绿色设计的优化方法

除3.2节介绍的产品生命周期设计中要充分考虑环境因素及其影响外，绿色设计的主要方法有：

（1）系统论的设计思想与方法 其核心是把绿色设计对象及其相关设计问题视为系统，然后用系统论和系统分析的概念和方法加以解决。绿色设计就是要在技术与艺术、功能与形式、环境与经济、环境与社会等项联系中，寻求一种适宜的平衡和优化，使产品达到整体“绿色化”。

（2）生命周期设计方法 这种方法就是谋求在整个产品生命周期内资源的优化利用，减少和消除环境污染，其要点是：

1）产品设计应该面向产品生命周期全过程。

2）环境的需求分析应在产品设计的初级阶段进行。

3）实现多学科跨专业的合作开发设计。

（3）并行工程方法 在产品的设计阶段就充分预报该产品在制造、装配、销售、使用、售后服务，以及报废、回收等环节中的“表现”，发现可能存在的问题，及时地进行改进与优化。

（4）模块化设计 模块化设计就是对一定范围内的不同功能或相同功能不同性能、不同规格的产品，进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合，构成不同的产品，以满足市场不同的需求。模块化设计既可以很好地解决产品品种规格、设计制造周期和产品成本之间的矛盾，又可为产品快速更新换代，提高产品质量，方便维修和产品废弃后的拆卸回收，增加产品的竞争力提供有利条件。模块化设计过程如图3-34所示。

模块化设计对绿色设计的重要意义在于：

1）模块化设计能满足绿色产品快速开发的要求。按模块化设计开发的产品结构，是由便于装配、易于拆卸和维护、有利于回收及重复利用的模块单元组成，这样既简化了产品结构，同时又能快速组合成市场需要的产品。(www.xing528.com)

2）模块化设计可将对环境或人体有害的部分、使用寿命相近的部分，集成在同一相对独立的模块中，以便于拆卸回收和及时维护更换而不致影响生产。

图3-34 模块化设计过程

3）模块化设计可以简化产品结构。传统产品由部件组成，部件由组件构成，组件由零件构成，因此要生产一种产品，就需要大量的专用零件。而按模块化设计，产品是由模块构成，模块是构成产品的单元，从而减少了零件数量，简化了产品结构，符合绿色设计要求。

4）模块化设计可根据绿色设计的不同目标要求进行。如在模块化设计时，若以可重用性为主，则需要考虑两个因素：期望的零部件寿命及其重用性能。当考虑零部件寿命时，可将长寿命的零部件集成在相同模块中，以便产品维护和回收后的重用；当考虑可重用性时，应将具有相同可重用性（回收价值与回收成本之比）的零部件集成在同一模块中。模块化设计能比较经济地用于多品种、小批量生产，更适合于绿色产品的结构设计，如可拆卸结构设计等。

（5）面向对象的设计 面向对象的设计（DFX）是针对产品生命周期内同时存在多种需求的情况下，实施产品设计的主要方法之一。其中，X代表产品是中除功能之外的其他需求，如可制造性、可装配性、可维护性、可回收性等。DFX采用的基本方法是基于约束的设计方法。DFX的实质是以多个代表产品生命周期的各种需求，作为约束条件剪裁设计空间，在满足约束条件的情况下，优化求解设计空间问题。

（6）集成化设计 绿色设计是传统设计内容与反映产品环境友好特性的绿色属性的有机集成。产品的绿色属性涉及到制造、使用和报废等产品生命周期阶段。因此，在产品开发阶段，采用模拟仿真方式，构建虚拟的制造、使用、报废等数字化环境，对产品的绿色性实施评价，预测未来的产品绿色特性，修正影响绿色性的不合理设计，最终使所开发的产品达到预定的绿色目标，这一过程的基础就是产品模型。除绿色属性外，产品设计还涉及其他特性的模拟，如产品的可制造性、可装配性、可拆卸性等，它们同样需要数字化的产品模型。因此，结构统一、信息无冗余、面向生命周期全过程的产品集成模型，是实现绿色产品开发的基础。关于集成设计的详细介绍，请参见文献[1]中12.7节“计算机集成产品工程（CIPE）”。

（7）长寿命设计 产品经过一段时间工作以后，可能出现失效，因而影响整体功能的实现和使用寿命。通常影响产品零部件实现的主要因素有：断裂、过量变形、表面损伤、零件老化、功能指标衰减及加工缺陷等。长寿命设计是指在对产品功能进行分析的基础上，采用各种先进的设计理论和工具，使产品能满足当前和未来较长时间内的市场需求。例如，使工作应力小于零件的疲劳强度极限，先用静强度设计出零件尺寸，然后再进行疲劳强度校核，只要校核通过，则可认为零件具有长寿命。由此可见，长寿命设计，不仅是单纯延长产品寿命的问题，而是一个综合性问题。要使产品在服役期间能动态地满足顾客和社会的需求，而这种需求是不断变化的，例如绿色产品长寿命设计就是新问题。为设计出长寿命的绿色产品，必须改变传统设计的思想和方法。这时应遵循的原则有：产品性能保持性原则；产品宜维修原则；产品可重构原则；产品的开发性原则和经济性原则等。