行程序更加繁複,然而,卻是呈現環境產品宣告 (Environmental product declaration, EPD) 及碳足跡宣告 (Carbon footprint) 的有效工具,更有利於綠色行銷。
參考文獻
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