全生命周期设计技术的介绍11

全生命周期设计技术的介绍11
全生命周期设计技术
课程名称先进设计与制造技术
学院年级
学生姓名指导教师
开课时间__2012 __ 至2013 __学年第 2 学期
全生命周期设计技术
摘要
随着制造业的飞速发展，先进的制造技术不断趋于全球化、敏捷化、网络化、虚拟化、智能化、绿色化方向发展，人们逐渐认识到产品全生命周期的设计的必要性——满足公众需求，提高产品竞争力，降低成本，满足环境保护的要求，因此，全生命周期设计技术在近年来发展迅速。

本文主要阐述了全生命周期设计的定义、概述、必要性、方法、发展以及对未来的展望。

关键词：全生命周期设计概述必要性设计方法发展及展望
摘要 (1)
引言 (3)
1 全生命周期设计的定义 (3)
2 全生命周期设计技术概述 (3)
3 全生命周期设计必要性................................................................. .4 3.1 公众需求. (4)
3.2 提高产品竞争力,降低成本 (5)
3.3 满足环境保护的要求............................................................... . (5)
4 全生命周期设计技术研究的主要内容 (5)
4.1 并行设计技术 (6)
4.2面向制造的设计技术 (6)
4.3全寿命周期设计数据管理技术 (6)
5 全生命周期设计方法 (6)
6 全生命周期设计技术发展及展望 (7)
7 结果及结论.................................................................................... . (8)
8 参考文献...................................................................................... (9)
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由于市场竞争的日益激烈，人们开始认识到有效利用企业资源的重要性。

发达国家从1968年就提出：应该设计出能一次生产成功的产品，以有效利用生产资源，获得最大的效益。

美国总统防务咨询委员会早在1986年就向总统报告：“武器系统的开发周期太长，生产费用太高，且使用效果不尽人意。

”为此，美国国防部指示防御分析研究所对相关的全寿命周期设计及其用于武器系统的可行性进行研究。

于1988年10月提交了题为“并行工程在武器系统采购中的作用”的研究报告，建立了并行工程研究中心（CERC）。

它致力于并行工程的设计、开发和促进技术以及相应的实践和标准工作。

现在该中心的技术已在全国范围内得到了广泛的应用。

美国国防部在军工生产中也在向全寿命周期设计方向发展，其武器系统的试验项目、全规模开发项目及生产项目都采用了这种方法，与此同时，我很支持全寿命周期设计的工具软件也在研制和开发中。

通过“九五”攻关和国家863项目的组织实施，我国在CAD/CAM、并行工程、工程广义优化和全寿命周期设计技术方面有了较好的基础，浙江大学、华中理工大学、清华大学、北京航空航天大学、上海交通大学和其他院校相继开展了并行优化、并行工程技术的研究工作。

早在1991年，这些院校已经开始认识到开展并行工程技术研究的重要性。

近年来，他们一直致力于并行工程环
境的研制工作，并取得了显著的成绩。

[3]
1 全生命周期设计的定义
所谓全生命周期设计，就是面向产品全生命周期过车的设计，要考虑从产品的社会需求分析、产品概念形成、知识及技术资源的调研、成本价格分析.是产品从自然中来到自然中去的全部过程，“从摇篮到坟墓”的整个生命周期各个阶段的总和，包括了产品从自然中获得的最初资源，能源，原材料经过开采、冶炼、加工等过程，直至产品报废或处理，从而构成一个物质循环的生命周期。

产品全生命周期包括产品的价值的设计方法，它要求达到产品所需的全部功能，还有其可生产性、可装配性、可测试性、可维修性、可运输行、可循环利用性和环境友好性[1]。

2 全生命周期设计技术概述
设计产品不仅是设计产品的功能和结构，而且要设计产品的规划、设计、生产、经销、运行、使用、维修保养、直到回收再用处置的全寿命周期过程。

全寿命周期设计意味着，在设计阶段就是考虑到产品寿命历程的所有环节，以求产品全寿命周期所有相关因素在产品设计分阶段就能得到综合规划和优化。

新产品是一个相对概念，具有很强的时间性、地域性和资源性，全寿命周
期设计的最终目标是尽可能在质量、环保等约束条件下缩短设计时间并实现产品全寿命周期最优。

以往的产品设计通常包括可加工性设计、可靠性设计和可维护性设计，而全寿命周期设计并不只是从技术角度考虑这个问题，还包括产品美观性、可装配性、耐用性甚至产品报废后的处理等方面也要加以考虑，即把产品放在开发商、用户和整个使用环境中加以综合考察。

由于是对同一种产品对象进行设计，不同的设计人员很可能会设计出不同的模型，这样往往会造成不必要的紊乱，所以为了解决这个问题，统一的模型是必不可少的。

同时，为了进行这一模型的统一讲解，要求工作人员在表达产品制造、生产设备和管理等方面必须拥有统一的知识表达模式。

全寿命周期设计的最重要的特点是它的集成性，要求各部门工作人员分工协作，所以注定他们的工作地点是分散的，尤其在计算机技术已经充分利用到传统工业设计中来的时候，每个工作人员都拥有自己的工作站或终端。

所以，分布式环境是全寿命周期设计的重要特点。

全寿命周期设计始终是面向环境资源（包括制造资源、使用环境等）而言的，它的一切活动都是为了使制造出来的产品能够“一次成功”并在当地的资源环境下达到最优，而不必进行不必要的返工。

在设计过程中，不仅要考虑产品功能，造型复杂程度等基本的设计特性，而且要考虑产品设计的可制造性。

全寿命周期设计的关键问题在于建立面向产品全寿命周期的统一的、具有可扩充性的能表达不完整信息的产品模型，该产品模型能随着产品开发进程则自动扩张并从设计模型自动映射为不同目的的模型，如可制造性评价模型、成本估算模型、可装配性模型、可维护性模型等，同时产品模型应能全面表达和评价与产品全寿命周期相关的性能指标；面向用户的全寿命周期的产品智能建模策略，开发相应的计算机的辅助智能导航产品建模框架系统，包括产品的全过程仿真和性能评价模型、面向全寿命周期的广义约束模型；复合知识的表达模型及其进化策略，全寿命周期设计涉及到大量的非数值知识，现有的简单的数值化方法不能很好反映非数值知识的本质，不仅造成模型的失真，更使模型不易被用户理解。

解决数值和非数值混合知识的表达和进化已成为产品全过程
寻优的关键。

[3]
3 全生命周期设计必要性
3.1 公众需求
生产对环境无害的产品或绿色产品，已成为公众的普遍要求。

随着环境污染的加剧、环境公害的不断发生，引起了社会各界的强烈反应：现在，对改善环境质量的要求越来越迫切。

1991年美国NBC进行了民意调查结果，80％的美国人把环境问题放在第一位，15％的人强烈要求对环境的损害要赔偿；不购买有环境污染的产品。

大多数人认识到，必须对现有的产品、生产方式和消费方式进行变革，以减少环境污染，而不是等待环境出现问题后来解决。

产品的制造者采纳公众的要求，即首先就应考虑产品的环境与用户安全要求，要求设计者采用生命周期设计：设计者则要将环境要求与产品性能和其他要求综合在一
起。

[4]
3.2提高产品竞争力，降低成本
全寿命周期设计是跨世纪的现代企业特征，它强调技术、组织和人员素质的集成，采用并行的、小组化的工作方式，不断提高产品质量，降低成本，以增强企业的应变的竞争能力。

现代设计方法要求在初始设计阶段就将产品的功能需求转化为设计概念、初步设计参数，再将这些参数往下传递，以约束后续的进一步详细设计。

全寿命周期设计要求在设计过程中尽早考虑后续阶段对设计施加的设计约束，以达到“一次成功”，从而减少在设计后期发现错误而导致的返工。

现代制造业再也不象本世纪初那样长期生产单一的产品了，任何产品都需要在很短的时间内做出新改进，而且品种要相对增多，以适应市场的需求。

由于时间短，因此也就决定了产品设计必须满足小批量、多品种的要求，但这并不是说产品结构会越来越简单，而是恰恰相反会越来越复杂。

全寿命周期设计恰好能满足这一特点。

当前社会已经进入到计算机时代，通过计算机辅助设计，可以非常逼真地模仿设计的各个过程，降低成本。

所以，对于我国的机械制造业来说，必须大力推广计算机的应用，以提高经济效益。

产品数据共享是企业过程自动化的基础，当然也是全寿命周期设计的基础。

数据库涉及到几何、拓扑等定义信息，也涉及到产品结构、开发过程等管理信息。

因此如何优化数据库环境、减少查询时间就成为了今后企业发展的必要环节。

3.3 满足环境保护的要求
产品生产就是资源的消耗，每一种产品都有多种的环境影响：首先，产品要消耗可再生的和不可再生的资源。

随着资源的消耗，产生严重的影响。

如稀有植物和动物将濒临灭绝；可再生的资源将枯竭，如石油将耗尽伴随资源消耗的另一些环境影响，即是产品在开发和使用中，使用了有害的物质，产生了有害的废物。

产品在生产中排放物和使用后的废弃物，以各种形式构成了对大气、水和土壤的污染或对生态环境、人类健康的危害：而且这种危害往往不只是对工厂自身的和周边的环境影响，它还涉及到长远的、区域的，甚至是全球范围的影响，如温室效应，全球气候变暖和臭氧层破坏等。

产品设计中的环境目标，既控制了现在的，也预防了未来可能发生的环境问题。

因而，产品的环境要求设计，有助于推动可持续的资源使用和管理，也保证了未来的环境质量。

同样，资源的合理利用、减少排放物和废物的产生，不仅仅是减少了环境影响，同时也是节约了资源，保护了动、植物的生长，维护了生态环境质量。

4 全生命周期设计技术研究的主要内容
4.1 并行设计技术
在并行工程中，最重要的问题是如何处理各个任务间的耦合及协调并行设计群体的活动方式，因此，有效地建立并行工程的模型和优先顺序是并行设计技术发展的突破点。

①支持全寿命周期所有相关信息的产品多重表达模型，建立一个统一的产
品模型以支持产品产品的全寿命周期，实现多侧面模型的自动映射；
②多功能设计小组所处理各个任务间的解耦、耦合及协调策略和方法，计算机辅助解耦及协调方法和系统的研究。

4.2面向制造的设计技术
①系统总结面向制造的机械零部件结构设计知识，并在此基础上建立面向挂靠的机械零部件结构设计的专家系统；
②建立面向制造的机械零部件结构信息特征模型；
③建立面向制造机械部件和整机装配设计的专家系统及支持虚拟现实环境装配模型；
④建立面向制造机械部件结构的并行设计支持系统，该系统还应包括企业制造资源库、标准件和外购件库、原材料加工和装配成本库、多计算机并行设计协调系统的评价和决策支持系统等。

4.3全寿命周期设计数据管理技术
①研究支持跨平台数据集成与共享的PDM系统，实现网络上不同平台和系统的真正一体化；
②研究支持全寿命周期的动态模型的数据库和设计过程管理技术；
③研究支持异地流动计算的自治体表达模型及其代理策略。

5全生命周期设计方法
生命周期设计就是谋求在整个生命周期内资源能源的优化利用，减小或消除环境污染。

产品生命周期设计的方法包括以下几个方面的内容。

(1)产品设计面向生命周期全过程。

产品设计应考虑从原材料采集直至产品废弃后的处理处置全过程中的所有活动。

(2)环境需求分析应在产品设计的初期阶段进行。

在产品设计的初期阶段就应归纳出对其系统的环境要求，而不是依赖于末端处理，要综合考虑环境、功能、成本、美学等设计准则，在多目标之间进行权衡，做出合理的设计决策。

(3)实现多学科跨专业的合作设计开发。

由于生命周期设计涉及生命周期的各个阶段、各种环境问题和环境效应，以及不同的研究对象，如减少废弃物排放、现有产品的再循环、新产品开发及再循环等，所以，产品的设计任务涉及广泛的知识领域。

（4）质量功能部署（Qaulity Function Development QFD）是将用户的需求转变成”质量特性”，并利用系统方法设计出最终满足质量要的产品的一种设计方法学。

可以在产品概念设计阶段利用QFD充分考虑产品的环境质量需求,使设计的产品在满足必需的功能时具有良好的环境特性。

(5)传统产品设计时,设计者在进行材料选择时,往往选用高性能或多用途的材料,忽视了材料与环境的关系,而全生命周期设计将环境因素融入到材料选择，考虑的主要因素有材料的产品性能、材料的环保性能、材料的加工性能、材料的性价比以及材料的可获性等。

(6)DFX技术面向产品生命周期的设计技术产品生命周期设计的概念八十年代一经提出，立刻引起了国内外研究者的广泛兴趣，提出了许多D F X设计方法，主要有：面向制造和装配的设计DFMA( Design for manufacture and
assembly) 、面向拆卸设计DFD(Design for disassembly)、面向质量设计DFQ( Design for quality) 、面向维修性设计DFMa(Design for maintainability)、面向服务设计DFS( Design for serviceability) 、面向环境设计DFE( Design for Environment) 等等。

这些方法体现了面向产品命周期的思想，分别考虑了产品生命周期中的各种因素，它们不仅是一种设计方法，而且是一种哲理、手段和工具，并不直接产生设计方案，但DFX的应用可以使设计人员在设计的早期阶段尤其是概念设计阶段，就考虑影响产品竞争力的各种价值因素。

这些价值因素包括产品的可制造性、可装配性、可测试性、可维性、可回收性和环境友好性等。

[1]
例如计算机辅助产品设计----CAPD(Computer Aided Packaging Destgn )通过相应的计算机辅助产品设计软件的支持下, 进行产品设计领域的各类创造性设计. 它是以计算机技术为基础的信息时代环境下的产物。

与传统的产品设计相比,CAPD 在设计方法、设计过程、设计质量和效率等各方面都发生了质的变化。

由于计算机运算速度快、准确度高、存储量大和逻辑推理能力强等,在产品设计过程中代替人工进行计算分析、方案、文件资料管理, 通过人机交互, 能快速准确地实现设计人员的设计思想和构思。

[2]
6全生命周期设计技术发展及展望
综观生命周期设计及其相关领域的研究现状，可以总结出目前还存在着如下一些问题和不足需要解决，如生命周期设计研究方法体系的建立和进一步完善；对产品的寿命没有进行有效的预测，不能为产品生命周期设计决策提供必要的支持；缺乏支持产品全生命周期过程的统一的集成产品信息模型；缺乏全生命周期的实时知识库和数据库的支持；生命周期设计方法与CAD系统的集成力度不够；缺乏实用的设计评价方法以及环境影响评估方法。

随着计算机技术、互联网的高速发展，必将为上述问题的解决提供强有力的技术支持。

因此，根据对产品生命周期设计文献综述和对产品生命周期设计理论的研究，产品生命周期设计领域的发展趋势如下。

(1)产品全生命周期设计集成体系结构的研究。

从目前的现状看，在产品全生命周期设计领域取得的研究成果还仅仅局限于生命周期的某一阶段或几个阶段的集成，真正意义上的产品全生命周期集成体系结构的研究还存在很大的难度，集成化是产品生命周期设计的发展趋势之一。

(2)产品的寿命预测与等寿命设计研究。

产品的设计寿命和使用寿命是传统机械设计的指标，也是产品全生命周期设计的主要内容之一，产品的寿命预测与等寿命设计是目前需要解决的课题。

(3)知识库、数据库和知识共享。

面向全生命周期的设计必须建立在现代最先进的知识平台之上。

建立面向全生命周期各阶段设计的知识库、数据库并通过各种方式共享知识是实现全生命周期设计的重要基础。

(4)支持全生命周期设计的集成产品信息模型。

支持产品全生命周期设计的产品信息模型是成功进行生命周期设计的关键技术之一，其目的是提供产品在全生命周期分析与评价时均能通用与数据共享的统一模型。

(5)产品生命周期多目标综合评价理论体系的研究。

产品生命周期多目标评价理论体系研究产品的技术性能、经济性能和全生命周期内对环境的影响程度
以及综合评价能源及资源的利用率，建立相应的评价标准体系和在此基础上的产品分析与评价模型。

(6)产品生命周期设计系统与CAD系统的集成。

为了能及时地根据评价的结果对设计方案进行修改，必须将生命周期设计系统与CAD设计系统进行集成.
7 结果及结论
综上所述，先进制造技术不断向数字化、精细化、集成化、自动化、网络化、智能化、绿色化方面不断发展过程中，全生命周期设计技术的提出以及发展，将给现代先进制造技术注入新的活力，它将是产品全生命周期设计是产品设计理念与模式的变革，可以较大的缩短开发设计周期，提高产品质量、降低产品生命周期内的综合成本，有利于我们国家的可持续发展的建设，能使人类更好地与环境相处，而且对提高地区及国家的竞争力有重要意义。

参考文献
[1]产品全生命周期设计方法概述张翔胡冰乐郑金凤福建农林大学
[2]计算机辅助产品设计的研究与发展熊韦华周惠兰南昌大学
[3]《先进制造领域关键技术》
[4] 百度文库
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