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面向绿色设计的产品需求分析与处理 摘要 绿色设计是消除绿色贸易壁垒，提高企业自身竞争力的有效途径，同 时也是解决生态环境及资源短缺问题，实现可持续发展的必然选择。以往 的设计经验表明，绿色设计方法只有与现有成熟的设计方法有效融合，才 能真正为设计者掌握和利用，发挥应有的作用。客户需求的分析与处理是 产品设计过程中的关键环节之一。近年来产品环境性能方面的需求逐渐得 到广大客户的重视，因此将绿色设计思想与产品需求分析与处理方法相结 合，开展面向绿色设计的产品需求分析与处理显得十分必要。 本文通过对面向绿色设计的产品需求分析与处理基本理论和方法的 研究，确定面向绿色设计的产品需求分析与处理的基本思路和具体实施步 骤；在分析绿色产品客户需求特点的基础上，研究了绿色产品客户需求获 取技术；采用模糊层次分析法建立模糊一致判断矩阵来确定产品环境需求 重要度，给出了产品绿色设计要求层次结构，并基于质量屋实现了产品环 境需求向产品绿色设计要求的转化；以客户对产品环境需求的满意程度最 优为目标，建立了优化数学模型，并给出了相应的求解算法；采用t r i z 方法进行产品绿色设计要求的冲突消解。最后，以洗碗机产品的产品环境 需求分析与处理为例，对该方法进行了验证。 关键词：绿色设计客户需求需求模板冲突消解 3 p r o d u c tr e q u i r e m e n t sa n a l y s i n ga n d p r o c e s s i n go r i e n t e dg r e e nd e s i g n a b s t r a c t g r e e nd e s i g ni st h ee f f e c t i v e l ya p p r o a c ht oc l e a ru pt h eg r e e nt r a d eb a r r i e ra n d e n h a n c ec o m p e t i t i v e n e s so fe n t e r p r i s e f u r t h e rm o r e ，g r e e nd e s i g ni st h ei n e v i t a b l e c h o i c et os o l v et h ep r o b l e mo fe n v i r o n m e n ta n dr e s o u r c es h o r t a g ea n dc o n f o r mt ot h e s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t g r e e nd e s i g nm e t h o d ，o n l yc o m b i n e dw i t he x i s t i n gm a t u r e d e s i g nm e t h o d ，c a nb ep o w e r e db yd e s i g n e ra n dw o r kw e l l a n a l y s i n ga n dp r o c e s s i n g c u s t o m e rr e q u i r e m e n t si so n eo fk e yp r o c e d u r e si ng r e e n d e s i g n t h ec u s t o m e r s g r a d u a l l yp a ya t t e n t i o nt op r o d u c te n v i r o n m e n tp e r f o r m a n c ei nr e c e n ty e a r s ，t h e r e f o r e ， i n t e g r a t i n gt h et h o u g h to fg r e e nd e s i g ni n t ot h ea n a l y s i n ga n dp r o c e s s i n g c u s t o m e rr e q u i r e m e n t s ，i ti sn e c e s s a r yt os t u d yt h ea n a l y s i n ga n dp r o c e s s i n gc u s t o m e r r e q u i r e m e n to r i e n t e dg r e e nd e s i g n t h eb a s i ct h e o r ya n dm e t h o d so f p r o d u c tr e q u i r e m e n t sa n a l y s i n ga n dp r o c e s s i n g o r i e n t e dg r e e nd e s i g na r e r e s e a r c h e d ，t h ei m p l e m e n t a t i o np r o c e s so fp r o d u c t r e q u i r e m e n t sa n a l y s i n ga n dp r o c e s s i n go r i e n t e dg r e e nd e s i g ni si d e n t i f i e d ；o nt h e b a s i so ft h e a n a l y s i s o fc h a r a c t e r i s t i c so fc u s t o m e rr e q u i r e m e n t sf o r g r e e n p r o d u c t s ，t h eg a i nt e c h n o l o g i e so fg r e e nc u s t o m e rr e q u i r e m e n t sf o rg r e e np r o d u c t sa re s t u d i e d ；s e t t i n gu paf u z z yc o n s i s t e n tm a t r i x ，t h ef u z z ya n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ( f a h p ) m e t h o di se m p l o y e dt oi d e n t i f yt h ei m p o r t a n tl e v e l so fp r o d u c te n v i r o n m e n t r e q u i r e m e n t s ah i e r a r c h i c a lf r a m e w o r ko fd e s i g nr e q u i r e m e n t so ft h eg r e e np r o d u c t i sg i v e n p r o d u c te n v i r o n m e n tr e q u i r e m e n t sa r em a p p e dt od e s i g nr e q u i r e m e n t so f g r e e np r o d u c t sb a s e do nh o u s eo fq u a l i t y ( h o q ) t a r g e t i n go nt h eo p t i m i z e d s a t i s f a c t i o no fp r o d u c te n v i r o n m e n tr e q u i r e m e n t sf r o mc u s t o m e r s ，a n o p t i m i z e d m a t h e m a t i cm o d e li se s t a b l i s h e da n dt h ec o r r e s p o n d i n ga l g o r i t h mi s g i v e n d e s i g n r e q u i r e m e n tc o n f l i c t so fg r e e np r o d u c t sa r ee l i m i n a t e db yt r i z f i n a l l y , t h e a n a l y z i n ga n dp r o c e s s i n go fp r o d u c te n v i r o n m e n tr e q u i r e m e n t so fad i s h w a s h e ri s e x e m p l i f i e dt ov a l i d a t et h em e t h o d k e yw o r d s ：g r e e nd e s i g n ，c u s t o m e rr e q u i r e m e n t ，p r o d u c te n v i r o n m e n tr e q u i r e m e n t s ， e l i m i n a t ec o n f l i c t 4 插图清单 图1 1 面向绿色设计的产品需求分析与处理流程1 l 图1 2 论文组织结构图1 2 图2 1 客户需求的k a n o 模型15 图2 2 绿色产品客户需求的获取流程一17 图2 3 需求采集示意图18 图2 4 客户需求分解的基本过程。2 0 图2 5 产品环境因素提取过程。2 1 图2 6 客户需求模板的作用2 2 图3 1a s i 瀑布式展开模型2 9 图3 2 质量屋模型2 9 图3 3q f d e 之h o q 结构图31 图3 4 产品绿色设计要求层次结构3 3 图3 5 绿色产品客户需求转化的改进质量屋结构3 5 图3 - 6 基于改进q f d e 的绿色产品客户需求转化过程产品3 5 图4 1 绿色产品客户需求处理流程4 0 图4 2 产品绿色设计要求优选过程4 0 图4 3t r i z 理论系统框图4 3 图4 4 产品绿色设计要求与具体特性对应关系。4 5 图4 5 基于t r i z 产品绿色设计要求之间的冲突消解流程4 7 图5 1 洗碗机产品的客户需求分解结构图5 1 图5 2 洗碗机产品的环境需求提取结构图5 3 表格清单 表2 一l 复杂客户需求分解示例2 l 表2 2 需求信息模板2 3 表2 3 面向产品生命周期的绿色产品客户需求模板2 3 表3 1 元素两两比较的0 1 - - - 0 9 标度的含义2 7 表3 2 产品环境需求之间的模糊一致化判断矩阵2 7 表3 3q f d e 下产品环境需求规范性描述3 2 表3 4 产品环境需求与产品绿色设计要求的关系矩阵r 3 6 表4 1 矛盾矩阵表简图4 4 表4 2 产品绿色设计要求与工程特性参数对应表4 6 表4 3t r i z 工程特性参数对照表4 7 表4 4t r i z 创新原则对照表4 8 表5 1 洗碗机客户需求分解表5 0 表5 2 洗碗机常规需求与环境需求的相关矩阵5 1 表5 3 洗碗机产品环境需求的优先关系矩阵f 5 3 表5 4 洗碗机产品环境需求的模糊一致性矩阵矿5 4 表5 5 产品环境需求与产品绿色设计要求关联矩阵b 5 5 表5 - 6 产品环境需求与产品绿色设计要求关系矩阵r 5 5 表5 7 洗碗机产品绿色设计要求目标值的确定。5 6 表5 8 材料类产品绿色设计要求目标值5 7 表5 - 9t r i z 工程特性参数及创新原理6 0 表5 1 0 洗碗机产品绿色设计要求冲突消解过程6 0 9 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究t 作及取得的研究成果。据 我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得 金鲤工些态堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同- t 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名： 签字日期：2 。7 年叶月2 e l 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金目曼些厶堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权地 工些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 、 学位论文作者签名： 移嘞 签字日期：p j 7 年l f 月叫日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 2 导师签名： 签字日期：o 电话： 邮编： 月z 日 致谢 本论文是在导师刘光复教授的悉心指导下完成的，从入学以来研究方 向的确定到论文的撰写、修改、定稿整个过程都凝聚这导师大量的心血。 导师个人渊博的知识、开拓的视野、以及在学术上严谨的态度、科研上无 私奉献的精神和工作上勤奋务实的作风一直是我学习的榜样。导师的谆谆 教导和生活上对我的关心与帮助我将永远铭记，再次谨向导师致以崇高的 敬意与诚挚的感谢! 衷心地感谢绿色设计与制造研究所的刘志峰教授、宋守许副教授、朱 家诚教授和黄海鸿老师，三年来各位老师在学习与牛活上给了我很大的帮 助；特别感谢张雷老师，张老师在这三年中对我学习上倾注了大量心血， 在生活上给了我兄长般的关心与帮助，对本文的选题及撰写进行了深入细 致的指导，在此表示衷心的谢意。 感谢仲容楠、杨德军、陈志军、孙博、杨明、郭卫、湛阳等硕士在生 活和学业上给予我的支持与帮助，感谢他们在本人科研和完成此文的过程 中所提供的支持和宝贵意见。 感谢己毕业的李冰冰等硕士在生活和学习上给予我的支持和帮助。 感谢我的家人。感谢父母对我的养育之恩，没有他们默默的付出与全 力的支持，我不就可能顺利完成学业。我将用更大的努力来回报所有关爱 我的亲人。 最后，向所有给予我关心和帮助的老师、同学和亲友致以深深的谢意 和美好的祝福。 5 鲍宏 2 0 0 9 年4 月 第一章绪论 1 1 绿色设计概述 在过去几十年里，人们把主要关注点放在了人类自身短期的需要、以及产 品本身的功能、性能方面的需求上，而这一段时期正是人类活动能力与生产力 空前强大的时期，人类在发展经济的同时，对自然资源肆意开发，对环境 进行了无偿利用，再加上几百年来的工业发展过程中产生的累积影响，牛产 活动所消耗的资源远远超过了工业化之前三千年消耗资源的总和，造成的自然 生态破坏和环境污染也远远超过了大自然自身的净化与恢复能力，打破了农耕 时代“收支平衡”的良性循环状态，并严重威胁到人类的生存与发展。近年来相 继出现的温室效应、大气臭氧层破坏、酸雨污染、有毒化学物质扩散、人口爆 炸、水资源短缺和污染、土壤侵蚀、森林锐减、土地沙漠化、生物多样性锐减 等各种全球性生态问题，耗费了人类大量的财富，对人类生产力的进一步发展 产生了很大的制约；产品使用寿命越来越短( 并非产品丧失了原有的功能，而 是消费者选择了更新、更好的产品) ，废弃后又不能有效地回收利用，造成数量 越来越多的废弃物；而资源的过度开发和过量消耗，已造成多种资源的短缺甚 至枯竭。 以保护环境为己任的绿色设计就是在这种大背景下产牛的。绿色设计是这 样一种设计，即在产品整个生命周期内，着重考虑产品环境属性( 可拆卸性、可 回收性、可维护性、可重复利用性等) ，并将其作为设计目标，在满足环境目标 要求的同时，保证产品应有的功能、使用寿命、质量等。 1 1 1 绿色设计产生的背景 ( 1 ) 消费者环保意识提高 随着地球环境状况的恶化，人类也面临着日益严峻的环境问题，面对 如此严重的问题，人类的环保意识逐步觉醒了，世界各国都在积极将环保 行动付诸实施，积极倡导有利于环境的生产、消费活动，尽量限制破坏环 境的行为，建设资源节约和环境友好型社会已成为一股潮流和趋势。 绿色消费迅速成为各国人们所追求的新时尚。据有关民意测验统计， 7 7 的美国人表示，企业和产品的绿色形象会影响他们的购买欲望；9 4 的德国消费者在超市购物时，会考虑环保问题；在瑞典8 5 的消费者愿 意为环境清洁而付较高的价格；加拿大8 0 的消费者宁愿多付1 0 的钱 购买对环境有益的产品；在日本6 0 以上的消费者常常留意购买对环境 友好的商品，4 0 以上的消费者在价格相同的时候，他们会选择购买可 再生产品【2 】。2 0 0 1 年3 月至6 月，中国消费者协会开展的“千万人绿色消 费志愿者在行动”调查结果显示：9 5 以上消费者认可和支持绿色消费。 对全国3 6 个副省级以上城市的调查也表明【3 】：9 8 9 的消费者愿意为推动 绿色消费而尽力。 ( 2 ) 各国政府的推动 1 ) 政府进行绿色采购 世界各国政府纷纷实施了“绿色采购”计划，即国家要求法律承认的各 级国家机关、事业单位和团体组织等利用财政资金进行采购时，在技术、 服务等指标同等的条件下，通过政府庞大的采购能力，优先购买对环境冲 击较小的产品，促进企业环境行为的改善，推动国家循环经济战略及具体 措施的落实，同时对社会绿色消费起到巨大的推动和示范作用。 2 ) 政府推动绿色标志 l9 7 7 年，德国实施了“蓝色天使”计划，对在生产和使用过程中都符合 环保要求且对生态环境和人体健康都无害的产品，授予“绿色产品”标志， 无此标志的产品在进口时要受到数量和价格上的限制，到2 0 0 5 年，德国 环境标志产品己达7 5 0 0 多种，占全国销售商品总数的3 0 。19 9 2 年，美 围能源部与美国环境保护署共同推广实施了“能源之星”计划，其目的是降 低能源消耗及减少发电厂所排放的温室效应气体。我国于1 9 9 3 年开始实 施绿色标志认证制度，并制定了严格的绿色产品标准，绿色消费意识也逐 渐为人们所接受。 3 ) 订立国际公约，制定环保立法 2 0 世纪5 0 年代以前，涉及环境与环保问题的国际公约只有6 项，7 0 年代增长到1 6 项，8 0 年代增长到1 0 0 项左右，目前世界签署的与环境和 资源有关的国际公约、协定及协议己达18 0 多项，如保护臭氧层维也纳 公约，关于破坏臭氧层物质的蒙特利尔议定书及其伦敦修正案、 牛物多样性公约、联合国气候变化框架公约等。 2 1 世纪出台的环境保护法规或指令中，影响力最大的是欧盟的三大 环保指令：报废电子电气设备指令( w e e e ) ，规定自2 0 0 5 年8 月13 日起，在欧盟市场上销售、流通的电子电器设备的生产商必须在法律意义 上承担起支付自己报废产品回收费用的责任；关于在电气电子设备中禁 止使用某些有害物质指令( r o l l s ) ，规定自2 0 0 6 年7 月1 日起，所有在 欧洲市场上出售的电子电气设备必须严格控制铅、镉、汞、六价铬、聚溴 二苯醚( p b d e ) 和聚溴联苯( p b b ) 六种有害物质的含量；耗能产品设 计指令( e u p ) ，首次将“生命周期”理念引入产品设计环节中，旨在从 源头入手，在产品的设计、制造、使用、维护、回收和后期处理这一周期 内，对能源产品提出环保要求。 ( 3 ) 企业竞争与企业发展的必然产物 2 绿色消费与环保法规的出台，对企业传统产品的生产提出了严峻的挑 战。企业是实施绿色设计的主要载体，是环保压力的丰要承担者之一，同 时也是绿色设计的直接获益者。绿色消费中也蕴含着无限的商机，给企业 提供了一个全新的竞争平台，经营者逐渐意识到尽早采取绿色设计方法生 产绿色产品才能在市场竞争中占据丰动地位，同时也可为企业本身树立良 好的环保形象。实施绿色设计还可以突破绿色贸易壁垒这一国际贸易障 碍，如果说达到国内环保法规的要求是企业生存的基础，那么突破绿色贸 易壁垒则是企业走向世界的必要条件，企业只有通过实施绿色设计，提高 产品的绿色性能，才能突破绿色贸易壁垒，增强企业的国际竞争力。 1 1 2 绿色设计现状及发展趋势 绿色设计与传统设计方法不同，它涵盖了概念设计、生产工艺设计、 使用乃至废弃后的回收、重用及处理等设计内容，贯穿了产品全生命周期 的各个阶段，实现了产品“从摇篮到再现”的过程，使产品牛命周期形成了 一个封闭环。在绿色设计过程中考虑了产品及工艺对环境产牛的负作用， 并将其控制在最小范围之内或最终消除，这就是绿色设计的基本思想【4 】。 产品绿色设计以省材、节能、降耗、环保、资源循环利用为宗旨，提 出了面向环境、面向能源、面向材料的新设计思路和方法，强调资源的高 效利用和循环利用，以“减量化、再利用、资源化”为原则，以低消耗、低 排放、高效率为基本特征，可以减缓地球上矿物资源的消耗速度，保护地 球的矿物资源，使其得到合理可持续的利用，因此这种设计模式已在世界 范围内形成了共识，同时也得到了快速发展。 1 1 2 1 绿色设计发展现状 近年来国内外对绿色设计的研究非常活跃，与之相关的理论和方法从 2 0 世纪9 0 年代中期开始就成为产品设计领域的重要研究课题。人们通过 对绿色设计内涵、理论基础、体系结构等的研究，逐步形成与完善了绿色 设计理论体系 5 - 9 j 。 一些发达国家特别是美国、日本、加拿大和西欧各国对绿色设计技术 及产业化的研究开展比较早，其绿色设计的推行力度比较大，产业化程度 也远高于其他国家。美国c a r n e g i em e l l o n 大学的绿色设计研究所( g d i ) 近年来一直在从事产品回收系统设计、全牛命周期成本核算、有毒排放物 数据库、电脑的报废处理技术、环境标准制定和管理系统等研究工作； b e r k e l e y 加州大学绿色设计与制造研究机构c g d m ，主要从事半导体制 造业的环境意识设计、电子产品回收和废弃处理、环境供应链管理、基于 经济收支分析的生命周期评价等研究工作；伊利诺斯大学( u n i v e r s i t yo f i l l i n o i s u r b a n ac h a m p a i g n ) 对产品设计、制造、使用及废弃处理等作了 3 系统严格的定量分析，结合统计学、l c a 和并行工程及多目标决策技术， 研究了新的产品优化设计方法。日本大阪大学的梅田研究室【l0 j 长期从事 面向生命周期的绿色设计相关方面的研究，并取得了一定的成就。加拿大 w i n d s o r 大学环境意识设计与制造实验室( e c d ml a b ) 建立了支持环境 设计与制造的基于万维网的信息数据库【1 1 1 ，2 0 0 4 年完成了单纤维回收再 利用工程( m r r p ) 【圯。3 】并发布到互联网上。荷兰代尔夫特工业大学( d e l f t u n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y ) 、c r a n f i e l d 、s u r r e y 、b r u n e l 和m a n c h e s t e r m e t r o p o l i t a n 大学及科学研究机构t n o 等，分别在不同的产业和行业( 如 电子器具、包装行业等) 做了重点研究，并开发了许多绿色设计工具。英 国c f s d ( t h ec e n t r ef o rs u s t a i n a b l ed e s i g n ) 对牛态设计、可持续性产品 设计等进行了集中研究。 我国在产品绿色设计理论方法上的研究与发达国家基本处于同一水 平，但在实际应用方面，与国外差距还比较大。合肥工业大学从l9 9 4 年 起，就通过与海尔、美菱等家电企业的合作，结合空调、冰箱等家电产品， 对绿色产品设计理论与方法、产品可拆卸性设计、绿色产品评价理论等方 面进行了较为深入的研究，并取得了阶段性研究成果；清华大学已与美国 德克萨斯理工大学先进制造实验室建立了关于绿色设计技术研究的国际 合作关系，对全生命周期建模等绿色设计理论和方法进行了系统研究，取 得一定进展，并在机电产品绿色设计、印刷线路板的回收再制造技术等方 面进行了研究；重庆大学对与绿色设计与制造直接相关的制造系统的资源 与能源问题进行了研究；另外华中理工大学、上海交通大学、山东大学、 机械科学研究院等也在绿色设计领域打下了坚实的基础。 除上述各种学术及科研机构外，国内外许多著名企业，如i b m 、d e l l 、 三洋、东芝、索尼等企业非常重视产品绿色设计与制造技术的研究与应用， 多数已经开展了企业绿色采购，并在各自研发的多种产品中采用绿色技 术，有了一定的产业化基础。国内的海尔、美菱、美的等企业对绿色家电 产品的开发也非常关注，并开展了相应的研究，但是，由于国内将绿色设 计理论转化为实际应用成果的能力较弱，又缺乏绿色设计相应的支持工具 与支撑数据，所以还没有形成一套完整的绿色设计应用体系，更没有自主 开发出充分考虑节能、环保、回收性、易拆卸的真正意义上的绿色产品。 在研究内容上，目前绿色设计的研究热点，主要集中于关键的绿色设 计技术及产品牛命周期不同阶段的环境化处理方面，如面向制造的绿色设 计、材料的选取、面向拆卸的绿色设计、面向回收的绿色设计、全生命周 期设计及其它理论方法的借鉴和引入研究等。 ( 1 ) 面向制造的绿色设计 面向制造的设计是指在设计阶段就考虑到制造阶段的诸多因素，通过 4 计算机仿真和模拟等手段，使设计者在设计阶段就可以确定产品的可加工 性，在产品设计结束后的制造过程中，能够容易地、经济地制造，提高制造效 率，减少加工时间，降低牛产成本，提高产品质量【l 4 1 。 而面向制造的绿色设计需要考虑清洁生产、节省材料、节省能源等因 素。清洁生产是实现绿色制造的重要一环，它要求对产品及其工艺不断实 旋综合的预防性措施，在提高牛产效率的同时必须兼顾削减或消除危险废 物及其它有毒化学品的用量，改善劳动条件，减少对操作者的健康威胁， 并能生产出安全的并与环境兼容的产品【15 1 。 ( 2 ) 绿色设计中有关材料的研究 绿色设计有关材料的研究，前期丰要集中在材料的环境性能分析方面 ( 材料毒性、回收性能、废弃后的降解性能或污染情况等) ，通过对大量 的材料从原料开采到加工、使用、及废弃后的环境性能等数据的分析，人 们积累了丰富的经验，进而总结出了指导性的选材原则。随着设计需求的 不断发展，及科技的进步，人们对材料的研究也在逐步深入，目前研究热 点已经转向材料的相容性研究、材料检测、替代材料与新型绿色材料的开 发方面。例如美国的瓦那兰巴特制药公司已率先推出了药用淀粉胶囊以 及热塑性生物降解塑料；意大利孟特爱迪生集团的诺瓦孟特公司用淀粉和 变性聚乙烯醇的混合物开发了名为“m a t e r b i ”的牛物降解塑料；日木的 工业技术院四国工业技术研究所开发出了纤维素、脱乙酰多糖天然高分子 的复合牛物降解塑料【1 5 】，我国上海某降解树脂制品公司研制的“生物降解 淀粉基聚苯乙烯发泡材料”属于生物降解塑料，它采用的是亲水性普通淀 粉，但其中加入了自氧化剂，所以具有优良的使用性能与降解性能，用它 制成的发泡板材厚度在1 5 m m 6 m m 之间，可用于制作各种包装制品，如 快餐具、包装衬垫，冰箱托盘等。 ( 3 ) 面向拆卸的绿色设计 在产品设计阶段，除了使产品满足传统设计的要求外，还应将提高其 可拆卸性作为结构设计的一个目标，使产品的连接结构易于拆卸，维修方 便，制造工艺好，并在产品废弃后实现零件或材料的再利用，达到节约资 源、能源和保护环境的目的【1 6 1 。 u h l m a n n 等 1 7 1 探讨了自动化拆卸的可能性；j o h n s o n 1 8 】主要评估和优 化了产品回收的拆卸工艺，提出了材料相容、易归类、并行拆卸操作等用 于简化拆卸过程的方法；b a u e r 1 9 】，z a h e d 等【2 0 】利用虚拟原型的方法对产 品拆卸进行了分析，利用该方法可以在不制造物理实体的情况下对设计的 产品原型进行拆卸分析；h o n gcz h a n g 2 1 】提出了基于图论的产品回收拆 卸模型，该模型将拆卸回收优化决策问题转化成图论中的搜索问题，通过 建立拆卸序列、计算拆卸费用、监测材料流，评估产品的环境相容性； k r o l l 和m c g l o t h l i n 等【2 2 。2 3 】采用拆卸零件个数、可达性、拆卸工具、拆卸 力等指标对产品的可拆卸性进行打分综合评价；s u g a 【2 4 】对产品的拆卸能 量进行了量化，并从拆卸能量及拆卸角度对拆卸难度进行了定量评估。 ( 4 ) 面向回收的绿色设计 面向回收的绿色设计，就是在进行产品设计时，充分考虑产品零部件 及材料回收的可能性、回收价值的大小、回收处理方法、回收处理结构工 艺性等与回收相关的一系列问题，以达到零部件及材料资源和能源的充分 高效利用、环境污染最小目标的设计思想和方法【l6 。 目前面向回收设计的研究主要集中在回收策略分析、回收性能分析与 评估，以及面向回收的设计方法研究等。c a t h e r i n e 2 2 7 】建立了通过产品 的使用寿命、设计周期、技术周期、功能复杂度、尺寸、材料数量、零件 数量和产品集成度等参数来分析产品及其零部件回收策略模型，并以此为 基础，研究了提高产品可回收性的方法；c h a n d r a 2 8 】论述了回收工艺选择 信息对设计支持的必要性，研制了支持产品设计的产品回收决策软件： t a k a ob a m b a 和n i a l lm u r t a g h ”】介绍了一个考虑零部件的移除、回收率、 回收成木和环境影响的面向回收的设计支持平台；刘志峰等【3o 】对家电产 品回收设计的内容、方法及流程作了研究，提出了指导家电产品回收设计 的方法。 ( 5 ) 全生命周期设计 全生命周期设计研究领域包括设计过程建模研究、生命周期成本分 析、牛命周期管理和牛命周期评价等，全牛命周期设计是一个非常复杂的 过程，要同时考虑从产品概念设计到详细设计过程中的所有阶段，包括需 求分析、产品设计、生产、运输、使用、回收处理等各个阶段。 这一设计理念在二十世纪8 0 年代一经提出，立刻引起了广泛关注， 相关的研究和应用在国外已经取得了较大的进展，如b r i s t o l m y e r ss q u i b b 公司开展了名为“p r o d u c tl i f ec y c l e ”( p l c ) 的产品生命周期设计工程， 旨在识别和减少产品在生命周期各个阶段对环境的消极影响 3 u ，截至 1 9 9 6 年，该公司共完成1 8 项产品的p l c 工程，创造潜在效益2 8 0 万美 元。 全牛命周期设计中，发展比较迅速且比较成熟的一项技术是生命周期 评价，它包括原材料提取与加工、产品制造、运输以及销售、产品的使用、 再利用和维护、废物循环和最终废物处理等生命周期阶段的评价。由于生 命周期评价对于分析产品在生命周期中的环境影响有着非常积极的作用， 所以该技术迅速在多个领域得到了应用，如英国开发的生命周期评估软件 b o u s t e a dm o d e l 、德国i n s t i t u t 觅rk u n s t s t o f f p r f i f u n gu n dk u n s t s t o f f k u n d e 开发的环境冲击评估软件g a b i 、荷兰p r 6c o n s u l t a n t 开发的环境影响评 6 估软件s i m a p r o 等。 ( 6 ) 其它理论方法的借鉴和引入研究 绿色设计涉及机械制造学科、材料学科、管理学科、社会学科、环境 学科等诸多学科的内容，具有较强的多学科交叉特性。显而易见，仪仪靠 单一的设计方法将难以实现真正的绿色设计，需要借鉴和引入其它相对成 熟的理论方法来支持和完善绿色设计。唐涛3 2 。3 3 】以模块化设计方法为基 础，引入绿色设计思想，结合先进的机械设计方法和必要的数学工具，形 成了绿色模块化设计的基础理论体系，并对该体系中模块划分、模块组合 及模块度与绿色度评价等关键技术进行了深入的研究。张昆1 3 4 j 提出了基 于绿色设计的产品结构模块化基本准则，探讨了产品结构的模糊聚类模块 化分方法。李方义【3 5 】等人总结了模块化方法在产品绿色设计中的应用特 点，给出了实施模块化时应主要考虑的环境目标，重点研究了利用模糊图 论和a h p 方法解决机电产品绿色设计决策的多目标、多特征和不确定性 问题。向东【36 】对公理化设计方法在绿色工艺选择中的使用进行了研究。 陈家豪【3 7 】等人引入了t r i z 理论，提出了基于t r i z 理论的绿色产品创新 设计方法，通过建立绿色设计环境属性与工程特性参数对照关联表，研究 分析了基于矛盾矩阵的绿色创新设计方法，在此基础上，进一步分析了 基于单一工程特性创新法则的绿色创新设计方法。丁俊武【38 j 等人总结了 可持续设计的概念和特点，并对可持续设计的实施策略和t r i z 理论诸多 工具在可持续设计方面的应用进行了探讨。 1 1 2 2 绿色设计发展趋势 实施绿色设计不仪可以满足市场绿色消费的需求，而且是提高企业自 身竞争力的有力工具，同时也是解决生态环境及资源短缺问题，实现可持 续发展的有效途径。不久的将来，绿色、环保的设计理念必定会成为设计 的丰流，绿色设计发展的黄金时期很快就会到来。现阶段绿色设计发展主 要有以下几个大趋势： ( 1 ) 社会化 在饱尝了环境污染、生态失衡、资源枯竭等带来的痛苦之后，人类保 护环境的呼声越来越高，各国政府正在积极制定相关法律法规、经济政策 等，以引导企业与个人的绿色行为，这些构成了绿色设计的社会支撑系统。 随着全民环保意识的提高、以及对绿色设计的关注和参与越来越多，绿色 设计社会化程度会越来越高。 ( 2 ) 全球化 环境压力在增加，人们的环保意识也在日益增强，世界各国都在积极 推动绿色消费，制定环保法规，建立绿色准入制度等，这在一定程度上促 7 进了各国企业发展绿色设计的热情，以便为消除国际贸易壁垒进入国际市 场提供有力的支撑。同时世界各国的沟通交流也越来越多，绿色设计理论、 技术的发展也越来越迅速，因此，绿色设计的全球化已是大势所趋。 ( 3 ) 集成化 绿色设计涉及机械制造学科、材料学科、管理学科、社会学科、环境 学科等诸多学科的内容，具有较强的多学科交叉特性。显而易见，仅仅靠 单一的设计方法将难以实现真正的绿色设计。随着人工神经网络技术等一 批新理论、新方法的日益完善，绿色设计与这些方法的综合、交叉应用也 会越来越成熟，这些方法与绿色设计的集成，会更有力的支持和完善绿色 设计，这是绿色设计发展的重要途径之一。 ( 4 ) 智能化 绿色设计包含了管理、环境、经济等众多因素，是很复杂的多目标优 化问题，如果结合智能技术和方法则可以更高效地解决诸多难题。以人工 神经网络、模糊逻辑、遗传算法为代表的新一代智能技术互相渗透，取长 补短，形成的所谓“计算智能”技术，给智能设计的发展注入了新的活力 【3 们，随着计算机及智能技术、异地协同设计、虚拟设计技术的日益完善 与普及，绿色智能技术将会越来越被社会所认可接受。 ( 5 ) 产业化 绿色设计与制造的实施将带起一批新兴产业，包括废弃物的回收处理 装备制造业、废弃物回收处理的服务产业、绿色产品设计与制造业和实施 绿色设计与制造的软件产业等【4 0 1 。 1 2 客户需求分析与处理方法概述 1 2 1 客户需求分析与处理研究现状 客户需求分析与处理方法主要包括客户需求模板的建立、客户群聚类分析、 客户需求重要度的确定以及客户需求满意度分析等。 ( 1 ) 客户需求模板的研究。 h a u g e 和s t a u f f e r t 4 l 】在传统定性的市场研究的基础上提出了客户需求分类 方法，将客户需求分类通过询问机制配置成概念图结构，从而得到客户需求中 的知识，使客户需求信息更容易被设计人员接受。s h i e h 和y a n 等人【4 ，2 j 提出了 图形分类法的思想，在需求模板中加入了图形化的信息以及术语的说明信息， 使其更容易获取客户需求。王吉军和岳同启等人【4 3 】从产品生命周期出发，定义 了面向产品生命周期的客户需求模板，主要包括客户咨询模板、客户购买阶段 需求信息模板、客户使用产品信息需求模板、产品回收报废需求信息模板等四 类模板。 ( 2 ) 客户群聚类分析的研究。 8 t s c n g 和j i a o 【4 4 】在公理化设计理论的基础上，对用户需求进行了聚类分析， 在构建反映功能需求与设计尺度之间映射关系的设计矩阵的基础上，用聚类分 析进行模块的划分；仝勖峰、朱名铨等【45 】建立了客户关系管理系统( c u s t o m e r r e l a t i o n s h i pm a n a g e m e n t ，c r m ) ，该系统的成功应用使得客户有了科学的分类。 在c r m 系统中，客户的分类是根据不同产品的需求来进行的，系统要分析客 户的忠诚度，但对于一类产品而言，要根据不同用户对产品性能的要求进行分 类；齐二石、焦建新【4 6 】认为，客户需求的目的及客户自身状况决定了客户需求 的相似性，可采用模糊聚类分析方法，将离散的客户按其需求的相似性，根据 合理的阀值聚类成族，形成若干客户群。由此对顾客群体进行正确划分。通过 将不同客户的需求进行聚类，不仅减少了不同需求的客户群，而且还充分体现 了产品需求分析的完备性，满足了客户的个性化需求。 ( 3 ) 客户需求重要度的确定。 确定客户需求权重有三种较为传统的方法：德尔菲法、特征值法、客户调 查法。r i c h a r d 等 4 7 将层次分析法与质量屋方法相结合，来确定质量屋中客户 需求权重。尉少坤等【4 8 】采用层次分析法来确定客户需求的权重，首先建立了评 价模型，并构造出比较判断矩阵，然后通过层次排序和一致性检验，最终获得 了接近实际的客户需求权重结果。孔造杰等【49 】在分析传统方法的基础上提出了 一种新的改进后的确定客户需求权重的方法概率综合系数法。该方法一方 面考虑了丰观判断重要性的难度，另一方面又充分利用了市场调研数据所得出 的先验概率信息，把客户需求的主观重要性同客观重要性信息结合在一起，较 为合理。但其所得先验概率的可靠性的判定有待于进一步研究。 ( 4 ) 质量功能配置的研究 c e n g i zk a h r a m a n 和t ij e ne r t a y 等人【5 0 】提出了模糊q f d 和模糊最优化模 型结合的框架，用模糊a n p 法获取对象功能参数的系数，并通过实例比较了模 糊a n p 与模糊a h p 在功能参数间存在相互关系时的计算结果，说明了其不同点。 d e a k e em i n 和k w a n g j a ek i m 等人【”】提出了一种考虑纵向影响的设计需求选 择拓展模型，该模型考虑了时间元在已有质量屋中纵向影响，使得规划结果不 仅是最优的，而且是适时的最优。陈以增、唐家福等人【5 2 】运用带有对称三角形 模糊系数的模糊规划理论，提出了一种确定q f d 系统参数的方法。方喜峰、吴 洪涛等人【5 3 1 在实现计算机辅助质量功能配置过程中，引入数据挖掘技术和方 法，提出了基于面向产品用户需求和工艺质量选型分解的模型，并同时建立模 糊聚类和灰色理论算法的数据挖掘模型。 ( 5 ) 客户需求满意度分析研究。 l n d o 【5 4 1 ，许芳【5 5 】以客户为出发点，按照全面性、代表性、可区分性、经 济性和可调性等原则来确定影响客户满意的各项因素。约翰逊【56 】和希尔等垆7 j 提出了客户满意研究中的s w o t 分析方法。所谓s w o t 分析方法即优势 9 ( s t r e n g t h s ) 、劣势( w e a k n e s s ) 、机会( o p p o r t u n i t i e s ) 和威胁( t h r e a t s ) 分析，它是企 业外部环境分析和企业内部要素分析的组合分析。企业外部环境评价矩阵和内 部要素评价矩阵构成了s w o t 分析的方法基础。许召元【5 8 】、李振引5 9 1 提出客户 满意度针对不同行业、不同产品、不同的客户群具有不同的表现形式和内容。 许永龙唧】依据定制产品的属性指标对定制客户满意度的影响，将定制产品的属 性指标分为正相关指标、负相关指标及点指标三类，通过对大量客户定制产品 实例，定制产品属性指标值的大小，及其与客户对该属性满意程度之间关系的 研究，采用统计分析及曲线拟合方法得到了三类指标的客户满意度，建立了定 制客户的满意度的数学模型。 1 2 2 客户需求与绿色设计的结合趋势 随着时代的发展，产品设计所考虑的客户，已经不仅仅局限于产品的 使用者，产品销售商、生产制造商、社会大众等也逐渐被列入了客户的行列， 这些“新客户”有着与普通客户截然不同的需求，同时，随着环保问题的日益 凸显和绿色设计知识的普及，客户需求也不再局限于传统的功能和技术方 面，环境保护、绿色性能方面的需求也逐渐受到广大客户的重视，已经形 成了广义的客户需求。