機(jī)電產(chǎn)品可持續(xù)設(shè)計(jì)及其評(píng)價(jià)方法的研究.pdf

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

2、構(gòu)設(shè)計(jì)的量化模型，采用智能方法改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，基于評(píng)價(jià)指標(biāo)多層次多屬性決策特點(diǎn)研究可持續(xù)設(shè)計(jì)和綜合評(píng)價(jià)方法，對(duì)于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品零污染、低成本和高社會(huì)效益的目標(biāo)至關(guān)重要。
　　將環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)需求映射到產(chǎn)品功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是進(jìn)行可持續(xù)設(shè)計(jì)的前提，而可持續(xù)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)多樣化、模糊性、定性與定量相結(jié)合、靜態(tài)與動(dòng)態(tài)并存的特點(diǎn)，迫切需要進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)方法的研究。本文以機(jī)電產(chǎn)品為研究對(duì)象，分析產(chǎn)品可持續(xù)需求在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的定量描述方法，對(duì)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)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(jì)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(jì)概念寬泛、難以指導(dǎo)實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的問(wèn)題；為了促進(jìn)可持續(xù)設(shè)計(jì)的有效實(shí)施，提出了機(jī)電產(chǎn)品可持續(xù)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)體系框架，建立了綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)多層次結(jié)構(gòu)模型，通過(guò)可持續(xù)設(shè)計(jì)綜合評(píng)價(jià)方法的研究，使評(píng)價(jià)結(jié)果反饋于設(shè)計(jì)者進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)改進(jìn)。
　　為了建立可持續(xù)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定量關(guān)系模型，

4、提出了利用模塊化優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)了6R（Reduce、Reuse、Recycle、Recover、Redesign、Remanufacture）與模塊驅(qū)動(dòng)因素的集成。利用具有分析產(chǎn)品系統(tǒng)元素優(yōu)勢(shì)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣描述零件之間相互關(guān)聯(lián)關(guān)系，通過(guò)設(shè)定聚類有效性函數(shù)，評(píng)價(jià)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(shí)現(xiàn)模塊劃分，并通過(guò)遺傳優(yōu)化對(duì)聚類個(gè)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(shí)驗(yàn)臺(tái)為實(shí)例，驗(yàn)證了提出方法的有效性。
　　基于可持續(xù)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)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(shì)，建立了可持續(xù)設(shè)計(jì)靜態(tài)評(píng)價(jià)量化模型。利用不需要專家知識(shí)的熵權(quán)方法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，建立待評(píng)價(jià)對(duì)象與經(jīng)典域和節(jié)域的隸屬度矩陣，通過(guò)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(shí)現(xiàn)多層次綜合評(píng)價(jià)。在赫克機(jī)床上進(jìn)行了不同加工參數(shù)下的面銑削實(shí)驗(yàn)，證明了提出方法有助于加工過(guò)程可持續(xù)性評(píng)價(jià)和選擇。另外，對(duì)普通機(jī)床和數(shù)控機(jī)床的可持續(xù)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，證明了在設(shè)計(jì)過(guò)程中同時(shí)考慮功能和可持續(xù)性的必要性，并驗(yàn)證了提出方法的有效性。
　　針對(duì)靜態(tài)評(píng)價(jià)方法難以處理與時(shí)間相關(guān)的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)的問(wèn)題，將具有基于經(jīng)典控制理論描述系統(tǒng)中反饋和動(dòng)態(tài)性優(yōu)勢(shì)的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法引入到可持續(xù)設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)中。將全生