王黎明 李 龍 付 巖 李方義 彭 鑫 王 耿

1.山東大學(xué)高效潔凈機(jī)械制造教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濟(jì)南，2500612.山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院， 濟(jì)南，250061

0 引言

隨著技術(shù)的飛速發(fā)展，新產(chǎn)品周期變得越來越短，導(dǎo)致許多制造商在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)上的疏忽，包括材料、生產(chǎn)過程和回收等。這造成資源環(huán)境問題日益惡化，迫使人們對(duì)環(huán)境問題愈來愈重視，環(huán)境問題已經(jīng)成為世界各國關(guān)注的焦點(diǎn)[1-2]。在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，重要的是在用戶需求與環(huán)境保護(hù)之間達(dá)到平衡。

產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是為了滿足用戶及市場(chǎng)的需求，因此，營銷、設(shè)計(jì)工程和制造方面的人員協(xié)作應(yīng)從產(chǎn)品最初構(gòu)思及概念設(shè)計(jì)開始。概念設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)過程的重要階段，研究表明，產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)階段是產(chǎn)品生命周期的源頭，決定了產(chǎn)品70%～80%的成本及性能[3]。因此，概念設(shè)計(jì)的好壞是決定產(chǎn)品設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵。

質(zhì)量功能配置(quality function deployment，QFD)是概念設(shè)計(jì)過程中運(yùn)用較多的一種方法，其設(shè)計(jì)規(guī)劃過程的主要目的是在有限的產(chǎn)品開發(fā)資源約束下，使用戶對(duì)所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品滿意度達(dá)到最大[4]?；谄涓咝?，許多專家展開了不同方面的研究。耿凱陽[5]通過QFD與生命周期設(shè)計(jì)相結(jié)合，建立了綠色質(zhì)量功能配置(QFD for environment, QFDE)，基于QFDE和敏感性分析計(jì)算了環(huán)境需求對(duì)產(chǎn)品工程特征的權(quán)重，利用加權(quán)處理生成最終方案設(shè)計(jì)參數(shù)。耿秀麗等[6]采用QFD將用戶需求及其重要度轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品功能需求及其重要度,以信息公理為依據(jù),選擇信息量最小的功能需求配置方案。BEREKETLI等[7]通過集成層次分析法(AHP)與QFDE，建立了產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)階段信息模型，用于識(shí)別設(shè)計(jì)方案的環(huán)境影響，改進(jìn)和優(yōu)化產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(jì)。張華等[8]建立了一種綠色生產(chǎn)過程多目標(biāo)集成決策框架和數(shù)學(xué)模型，通過對(duì)生產(chǎn)過程決策運(yùn)行機(jī)理進(jìn)行分析，提出了一種信息化技術(shù)支撐的生產(chǎn)過程多目標(biāo)集成決策運(yùn)行模型。NAHM[9]從企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力角度出發(fā)，提出了一種新的客戶需求(customer requirements,CR)優(yōu)先排序方法，將競(jìng)爭(zhēng)基準(zhǔn)分析與卡諾分析相結(jié)合，將用戶偏好結(jié)構(gòu)模型化為用戶滿意函數(shù)的形式。鮑宏等[10]將發(fā)明問題解決理論(TRIZ)引入綠色設(shè)計(jì)中，通過建立主動(dòng)再制造綠色創(chuàng)新設(shè)計(jì)知識(shí)關(guān)聯(lián)與提取機(jī)制，提出了基于TRIZ物理沖突解決原理與知識(shí)集成的主動(dòng)再制造綠色設(shè)計(jì)沖突消解方法。DEWI等[11]提出了一種優(yōu)化產(chǎn)品開發(fā)資源分配模型，利用回歸技術(shù)對(duì)工程特性與用戶需求之間的關(guān)系進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

綜上所述，QFDE從設(shè)計(jì)需求出發(fā)，借助于AHP、模糊評(píng)價(jià)、質(zhì)量屋(house of quality， HoQ)等技術(shù)，采用多層次演繹分析方式，能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)需求轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)、使用、報(bào)廢處理等生命周期各階段的技術(shù)特征要求。目前QFDE應(yīng)用多集中于產(chǎn)品功能特征配置建模上，但是產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)涉及大量定性與定量技術(shù)特征，如何針對(duì)上述特征進(jìn)行分析建模，尚缺乏研究。此外，產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)是一個(gè)用戶綠色性需求滿意度優(yōu)化求解的過程，如何將產(chǎn)品綠色性能優(yōu)化引入QFDE 的決策過程，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品技術(shù)特征目標(biāo)值的優(yōu)化求解，仍是一個(gè)難點(diǎn)問題。針對(duì)上述問題，本文基于綠色特征對(duì)定性和定量的技術(shù)特征進(jìn)行統(tǒng)一建模，完成產(chǎn)品全生命周期設(shè)計(jì)方案表達(dá)，建立以綠色性需求滿意度最大為目標(biāo)的優(yōu)化模型，在設(shè)計(jì)成本與時(shí)間約束下，優(yōu)化綠色特征目標(biāo)值，確定各個(gè)技術(shù)特征的目標(biāo)改善率, 為產(chǎn)品綠色方案設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

1 基于QFDE的綠色產(chǎn)品規(guī)劃建模

基于QFDE的綠色產(chǎn)品規(guī)劃建模主要包括用戶基本需求信息及環(huán)境需求信息的獲取與分析、質(zhì)量屋的建立、質(zhì)量屋決策 3個(gè)步驟 (圖 1)。

圖1 基于環(huán)境質(zhì)量功能配置的綠色產(chǎn)品規(guī)劃建模過程Fig.1 The modeling process of green product planning based on QFDE

1.1 用戶綠色需求信息提取與分析

綠色產(chǎn)品除了滿足基本功能及性能需求以外，還應(yīng)滿足其生命周期各階段環(huán)保綠色性需求。所以，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期，需進(jìn)行產(chǎn)品綠色性需求分析，包括對(duì)用戶需求信息的處理和評(píng)價(jià)等內(nèi)容。

用戶綠色性需求(green voice of customers，GVOC)是廣義的，是產(chǎn)品全生命周期各階段對(duì)產(chǎn)品功能、性能尤其是綠色性能的要求[12-13]；綠色性需求通過對(duì)用戶與產(chǎn)品銷售人員的調(diào)查、國家環(huán)保法律法規(guī)、競(jìng)爭(zhēng)者的產(chǎn)品特色和企業(yè)內(nèi)部信息來確定；并且產(chǎn)品需求不僅是針對(duì)產(chǎn)品使用者的需求，還包括與產(chǎn)品生命周期各相關(guān)參與單位的需求(如制造方、維護(hù)方、回收方等)。一個(gè)良好的產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)劃需充分考慮產(chǎn)品全生命周期過程相關(guān)的信息，如能耗排放、可靠性、拆卸性、回收性等。

1.2 基于綠色特征的產(chǎn)品全生命周期設(shè)計(jì)

在用戶需求分析的基礎(chǔ)上，通過規(guī)范化的定義方法將用戶需求進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為明確、可量化的產(chǎn)品生命周期環(huán)境目標(biāo)和約束[14]。本文提出綠色特征的概念，以綠色特征對(duì)產(chǎn)品的生命周期環(huán)境目標(biāo)和約束進(jìn)行表達(dá)。由于綠色特征主要是與產(chǎn)品環(huán)境影響有關(guān)的設(shè)計(jì)信息，所以基于綠色特征的產(chǎn)品綠色性能優(yōu)化可以更直觀、更快捷地對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行規(guī)劃與改進(jìn)。

根據(jù)集合理論，綠色特征(green feature, GF)是產(chǎn)品全生命周期過程中所有與環(huán)境影響有關(guān)的綠色信息的集合，包括資源信息、能源信息和環(huán)境信息，有定量和定性兩種類型，可描述為

GF={FT，F(xiàn)G,FGv}

(1)

其中，F(xiàn)T為產(chǎn)品生命周期階段(原材料消耗、加工制造、包裝運(yùn)輸、使用維護(hù)、回收處理)；FG為與產(chǎn)品環(huán)境影響有關(guān)的綠色信息(資源信息、能源信息、環(huán)境信息)；FGv為綠色特征值，有定量與定性兩種，定性綠色特征可以用語值屬性表示特征信息，本文采用好、較好、良、差、較差5個(gè)等級(jí)對(duì)定性綠色特征進(jìn)行描述。

由式(1)可以看出，綠色特征包含三方面信息，即產(chǎn)品全生命周期各個(gè)階段,各階段相對(duì)應(yīng)的資源、能源、環(huán)境等綠色信息及綠色信息值，如加工制造過程中產(chǎn)生的碳排放、使用過程中的能耗、裝配拆卸過程中的模塊化程度和可拆卸性等。

綠色特征是綠色設(shè)計(jì)的基本單元，本文從產(chǎn)品的全生命周期設(shè)計(jì)角度，分階段對(duì)設(shè)計(jì)中的綠色信息進(jìn)行篩選獲取，最終通過各種綠色特征的組裝實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)方案的表達(dá)，如圖2所示。

圖2 基于綠色特征的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案表達(dá)模型Fig.2 The expression model of product design scheme based on green features

1.3 基于綠色特征的質(zhì)量屋建立

圖3 基于HoQ 的用戶需求傳遞與分配Fig.3 The transfer and allocation of user requirements based on HoQ

通過質(zhì)量屋實(shí)現(xiàn)綠色需求傳遞與分配(圖3)，在綠色性需求的驅(qū)動(dòng)下，確定與其相對(duì)應(yīng)的綠色特征，綠色特征由生命周期各階段(設(shè)計(jì)制造、使用維護(hù)、回收處理)綠色信息組成。建立綠色性需求與綠色特征之間的互相關(guān)矩陣以及綠色特征之間的自相關(guān)矩陣。其中建立和求解兩兩比較的HoQ關(guān)系矩陣是實(shí)現(xiàn)綠色需求分配的關(guān)鍵，該比較信息由多個(gè)設(shè)計(jì)人員評(píng)審獲得，計(jì)算出各綠色特征的相對(duì)重要度，為最終的HoQ決策規(guī)劃提供支持[15]。

2 優(yōu)化模型的建立

產(chǎn)品綠色性能優(yōu)化問題可形式化為一個(gè)多綠色特征值優(yōu)化問題。本文通過QFDE中質(zhì)量屋關(guān)系矩陣和自相關(guān)矩陣，建立用戶需求與產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)特征之間的函數(shù)關(guān)系，以用戶各項(xiàng)需求滿意度為優(yōu)化目標(biāo)，以綠色特征為決策變量，結(jié)合設(shè)計(jì)過程中的時(shí)間和成本約束條件，完成對(duì)產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)方案的規(guī)劃與決策。

2.1 目標(biāo)函數(shù)

在進(jìn)行質(zhì)量屋優(yōu)化決策時(shí)，以綠色性需求滿意度最大為目標(biāo)，即產(chǎn)品綠色特征與綠色性需求比值的綜合結(jié)果。綜合上述情況，建立優(yōu)化模型如下：

maxV(y1,y2,…,ym)

(2)

s.t.yi=fi(x1,x2,…,xn)

(3)

xj=gj(x1,x2,…xj-1,xj+1,…,xn)

(4)

Lj≤xj≤Mj

(5)

Rk(x1,x2,…,xn)≤bk

(6)

i=1,2,…,mj=1,2,…,n

式中，V為用戶需求滿意度函數(shù)；y1,y2,…,ym為質(zhì)量屋中的用戶綠色需求；x1,x2,…,xn為產(chǎn)品綠色特征(決策變量 )；fi為綠色需求與綠色特征之間的函數(shù)關(guān)系，體現(xiàn)在質(zhì)量屋的互相關(guān)矩陣中；gj為綠色特征之間的函數(shù)關(guān)系，體現(xiàn)在質(zhì)量屋的屋頂中；Rk為綠色特征的資源約束函數(shù)；bk為資源約束常數(shù)；Lj、Mj分別為綠色特征取值的上限和下限，上限可以根據(jù)相關(guān)環(huán)保法律法規(guī)來確定，下限由企業(yè)內(nèi)部自身技術(shù)條件來確定。

V(y1,y2,…,ym)是由m個(gè)用戶需求滿意度組成的多變量函數(shù)。本文假設(shè)綠色特征的相對(duì)改變量Δxj與用戶需求滿意度的改變量ΔVi(yi)成線性關(guān)系，則ΔVi(yi)可以表示為

(7)

式中，fij為綠色特征與用戶綠色性需求之間的相關(guān)系數(shù)。

由此，目標(biāo)函數(shù)可表示為

maxV(y1,y2,…,ym)=V0(y1,y2,…,ym)+

ΔV(y1,y2,…,ym)=V0(y1,y2,…,ym)+

(8)

式中，ωi為產(chǎn)品的第i項(xiàng)綠色性需求的重要度，可通過質(zhì)量屋獲得。

由于V0(y1,y2,…,ym)為當(dāng)前綠色特征值對(duì)應(yīng)的用戶需求滿意水平，因此是個(gè)常量，在進(jìn)行優(yōu)化求解過程中不予考慮，故目標(biāo)函數(shù)最終轉(zhuǎn)換為

(9)

2.2 時(shí)間約束

為了快速響應(yīng)市場(chǎng)，產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)過程需滿足一定的時(shí)間約束。產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是一個(gè)環(huán)節(jié)多且繁雜的過程，各綠色特征的變化可能會(huì)引起其他綠色特征的變動(dòng)，需要實(shí)施并行設(shè)計(jì)(稱為“并行綠色特征”)，而另一些綠色特征則需要串行設(shè)計(jì)。本研究不考慮綠色特征改變量所引起的時(shí)間變化，僅考慮其改變所消耗的時(shí)間?；谏鲜龇治?，設(shè)計(jì)時(shí)間約束表示為

(10)

式中，max(tjkzj)為k項(xiàng)并行綠色特征改變所消耗的最長(zhǎng)時(shí)間；tlp為第l項(xiàng)綠色特征改變所消耗的時(shí)間；tjk為第j項(xiàng)并行綠色特征改變所消耗的時(shí)間；T為設(shè)計(jì)研發(fā)周期 ；zj、zl為布爾變量。

需要說明的是，綠色特征的改善需對(duì)當(dāng)前技術(shù)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，所以tlp、tjk的確定應(yīng)根據(jù)技術(shù)創(chuàng)新過程中各階段所消耗的時(shí)間來計(jì)算，這些時(shí)間包括研發(fā)時(shí)間、決策時(shí)間和設(shè)備試制時(shí)間等，模型數(shù)學(xué)表達(dá)式為

(11)

(12)

式中，n=3；Tl1、Tj1為決策時(shí)間；Tl2、Tj2為研發(fā)時(shí)間；Tl3、Tj3為設(shè)備試制時(shí)間。

2.3 成本約束

產(chǎn)品的設(shè)計(jì)規(guī)劃過程伴隨著研發(fā)成本的變化，假如企業(yè)此次產(chǎn)品設(shè)計(jì)改進(jìn)的研發(fā)成本預(yù)算為B，則當(dāng)現(xiàn)用的綠色特征發(fā)生變化后，相應(yīng)的研發(fā)費(fèi)用也隨之變化?？紤]到定性與定量綠色特征間的差異性，以及當(dāng)前綠色特征值設(shè)計(jì)研發(fā)所對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)費(fèi)用，成本約束可表示為

(13)

(14)

zj∈{0,1}j=1,2，…,l

(15)

zjk∈{0,1}j=1,2，…,l

(16)

式中，dj為第j項(xiàng)綠色特征當(dāng)前研發(fā)所需基礎(chǔ)費(fèi)用；zj、zjk為0-1布爾變量；l為定性與定量特征總數(shù)；Jj為定性綠色特征等級(jí)數(shù)量；cpj為第j項(xiàng)定量綠色特征單位改變所需成本；cpjk為第j項(xiàng)定性綠色特征第k個(gè)等級(jí)所對(duì)應(yīng)的成本。

同樣，cpj、cpjk的確定應(yīng)根據(jù)技術(shù)創(chuàng)新過程中消耗的各項(xiàng)資源來計(jì)算，這些資源包括人力資源、信息資源、材料和設(shè)備資源等[16]，模型數(shù)學(xué)表達(dá)式為

(17)

其中，n=3；Mj1為決策成本；Mj2為研發(fā)成本；Mj3為設(shè)備試制成本。即

Mji=f(xj1,xj2,…,xjk)

(18)

式中，x1,x2,…,xk為折舊費(fèi)用、人員成本、設(shè)備費(fèi)用、材料費(fèi)用等。

(19)

(20)

最終便得到了滿足用戶綠色性需求的綠色產(chǎn)品配置優(yōu)化模型的一組最優(yōu)解。

3 案例分析

本文以某半自動(dòng)普通滾齒機(jī)為例，說明基于用戶綠色性需求的綠色產(chǎn)品的配置優(yōu)化過程，驗(yàn)證產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)化模型的可行性和有效性。機(jī)床作為制造機(jī)器的工作母機(jī)，普遍存在機(jī)床材料消耗大、能耗高、可靠性不高等問題，因此，以用戶綠色性需求為驅(qū)動(dòng)，開展針對(duì)用戶滿意度最大的機(jī)床產(chǎn)品決策優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，對(duì)提高企業(yè)的國際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有十分重要的意義[17]。

首先由設(shè)計(jì)人員根據(jù)銷售人員提供的用戶需求信息、市場(chǎng)調(diào)研結(jié)果以及各相關(guān)方技術(shù)信息建立產(chǎn)品綠色規(guī)劃質(zhì)量屋，在綠色規(guī)劃質(zhì)量屋中，分析處理獲取的需求信息，得到8項(xiàng)用戶綠色環(huán)保需求：穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)、低碳、節(jié)能、便于拆卸與裝配、便于回收、減少不可再生資源消耗和振動(dòng)噪聲低。對(duì)應(yīng)于這些綠色屬性的綠色特征項(xiàng)為鑄鐵材料含量(GF1)、整機(jī)重量(GF2)、模塊化程度(GF3)、噪聲(GF4)、日常維護(hù)(GF5)、振動(dòng)(GF6)、碳排放(GF7)、能耗(GF8)和材料回收性(GF9)，它們共同組成了產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案(表1)。質(zhì)量屋如圖4所示。其中，模塊化程度GF3、振動(dòng)性能GF6、材料回收性GF9以等級(jí)(1～5級(jí)，等級(jí)越高，程度越好)來衡量，是定性綠色特征，其余則為定量綠色特征；設(shè)計(jì)總時(shí)間約束為6個(gè)月，總成本約束為7.8萬元，質(zhì)量屋中用戶需求與相應(yīng)綠色特征改善之間的互相關(guān)關(guān)系以數(shù)字形式來表示。根據(jù)建立的質(zhì)量屋，結(jié)合前面提出的優(yōu)化模型，建立滾齒機(jī)床優(yōu)化模型。

表1 基于綠色特征的產(chǎn)品生命周期設(shè)計(jì)方案

建立機(jī)床質(zhì)量規(guī)劃屋，如圖4所示，分別求得用戶需求相對(duì)權(quán)重、綠色特征相對(duì)重要度及絕對(duì)重要度。根據(jù)式(9)可得優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為

maxz=-0.111 3Δx1+…+0.116 0Δx3+

…+0.039 4Δx9

根據(jù)綠色特征值的可行范圍，各綠色特征改善滿足以下條件：

-0.5z1≤Δx1≤0.5z1-0.5z2≤Δx2≤0.5z2
-0.5z4≤Δx4≤0.5z4-0.5z5≤Δx5≤0.5z5
-0.5z7≤Δx7≤0.5z7-0.5z8≤Δx8≤0.5z8
Δx1=(x1-0.78)/0.29 Δx2=(x2-2 400)/270
Δx4=(x4-83)/15.5 Δx5=(x5-500)/550
Δx7=(x7-2.1)/0.5 Δx8=(x8-138.4)/18.5

由于各綠色特征之間的自相關(guān)關(guān)系，其改善程度之間需滿足以下約束條件：

Δx1≤Δx2Δx5≤Δx4
Δx4+Δx5≤0 Δx5+Δx7≤0 Δx8≤Δx7

定性綠色特征約束為

x3=z31+2z32+3z33+4z34+5z35
x6=z61+2z62+3z63+4z64+5z65
x9=z91+2z92+3z93+4z94+5z95

時(shí)間約束為

max(2z1,1.8z2,2.3z3,1.5z4,0.9z5,1.5z7)+
1.0z6+1.2z8+1.2z9≤6

成本約束滿足：

C3=1.2z31+1.4z32+1.7z33+1.8z34+1.9z35
C6=2.4z61+1.8z62+1.5z63+1.2z64+0.8z65
C9=0.5z91+0.7z92+1.1z93+1.3z94+1.6z95

強(qiáng)正相關(guān)正相關(guān) 負(fù)相關(guān) 強(qiáng)負(fù)相關(guān)

滾齒機(jī)綠色質(zhì)量功能配置GF(綠色特征)生產(chǎn)制造使用維護(hù)廢棄處理用戶需求目標(biāo)層指標(biāo)層指標(biāo)權(quán)重鑄鐵含量整機(jī)重量模塊化程度噪聲日常維護(hù)振動(dòng)性能碳排放能耗材料回收性安全可靠性能穩(wěn)定性好0.030.15-0.10.4-0.15-0.15壽命長(zhǎng)0.056 1-0.050.20.4-0.1-0.05環(huán)保性能低碳0.152 0-0.15-0.35-0.1-0.5-0.4節(jié)能0.169 6-0.30.15-0.50.15-0.15-0.3-0.50.15便于拆卸與裝配0.029 4-0.050.50.05-0.150.1便于回收0.069 0-0.3-0.20.15?0.4減少不可再生資源消耗0.131 5-0.5-0.1-0.15-0.2-0.15振動(dòng)噪聲低0.092 4-0.10.1-0.50.3-0.5-0.05-0.4技術(shù)特征度量單位kg等級(jí)dBh/a等級(jí)kgJ等級(jí)技術(shù)特征當(dāng)前值78%2 40038350032.1138.44技術(shù)特征最大值81%2 520590.575052.8150.05技術(shù)特征最小值52%2 25017520011.6131.51技術(shù)特征絕對(duì)重要度-0.111 3-0.128 60.116 0-0.189 20.197 1-0.136 1-0.163 1-0.254 20.039 4技術(shù)特征相對(duì)重要度0.199 90.022 70.067 10.098 90.022 30.187 70.171 60.179 70.050 1

圖4 滾齒機(jī)綠色質(zhì)量功能配置

Fig.4 The quality planning house of hobbing machine

0.88|Δx1|+…0.45|Δx5|+…0.85|Δx8|+
C3+C6+C9≤7.8

布爾約束為

z31+z32+z33+z34+z35=1
z1,…,z3,z5,…,z9,z31,…,z35∈{0,1}

優(yōu)化模型中各綠色特征單位改善所需成本和時(shí)間的系數(shù)項(xiàng)由行業(yè)專家及產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)人員依據(jù)式(11)、式(12)、式(17)計(jì)算得到，具體如表2和表3所示，優(yōu)化求解結(jié)果如表4所示。

表2 定性綠色特征各等級(jí)對(duì)應(yīng)的費(fèi)用

表3 各綠色特征單位改善所需成本和時(shí)間的系數(shù)項(xiàng)

表4 綠色特征規(guī)劃的最優(yōu)改善結(jié)果

由配置優(yōu)化結(jié)果可知，綠色特征GF1、GF4、GF5、GF7和GF8應(yīng)該降低，GF3、GF6等級(jí)應(yīng)該上升，而GF2和GF9保持不變。GF2和GF9保持不變的原因是因?yàn)槠浠鶖?shù)比較大，而且改變對(duì)用戶綠色性需求滿意度影響不大。所以在要求成本與時(shí)間約束的情況下，可以對(duì)機(jī)床產(chǎn)品綠色特征GF1、GF3～GF8進(jìn)行不同程度的改善，如考慮采用礦物鑄件材料替代鑄鐵應(yīng)用于機(jī)床床身、基座、立柱等關(guān)鍵部位，既減少了鑄鐵材料的消耗，也提高了機(jī)床整體的減振性。具體綠色特征目標(biāo)值如表4所示。最終優(yōu)化結(jié)果可使用戶綠色性需求滿意度提高30.56%。

4 結(jié)語

在對(duì)產(chǎn)品生命周期各階段基本設(shè)計(jì)需求與綠色性需求分析的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于開發(fā)時(shí)間約束與成本約束下的以綠色性需求滿意度最大為目標(biāo)的優(yōu)化模型，在此基礎(chǔ)上，利用綠色質(zhì)量屋模型實(shí)現(xiàn)用戶需求與產(chǎn)品綠色特征之間的映射轉(zhuǎn)化，并對(duì)定性與定量綠色特征進(jìn)行量化分析。以綠色特征改變量為決策變量，用戶最大滿意度為優(yōu)化目標(biāo)，調(diào)整綠色特征改變量。在滿足產(chǎn)品質(zhì)量及成本的前提下，使產(chǎn)品的綠色性能最佳，既達(dá)到了用戶需求最大滿意度，又保證了產(chǎn)品的綠色性能，從而使產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)一步符合綠色設(shè)計(jì)的要求，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。以金屬切削機(jī)床為例，運(yùn)用提出的設(shè)計(jì)方法配置出用戶滿意度最大的設(shè)計(jì)方案。