全生命周期设计

2.4.6面向全生命周期安全的设计
1）安全可监测性设计 机械结构的疲劳断裂破坏是机械失效最 主要的方式。疲劳破坏的危险性表现在 达到疲劳寿命时无明显先兆(显著变形 或显著的动力学性能变化) 结构就会突 然断裂解体。 目前工程界对一些重要设备采用对运行 全过程进行实时监测并对信号进行各种 分析处理以便诊断出早期故障。
2）安全保障设计
在设备的设计安全使用寿命期间, 设备 的运行安全是由一定的可靠性要求来描 述的。一方面一定的可靠性下仍然存在 破坏的可能, 另一方面可靠性的提高是 以更保守的设计安全使用寿命为代价的。
3）事故- 安全设计
在设备的设计安全使用寿命期间, 设备 的运行安全是由一定的可靠性要求来描 述的。一方面一定的可靠性下仍然存在 破坏的可能, 另一方面可靠性的提高是 以更保守的设计安全使用寿命为代价的
2.4.4安全使用寿命设计
产品的安全使用寿命是产品价值的重要 体现。目前产品结构的使用寿命预测主 要有基于疲劳力学的安全寿命方法和基 于断裂力学的损伤容限耐久性方法。对 规定可靠度下产品结构的安全使用寿命 的确定见图。
经济寿命设计
经济寿命设计的目的是在安全寿命预测 的基础上, 通过制定合理的检测、维修、 更换零件、再制造等计划, 保障设备运 行的经济性。根据经济寿命设计原则, 易损零部件应设计为可更换部分, 不可 更换的主体或高值部件应按等寿命原则 设计,一些关键的安全薄弱环节应设计 为可检测和便于

产品的寿命往往指产品出厂或投入使用 后至产品报废不再使用的一段区间, 仅 是全生命周期内服役期的一部分。 产品的全生命周期与产品的寿命是不同 的概念。
全生命周期包括对产品的社会需求的形 成, 产品的设计、试验、定型, 产品的 制造、使用、维修以及达到其经济使用 寿命之后的回收利用和再生产的整个闭 环周期。 如图1所示, 机械的全生命周期涵盖全 寿命期, 全寿命期涵盖经济使用寿命和 安全使用寿命。作为全生命周期的一个 重要转折点, 产品报废一般有3 种判据: 功能失效、安全失效、经济失效。
(6)维修和再制造工程
维修和再制造工程如何在设计阶段制 定面向全生命周期的经济安全便利的产 品维修服务方案, 并在产品的设计中尽 可能保证使用维护拘留经济性, 对提高 产品的竞争力十分重要。
(7) 知识集成与智能优化
不同于传统的机械设计, 全生命周期设 计必须面向产品开发使用、维护、报废 及其后的处理全过程的经济性、人机协 和等众多目标进行全面优化, 设计多学 科的知识集成和应用。
产品的设计 是产品全寿命周期的主要有效组成部 分。对一些大型、复杂、造价很高的设 备, 保证一定期限的日历寿命是实现产 品全寿命周期高经济性的重要因
(5) 全寿命期安全监测与保障
尽管有损伤容限与耐久性设计方法 和可靠性分析方法, 建立有效、经 济的全寿命期的安全检测与保障体 系越来越迫切。智能材料结构、现 代测试技术、计算与信息处理技术、 微机电技术和分析模拟技术的发展 已为安全监测与保障体系的建立提 供了良好的知识平台。同时面向全 寿命期的后勤服务保障也日益科学 化。
2.全生命周期设计的基本观点
所谓全生命周期设计, 就是面向产品全生命 周期全过程的设计, 要考虑从产品的社会需求 分 析、产品概念的形成、知识及技术资源的调 研、成本价格分析、详细机械设计、制造、装 配、使用寿命、安全保障与维修计划, 直至产 品报废与回收、再生利用的全过程, 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。 基本观点：“三全”观点，全系统、全寿命、 全费用。
2.4.3面向功能的设计
产品功能和性能设计一直是机械设计的 核心, 也贯穿全生命周期设计的所有环 节。与传统的设计相比, 现代产品具有 一系列新的特征
2.4.3面向材料及其加工成形 工艺的设计
材料的产品性能 主要考虑满足产品本身功能、性能、质 量设计的有关材料性能。包括材料的常 规机械性能、疲劳断裂性能、抗复杂环 境侵蚀的性能, 对特殊机电产品采用的 特殊材料, 如压电陶瓷材料、功能梯度 材料、电/磁致流变材料、各种纳米材 料等的特殊性能。
2.4.7全生命周期优化设计
进行全生命周期优化是一个需要多学科 知识的融合的复杂决策过程。数值分析、 工程预测、虚拟仿真以及试样和模型试 验等是优化设计常用的方法。 模块化、标准化、集成化等使得产品的 全局优化可以变为粗线条的子结构化。
2.4.8全生命周期设计的前沿 问题
(1) 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。同时, 如何通过网 络实现知识共享是现代机械设计面临的 紧迫问题。
2.1全生命周期设计的目的
全生命周期设计的主要目的可以归结为3个: ①在设计阶段尽可能预见产品全生命期的各 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.
材料的环保性能 绿色材料概念已经形成,材料在使用过程 中的对环境的影响、废弃后的可降解性 等是全生命周期设计中必须考虑的因素。
材料的加工性能 在设计阶段考虑材料的可加工性可以提高产品经 济性、减少能耗和制造过程的不利副产品。
材料的价格性能比 材料的价格性能比是制约设计选材的一 个重要因素。但在全生命周期设计中不 能单纯看待材料价格, 而应当全面分析 材料的使用效能。
(2) 计算模拟和仿真技术 对初始设计进行制造和装配工艺的仿真、 动力学仿真、运行过程仿真等是发现设 计问题, 改进设计方案从而实现设计优 的最经济省时的有效途径。采用计算机 虚拟试验替代实物试验是机械设计发展 的必然向。对全生命周期机械行为和社 会环境影响进行计算模拟和仿真能力实 际上是实现全生命周期设计的技术保障。
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, 以积极有效的利用和保护资源、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。
3.全生命周期设计的主要内容
全生命周期设计实际上是面向全生 命周期所有环节、所有方面的设计。 其中每一个方面都需要专门的知识、 技术做支撑, 这种技术采用专家系 统、分析系统或仿真系统等智能方 法来评判概念设计与详细设计满足 全生命周期不同方面需求的程度, 发现所存在的问题提出改进方案。
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全生命周期设计
1.全生命周期的概念
产品的全生命周期包括产品的孕育期(产品市 场需求的形成、产品规划、设计)、生产期 (材料选择制备、产品制造、装配)、储运销 售期(存储、包装、运输、销售、安装调试)、 服役期(产品运行、检修、待工) 和转化再生 期(产品报废、零部件再用、废件的再生制造、 原材料回收再利用、废料降解处理等) 的整 个闭环周期。
(3) 经济性全局分析与评价体 系
实现全生命周期经济性的优化是全的之 一, 也是指导全生命周期设计的指标。 除了产品本身的成本和使用的经济性, 全生命周期设计 还须综合产品的终生维修服务费用、能 源和资源的消耗、对环境影响的代价等 复杂因素进行全面分析, 作出全局最优 的方案选择。
(4) 全寿命分析与等寿命设计