面向可持续制造的设计整合型报废诊断：一个多维评估框架

为什么产品比预期更快报废

我们购买的许多物品似乎很快就过时，即便外观仍然完好。新型号出现、备件消失、维修变得复杂或昂贵，这推动人们选择更换而非修理。本文探讨了一种在产品设计阶段识别这些隐性薄弱环节的新方法，以便制造商能够生产更经久、易维修、产生更少废弃物的产品。

产品失效或过时的不同形式

报废不只是设备损坏。产品可能因为技术进步而落后、因为不再胜任其功能、因为显得过时，或因为继续使用或修理的成本过高而被淘汰。在工业领域，还有关键零部件或材料从市场上消失的严重风险。作者将这些问题归为六类：技术性、功能性、心理性、经济性、计划性（人为设定的寿命）以及零部件与材料短缺。每一种类型都会影响产品的使用寿命以及其生命周期内产生的废弃物量。

从被动应对到主动预防

大多数公司是在报废问题已经造成损害后才去应对。他们匆忙采购某个零件的最后批次、寻找替代品或在时间压力下重设计产品。尽管存在预测工具，但它们往往只覆盖单一类型的报废风险，并常常忽视特定设计选择（例如拆解或维修的便利性）如何塑造未来问题。作者认为，为了支持以维修、再利用和材料回收为基础的循环经济，设计师需要更清晰、更早期的视角，了解今天的决定将如何影响产品的老化过程。

一种对报废风险进行评分的新工具

为弥补这一空白，研究者提出了多重报废诊断工具（Multi-Obsolescence Diagnostic Tool，MODT）。MODT首先将产品拆分为多个组件，并评估每个组件在安全性、性能、用户交互和成本方面的重要性。不那么关键的部件可以先放在一边，从而把精力集中在真正重要的部分。对于剩余组件，该方法评估诸如可修复性、易拆性、材料选择、能耗、供应链多样性等设计属性。通过专家赋权，每一属性都与六种报废类型相连接，从而为每个关键组件创建结构化的易损评分。

在家用电钻上的方法测试

团队将MODT应用于一台机电冲击电钻，这是一种常用于在混凝土和砌体上钻孔的常见工具。他们收集了手册、拆解电钻、列出所有部件，并检查每个零件在耐用性、可修复性以及材料和供应商选择方面的表现。MODT显示，该电钻整体的报废风险相对较低，每种类型的总体评分大致都低于三分之一。然而，分析突出了该电钻在功能性问题和零部件与材料短缺方面的暴露程度最高，尤其是像电机外壳和电枢等核心部件难以维修或替代。

评分揭示的设计问题

尽管电钻的基本机械结构较为稳健，但其薄弱环节在于维修支持方面。可修复性和维护信息等属性得分明显低于其他指标，表明当产品出现故障时，用户可能难以进行维护。与此同时，研究发现对特定组件的依赖和供应商多样性不足提高了某些关键零件可能无法获得的风险，从而缩短了产品寿命。通过将这些风险追溯到具体特征，例如非模块化外壳或拆卸难度高，设计师和工程师可以有针对性地规划改进，而不是盲目猜测投入方向。

为更长寿命与更少废弃而设计

简而言之，文章表明可以在产品进入工厂之前就测量出它可能为何以及如何出现劣化问题。MODT将有关耐用性和循环设计的抽象概念转化为指向具体组件与特征的数字。制造商可以利用这些洞见选择更合适的材料、为更易维修与更换而重新设计零件，并保障更可靠的供应链。对普通用户而言，像MODT这样的工具有望带来更持久、易于修理且对环境负担更轻的产品。

引用: Sierra-Fontalvo, L., Ruiz-Pastor, L., Gonzalez-Quiroga, A. et al. Design-integrated obsolescence diagnostics for sustainable manufacturing: a multi-dimensional evaluation framework. Sci Rep 16, 15886 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43761-9

关键词: 产品报废, 可持续制造, 循环产品设计, 可修复性, 生命周期评估