生命周期设计

目录

1. 现代设计方法进展............................................ - 2 -

2. 生命周期设计概念............................................. - 2 -

3. 生命周期设计历史沿革......................................... - 5 -

4. 生命周期设计的必要性......................................... - 6 -

5. 生命周期设计研究概况......................................... - 7 -

6. 生命周期设计的目标........................................... - 9 -

7. 生命周期设计方法............................................ - 11 -

8. 生命周期设计程序............................................ - 12 -

9. 生命周期设计的发展趋势...................................... - 13 -

1.现代设计方法进展

随着设计方法学、优化设计、计算机辅助设计、系统化设计、模块化设计等一些新学科的发展，在工程设计领域出现了一些新技术，如并行设计、创新设计、稳健设计、智能设计、绿色设计、模糊设计、虚拟设计、动态设计、疲劳设计等，这些新技术在不断发展的同时，在工程中也得到越来越广泛的应用。

20世纪90年代以来，随着以计算机技术为支柱的信息技术的发展，工业产品由传统的机械产品向机电一体化产品、信息电子产品方向发展，技术含量大为增高；社会的消费观念也不断发生变化，产品的功能已不再是消费者决定购买的最主要因素。产品的创新性、外观造型、宜人性、环保性等因素越来越受到重视，在竞争中占据突出地位。这种趋势促使企业在着手进行新产品开发时把面向产品的创新性、外观造型、人机工程等的设计提到一个新的高度，从而也迫切要求对T业设计的研究能有进一步的突破，以提高企业形象、产品设计水平和市场竞争力。

从整个产品设计与制造的发展趋势看，并行设计、协同设计、智能设计、虚拟设计、全生命周期设计等设计方法代表了现代产品设计模式的发展方向。随着技术的进一步发展，产品设计模式在信息化的基础上，必然朝着数字化、集成化、网络化、智能化的方向发展。计算机辅助下的工业设计的发展趋势则必然与上述发展趋势相一致，最终建立统一的设计支撑模型。工业设计师与工程设计师逐步融合，走向统一化。由于这些新技术多处于起步阶段，限于篇幅，本书将不对上述方法一一介绍，下面只简单介绍创新设计、智能设计、并行设计、虚拟设计和生命周期设计等几种设计思想和方法以及研究进展等主要内容。

2. 生命周期设计概念

生命周期设计也称为生态设计、绿色设计、环境设计，是一种新的产品系统设计方法，将环境因素纳入产品设计中从而帮助确定正确的决策方向。

生命周期设计就是在产品概念设计阶段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。产品生命周期设计的各个环节可用图1来描述。由图可以看出，一个产品的生命周期包括以下各个环节：市场需求分析、设计开发、生产制造、销售、使用及淘汰废弃后的回收处理。在设计过程中，依据特定的评价函数进行设计案例的选择，而评价函数必须包含图1中外圈所示的各项因素，即产品的基本属性、环境属性、劳动保护、资源有效利用、可制造性、企业策略和生命周期成本。

图1 产品生命周期设计轮图

产品生命周期设计过程可以划分为三个层次：设计层、评价层和综合层，如图2所示。产品生命周期的市场需求分析、设计开发、生产制造、销售、使用及废弃后的回收处理六个阶段组成了产品生命周期维，而设计层、评价层和综合评价层则组成产品的设计过程维。

图2生命周期设计基本组成的三个层次

生命周期设计就是在产品生命周期的全过程中，综合考虑和全面优化产品的功能性能(F)、生产效率(T)、品质质量(Q)、经济性(C)、环保性(E)和能源资源利用率(R)等目标函数，求得其最佳平衡点。生命周期设计的主要目的可归结为三个。

(1)在设计阶段尽可能预见产品全生命期各个环节的问题，并在设计阶段加以解决或设计好解决的途径。

(2)在设计阶段对产品全生命周期的所有费用(包括维修费用、停机损失和报废处理费用)、资源消耗和环境代价进行整体分析规划，最大程度地提高产品的整体经济性和市场竞争力。(3)在设计阶段对从选材、制造、维修、零部件更换、安全保障直到产品报废、回收、再利用或降解处理的全过程对自然资源和环境的影响进行分析预测和优化，以积极有效地利和保护资源、保护环境、创造好的人机环境，保持人类社会生产的持续稳定发展。

生命周期设计不仅要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，直到回收再用的全寿命周期过程。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，要求丁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丁作站或终端。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自