基于环境价值分析的设计改进理论与方法研究

论文摘要

绿色设计是一种着重考虑产品全生命周期环境属性的设计。在资源短缺严重、生态环境日益恶化的今天,绿色设计越来越受到人们的重视。但绿色设计理论与方法研究一直徘徊在定性分析阶段,阻碍了绿色设计的实施与应用。本文在定量化分析产品全生命周期环境影响的基础上,提出了环境意识设计改进的概念,通过基于环境价值分析的定量化方法改进产品的设计方案,降低产品的生命周期环境影响,提高绿色设计的可操作性。 环境意识设计改进作为绿色设计的重要组成内容,以环境属性作为设计目标,在设计改进阶段对产品的设计方案进行分析与改进,是实施绿色设计的重要手段。在描述绿色设计目标与设计过程的基础上,建立了基于环境意识的设计改进过程模型;分析了环境意识设计改进的目标与信息需求,建立了集成产品模型;分析了两种环境影响定量化评估方法:分值评价与终值评价,分值评价是一种中间值评价方法,终值评价是一种终点值评价方法;文中采用Eco-Indicator’99方法进行终值评价,评价结果称之为生态指数,从而为环境意识设计改进中的环境影响定量化分析提供支持。 在价值分析的基础上,提出了环境价值分析这一系统化分析方法,对产品设计方案进行环境影响分析与环境价值评估;从功能结构映射、基于功能单元的环境影响评价、环境价值评估与计算、功能分析与改进等四个过程阐述了环境价值分析方法;环境价值分析能够寻找环境意识设计改进的改进目标,进行改进目标识别,并且这种目标识别是多层次的,既包括功能单元级别,又包括更深入的功能单元的生命周期作业单元级别。环境价值分析的分析过程是定量化的,但对改进目标的设计改进策略生成是定性的。 为了更进一步地定量化分析设计改进策略,对环境意识设计改进的两个重要内容:材料选择与面向回收的设计改进进行了研究。给出了环境意识设计改进中的材料选择原则,分析了基于环境意识的材料选择过程;结合结构的性能约束,提出了材料的环境效能因子概念;建立了材料选择的多目标决策模型,对环境意识材料选择的两个目标——成本与环境影响进行了定量化分析,并给出了多目标决策模型的求解算法。研究了产品生命周期中回收问题的一般性原理;建立了面向回收设计改进的五个基本准则:寿命分析准则、材料相容性准则、回收经济性准则、环境影响准则、物理功能交互约束准则,并对每个准则进行了定量化分析;基于模块化设计方法进行设计改进,在建立零件关系模糊矩阵的基础上,采用传递闭包法进行模块划分与零件分簇,并基于多个准则的模块划分求解结果生成设计改进方案。 论文最后建立了绿色设计与环境意识设计改进方案的决策与评估框架;针对绿色设计决策需求,基于TOPSIS方法提出了新的改进方法——效用贴近度方法,采用效用函数对指标数据进行归一化处理,建立优化模型求解指标权重以提高决策与评估过程的客观性,实现对环境意识设计改进方案的评估与优选。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 绿色设计产生的背景
• 1.1.1 生态环境的恶化
• 1.1.2 立法与市场需求的推拉
• 1.1.3 可持续发展理念与绿色设计
• 1.2 绿色设计研究综述
• 1.2.1 绿色设计
• 1.2.2 生命周期评价
• 1.3 绿色设计决策与设计改进
• 1.3.1 产品绿色设计决策与改进
• 1.3.2 绿色设计材料选择决策
• 1.3.3 绿色工艺决策与优化
• 1.3.4 回收决策与设计优化
• 1.4 本文的研究内容与组织
• 1.4.1 论文的选题
• 1.4.2 论文的研究内容
• 1.4.3 论文的组织
• 第二章 基于环境意识的设计改进分析
• 2.1 基于环境意识的设计改进过程
• 2.1.1 绿色产品
• 2.1.2 设计过程模型
• 2.1.3 基于环境意识的设计改进过程模型
• 2.2 产品信息模型
• 2.3 环境影响定量化分析
• 2.3.1 生命周期评价
• 2.3.2 生命周期影响评价
• 2.3.3 分值评价和终值评价
• 本章小结
• 第三章 环境价值分析
• 3.1 环境价值分析的概念
• 3.1.1 价值分析
• 3.1.2 环境价值分析
• 3.2 环境价值分析方法
• 3.2.1 功能结构映射
• 3.2.2 基于功能单元的环境影响评价
• 3.2.3 环境价值评估与计算
• 3.2.4 功能分析与改进
• 3.3 分析要求与实例
• 3.3.1 环境价值分析要求
• 3.3.2 实例
• 本章小结
• 第四章 基于环境意识的材料选择
• 4.1 材料选择
• 4.1.1 材料选择的适应性
• 4.1.2 传统设计的材料选择
• 4.1.3 绿色材料
• 4.1.4 环境意识设计改进中的材料选择原则
• 4.1.5 RoHS指令的应用
• 4.2 基于环境意识材料选择的定量分析
• 4.2.1 材料的环境影响评价
• 4.2.2 材料属性分析
• 4.2.3 材料选择的多因素分析
• 4.2.4 材料选择过程分析
• 4.2.5 材料初选择
• 4.2.6 效能因子与材料选择图
• 4.2.7 环境效能因子
• 4.3 材料选择多目标分析
• 4.3.1 多目标规划
• 4.3.2 材料选择的多目标决策模型
• 4.3.3 模型求解
• 4.4 实例
• 4.4.1 多目标分析
• 4.4.2 环境效能因子
• 本章小结
• 第五章 面向回收的设计改进
• 5.1 可回收性
• 5.2 面向回收的设计改进准则
• 5.2.1 设计改进准则
• 5.2.2 其它定性分析准则
• 5.3 基于模块化分析的设计改进
• 5.3.1 面向回收的模块化分析
• 5.3.2 面向回收的模块化设计改进
• 5.4 实例
• 5.3.1 建立关系矩阵
• 5.3.2 模块构建与结果分析
• 5.3.3 面向材料回收的设计改进
• 5.3.4 定性分析准则的应用
• 本章小结
• 第六章 环境意识设计改进方案评估
• 6.1 评估框架
• 6.2 评估方法
• 6.2.1 TOPSIS方法
• 6.2.2 效用与效用函数
• 6.2.3 效用贴近度
• 6.2.4 应用效用贴近度方法的一般步骤
• 6.2.5 评估实例
• 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间参与的科研项目
• 攻读博士学位期间发表的学术论文