以全球变暖现象为代表的气候近年来引起了全世界的广泛关注。据统计,大量机电产品在使用中的用电量约占中国发电量的60%,制造过程产生的二氧化碳排放量超过30%。因此,如何实现机电一体化产品改善环境属性、能耗和碳排放已成为各国政府和企业的重大挑战,也是我国经济社会可持续发展的迫切需要。开发低碳产品设计的关键是建立适合设计阶段的碳足迹模型,以创建产品设计和碳排放区域的映射,并优化对设计解决方案的反馈。这个问题在上述研究中没有得到充分解决。本文的主要贡献是构建基于设计特征产品(DF)的设计方案特征表达模型，提取和表达与产品碳足迹相关的设计信息；通过特征操作活动建立产品设计特征与生命周期碳足迹活动的映射机制，实现对产品设计方案碳足迹量化；以产品碳足迹最小为优化目标，产品性能和成本为约束，建立基于差分进化算法(DE)的产品低碳优化模型，获得最优的低碳设计方案。
1绿色设计概念与内容
产品设计的最终目标是使用户能够享受产品功能的多样性以及设计师在使用产品时赋予产品的便利性。为了实现这一目标,以及促进产品创新和现代化,设计师将绿色设计概念整合到机电产品设计中,这需要研究维护和回收等特性。作为产品生产的重要环节,产品设计的最终目标是在质量保证和满足外观标准和要求的基础上整合环保技术和概念。绿色设计是指产品在设计过程的各个阶段,包括设计、制造、加工、使用和回收,以显示绿色设计的理念和方向,是绿色设计与传统设计的区别特征。与绿色设计不同,传统设计并未充分考虑产品绿色设计的概念。
2绿色设计的主要内容
在设计任何产品时,材料的选择始终是绿色设计的重要因素和关键要素。对于绿色设计产品,不仅要在设计阶段体现产品的功能和特性,还要在材料选择中获得经济效益和生态效益。当产品超过其使用寿命或因不可逆损坏而不再使用时,废旧产品必须及时回收,通常不能与产品零件分离。在绿色设计中,注重拆卸设计也是一个重要的内容,也就是说,在产品设计阶段要考虑到产品的拆卸要求,可以明确哪些部件可以拆卸和回收,从而有效地将产品从拆卸设计中回收,体现出相应的绿色环保理念。绿色设计的主要目标是有效减少环境污染,提高资源利用效率,而资源的合理再利用是实现循环利用的重要方向。因此,在产品设计阶段必须考虑回收设计的要求,以便我们能够专注于从回收设计中回收产品的部件和材料的过程。绿色包装已成为绿色设计的重要内容,特别是在现代社会的发展中,过度包装造成的资源浪费,已成为各国面临的一个重要问题,绿色包装体现了绿色环保理念。所谓绿色包装,是指产品包装的主要功能,以反映包装的环保特性,形成符合可持续发展战略的新设计理念。
3基于设计特征的产品低碳设计方法
3.1产品设计特征与生命周期碳足迹关联建模
产品的碳足迹是指产品生命周期不同阶段的活动所产生的累积碳排放量,根据ISO生命周期的定义,产品生命周期分为:原料回收阶段,生产加工阶段,运输阶段,使用和维护阶段和回收过程阶段。每个阶段的资源、能源和废弃物排放都会影响产品生命周期的碳足迹。设计信息影响潜在的产品生命周期活动。基于设计信息的生命周期内资源和能源的消耗,例如生产,组装,使用和回收,是基于设计信息的这些生命周期活动的碳足迹的来源。产品生命周期所有阶段的碳足迹活动被视为特定运营活动的碳足迹,这些活动通过特征导向的运营在设计特征和碳足迹之间建立桥梁。值得注意的是，产品的不同设计特征可能会影响同一生命周期碳排放活动，不同生命周期碳排放活动也可能会由同一设计特征影响，对于这种情况，需对该特征的不同的操作活动进行划分，对应相应生命周期活动。
3.2多域关联模型整体框架
由于机电产品设计信息存在着大量不确定性、跨生命周期阶段性，易在产品生命周期的不同阶段间形成信息孤岛，机电产品生命周期设计信息缺乏有效地集成以及形式化表达。传统绿色设计模型的数据关联性不强，设计与评价缺乏有效关联，设计与评价协同运行机制的研究依然处于探索阶段。针对上述问题，建立产品多域关联的绿色设计与评价协同模型，基于机电产品生命周期的物质流、能量流、信息流分析，构建机电产品环境影响评价指标体系。提出产品多域关联的绿色设计与评价协同建模技术，支持产品设计与评价集成管理。通过建立绿色设计与生命周期阶段关联映射模型，将产品设计域与生命周期活动域相关联；通过参数LCA计算，将生命周期活动域与环境影响评价域相关联。产品设计域包括产品的功能、结构、材料、工艺、运输五部分；生命周期活动域包括产品的五个生命周期阶段的活动信息，通过绿色设计模型（FSMPT模型）和生命周期活动信息建立生命周期映射矩阵（LCMM）；环境影响评价域包括六类环境影响指标和生命周期评价（LCA）。
3.3做好机电产品的装配设计与可拆卸设计
从现代社会生产和生活发展的实际需要出发,大多数机电一体化产品在设计过程中不仅要充分考虑到基本性能特点,还要更多地融入到绿色设计理念中,综合考虑产品设计的可替代性等相关内容。由于可拆卸特性已成为绿色产品设计中非常重要的元素,因此在设计绿色产品时必须保证良好的可拆卸特性。在产品设计的第一阶段,必须考虑产品的耐磨性,这种性能也可以作为机电产品环保设计的相应指标和评价标准。这在一定程度上保证了机电产品的维修和售后便利,同时也保证了材料在回收和加工过程中的再利用,以达到节约能源和资源,减少环境污染和资源浪费的最终目的。一般来说,将可拆卸特性集成到机电产品的绿色设计中,通常是传统的连接改造,在设计中使用一些零件和螺栓连接来代替传统的连接,保证了机电产品的可拆卸特性对后续的回收和再利用非常方便。
结束语
提升碳足迹评估的精准性是低碳设计优化实施的关键，如何衡量不确定因素(例如数据质量)对碳足迹评估结果的影响是进一步研究工作的重点。此外，为了提升效率和方便应用，开发基于网络的低碳优化设计工具也亟待后续研究。
参考文献
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