張 雷， 方俊偉， 蘇 金， 蔡 闖， 趙云起

（1. 合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院， 安徽 合肥 230009； 2. 合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)電產(chǎn)品低碳循環(huán)利用技術(shù)與裝備安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 安徽 合肥 230009； 3. 同濟(jì)大學(xué) 鐵道與城市軌道交通研究院， 上海 201804）

21世紀(jì)以來，針對(duì)環(huán)境污染和氣候變暖這一緊迫問題，世界各國紛紛推出了嚴(yán)格的環(huán)保法律法規(guī)，如歐盟在電子電氣設(shè)備中限制使用某些有害物質(zhì)的指令、美國的清潔空氣法案等[1]。與此同時(shí)，各國政府開始引導(dǎo)企業(yè)向綠色可持續(xù)發(fā)展轉(zhuǎn)型并鼓勵(lì)民眾購買綠色產(chǎn)品。因此，尋求一種方便、快捷的方法來協(xié)助企業(yè)開發(fā)綠色產(chǎn)品變得刻不容緩。產(chǎn)品的制造及使用是影響全球可持續(xù)性發(fā)展的重要因素之一[2]。在現(xiàn)代產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中，概念設(shè)計(jì)階段可識(shí)別、發(fā)現(xiàn)和解決環(huán)境污染問題，被視作實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品綠色性的關(guān)鍵階段[3]。同時(shí)，相較于產(chǎn)品中后期的詳細(xì)設(shè)計(jì)，概念設(shè)計(jì)階段具有較低的成本和更高的設(shè)計(jì)自由度[4]。相關(guān)研究表明，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)前期構(gòu)建合適的理論模型可為其中后期的詳細(xì)設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)及降低開發(fā)成本[5]?，F(xiàn)階段，各國學(xué)者已提出大量可支持產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)方案生成的理論模型。

2004年，Gero等[6]首次提出了功能—行為—結(jié)構(gòu)（function-behavior-structure, FBS）模型。FBS模型以產(chǎn)品的功能為起點(diǎn)，通過逐層映射的方式來實(shí)現(xiàn)從功能到行為再到結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。但隨著時(shí)代的進(jìn)步與科技的發(fā)展，傳統(tǒng)的FBS模型已無法滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求的多樣性與復(fù)雜性。為了應(yīng)對(duì)上述問題，許多學(xué)者相繼提出了大量改進(jìn)的FBS模型。如約束—功能—行為—結(jié)構(gòu)（constraint-function-behavior-structure, CFBS）知識(shí)表示模型[7]、需求—功能—行為—結(jié)構(gòu)—進(jìn)化（requirement-function-behavior-structure-evolution,RFBSE）知識(shí)表示模型[8]、擴(kuò)展效應(yīng)驅(qū)動(dòng)的FBS（FBS driven by extended effect, EE-FBS）模型[9]、功能—行為—屬性—結(jié)構(gòu)（function-behavior-attributestructure, FBAS）方案模型[10]、功能—原理—行為—結(jié)構(gòu)（function-principle-behavior-structure, FPBS）模型[11]、功能微知識(shí)單元表示模型[12]和功能流模型[13]等。這些改進(jìn)的FBS模型雖然可以滿足產(chǎn)品的設(shè)計(jì)需求和功能要求，但缺乏對(duì)產(chǎn)品綠色屬性的考量，無法有效地生成和表達(dá)產(chǎn)品的綠色概念設(shè)計(jì)方案。

為了將綠色設(shè)計(jì)信息納入產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的建模過程，許多學(xué)者陸續(xù)提出了不同的綠色設(shè)計(jì)模型。付巖等[2]提出了一種功能—結(jié)構(gòu)—材料—工藝（function-structure-materials-process, FSMP）綠色設(shè)計(jì)模型，該模型可有效指導(dǎo)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程并實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好型設(shè)計(jì)。張雷等[14]建立了產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)知識(shí)的多域多級(jí)迭代過程模型，并通過對(duì)綠色設(shè)計(jì)單元進(jìn)行分類處理來優(yōu)選最佳的綠色設(shè)計(jì)方案。Umeda等[15]提出了一種基于功能—行為—狀態(tài)映射模型的可升級(jí)的產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)方法，用于延長產(chǎn)品壽命及降低產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的影響。蘇開遠(yuǎn)等[16]基于Petri 網(wǎng)構(gòu)建了功能—結(jié)構(gòu)映射模型，并結(jié)合TRⅠZ（Teoriya Resheniya Ⅰzobreatatelskikh Zadatch，發(fā)明問題解決理論）實(shí)現(xiàn)了拆卸設(shè)備綠色設(shè)計(jì)方案的生成。Wu等[17]提出了一種基于約束—特征—需求映射模型的綠色設(shè)計(jì)方法，該方法能夠提高智能制造裝備的設(shè)計(jì)效率以及降低其能耗。上述綠色設(shè)計(jì)模型均以FBS 模型為基礎(chǔ)，可滿足產(chǎn)品的綠色設(shè)計(jì)建模。但是，綠色設(shè)計(jì)信息相對(duì)復(fù)雜且難以直接獲取，這會(huì)使產(chǎn)品的綠色設(shè)計(jì)建模過程變得相對(duì)復(fù)雜。

針對(duì)上述問題，筆者提出了一種基于功能—結(jié)構(gòu)—客戶和環(huán)境需求（function-structure-requirements of customer and environment, FSRce）模型的機(jī)電產(chǎn)品綠色概念設(shè)計(jì)方案生成方法，并以某小型工業(yè)吹風(fēng)機(jī)為例來驗(yàn)證該方法的可行性和有效性，旨在為實(shí)現(xiàn)機(jī)電產(chǎn)品綠色概念設(shè)計(jì)方案的生成提供新思路。

1 基于FSRce 模型的機(jī)電產(chǎn)品綠色概念設(shè)計(jì)方案生成流程

本文提出的基于FSRce模型的機(jī)電產(chǎn)品綠色概念設(shè)計(jì)方案生成流程如圖1所示。首先，以現(xiàn)有機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案為模板，結(jié)合案例庫、與或樹、客戶和環(huán)境需求以及FBS模型來構(gòu)建基于FSRce模型的產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)空間。然后，使用加權(quán)區(qū)間粗糙數(shù)法和模糊質(zhì)量功能展開（fuzzy quality function deployment, FQFD）將客戶和環(huán)境需求重要度向需求相對(duì)重要度、產(chǎn)品工程特性權(quán)重依次轉(zhuǎn)化；同時(shí)，利用物元理論構(gòu)建基于工程特性的產(chǎn)品物元域和產(chǎn)品各結(jié)構(gòu)的物元集，并結(jié)合工程特性權(quán)重計(jì)算得到各結(jié)構(gòu)的滿意度分值。最后，通過比較滿意度優(yōu)選出滿足客戶和環(huán)境需求的產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)方案。

圖1 基于FSRce模型的機(jī)電產(chǎn)品綠色概念設(shè)計(jì)方案生成流程Fig.1 Generation flow of green conceptual design scheme of electromechanical products based on FSRce model

1.1 基于FSRce模型的產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)空間構(gòu)建

以現(xiàn)有機(jī)電產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)方案為基礎(chǔ)，從案例庫中選取合適的功能和結(jié)構(gòu)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)樹中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)展，并通過功能分解、結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)以及“與”“或”關(guān)系的標(biāo)識(shí)來實(shí)現(xiàn)概念設(shè)計(jì)空間中功能層與結(jié)構(gòu)層的構(gòu)建。然后，使用數(shù)據(jù)挖掘、專家打分等方法獲取產(chǎn)品的客戶和環(huán)境需求的相關(guān)信息，構(gòu)建產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)空間的需求層。所構(gòu)建的基于FSRce模型的機(jī)電產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)空間如圖2所示，其可為機(jī)電產(chǎn)品綠色概念設(shè)計(jì)方案的生成提供理論支撐。

圖2 基于FSRce模型的機(jī)電產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)空間Fig.2 Conceptual design space of electromechanical products based on FSRce model

在機(jī)電產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)空間中，節(jié)點(diǎn)與其子節(jié)點(diǎn)之間采用“與”“或”關(guān)系進(jìn)行連接。如圖2 所示，功能F1通過“與”關(guān)系分解到子功能f1和f2，表明只有同時(shí)具備子功能f1和f2時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)功能F1。子功能f1通過“或”關(guān)系分解到結(jié)構(gòu)S1和S2，表明具備任意一個(gè)結(jié)構(gòu)S1或S2即可實(shí)現(xiàn)子功能f1。

1.2 客戶和環(huán)境需求重要度向產(chǎn)品工程特性權(quán)重的轉(zhuǎn)化

在優(yōu)化機(jī)電產(chǎn)品的性能和做決策時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮重要的客戶和環(huán)境需求，故須對(duì)客戶和環(huán)境需求進(jìn)行重要度排序，以確定要優(yōu)先滿足的需求。但是，客戶和環(huán)境需求不能直接指導(dǎo)機(jī)電產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)方案的生成，須將其轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品工程特性權(quán)重來間接輔助設(shè)計(jì)人員完成產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)。本文采用加權(quán)區(qū)間粗糙數(shù)法和FQFD 來實(shí)現(xiàn)客戶和環(huán)境需求重要度向產(chǎn)品工程特性權(quán)重的轉(zhuǎn)化。

1）客戶和環(huán)境需求重要度的分析。

客戶和環(huán)境需求通常是模糊且動(dòng)態(tài)變化的[18]，故需求重要度不是一個(gè)具體的分值，而是一個(gè)模糊的區(qū)間。為此，采用加權(quán)區(qū)間粗糙數(shù)法來確定產(chǎn)品的客戶和環(huán)境需求的相對(duì)重要度[19-21]。

假設(shè)有k個(gè)需求（包括客戶需求和環(huán)境需求），即R={R1,R2, … ,Rk}。任意需求均含h個(gè)類，采用粗糙區(qū)間來表示每個(gè)類對(duì)需求的重要程度，即[lij,uij]（1≤i≤k，1≤j≤h），表示第j個(gè)類對(duì)第i個(gè)需求的重要度模糊區(qū)間，其中l(wèi)ij表示模糊區(qū)間下界，uij表示模糊區(qū)間上界。由此可得，第i個(gè)需求所有類的下界集合TLi={li1,li2, …,lih}，上界集合TUi={ui1,ui2, …,uih}。

定義YL為TLi中的任意元素，YU為TUi中的任意元素，∪{}YL∈TLi|YL≤lij為TLi中所有小于等于lij的元素之和，∪{}YL∈TLi|YL≥lij為TLi中所有大于等于lij的元素之和。同時(shí)，定義下界lij的近似區(qū)間為[lLij,lUij]，其中l(wèi)Lij和lUij的表達(dá)式分別為：

式中：ML為TLi中所有小于等于lij的元素個(gè)數(shù)，MU為TLi中所有大于等于lij的元素個(gè)數(shù)。

同理，上界uij的近似區(qū)間為[uLij,uUij]，其中uLij和uUij的表達(dá)式分別為：

式中：NL為TUi中所有小于等于uij的元素個(gè)數(shù)，NU為TUi中所有大于等于uij的元素個(gè)數(shù)。

對(duì)每個(gè)客戶和環(huán)境需求中的h個(gè)類均分配一個(gè)對(duì)應(yīng)的權(quán)重，則有α=(α1,α2, …,αh)，且，其中αj表示某一需求中第j個(gè)類的權(quán)重。

根據(jù)客戶和環(huán)境需求的重要度及其每個(gè)類對(duì)應(yīng)的權(quán)重，計(jì)算得到需求相對(duì)重要度。定義第i個(gè)需求的相對(duì)重要度的下界區(qū)間為[PLi,PUi]，其中PLi和PUi的表達(dá)式分別為：

同理，定義第i個(gè)需求的相對(duì)重要度的上界區(qū)間為[QLi,QUi]，其中QLi和QUi的表達(dá)式分別為：

聯(lián)立式(5)至式(7)，計(jì)算第i個(gè)需求的相對(duì)重要度λi：

其中：

2）需求相對(duì)重要度向產(chǎn)品工程特性權(quán)重的轉(zhuǎn)化。

FQFD結(jié)合了模糊理論與QFD方法，解決了傳統(tǒng)QFD中權(quán)重分配具有主觀性、缺乏定量化指標(biāo)和忽略因素相互關(guān)系等問題[22-23]。本文采用FQFD將客戶和環(huán)境需求相對(duì)重要度轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品工程特性權(quán)重。

假設(shè)某產(chǎn)品具有n個(gè)工程特性，即C={C1,C2, …,Cn}。構(gòu)建k個(gè)客戶和環(huán)境需求與n個(gè)工程特性的質(zhì)量屋，采用三角模糊數(shù)Uit表示第i個(gè)需求與第t項(xiàng)工程特性之間的模糊相關(guān)性，Uit=(xit,yit,zit)，1 ≤i≤k，1≤t≤n。本文中三角模糊數(shù)與相關(guān)性語義變量之間的關(guān)系如表1所示。

表1 三角模糊數(shù)與相關(guān)性語言變量的關(guān)系Table 1 Relationship between triangular fuzzy numbers and relativity language variables

通過客戶和環(huán)境需求與工程特性的質(zhì)量屋模糊關(guān)系矩陣，結(jié)合客戶和環(huán)境需求相對(duì)重要度，計(jì)算得到任意一項(xiàng)工程特性的模糊權(quán)重，并通過去模糊化計(jì)算得到工程特性權(quán)重W=(w1,w2, …,wn)的準(zhǔn)確值，去模糊化公式如下：

式中：wt為第t項(xiàng)產(chǎn)品工程特性權(quán)重。

在機(jī)電產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注權(quán)重大的工程特性，有利于提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的成功率和用戶滿意度。

1.3 產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)方案的生成

針對(duì)基于工程特性的機(jī)電產(chǎn)品相關(guān)信息規(guī)范表達(dá)問題，引入物元理論[24]。首先，確定基于工程特性的產(chǎn)品物元域，其表達(dá)式如下：

其中:

式中：E為產(chǎn)品物元域；S為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的集合，假設(shè)產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)空間中含g個(gè)結(jié)構(gòu)， 則S={S1,S2, …,Sg}；V為基于工程特性的產(chǎn)品相關(guān)參數(shù)規(guī)范區(qū)間的集合，其中Vt為第t項(xiàng)工程特性對(duì)應(yīng)的規(guī)范區(qū)間。

然后，構(gòu)建基于工程特性的機(jī)電產(chǎn)品結(jié)構(gòu)物元集，可表示為：

式中：Ma為產(chǎn)品第a個(gè)結(jié)構(gòu)的物元集，Sa為產(chǎn)品第a個(gè)結(jié)構(gòu)的子結(jié)構(gòu)集合，da為基于工程特性的第a個(gè)結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)集合。

接著，將產(chǎn)品物元域中的每一項(xiàng)工程特性相對(duì)應(yīng)的規(guī)范區(qū)間Vt劃分為6個(gè)層次，每個(gè)層次對(duì)應(yīng)一個(gè)分值qat（qat∈{0, 1, 3, 5, 7, 9}），其中：0表示該結(jié)構(gòu)與此項(xiàng)工程特性不相關(guān)，其余5個(gè)分值表示結(jié)構(gòu)與工程特性的相關(guān)程度依次遞增。產(chǎn)品物元域中第t項(xiàng)工程特性的層次域值pt可表示為：

最后，將基于工程特性的產(chǎn)品某一具體結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)與產(chǎn)品物元域中對(duì)應(yīng)的規(guī)范區(qū)間進(jìn)行層次匹配，獲得相應(yīng)的分值qat，再將結(jié)構(gòu)各工程特性的分值與對(duì)應(yīng)的工程特性權(quán)重相乘并累加，即可得到該結(jié)構(gòu)的滿意度分值：

式中：ea為產(chǎn)品第a個(gè)結(jié)構(gòu)的滿意度分值。

通過比較相同功能下不同結(jié)構(gòu)的滿意度分值，選出該功能下滿意度最高的結(jié)構(gòu)，即可生成最符合客戶和環(huán)境需求的機(jī)電產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)方案。

2 實(shí)例應(yīng)用

本文選取某款小型工業(yè)吹風(fēng)機(jī)為研究對(duì)象，以驗(yàn)證所提出的基于FSRce模型的機(jī)電產(chǎn)品綠色概念設(shè)計(jì)方案生成方法的有效性。該款吹風(fēng)機(jī)主要有吹風(fēng)、加熱、傳導(dǎo)、握持四大功能，每個(gè)功能通過“與”“或”關(guān)系關(guān)聯(lián)相關(guān)的子功能和結(jié)構(gòu)。該款吹風(fēng)機(jī)的原始概念設(shè)計(jì)方案如圖3 所示。圖中：PVC表示聚氯乙烯（polyvinyl chloride）；PC表示聚碳酸酯（polycarbonate）。

圖3 吹風(fēng)機(jī)的原始概念設(shè)計(jì)方案Fig.3 Original conceptual design scheme of blower

以圖3所示的吹風(fēng)機(jī)原始概念設(shè)計(jì)方案為模板，在案例庫中選取合適的功能和結(jié)構(gòu)對(duì)其設(shè)計(jì)樹節(jié)點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)展，以構(gòu)建概念設(shè)計(jì)空間的功能層與結(jié)構(gòu)層。同時(shí)，通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)獲取用戶評(píng)論中的客戶需求信息、通過向廠家發(fā)放問卷獲取廠家需求信息以及通過專家打分獲取環(huán)境需求信息，以構(gòu)建吹風(fēng)機(jī)概念設(shè)計(jì)空間的需求層并確定各需求的相對(duì)重要度，如表2 所示。所構(gòu)建的基于FSRce 模型的吹風(fēng)機(jī)概念設(shè)計(jì)空間如圖4 所示。圖中：PTC 表示正溫度系數(shù)（positive temperature coefficient）；ABS 表示丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（acrylonitrile butadiene styrene）。

表2 吹風(fēng)機(jī)的客戶和環(huán)境需求及對(duì)應(yīng)重要度Table 2 Customer and environment requirements and corresponding importance of blower

圖4 基于FSRce模型的吹風(fēng)機(jī)概念設(shè)計(jì)空間Fig.4 Conceptual design space of blower based on FSRce model

然后，利用式(1)至式(4)計(jì)算客戶和環(huán)境需求重要度的下界和上界近似區(qū)間，分別如表3 與表4所示。

表3 吹風(fēng)機(jī)客戶和環(huán)境需求重要度的下界近似區(qū)間Table 3 Approximate intervals of lower bounds for importance of customer and environment requirements of blower

表4 吹風(fēng)機(jī)客戶和環(huán)境需求重要度的上界近似區(qū)間Table 4 Approximate intervals of upper bounds for importance of customer and environment requirements of blower

接著，基于所得到的客戶和環(huán)境需求重要度的上、下界近似區(qū)間，給定客戶、廠家和環(huán)境三者的權(quán)重分別為0.5，0.3，0.2，利用式(5)至式(8)計(jì)算得到客戶和環(huán)境需求相對(duì)重要度的上、下界區(qū)間，結(jié)果如表5所示。

表5 吹風(fēng)機(jī)客戶和環(huán)境需求相對(duì)重要度的邊界區(qū)間Table 5 Relative importance boundary interval for customer and environment requirements of blower

最后，利用式(9)計(jì)算得到吹風(fēng)機(jī)的每個(gè)客戶和環(huán)境需求的相對(duì)重要度，并對(duì)相對(duì)重要度進(jìn)行歸一化處理，結(jié)果如表6所示。

基于吹風(fēng)機(jī)各客戶和環(huán)境需求的相對(duì)重要度，將需求向工程特性（氣流量、氣流溫度、質(zhì)量、硬度、壽命、噪聲、能源消耗量和碳排放量）進(jìn)行映射，并標(biāo)明兩者之間的相關(guān)性，結(jié)果如表7 所示。隨后，結(jié)合各客戶和環(huán)境需求相對(duì)重要度的歸一化值，通過去模糊化得到吹風(fēng)機(jī)各工程特性的權(quán)重W=(0.243, 0.225, 0.127, 0.166, 0.229, 0.116, 0.237,0.208)。

表7 吹風(fēng)機(jī)的客戶和環(huán)境需求與工程特性的相關(guān)性Table 7 Relativity between customer and environment requirements and engineering characteristics of blower

根據(jù)表7，確定基于工程特性的吹風(fēng)機(jī)物元域，結(jié)果如表8所示（能源消耗量和碳排放量以每小時(shí)計(jì)）。表中：“/”表示不相關(guān)，“△”表示數(shù)值較小，可忽略不計(jì)，“□”表示數(shù)值較大，可忽略不計(jì)。

表8 基于工程特性的吹風(fēng)機(jī)物元域Table 8 Matter-element domain of blower based on engineering characteristics

根據(jù)圖4，確定基于工程特性的吹風(fēng)機(jī)各結(jié)構(gòu)的物元集，結(jié)果如表9所示。表中：能源消耗量如“540|0.65”和碳排放量如“350|0.43”分別表示全生命周期內(nèi)電機(jī)的能源消耗量和碳排放量分別為540 kW·h、350 kg CO2，每小時(shí)的能源消耗量和碳排放量分別為0.65 kW·h、0.43 kg CO2。由于發(fā)熱體的壽命大于吹風(fēng)機(jī)其他結(jié)構(gòu)的正常壽命，故在計(jì)算加熱體的能源消耗量和氣體排放量時(shí)，均以工作700 h計(jì)算。

表9 基于工程特性的吹風(fēng)機(jī)各結(jié)構(gòu)的物元集Table 9 Matter-element set of each structure of blower based on engineering characteristics

結(jié)合表8 和表9 所示的吹風(fēng)機(jī)物元域和各結(jié)構(gòu)物元集以及式(13)和式(14)，得到吹風(fēng)機(jī)每個(gè)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的工程特性層次分值，同時(shí)根據(jù)吹風(fēng)機(jī)各工程特性權(quán)重W=(0.243, 0.225, 0.127, 0.166, 0.229, 0.116,0.237, 0.208)，計(jì)算吹風(fēng)機(jī)各結(jié)構(gòu)的滿意度分值，結(jié)果如圖10所示。其中：能源消耗量與碳排放量均是比較單位時(shí)間（1 h）內(nèi)的數(shù)值。

根據(jù)表10結(jié)果，選取吹風(fēng)機(jī)每一功能下滿意度分值最大的結(jié)構(gòu)，即可得到最符合客戶和環(huán)境需求的吹風(fēng)機(jī)概念設(shè)計(jì)方案，如圖5所示。對(duì)比吹風(fēng)機(jī)的原始和優(yōu)化概念設(shè)計(jì)方案，結(jié)果如圖6所示。結(jié)合表9、表10 以及圖6 可知，與原始概念設(shè)計(jì)方案相比，在全生命周期內(nèi)，優(yōu)化后的吹風(fēng)機(jī)在能源消耗、碳排放和滿意度方面均有改善：在能源消耗上降低了15.38%，在碳排放上降低了15.32%，在滿意度上提高了44.66%。

表10 基于工程特性的吹風(fēng)機(jī)各結(jié)構(gòu)的滿意度分值Table 10 Satisfaction scores of each structure of blower based on engineering characteristics

圖5 吹風(fēng)機(jī)的優(yōu)化概念設(shè)計(jì)方案Fig.5 Optimized conceptual design scheme of blower

圖6 吹風(fēng)機(jī)的原始和優(yōu)化概念設(shè)計(jì)方案對(duì)比Fig.6 Comparison of original and optimized conceptual design schemes for blower

3 結(jié) 論

針對(duì)基于傳統(tǒng)FBS模型生成的產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)方案未綜合考慮產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)信息的問題，本文提出了一種基于FSRce模型的機(jī)電產(chǎn)品綠色概念設(shè)計(jì)方案生成方法。該方法綜合考慮了機(jī)電產(chǎn)品的功能、結(jié)構(gòu)、工程特性以及客戶和環(huán)境需求等設(shè)計(jì)信息，并通過加權(quán)區(qū)間粗糙數(shù)法、FQFD 和物元理論三種方法的結(jié)合使用，在一定程度上避免了由專家打分造成的主觀性問題，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電產(chǎn)品綠色概念設(shè)計(jì)方案的生成。

但是，本文所提出的綠色概念設(shè)計(jì)方案生成方法仍存在一些缺點(diǎn)，須進(jìn)一步研究，如：加權(quán)區(qū)間粗糙數(shù)法、FQFD和物元理論的結(jié)合使用相對(duì)復(fù)雜。如何借助軟件將復(fù)雜的計(jì)算進(jìn)行封裝，以實(shí)現(xiàn)用戶只需通過簡單輸入即可自動(dòng)生成概念設(shè)計(jì)方案是未來的研究重點(diǎn)。此外，未來也將專注于解決產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)過程中數(shù)據(jù)不確定性和綠色性能敏感性問題，以在最大程度上實(shí)現(xiàn)綠色概念設(shè)計(jì)方案的準(zhǔn)確表達(dá)。