综述：绿色技术在产品设计中的整合：关于挑战与方法的系统文献综述

《Sustainable Futures》：Green technology integration in product design: A systematic literature review of challenges and approaches

绿色技术整合于产品设计面临技术成本、设计复杂性及组织协调等多层次挑战，现有解决方案多集中于生命周期评估和创意设计工具，但存在早期设计阶段支持不足、数字化工具应用脱节等问题。研究构建了跨层级的挑战-策略映射矩阵，揭示技术、经济与组织因素间的系统性矛盾，并基于文献计量分析指出未来需加强AI辅助设计、用户行为协同及多主体协作机制。

　　在当前全球范围内，各行各业正日益重视实现碳中和与循环经济转型。这种趋势不仅反映了对可持续发展的关注，也体现了绿色技术在产品设计中的重要性。产品设计作为创新过程中的核心环节，对产品的全生命周期环境影响具有决定性作用。因此，将绿色技术融入产品设计已成为减少环境负担、推动可持续创新的关键策略。本文旨在系统地梳理当前关于绿色技术整合在产品设计领域的研究现状，分析其中的关键挑战、提出的解决方案以及主题演变趋势，为学术界、产业界和政策制定者提供有价值的参考。

### 研究背景与重要性

全球向低碳、资源高效型经济转型已成为各国政府和企业的重要战略目标。政策引导在加速多个行业可持续发展议程中发挥了重要作用。例如，欧盟的“绿色协议”旨在到2030年将温室气体排放量减少55%，而中国的“双碳”战略则设定到2030年实现碳达峰，到2060年实现碳中和。在制造业密集的领域，如电子产品或汽车行业，预计超过60%的嵌入式碳排放受到早期设计决策的影响。因此，将绿色技术整合到产品设计过程中已成为推动可持续创新和实现循环经济转型的重要驱动力。

然而，尽管绿色技术整合在产品设计中展现出重要性，其实际应用仍然面临诸多挑战。现有研究多集中于特定学科领域，常常忽略了整合过程中涉及的技术和组织层面的复杂性。这导致了在实际操作中缺乏系统性的指导，尤其是在那些对成本敏感、依赖供应链的行业中。此外，新兴经济体和严格监管的行业，如全球电子产品行业，由于快速的产品设计周期和外包生产，使得在设计阶段嵌入可持续性面临更大的协调难题。

### 研究方法与数据来源

本研究采用系统文献综述（Systematic Literature Review, SLR）方法，对2000年至2025年间发表的531篇同行评审文章进行了分析。这些文章来自Scopus和Web of Science两个数据库，涵盖工程、环境科学、设计研究和创新管理等多个领域。研究遵循PRISMA 2020框架，确保过程的透明性和可重复性。通过严格的筛选流程，包括去除重复文献、基于关键词的初步筛选和最终的手动筛选，最终保留了531篇高质量文献进行分析。

在筛选过程中，我们首先基于文献的标题、摘要和关键词进行了初步筛选，随后对文章内容进行了深入分析，提取了挑战、解决方案和未来研究方向等信息。为了增强分析的可视化效果，我们使用了VOSviewer和Bibliometrix工具进行关键词共现分析、聚类检测和主题映射，从而揭示文献中隐含的结构和趋势。

### 文献分布与趋势分析

#### 年度发表趋势

从文献发表趋势来看，2000年至2025年间，关于绿色技术整合在产品设计的研究兴趣呈现明显的上升趋势，尤其是在过去十年中增长尤为显著。在2010年之前，每年发表的文章数量较少，通常不足10篇。然而，自2010年起，文献数量开始迅速增加，2011年达到20篇，此后保持一定的波动，从2014年开始，每年的发表数量逐步上升，维持在23至31篇之间，直到2019年。2020年后，该领域经历了一次显著的扩张，2021年发表44篇，2024年更是达到84篇的峰值。这一增长趋势与近年来全球和国家层面的可持续性政策密切相关，例如欧盟的绿色协议、中国的“双碳”目标以及美国的《通胀削减法案》等，这些政策推动了绿色创新的发展，也促进了相关学术研究的扩展。

#### 学科分布趋势

从学科分布来看，绿色技术整合在产品设计的研究呈现出明显的跨学科融合趋势。在2000年至2009年期间，研究主要集中在诸如《设计研究》、《应用热力学工程》和《环境评论》等专业期刊上，反映出早期研究更侧重于技术功能和工具开发。然而，从2010年至2014年，随着《清洁生产杂志》等综合性期刊的出现，研究开始更加关注可持续性在更广泛背景下的应用。这一时期标志着研究从孤立的技术问题向更全面的可持续性框架转变。

在最近的十年（2015年至2024年），研究进一步扩展到多个学科领域，如《可持续性》、《应用能源》和《能源》等期刊。这些期刊的发表数量显著增加，反映出绿色技术整合在产品设计中的研究不仅限于设计层面，还涵盖了系统创新策略、组织整合、能源系统建模以及跨行业协作等多个方面。同时，研究方法也从以工具为核心转向了数据驱动和系统验证的方法，强调了绿色设计的实用性。

#### 地理分布

从地理分布来看，全球范围内多个国家和地区的学者都参与了这一领域的研究。其中，中国以273篇论文位居第一，美国以174篇论文位列第二，印度、英国和德国分别以112、80和73篇论文排在第三至第五位。这些国家的总发表量占整体研究的近60%，表明知识生产高度集中。这可能与这些国家在绿色制造、循环经济和可持续发展方面的政策支持有关，尤其是中国的“中国制造2025”和循环经济计划，这些政策为绿色设计提供了明确的指导方向。

相比之下，一些低收入国家，如撒哈拉以南非洲和中亚地区，由于研究机构能力有限、缺乏国际资金支持以及缺乏绿色政策规范，相关研究仍处于边缘地位。这提示我们，需要通过开放获取计划和区域研究中心等机制，促进全球范围内的知识共享，提高绿色设计在全球范围内的可及性。

### 研究发现

#### 绿色技术整合在产品设计中的挑战

通过对531篇文章的深入分析，我们识别出多个关键挑战，这些挑战分布在技术、经济、组织和管理等多个层面。其中，经济可行性问题（如高技术成本和投资回报不确定性）是最常被提及的挑战，共出现65次。这表明，绿色技术在产品设计中的应用仍受到财务因素的制约。

其次是设计相关挑战，共出现45次。与经济挑战相比，这一领域更加多样化，包括多目标权衡、生命周期评估实践的不足以及现有绿色设计工具的局限性。这表明，设计阶段的可持续性整合更多受到复杂决策难题的影响，而非单一瓶颈。

技术与性能挑战（共出现43次）则呈现出中间模式。尽管技术的不成熟和不稳定性是常见的问题，但其表达方式因行业和技术而异，显示了技术挑战的上下文依赖性。管理相关问题（共出现38次）则表现出高度的多样性，包括跨部门协作不足、缺乏可持续性领导以及项目管理结构的惯性，这些都反映了设计过程中的系统性协调难题。

此外，生产过程挑战虽然出现次数较少（共20次），但其跨领域的特性表明，这些挑战往往源于早期设计决策，如设计复杂性和材料选择。这提示我们，生产约束不仅仅是末端问题，而是设计阶段问题的累积结果。

值得注意的是，一些挑战类型跨越多个类别，如设计和数据领域中的工具性缺口，或管理与生产过程中的协调失败。这些交叉挑战强调了设计约束之间的相互依赖性，也表明现有研究在解决这些问题上仍存在不足。

#### 绿色技术整合的解决方案

在分析挑战的同时，我们也探讨了当前提出的解决方案。研究发现，文献中提出的策略可以分为八个主要类别，包括设计工具、创意设计问题解决、技术性能优化、政策机制与激励、新兴数字技术、组织管理方法、循环经济与商业模式以及产品设计策略。其中，设计工具如生命周期评估（LCA）和模拟模型被频繁提及（共53次），主要用于中后期评估。创意设计问题解决（共37次）则强调了TRIZ等创新方法在早期设计中的应用，这些方法在平衡创意与约束方面表现出色。

技术性能优化（共29次）和政策机制与激励（共20次）是第二层级的解决方案，它们通常用于提升技术可行性。新兴数字技术（共19次）如人工智能、数字孪生和物理信息系统（CPS）在文献中出现频率逐渐上升，显示出其在可持续设计中的潜力。然而，这些工具在整合到全面的可持续性框架中仍显不足。

另外三个类别虽然出现次数较少，但其结构意义不容忽视。组织管理方法（共21次）强调了跨部门协作和企业级决策在实现绿色设计中的重要性。循环经济与商业模式（共16次）则关注于闭环系统、生命周期价值回收和再利用基础设施，被越来越多地视为应对线性设计局限性的系统性解决方案。产品设计策略（共9次）则关注于模块化、可升级性和低影响配置，这些直接塑造了产品在形式和功能层面的可持续性。

然而，研究发现，尽管这些方法被广泛提及，其在实际设计过程中的应用仍存在显著的不匹配现象。许多工具和方法在设计初期缺乏支持，尤其是在资源有限或组织复杂的中小企业和公共部门设计团队中。此外，政策工具往往侧重于经济激励，如税收优惠和补贴，而忽视了制度建设或行为干预等更深层次的解决方案。

#### 研究主题的演变趋势

从研究主题的演变来看，绿色技术整合在产品设计中的学术兴趣逐渐从工具性研究转向更具系统性和跨学科性的方法。文献中的关键词共现分析揭示了三个主要主题集群：绿色创新、设计和循环经济，以及管理和优化方法。这些集群反映了绿色设计从单一技术导向向系统性、跨领域和行为适应性的转变。

在时间维度上，研究重点也在不断变化。早期文献更多关注环境绩效指标和工具开发，如生命周期评估（LCA）和TRIZ方法。然而，近年来研究逐渐转向更关注系统层面和行为层面的挑战。例如，2023年至2025年的文献中，出现了更多关于人工智能、碳中和和系统设计韧性的讨论，这表明研究正朝着更复杂的系统性解决方案发展。

然而，尽管研究主题日益丰富，文献中的方法仍然集中于传统的技术领域，未能充分整合到实际的设计流程中。这种“概念创新”与“方法发展”之间的脱节现象在新兴领域尤为常见，表明理论进展往往领先于实际应用。因此，未来研究应更加关注方法的实际适用性，通过现场测试和长期案例研究来验证新方法的有效性。

### 实践意义与未来研究方向

本研究的发现不仅揭示了当前绿色技术整合在产品设计中的挑战和解决方案，还指出了未来研究的关键方向。首先，我们需要更加关注用户行为和市场反应，探索如何将可持续性特性与消费者认知和市场信任相连接。其次，人工智能等新兴数字技术在早期设计阶段的应用仍处于探索阶段，未来应加强其在可持续设计中的验证和应用。

此外，组织协调在长周期的可持续设计中扮演着至关重要的角色。研究发现，跨部门协作不足和反馈延迟是许多企业面临的主要问题。因此，未来应加强对协作平台、跨职能团队和整合管理模型的研究，以提高设计过程的协同效率。

最后，绿色设计方法需要进一步标准化和模块化，以适应不同行业和项目的需求。现有工具如LCA和TRIZ虽然在学术界广泛应用，但在实际操作中仍存在一定的局限性。因此，未来研究应探索更轻量级、更适用于迭代或敏捷设计流程的工具版本。

### 理论与实践意义

从理论角度来看，本研究为绿色设计领域提供了新的视角，强调了方法与挑战之间的匹配关系，以及如何在不同情境下进行方法的适应性调整。这种综合性的分析方法有助于推动绿色设计从单一工具导向向系统性、跨学科性转变。

从实践角度来看，本研究为从业者和政策制定者提供了重要的指导。例如，强调了在设计初期引入模块化工具、在迭代过程中应用人工智能方法，以及通过协同设计机制提高用户接受度的重要性。这些策略不仅有助于提升绿色设计的实用性，还能促进其在复杂环境中的广泛应用。

### 研究的局限性

尽管本研究采用了系统的文献综述方法，但仍然存在一些局限性。首先，我们主要依赖Scopus和Web of Science两个英语数据库，这可能忽略了非英语文献和行业灰色文献。其次，虽然关键词驱动的方法提高了分析的透明度和可重复性，但可能无法捕捉到更深层次的概念重叠或跨学科框架。此外，尽管研究覆盖了87个国家，但文献的分布并不均衡，研究集中在某些高产出地区。最后，我们的框架反映了当前的文献趋势，可能未能涵盖尚未在学术界系统化但具有潜力的创新方向。

### 结论

综上所述，本研究系统分析了绿色技术整合在产品设计中的挑战、解决方案和主题演变趋势，揭示了当前研究中存在的关键问题和未来发展的方向。研究结果表明，尽管绿色设计方法和工具在不断丰富，但在实际应用中仍然存在显著的不匹配现象，尤其是在早期设计阶段和资源有限的环境中。因此，未来的研究应更加关注如何将这些方法和工具更好地整合到实际的设计流程中，以提高其在复杂情境下的适用性和有效性。

通过构建多层级分析框架，本研究不仅解释了当前工具与需求之间的不匹配，还提供了结构化的建议，以促进方法的适应性和跨领域整合。这些发现为学术界、产业界和政策制定者提供了重要的参考，推动绿色设计从理论到实践的转化。未来研究应进一步加强跨学科合作，推动方法的实际应用，以实现可持续创新和循环经济的长期目标。