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黔海研究院相关理论第四辑

生命周期设计

1、定义

生命周期设计(Life Cycle Design)又称生态设计(Eco-Design)。它是从产品性能、环境保护、经济可行性的角度,考虑产品开发全生命周期。包括产品设计、原材料的提取、产品的制造、包装、销售和使用、用后的回收与处置全过程)的污染预防要求,多级使用资源与能源,以降低产品生产和消费过程对环境的影响,使其与地球的承载能力相一致,以确保满足产品的绿色属性要求。一个产品的生命周期包括以下各个环节:市场需求分析、设计开发、生产制造、销售、使用及淘汰废弃后的回收处理。在设计过程中,依据特定的评价函 数进行设计案例的选择,而评价函数必须包含图1中外圈所示的各项因素,即产品的基本属性、环境属性、劳动保护、资源有效利用、可制造性、企业策略和生命周期成本。

2、方法

生命周期设计就是谋求在整个生命周期内资源能源的优化利用,减小或消除环境污染。产品生命周期设计的方法包括以下几个方面的内容。

(1)产品设计面向生命周期全过程。产品设计应考虑从原材料采集直至产品废弃后的处理处置全过程中的所有活动。

(2)环境需求分析应在产品设计的初期阶段进行。在产品设计的初期阶段就应归纳出对其系统的环境要求,而不是依赖于末端处理,要综合考虑环境、功能、成本、美学等设计准则,在多目标之间进行权衡,做出合理的设计决策。

(3)实现多学科跨专业的合作设计开发。由于生命周期设计涉及生命周期的各个阶段、各种环境问题和环境效应,以及不同的研究对象,如减少废弃物排放、现有产品的再循环、新产品开发及再循环等,所以,产品的设计任务涉及广泛的知识领域。

以啤酒生产为例,不仅仅涉及啤酒酿造工艺和酿造设备的设计,还涉及啤酒的包装问题,在瓶装啤酒中,包括啤酒瓶、瓶盖、标签等的设计。啤酒瓶是灌装含气液体并多次重复使用的包装容器,应具备足够的坚固性,同时又要减小质量、易于清洗;瓶盖直接与啤酒接触,瓶盖材料和垫片材料应无毒性,并能保证在保质期内有足够的密封性能;标签纸要有足够的牢度,以免在运输过程中脱落,印制图案的油墨应不含毒性。显然,有关啤酒瓶、瓶盖、标签纸、印制油墨、黏结剂等问题都不是啤酒工艺设计师的擅长。多学科的合作设计,可以从一开始就仔细谋划设计的各个方面,集思广益,做出最佳的选择。这样不但可以增加产品成功开发的机会,而且可以缩短设计周期。

3、发展

综观生命周期设计及其相关领域的研究现状,可以总结出目前还存在着如下一些问题和不足需要解决,如生命周期设计研究方法体系的建立和进一步完善;对产品的寿命没有进行有效的预测,不能为产品生命周期设计决策提供必要的支持;缺乏支持产品全生命周期过程的统一的集成产品信息模型;缺乏全生命周期的实时知识库和数据库的支持;生命周期设计方法与CAD系统的集成力度不够;缺乏实用的设计评价方法以及环境影响评估方法。随着计算机技术、互联网的高速发展,必将为上述问题的解决提供强有力的技术支持。因此,根据对产品生命周期设计文献综述和对产品生命周期设计理论的研究,产品生命周期设计领域的发展趋势如下。

(1)产品全生命周期设计集成体系结构的研究。从目前的现状看,在产品全生命周期设计领域取得的研究成果还仅仅局限于生命周期的某一阶段或几个阶段的集成,真正意义上的产品全生命周期集成体系结构的研究还存在很大的难度,集成化是产品生命周期设计的发展趋势之一。

(2)产品的寿命预测与等寿命设计研究。产品的设计寿命和使用寿命是传统机械设计的指标,也是产品全生命周期设计的主要内容之一,产品的寿命预测与等寿命设计是目前需要解决的课题。

(3)知识库、数据库和知识共享。面向全生命周期的设计必须建立在现代最先进的知识平台之上。建立面向全生命周期各阶段设计的知识库、数据库并通过各种方式共享知识是实现全生命周期设计的重要基础。

(4)支持全生命周期设计的集成产品信息模型。支持产品全生命周期设计的产品信息模型是成功进行生命周期设计的关键技术之一,其目的是提供产品在全生命周期分析与评价时均能通用与数据共享的统一模型。

(5)产品生命周期多目标综合评价理论体系的研究。产品生命周期多目标评价理论体系研究产品的技术性能、经济性能和全生命周期内对环境的影响程度以及综合评价能源及资源的利用率,建立相应的评价标准体系和在此基础上的产品分析与评价模型。

(6)产品生命周期设计系统与CAD系统的集成。为了能及时地根据评价的结果对设计方案进行修改,必须将生命周期设计系统与CAD设计系统进行集成


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