機(jī)電產(chǎn)品可持續(xù)設(shè)計及其評價方法的研究.pdf

1、我國制造業(yè)高速發(fā)展的同時，也面臨著社會需求與經(jīng)濟(jì)及生態(tài)的發(fā)展不平衡問題?？沙掷m(xù)設(shè)計是以環(huán)境負(fù)荷最小、成本最低和社會效益最高為目標(biāo)，從源頭解決三者之間不平衡問題的根本方法之一。國內(nèi)外學(xué)者在環(huán)境意識設(shè)計、綠色材料選擇、綠色工藝設(shè)計、綠色包裝設(shè)計、可拆卸性設(shè)計等方面已進(jìn)行了廣泛的研究并將部分成果應(yīng)用于實際產(chǎn)品開發(fā)。但是，偏重于環(huán)境保護(hù)的設(shè)計有時會造成產(chǎn)品成本的增加，降低了產(chǎn)品在市場中的競爭力，從而制約了可持續(xù)設(shè)計的有效實施。建立可持續(xù)與產(chǎn)品結(jié)

2、構(gòu)設(shè)計的量化模型，采用智能方法改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計，基于評價指標(biāo)多層次多屬性決策特點(diǎn)研究可持續(xù)設(shè)計和綜合評價方法，對于實現(xiàn)產(chǎn)品零污染、低成本和高社會效益的目標(biāo)至關(guān)重要。
　　將環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會需求映射到產(chǎn)品功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計是進(jìn)行可持續(xù)設(shè)計的前提，而可持續(xù)設(shè)計評價指標(biāo)多樣化、模糊性、定性與定量相結(jié)合、靜態(tài)與動態(tài)并存的特點(diǎn)，迫切需要進(jìn)行綜合評價方法的研究。本文以機(jī)電產(chǎn)品為研究對象，分析產(chǎn)品可持續(xù)需求在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的定量描述方法，對靜態(tài)和動態(tài)評價方

3、法進(jìn)行了深入研究，為滿足產(chǎn)品可持續(xù)需求提供了方法支撐。
　　建立了基于功能結(jié)構(gòu)的可持續(xù)設(shè)計體系框架，分析了機(jī)電產(chǎn)品在生命周期各階段與可持續(xù)相關(guān)的因素，解決了可持續(xù)設(shè)計概念寬泛、難以指導(dǎo)實際產(chǎn)品設(shè)計過程的問題；為了促進(jìn)可持續(xù)設(shè)計的有效實施，提出了機(jī)電產(chǎn)品可持續(xù)設(shè)計評價體系框架，建立了綜合評價指標(biāo)多層次結(jié)構(gòu)模型，通過可持續(xù)設(shè)計綜合評價方法的研究，使評價結(jié)果反饋于設(shè)計者進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計改進(jìn)。
　　為了建立可持續(xù)與結(jié)構(gòu)設(shè)計定量關(guān)系模型，

4、提出了利用模塊化優(yōu)勢實現(xiàn)可持續(xù)設(shè)計的方法。在傳統(tǒng)功能和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，增加材料、制造性、零件壽命和生命終止選擇等因素，提出了零件之間相似性和依賴性的定量描述方法，實現(xiàn)了6R（Reduce、Reuse、Recycle、Recover、Redesign、Remanufacture）與模塊驅(qū)動因素的集成。利用具有分析產(chǎn)品系統(tǒng)元素優(yōu)勢的設(shè)計結(jié)構(gòu)矩陣描述零件之間相互關(guān)聯(lián)關(guān)系，通過設(shè)定聚類有效性函數(shù)，評價模塊內(nèi)部強(qiáng)耦合和模塊之間弱耦合關(guān)系，提出了基于核

5、函數(shù)的模糊 C均值算法，根據(jù)零件相互關(guān)系距離實現(xiàn)模塊劃分，并通過遺傳優(yōu)化對聚類個數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提高了模塊劃分效率和準(zhǔn)確性。以轉(zhuǎn)子實驗臺為實例，驗證了提出方法的有效性。
　　基于可持續(xù)設(shè)計評價指標(biāo)具有復(fù)雜性、模糊性、不確定性等特點(diǎn)，利用可拓理論具有模型化、定性與定量相結(jié)合的優(yōu)勢，建立了可持續(xù)設(shè)計靜態(tài)評價量化模型。利用不需要專家知識的熵權(quán)方法確定評價指標(biāo)的權(quán)重，建立待評價對象與經(jīng)典域和節(jié)域的隸屬度矩陣，通過每一層次的疊加集成所有因素于多

6、層次結(jié)構(gòu)模型中，得到產(chǎn)品可持續(xù)性指數(shù)，實現(xiàn)多層次綜合評價。在赫克機(jī)床上進(jìn)行了不同加工參數(shù)下的面銑削實驗，證明了提出方法有助于加工過程可持續(xù)性評價和選擇。另外，對普通機(jī)床和數(shù)控機(jī)床的可持續(xù)性進(jìn)行評價，證明了在設(shè)計過程中同時考慮功能和可持續(xù)性的必要性，并驗證了提出方法的有效性。
　　針對靜態(tài)評價方法難以處理與時間相關(guān)的動態(tài)評價指標(biāo)的問題，將具有基于經(jīng)典控制理論描述系統(tǒng)中反饋和動態(tài)性優(yōu)勢的系統(tǒng)動力學(xué)方法引入到可持續(xù)設(shè)計動態(tài)評價中。將全生