伴随着经济的快速发展,资源环境问题也在逐渐的恶化,而制造业是产生环境污染的主要源头。针对制造业环境问题,政府颁布大量环保政策,鼓励倡导制造业实施绿色可持续发展理念,如绿色生产、绿色工厂与绿色园区等,绿色设计理念已逐渐深入到各大中型制造业。绿色设计作为一项可持续发展的共性支撑技术,具有在设计源头识别发现生态环境问题的潜力。方案设计作为设计任务的起始阶段,其结果对后续生命周期各阶段属性有着重要影响,研究表明,产品70%-80%的成本及性能取决于产品的开发设计阶段。因此,在方案设计阶段系统评价产品全生命周期环境属性是绿色产品设计过程的关键所在。本文以绿色设计为目标,研究产品设计需求多尺度获取分析模型与重要度量化分析方法,同时基于物元理论建立多域映射模型,研究设计需求的有效传递与分配。建立基于绿色特征的设计方案表达模型与绿色性评价指标体系,根据绿色质量功能展开方法建立客户绿色满意度求解目标函数,实现产品绿色设计规划配置。主要研究内容阐述如下:(1)在对机电产品设计任务分析的基础上,通过考虑市场调研、企业策略、竞争企业和环保部门等不同层面以及不同领域人员对产品设计需求重要性的偏好情况,建立产品多尺度需求获取分析模型,该方法能够在不同层次上对需求进行分析。为了使产品最大程度的满足各相关方的设计需求,借助基于Kano模型的需求重要度调整方法使各需求相关方满意度达到平衡。首先,针对不同领域设计及相关人员建立产品需求问卷调查表,获得其对各需求相对重要性的意见,并加以统计和分析,对需求进行需求类型分类。调查客户对产品基本功能的满足程度以及设计人员对产品总体性能的评价,获得产品基本型需求、期望型需求和兴奋型需求的调整系数;给出设计需求分析过程中各类需求重要度的调整过程。(2)在对机电产品绿色设计需求分析的基础上,建立设计需求驱动下的多域映射模型与基于绿色特征的产品设计方案表达模型。由于绿色设计涉及产品全生命周期绿色属性,且产品全生命周期信息呈现异构、多域等特点。建立多域映射信息传递模型,实现产品需求域(功能需求及绿色需求)与包含功能、结构的设计域之间的一级映射;设计域与工艺过程域之间的二级映射;工艺过程域与包含绿色特征的设计方案域之间的三级映射,实现设计需求的有效传递与分配以及设计需求与产品设计方案全生命周期映射关联。建立基于绿色特征的设计方案绿色性评价指标体系与量化分析方法,实现设计方案的系统性评价。(3)在基于绿色特征的设计方案建模与绿色性评价的基础上,进一步对设计方案进行优化。QFDE(Quality Function Deployment for Environment)从设计需求出发,借助于AHP(Analytic Hierarchy Process)、模糊评价、质量屋(House of Quality,HoQ)等技术采用多层次演绎分析方式,能够将设计需求转换为生产、使用、报废处理等生命周期各阶段的技术特征。利用QFDE技术,基于第二章设计需求与第三章绿色特征为元素构建质量规划屋,在此基础上,建立以客户需求满意度最大为目标的优化模型,在设计成本与时间及其他约束条件下,优化求解绿色特征目标值,确定各绿色特征的目标改善率,为产品绿色方案设计提供指导。最后以某滚齿机优化配置为例验证了该方法的有效性和可行性。
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