生命周期评价及其在产品生态设计中的应用

生命周期评价是一种评价产品、工艺过程或活动的整个生命周期对环境的负荷的工具之一。在介绍了生命周期评价概念的基础上 ,分析生命周期评价技术框架的四个组成部分 :目标定义和范围界定、清单分析、生命周期影响评价和改善评价 ;并探讨生命周期评价在产品生态设计中的应用 :产品的生态辨识与诊断、新产品设计与开发、产品影响评价与比较、再循环工艺设计等     

产品全生命周期评价方法研究前景的探讨

首先总结了全生命周期评价方法的研究和应用现状。在此基础上,指出了与国外发达国家相比,国内在生命周期评价方法研究和应用上的不足。为了弥补这些不足,展望了未来国内在全生命周期评价研究领域的主要研究方向。这些方向包括关注产品生命周期设计方法和产品再循环设计方法的研究,建立产品生命周期评价所需数据库,增加产品社会影响因素的评价指标和深入挖掘统计数据背后的影响作用。这些分析为今后开展全生命周期评价研究提供了建设性意见。     

绿色制造的生态评价体系及方法研究

以生态文明的实现为核心,构建了绿色制造产品与过程的生态评价体系,相较于传统的绿色评价,其特点在于需要追溯产品与制造过程的生态源头,并且在生命周期的各个阶段都要考虑对生态环境造成的影响,尤其对于不能再制造再利用的需要掩埋的排放物以及经过处理之后的空气排放物和水排放,要考虑生态的自净化能力。同时,以缓解6大生态危机为评价核心建立了相应的生态评价方法,将LCA与层次分析法相结合,得到绿色制造产品与过程的生态文明指数,并通过某阀体车削工艺过程的实例分析证明了生态评价方法可以评定其是否符合在生态文明下的绿色性要求。     

面向机电产品绿色设计与评价协同的生命周期评价参数计算方法

为了协同分析机电产品绿色设计与评价过程,采用产品设计域、生命周期活动域和环境影响评价域多域关联的建模方法建立绿色设计与生命周期阶段之间的关联映射,通过生命周期评价参数计算方法,将生命周期活动域与环境影响评价域相关联。开发生命周期评价计算工具,将生命周期评价参数计算方法应用于产品绿色设计全生命周期阶段,当绿色设计信息改变时,只需在计算工具中调整相应参数就可以实时地得到设计信息更改之后的环境影响,从而帮助设计人员重新对产品进行绿色设计。以CWT3300D-165型风力发电机作为典型机电产品进行应用验证,建立产品结构树,计算产品整机、部件、零件的环境影响。由计算结果可知,地基、机舱这两个一级零部件对环境的影响最严重,需在产品设计阶段着重考虑绿色性,改进绿色设计方案。     

产品生命周期设计系统关键技术研究

提出了一种新的产品生命周期设计系统,此系统通过利用基于CAD/CAM特征建模技术,对产品生命周期清单进行分析,将生命周期评价的数据自动地反馈给设计过程,同时改进工艺规划。最后,应用具体的模具产品作为实例对机加工过程进行了评价,验证了此方法的可行性。     

基于产品环境生态指数的绿色设计方法研究

根据ISO14042的生命周期影响评估原理,可以定量分析产品相关的环境特性。通过建立产品生命周期环境影响定量分析模型,对产品清单分析得出的环境相关数据,按照一定的环境机制,进行分类、组分和权重分析,得出产品系统的环境生态指数。采用环境生态指数方法对家用电器产品(咖啡机)进行绿色设计,通过分析产品中使用的各种材料和生命周期中各个过程的环境生态指数,可以定量地得出各种材料和过程对环境影响的相对程度。根据分析和计算,找出主要环境影响因素,选择相应的绿色设计策略,最终达到改善产品环境属性的目的。环境生态指数方法为产品系统的绿色设计提供了一条简单、实用的定量分析方法。     

面向产品全生命周期的虚拟装配技术研究

阐述了虚拟装配的内涵。从可装配性设计原则、可装配性分析评价和装配过程仿真3个方面,建立了面向产品全生命周期的虚拟装配技术体系结构,并分析了该体系结构的虚拟性、并行性、集成性和协同性的特点。对虚拟装配模型、虚拟可装配性分析与评价、虚拟装配工艺规划及虚拟装配系统规划等虚拟装配关键技术进行了研究,并初步构建了面向产品全生命周期的虚拟装配环境。     

绿色设计与面向成本的设计

绿色设计是生产绿色产品的基础,它通过生命周期评价（LCA—Life Cycle Assessment）方法从产品生命周期的角度降低产品对环境的影响;面向成本的设计是从设计的角度降低全生命周期成本（LCC—Life Cycle Cost）的设计方法。通过分析两者的关系可以发现它们在绿色性和LCC方面有互补性,即在DFC中应用LCA方法提高产品的绿色性;在绿色设计中采用LCC方法可以降低绿色产品的成本。     

面向成本的设计(DFC)与其他DFX工具的集成与应用方法

DFC(Design For CoSt)是DFX方法的一个分支，是指在满足用户需求的前提下，尽可能地降低成本，通过分析和研究产品制造过程及其相关的销售、使用、维修、回收、报废等产品全生命周期中的各个部分的成本组成情况，并进行评价后，对原设计中影响产品成本的过高费用部分进行修改，以达到降低成本的设计方法。选择DFE、DFM、DFA、DFS与DFC进行集成，达到综合评价设计方案的目的。采用的方法是以全生命周期成本为核心，通过产品生命周期的各个环节(制造M、装配A、回收R、维修S)的分解和分析，给出有关的评价指标体系，然后使用设计兼容性分析(DOA——Design Compatibility Analysis)的方法和模糊理论完成对设计方案的综合评价。     

基子作业成本法的D FC成本计算模式

DFC(DesignForCost)是指在满足用户需求的前提下,尽可能地降低成本,通过分析和研究产品制造过程及其相关的销售、使用、维修、回收、报废等产品全生命周期中的各个部分的成本组成情况,并进行评价后,对原设计中影响产品成本的过高费用部分进行修改,以达到降低成本的设计方法.在进行全生命周期成本的计算时,存在不同的成本模式问题,通过全生命周期成本与作业成本的分析和对比,得到了作业成本法在DFC中的应用步骤和途径,为DFC中全生命周期成本的准确计算打下了基础.     

基于作业成本法的DFC成本计算模式

DFC（Design For Cost)是指在满足用户需求的前提下,尽可能地降低成本,通过分析和研究产品制造过程及其相关的销售、使用、维修、回收、报废等产品全生命周期中的各个部分的成本组成情况。并进行评价后,对原设计中影响产品成本的过高费用部分进行修改,以达到降低成本的设计方法,在进行全生命周期成本的计算时,存在不同的成本模式问题,通过全生命周期成本与作业成本的分析和对比,得到了作业成本法在DFC中的应用步骤和途径,为DFC中全生命周期成本的准确计算打下了基础。     

考虑回收利用过程的汽车产品全生命周期评价

构建了汽车产品全生命周期材料、能耗、排放评价模型,该模型涵盖汽车产品从材料获取、材料加工、零部件加工制造、整车装配、运行使用直至回收利用的生命周期闭环全过程。运用该评价模型,对某公司生产的传统汽油车和在该同一平台上开发的纯电动汽车进行实证分析,结果表明：纯电动汽车的全生命周期能耗及全生命周期CO2、CH4、N2O、NMVOC排放低于传统汽油车,但CO、SOx、NOx和PM排放均高于传统汽油车。采用CML 2001模型进行了两款车的全生命周期影响评价,结果显示：使用稀缺金属铜、锂较多的纯电动汽车在不可再生资源消耗（ADP）方面显著高于传统汽油车;纯电动汽车产生的温室效应（GWP）优于传统汽油车,但在人体健康损害影响、光化学烟雾影响及酸化影响方面,纯电动汽车均劣于传统汽油车。     

产品生命周期评价关键问题研究评述

针对产品生命周期评价中目标和范围定义阶段的归因生命周期评价和归果生命周期评价问题、功能单位定义和系统边界界定问题、清单分析阶段的数据质量和不确定性问题、清单分析方法的选择问题、清单数据的分配问题、影响评价阶段的评价方法选择问题,以及生命周期评价范围的拓宽和加深问题进行了理论梳理与分析,提出针对这些关键问题的主要解决办法。通过对这些问题的研究指出,未来的生命周期评价将沿着生命周期可持续评价的方向发展,它不仅考虑环境的影响,还将经济和社会的影响包括在内。在生命周期可持续性评价中仍然会出现新的关键问题,需要进一步研究和探讨。     

废旧产品回收理论与方法

在中国国家自然科学基金项目《废旧产品回收决策及应用基础研究》的支持下，针对大规模废旧产品回收再利用提出科学理论与支持方法。 从回收策略设计、材料设计等方面讨论面向回收的设计准则之研究进展，从拆卸技术、回收技术、物流技术等角度讨论产品回收技术之研究进展，认为产品回收研究需要围绕基于经验数据决策方法实现废旧产品回收策略的量化决策，包括基于拆卸工艺决策对拆卸产物回收再利用工艺决策、综合优选决策，力求废旧产品的回收实现系统化和科学化。认为应该从产品的集成模型出发，将所有的决策问题建立在统一的信息模型基础之上，建立产品零部件回收策略决策方法体系、产品拆卸产物的回收再利用工艺决策体系，以及废旧产品回收再利用工艺优选决策体系。 在破解传统的产品生命周期是一个线性过程的基础上提出实施产品回收产品生命周期模式，基于最理想的废旧产品回收系统应该与其他相关的制造系统相互联系，最终达到平衡的思想，建立闭环循环的废旧产品回收系统。以生态工业和多生命周期思想为基础，以绿色、价值、高效为原则，建立系统的废旧产品回收理论体系，认为要实现这一体系需要研究废旧产品回收价值识别技术与方法、废旧产品回收与再利用工艺与方法、废旧产品回收管理技术、废旧产品回收与产品设计反馈机制     

基于绿色特征的方案设计快速生命周期评价方法

为解决常规生命周期评价方法由于固有的周期长、数据需求量大等缺点而难以适用于产品的方案设计阶段问题,提出一种基于绿色特征的快速生命周期评价方法;建立了绿色特征模型筛选设计方案中的绿色信息。采用模糊集合理论中的直觉模糊数对定性特征值进行了研究;采用Monte Carlo法处理定量特征,并将其标准差作为不确定性因子进行不确定性分析。选择合适的生命周期影响评价方法进行生命周期影响评价,得到生命周期评价结果,以完成产品设计方案的环境影响评价,从而支持产品的绿色设计。通过某公司变速箱前箱体实例对所提快速生命周期评价理论进行了验证。     

生命周期评价方法研究的最新进展及其分析

分析了生命周期评价方法在影响评价环节、研究对象、数据分配环节和数据收集环节的研究最新进展。同时,论文也分析了未来在产品生命周期评价研究方向上可能的最新研究方向。分析这些最新的研究成果和预测未来研究方向,将为国内生命周期评价研究者及时跟进国外领先的研究方向,并结合中国国情来确定生命周期评价研究的突破口提供依据,为有力地提高国内生命周期评价研究水平做出贡献。     

机电产品生态数据库建设研究

为了真实反映制造行业的生态水平,在生态设计时能便捷、有效地获得原材料、零件、各工艺等的生态数据,确保生态设计第一手资料的准确性,构建机电产品生态数据库迫在眉睫.对机电产品中的常用材料、加工工艺、典型产品作为构建生态数据的对象,生命周期制造、运输、使用、报废4个阶段出发,构建对环境影响指标的生态数据库.并对生态数据库建设对象、涵盖过程、输出指标等提出要求,构建原材料和加工工艺数据库和典型零件数据库,同时为了说明如何构建生态数据库,对镁锭材料生态数据库进行示范.     

产品生命周期评价原型系统设计和开发

为了满足产品生命周期动态评价的需要,掌握以生命周期评价为中心的环境信息资源,开发了一套基于客户端／浏览器体系结构的产品生命周期评价原型系统。利用Java和SQL Server 2000技术,从软件设计和开发的角度提出了系统的总体设计目标和基本原则,阐述了系统的总体结构设计。该系统包括产品系统建模、数据处理模块、数据计算模块和影响评价等4个子模块,详细介绍了各子模块的设计和功能特点,以及数据库和用户控制界面的设计。应用实例表明,该系统能为产品系统评价提供必要的技术支持,是一个功能较完善、适用面较广的生命周期评价原型系统。     

基于工艺约束的生命周期评价与生命周期成本综合评价与优化

为实现环境效益与经济效益的最大化,研究了产品生命周期的制造阶段中生命周期评价与生命周期成本的整合与优化问题.在建立制造阶段整合评价模型的基础上,提出了基于工艺约束的工艺方案优化模型,在获得最优工艺方案的同时,也获得了环境属性、经济属性和技术属性的综合效益最优.最后,通过对4135G型柴油发动机的案例研究,验证了预期的效果.     

归果生命周期评价方法及应用

为了解决生命周期评价的环境影响决策评价问题,提出了归果生命周期评价方法,首先进行了归果与归因生命周期评价方法的特征比较和归果生命周期评价中"临界技术"的确定,探讨了在部分均衡模型和一般均衡模型的基础上构建的归果生命周期评价模型,乃至考虑能源回弹效应和经验曲线的归果生命周期评价模型,以及以上这些归果生命周期评价模型的案例应用。研究表明,归果生命周期评价方法实质上是一种传统生命周期评价与经济学模型相结合的评价方法。使用归果生命周期评价方法,可以通过考虑市场因素尤其是产品替代效应,分析在产品系统发生边际变动时系统能源和环境影响的变化情况,为产品决策和制定产品的相关政策提供帮助和指导。