生命周期設計

一個產品的生命周期包括以下各個環節：市場需求分析、設計開發、生產製造、銷售、使用及淘汰廢棄后的回收處理。在設計過程中，依據特定的評價函 數進行設計案例的選擇，而評價函數必須包含圖1中外圈所示的各項因素，即產品的基本屬性、環境屬性、勞動保護、資源有效利用、可製造性、企業策略和生命周期成本。

l 公眾的需要

生產對環境無害的產品或綠色產品，已成為公眾的普遍要求。隨著環境污染的加劇、環境公害的不斷發生，引起了社會各界的強烈反應：現在，對改善環境質量的要求越來越迫切。1991年美國NBC進行了民意調查結果，80％的美國人把環境問題放在第一位，15％的人強烈要求對環境的損害要賠償；不購買有環境污染的產品。大多數人認識到，必須對現有的產品、生產方式和消費方式進行變革，以減少環境污染，而不是等待環境出現問題後來解決。產品的製造者採納公眾的要求，即首先就應考慮產品的環境與用戶安全要求，要求設計者採用生命周期設計：設計者則要將環境要求與產品性能和其他要求綜合在一起。

l 提高產品競爭力，降低成本

一些國家已經把產品的環境因素作為產品質量的一部分，現在許多公司已經清楚認識到，高質量的產品是成功競爭的基礎，將環境因素納入到產品質量控制中，在未來的國際市場競爭中，產品必將有更大的競爭力。高明的企業家都清楚，高質量的產品不是高費用的、最佳的產品，而是少缺陷的、質量高成本最低的產品。他們也認識到，發現並降低環境“缺陷”，也同時降低了產品的成本，提高了產品的質量。產品總費用的評占，有助於公司確定產品開發的真實成本。產品成本不僅包括通常所應包括的項目，還應考慮到一些潛在的、隱蔽的法律責任和確定的環境方面的費用。這些費用都應在產品開發中考慮到的。

l 滿足環境保護的要求

產品生產就是資源的消耗，每一種產品都有多種的環境影響：首先，產品要消耗可再生的和不可再生的資源。隨著資源的消耗，產生嚴重的影響。如稀有植物和動物將瀕臨滅絕；可再生的資源將枯竭，如石油將耗盡伴隨資源消耗的另一些環境影響，即是產品在開發和使用中，使用了有害的物質，產生了有害的廢物。產品在生產中排放物和使用后的廢棄物，以各種形式構成了對大氣、水和土壤的污染或對生態環境、人類健康的危害：而且這種危害往往不只是對工廠自身的和周邊的環境影響，它還涉及到長遠的、區域的，甚至是全球範圍的影響，如溫室效應，全球氣候變暖和臭氧層破壞等。

產品設計中的環境目標，既控制了現在的，也預防了未來可能發生的環境問題。因而，產品的環境要求設計，有助於推動可持續的資源使用和管理，也保證了未來的環境質量。同樣，資源的合理利用、減少排放物和廢物的產生，不僅僅是減少了環境影響，同時也是節約了資源，保護了動、植物的生長，維護了生態環境質量。

生命周期設計就是謀求在整個生命周期內資源能源的優化利用，減小或消除環境污染。產品生命周期設計的方法包括以下幾個方面的內容。

(1)產品設計面向生命周期全過程。產品設計應考慮從原材料採集直至產品廢棄后的處理處置全過程中的所有活動。

(2)環境需求分析應在產品設計的初期階段進行。在產品設計的初期階段就應歸納出對其系統的環境要求，而不是依賴於末端處理，要綜合考慮環境、功能、成本、美學等設計準則，在多目標之間進行權衡，做出合理的設計決策。

(3)實現多學科跨專業的合作設計開發。由於生命周期設計涉及生命周期的各個階段、各種環境問題和環境效應，以及不同的研究對象，如減少廢棄物排放、現有產品的再循環、新產品開發及再循環等，所以，產品的設計任務涉及廣泛的知識領域。

以啤酒生產為例，不僅僅涉及啤酒釀造工藝和釀造設備的設計，還涉及啤酒的包裝問題，在瓶裝啤酒中，包括啤酒瓶、瓶蓋、標籤等的設計。啤酒瓶是灌裝含氣液體並多次重複使用的包裝容器，應具備足夠的堅固性，同時又要減小質量、易於清洗；瓶蓋直接與啤酒接觸，瓶蓋材料和墊片材料應無毒性，並能保證在保質期內有足夠的密封性能；標籤紙要有足夠的牢度，以免在運輸過程中脫落，印製圖案的油墨應不含毒性。顯然，有關啤酒瓶、瓶蓋、標籤紙、印製油墨、黏結劑等問題都不是啤酒工藝設計師的擅長。多學科的合作設計，可以從一開始就仔細謀划設計的各個方面，集思廣益，做出最佳的選擇。這樣不但可以增加產品成功開發的機會，而且可以縮短設計周期。

綜觀生命周期設計及其相關領域的研究現狀，可以總結出目前還存在著如下一些問題和不足需要解決，如生命周期設計研究方法體系的建立和進一步完善；對產品的壽命沒有進行有效的預測，不能為產品生命周期設計決策提供必要的支持；缺乏支持產品全生命周期過程的統一的集成產品信息模型；缺乏全生命周期的實時知識庫和資料庫的支持；生命周期設計方法與CAD系統的集成力度不夠；缺乏實用的設計評價方法以及環境影響評估方法。隨著計算機技術、網際網路的高速發展，必將為上述問題的解決提供強有力的技術支持。因此，根據對產品生命周期設計文獻綜述和對產品生命周期設計理論的研究，產品生命周期設計領域的發展趨勢如下。

(1)產品全生命周期設計集成體系結構的研究。從目前的現狀看，在產品全生命周期設計領域取得的研究成果還僅僅局限於生命周期的某一階段或幾個階段的集成，真正意義上的產品全生命周期集成體系結構的研究還存在很大的難度，集成化是產品生命周期設計的發展趨勢之一。

(2)產品的壽命預測與等壽命設計研究。產品的設計壽命和使用壽命是傳統機械設計的指標，也是產品全生命周期設計的主要內容之一，產品的壽命預測與等壽命設計是目前需要解決的課題。

(3)知識庫、資料庫和知識共享。面向全生命周期的設計必須建立在現代最先進的知識平台之上。建立面向全生命周期各階段設計的知識庫、資料庫並通過各種方式共享知識是實現全生命周期設計的重要基礎。

(4)支持全生命周期設計的集成產品信息模型。支持產品全生命周期設計的產品信息模型是成功進行生命周期設計的關鍵技術之一，其目的是提供產品在全生命周期分析與評價時均能通用與數據共享的統一模型。

(5)產品生命周期多目標綜合評價理論體系的研究。產品生命周期多目標評價理論體系研究產品的技術性能、經濟性能和全生命周期內對環境的影響程度以及綜合評價能源及資源的利用率，建立相應的評價標準體系和在此基礎上的產品分析與評價模型。

(6)產品生命周期設計系統與CAD系統的集成。為了能及時地根據評價的結果對設計方案進行修改，必須將生命周期設計系統與CAD設計系統進行集成。