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绿色设计方法的优化方案

【摘要】:杨继荣等研究了面向大规模定制生产的产品绿色设计模块化方法,对绿色度和模块化评价方法和实现步骤进行了初步探讨[48]。

1.产品信息建模与评价

在产品绿色设计及其评价过程中,如何将环境属性尽早引入产品信息模型吸引了大量学者的注意。

刘红旗等将产品结构、功能、生命周期环境影响及设计需求有机结合在一起,尝试建立较为系统的产品绿色设计信息模型和评价体系[35]向东等利用产品系统概念,基于产品功能模块进行绿色信息的组合及评价,从而实现产品的数据收集和动态描述[36]。ParkJ.和SeoK.提出了一种基于知识近似的生命周期评价系统框架[37],用于协同设计的环境,该系统利用人工神经网络允许用户在更大的范围内接触与产品设计相关的近似信息,以提高产品环境效率。黄海鸿等应用协同设计原理来进行产品绿色设计,通过分析协同绿色设计中的设计信息流,采用蚁群算法和贝叶斯理论来优化设计方案[38]。李建军等探讨了面向对象数据库的产品信息表示和操作方法及产品结构信息的存储技术[39]

Zhu J.Y.和Deshmukh A.采用贝叶斯网络针对生命周期评价中的不确定信息进行分析,通过对需求域和产品设计信息域关系推导,对产品设计的关键节点进行跟踪,进而对产品设计早期的决策提供支持[40]

Dunmade I.等针对不同来源与技术背景、不同使用状况下的多产品组成的复杂系统的环境影响问题进行分析,提出了多生命周期设计的概念,并将其应用于木薯加工机械的设计[41]。Hossain K.A.等提出了一种基于风险评估的环境影响评价方法[42],该方法将产品生命周期分为两个域,原材料生产与供应域和门对门的工艺域,每个域可以分别进行影响的逆分析,从而便于工艺设计方案的管理和评价。

张雷等将绿色产品的配置约束分为建议性约束和强制性约束,将一维约束过滤模块和建议性约束满足度计算模块融入回溯算法中[43],以实现产品环境属性与功能、结构及经济属性的优化配置。陈建等将可拓学中转换桥方法引入绿色设计冲突消解研究中[44],将绿色设计中的冲突问题表达为形式化基元模型。

2.模块化绿色设计方法

张雷等将环境影响因素纳入产品族规划的考虑范畴,从拆卸、回收、环境影响以及经济性四个方面对产品族内部结构单元的绿色性进行量化分析,通过对绿色信息的快速集成,建立一种面向绿色设计的产品族规划方法[45]。李方义等提出了一种应用于离散型机电产品多目标模块化分析的初步框架[46,47],对利用模糊图论和AHP方法解决机电产品绿色设计决策的多目标问题进行了研究。杨继荣等研究了面向大规模定制生产的产品绿色设计模块化方法,对绿色度和模块化评价方法和实现步骤进行了初步探讨[48]。TsengH.等将工程属性添加到产品部件的联络图模型中,将组合式遗传算法和改进后的交叉机制用于族划分和产品模块设计[49]。Smith S.等人提出了一种基于原子论的绿色产品设计模块划分方法[50],产品根据给定的绿色约束(如材料的相容性、零件的重用性和拆卸性等)进行模块划分,通过这些绿色约束模块构建新的产品设计方案。

Sousa I.和Wallace D.提出了一种用于不同产品组的自动分类系统,以支持专门的LCA替代模型,该系统应用层次分析法指导产品族的环境类型辨识[51]

黄海鸿等将生命周期评价方法集成到设计过程,提出了环境价值分析方法[52],通过功能结构映射将产品实体抽象化为功能系统,并进行基于功能的LCA和环境价值评估,通过功能分析与改进将功能系统再实物化为新的结构实体。

3.绿色设计评价指标与方案决策

实施绿色设计的关键是从全生命周期角度对不同产品设计方案的环境影响进行预测、评价,并做出合理决策,绿色设计本质是多目标、多属性综合决策问题。

李方义等通过功能模型、过程树模型、信息模型和退役决策仿真四个模型对产品生命周期内的环境影响进行了分析,并建立了一个绿色设计决策支持系统框架[53]。周长春等利用改进的TOPSIS方法对绿色产品设计复杂情况下多目标决策及多标准问题决策进行了研究,提出用GUS方法来解决决策中的非线性问题[54]。Bojarski A.D.等提出了一种综合考虑生产地点、工艺技术选择、产品分布的供应链决策模型[55],采用IMPACT2002+方法对供应链进行了中间点和终点评价,通过建立供应链节点和过程的影响映射关系,从环境影响角度优化整个供应链,以减少最终的环境负担。Azzone G.提出了一种用于支持绿色设计决策的产品环境性能综合衡量方法,针对不同决策目标采用不同的决策工具,在产品开发早期应用重要性识别评价标准,在产品开发后期则根据不同的决策内容选择最有效的评价技术[56]。Park P.J.通过对洗衣机的研究对比分析了二维图谱、生态效率法、货币法、多属性决策法等四种决策方法[57]。Benetto E.等提出了一种将LCA与生态风险评估(ERA)集成起来进行环境评价的方法,用多目标分析方法对选择方案进行了排序[58]。刘志峰等提出了基于模糊物元的绿色产品综合评价方法[59]

Ross S.等认为全生命周期评价方法即LCA是绿色设计的主要量化工具,如何将LCA与产品绿色设计过程有效结合是研究重点[60]

赵平等建立了绿色建材产品的评价指标,采用打分法进行量化计算[61];周少祥等对能源利用的环境影响评价指标进行了系统研究[62];有学者定性地讨论了机电产品的绿色性评价指标[63,64],但没有给出指标的具体应用和计算方法。由于产品构成及工艺特性的差异较大,目前各工业领域应用的评价指标与量化方法多为针对几种具体产品类型,通用性较差,而且评价结果没有可比性。