现代设计方法学

现代设计方法法学—绿色设计
一.绿色设计及其特点
1.1传统产品设计
传统产品设计时，通常主要考虑的是产品的基本属性。

其设计过程如图：
传统产品设计是从“摇篮到坟墓”的过程。

一旦设计及制造活动完成，产品设计人员和工艺人员就不在关心产品生命周期结束后所出现的问题。

传统设计过程的不足主要表现在一下几个方面：
1）产品开发的各个环节顺序进行，反复次数多，开发周期长，开发费用高。

2）产品开发过程很少考虑产品的环境属性，结构复杂，拆卸回收难度大，造成大量资源的浪费、能源浪费，并且污染环境。

3）产品设计人员的环境意识不强，对绿色产品和绿色设计认识不很明确。

4）传统设计的产品难于适应市场竞争和持续发展的需要
1.2绿色设计
绿色设计是20世纪末期所出现的一种设计潮流。

由于社会工业化和现代化以来对人类生存环境造成了巨大的破坏，绿色设计这一概念的提出主要反映了人们对于现代科技文化所引起的环境及生态破坏的反思，同时也体现了设计师道德和社会责任心的回归。

绿色设计指的是在产品整个生命周期内，着重考虑产品对自然资源、环境影响，将可拆除性、可回收性、可重复利用性等要素融入到产品设计的各个环节中去。

在满足环境要求的同时，兼顾产品应有的基本功能、使用寿命、经济性和质量等。

绿色设计并以此为基点，更新人类的生产消费理念，从而不断促进社会经济结构的转变，推动绿色经济的发展。

绿色设计（Green Design——GD），也称为生态设计（Ecological Design——ED）、环境设计（Design for Environment——DFE)、生命周期设计（Life Cycle Design ——LCD）或环境意识设计（Environment Conscious Design——ECD）等，虽然叫法不同但其内涵大体一致，其基本思想是在设计阶段九江环境因素和预防污染的措施纳入产品设计之中，将环境性能作为产品的设计目标和出发点，力求对环境的影响为最小。

绿色设计不同于传统设计，绿色设计即在产品整个生命周期内，着重考虑产品环境属性（自然资源的利用、环境影响及可拆卸性、可回收性、可重复利用性等），并将其作为设计目标，在满足环境目标的同时，并行地考虑并保证产品应有的基本功能、使用寿命、经济性和质量等。

绿色设计和传统设计在设计依据、设计人员、设计工艺和技术、设计目的等方面都存在很大的不同。

绿色设计核心—3R
Reduce——减少：即在产品设计中尽量减少体积、重量，简化结构，去掉一切不必要的用材；在制造中减少能源消耗，降低成本；减少消费的污染。

Recycle——循环：它包含了立法、建立回收运行机制、课回收的结构设计、利用回收资源再设计生产的一整套工程。

Reuse——重新利用：首先是产品部件结构自身的完整性；其次是产品主体的可替换性结构的完整性；再则是产品功能的系统性
从绿色设计与传统设计的比较可以看出，绿色设计要求在设计产品时必须按
环境保护的指标选用合理的原材料、结构和工艺，在制造和使用过程中降低能耗，不产生毒副作用及有利于拆卸和回收，回收的材料可用于再生产，对无回收价值的产品进行无害化处理，一致不污染大气、水质等，并保证产生最少的废弃物。

特点：
（1）绿色设计可以减缓地球上矿物资源财富的消耗
（2）减少了大量垃圾处理所造成的棘手问题
（3）环境在绿色设计中具有重要的地位
（4）绿色设计可以从源头上减少废弃物的产生
（5）绿色设计是并行闭环设计
绿色设计面向产品的整个寿命周期，即在概念设计及粗略设计阶段，就充分考虑到产品在制造、销售、使用及报废后对环境的各种影响，与产品有关的所有技术人员都应密切合作。

即面向生命周期的绿色设计过程。

在该设计过程中，其对象除了产品本身以外，还有产品的生产过程、后勤支持系统、生产人员等等，它们也都有各自的生命周期。

且在各自的周期内也必须对环境影响负责。

面向生命周期的绿色设计过程
绿色设计过程——“133”原则：指绿色设计必须遵循一定的系统化设计程序。

其中包括：环境规章评价，环境污染鉴别，环境问题提出，减少污染，满足用户要求的的替代方案，替代方案的技术与商业评估等。

绿色设计人员在设计过程中应该考虑这样的问题：制造过程中可能产生的废弃物是什么？有毒成分的可
能替代物是什么？报废产品如何管理？设计对产品的回收有什么影响？零件材料对环境有何影响？用户怎样使用产品？
1.三个设计目标：
（1）提高产品的资源能源利用率；
（2）降低产品生命周期成本；
（3）产品无环境污染或环境污染最小化；
2.三个主要阶段：
（1）跟踪材料流，确定材料输入与输出之间的平衡；
（2）对特殊产品或产品种类分配环境费用，并在确定产品价值时考虑此项费用；（3）对设计过程进行系统性研究，设计人员应不只根据物理目标设计产品，而应同时考虑产品为用户提供的服务或对环境、人身造成危害。

3.绿色设计的实施步骤：
（1）建立绿色设计小组
（2）搜集绿色设计信息
（3）绿色产品方案设计
（4）绿色设计决策
4.绿色设计的主要内容
（1）绿色产品设计的材料选择与管理
（2）产品的可回收性设计
（3）产品的可拆卸性设计
（4）绿色产品的成本分析
（5）绿色产品设计数据库
5.绿色设计的关键技术
（1）绿色产品评价体系、方法的研究；
（2）绿色产品模型的建立；
（3）绿色设计有关数据、资料的收集整理与数据库的建立；
（4）绿色设计方法的系统研究及知识库的建立。

二.绿色设计方法
2.1生命周期设计方法
概述:从产品概念设计阶段一开始就要考虑产品生命周期的各个环节，包括设计、研制、生产、供货、使用、直到废弃后拆卸回收或处理处置，以确保满足产品的绿色属性要求。

生命周期设计轮图
1.生命周期设计的系统模型
（1）生命周期环境需求分析
1）总需求，
2）环境需求
（2）生命周期设计系统框图
2.设计策略：
（1）产品设计应面向生命周期全过程
（2）环境需求分析应在产品设计开发的初期阶段进行
（3）实现多学科跨专业的合作开发设计
2.2并行工程方法
概述—并行工程是现代产品开发的一种模式和系统方法，它以集成、并行的方式设计产品及其相关过程，力求使产品开发人员在设计一开始就考虑产品生命周期的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户的要求等，最终使产品达到最优化。

1.实现：
（1）绿色产品并行设计小组的组成
（2）并行绿色设计的支撑环境
（3）并行绿色设计的设计网络
（4）绿色产品并行闭环设计流程图
2.绿色产品并行设计小组的组成
3.并行绿色设计的支撑环境
4.并行绿色设计的设计网络
5.绿色产品并行闭环设计流程图
2.3模块化设计方法
概念—模块化设计就是在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，划分并行设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合可以构成不同的产品，以满足实诚的不同需求。

模块化设计方法—过程
1.模块化设计与传统产品设计的区别：
（1）模块化设计面向产品系统
（2）模块化设计是标准化设计
（3）模块化设计程序是由上而下
（4）模块化设计是组合优化设计
（5）模块化设计需要以一定的新理论为支撑
2.模块化设计方法—意义
（1）模块化设计能够满足绿色产品的快速开发要求。

（2）模块化设计可将产品中对环境或对人体有害的部分、使用寿命相近的部分等集成在同一模块中，便于拆卸回收和维护更换等。

（3）模块化设计可以简化产品结构。

3.绿色设计准则—准则
三.手机的绿色模块化
连接强度作为手机划分的依据，根据连接强度划分手机模块可以提高手机的可拆卸性。

采用0到lO的整数来描述两个元件之间的连接强度。

数字越大，代表的联接强度就越强。

连接强度由以下4个工程属性指标来决定：接触类型，连接类型，工具类型，和可达方向。

各个评价指标的权重是由企业根据自身的要求由设计者或者专家组确定，本文通过层次分析法确定。

元件的这四个工程属性指标描述如下：所得的评分值越高表示两元件之间的连接强度越高。

3.1指标量化
1．接触类型接触类型描述元件之间接触的区域和接触点数。

接触点和接触区域越多，那么接触度值就越高。

2．连接类型连接类型属性取决于元件连接的松紧度。

把连接属性分成五种类型
级别：放置，插入，拧入，深度连接，不可拆卸。

具体的判断依据如下表:
3．工具类型本文把工具的操作难度加以考虑。

如表所示，把它分成五种类型：手，螺丝刀，小工具，特殊工具，大工具。

工具的操作难度值越大，表示对两个元件进行连接的难度越大。

4．可达方向顾名思义，可达方向属性描述的是元件可达连接方向的强度，达连接的角度数越多，元件之间的连接约束就越少，本文利用±X，±Y，±Z方向来
工具类型强度评判标准
描述可达方向，可达角度的数目代表元件的强度。

如表所示，分成五上层次：手机的绿色模块化5，4，3，2，1。

评判标准如表
3．2确定指标权重
根据以上层次分析法定义的1．9比例标度，对四个指标进行权重计算，如下表是四个指标的比较矩阵与权值，w为10个子准则相对于目标层的权值矢量。

指标权重
3．3初始数据导入
根据功能分析方法，将产品的总功能进行逐层分解至功能元。

对每一个功能元进行初始设计，得到初始零件序列。

图中的标号及相对应的元件名称列表如下
手机元件列表
3．4生成基于目标层的交互作用矩阵
根据第四节所用的算法，先确定各子目标的交互矩阵，通过加权平均获得最终的目标层交互作用矩阵如下表：
取不同的阀值可以生成不同的模块划分方案。

若以阀值5进行截割，可以得到方案。

该方案依据上述四个指标，将28个零件划入5个模块。

按此模块划分方案，进行零件最终设计和模块接口设计，可以快速完成产品设计过程，并能够体现和保证产品的可拆卸性。

手机零件
手机模块划分方案。