机电产品绿色设计与生命周期评价

本书是在国家高技术研究发展计划（863计划）“面向工程机械、机床机械产品的绿色工艺技术评估及相关基础数据库开发（2014AA041503）”与国家自然科学基金“基于绿色特征的产品方案设计建模研究（51175312）”等项目资助下撰写完成的。全书共分7章，包括机电产品生命周期多场景分析与建模，基于多尺度环境空间的影响评价方法，基于绿色特征的快速生命周期评价方法与设计方案综合评价，机电产品生命周期评价系统开发及工程应用等。本书提出了提出了机电产品生命周期场景的概念及其预测模型；提出了环境空间多尺度划分方法及其特征化因子计算方法；提出了绿色特征概念，并将其应用于快速生命周期评价；开发了基于网络的机电产品生命周期评价系统。

第1章绪论1
1.1研究背景概述
1.1.1自然资源大量消耗
1.1.2生态环境持续恶化2
1.1.3可持续发展战略的提出与兴起3
1.1.4绿色设计相关技术的早期研究3
1.2国内外研究现状6
1.2.1绿色设计方法6
1.2.2生命周期评价技术9
1.3课题提出与研究内容15
1.3.1课题提出15
1.3.2研究内容16
1.3.3章节安排18.
第2章机电产品生命周期多场景分析与建模19
2.1机电产品生命周期环境属性分析WE
2.1.1机电产品生命周期阶段分析20
2.1.2机电产品生命周期环境属性23
2.2机电产品生命周期场景特征建模27
2.2.1机电产品生命周期场景分析27
2.2.2产品方案生命周期场景建模29
2.3本章小结32
第3章基于多尺度环境空间的影晌评价方法33
3.1环境影响类型及其特征化方法33
3.1.1资源消耗34
3.1.2生态环境影响38
3.1.3人体健康危害41
3.2环境空间分析与尺度划分42
3.2.1资源空间43
3.2.2辐射类影响区域44
3.2.3噪声区域44
3.2.4空气质量功能区45
3.2.5地表水功能区46
3.2.6土地功能区47
3.2.7生态环境区域47
3.2.8酸雨和二氧化硫控制区48
3.3环境空间特征化因子计算方法48
3.3.1环境空间特征因子49
3.3.2环境空间特征因子举例49
3.4基于多尺度环境空间的LCIA方法51
3.5本章小结54
第4意基于绿色特征的快速生命周期评价方法57
4.1绿色特征57
4.1.1产品生命周期绿色信息57
4.1.2绿色特征的概念和内涵58
4.1.3绿色特征的提取和聚合60
4.2生命周期评价简化途径62
4.2.1完整的生命周期评价62
4.2.2简化的LCA方法63
4.3基于绿色特征的RLCA方法66
4.3.1传统的LCA流程66
4.3.2基于绿色特征的RLCA流程67
4.3.3基于绿色特征的RLCA模型68
4.4LCA不确定性和敏感性分析71
4.4.lLCA不确定性分析71
4.4.2多元回归分析方法74
4.4.3基于多元回归的LCA敏感性和不确定性分析75
4.5本章小结77
第5章基于绿色特征的设计方案综合评价79
5.1基于绿色特征的设计方案建模79
5.1.1基于功能结构的设计建模79
5.1.2基于绿色特征的设计建模81
5.2绿色设计方案评价指标体系86
5.2.1绿色设计方案评价指标体系86
5.2.2评价指标的标准化方法89
5.3ARKE综合评价模型93
5.4本章小结97
第6章机电产品生命周期评价系统开发及工程应用99
6.1MKAS系统框架结构与设计实现99
6.1.1系统框架结构和流程99
6.12系统设计与实现101
6.2Y80电动机实例研究104
6.2.1Y80电动机基本结构及参数104
6.2.2Y80电动机生命周期场景分析105
6.2.3Y80电动机生命周期评价109
6.2.4不确定性和敏感性分析116
6.3本章小结120
第7章总结与展望123
7.1总结123
7.2研究展望124
参考文献125

针对我国日益严峻的生态环境和资源问题，《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》明确指出，我国发展必须全面落实科学发展观，加快转变经济增长方式，把节约资源作为基本国策，发展循环经济，保护生态环境，加快建设资源节约、环境友好型社会，促进经济发展与人口、资源、环境相协调，实现可持续发展。机电产品涉及工业与民用的大部分领域，已成为当今社会生产和人们生活的基本要素之一，特别是在制造业大国的我国，机电产品对国民经济的影响举足轻重，更是出口创汇的支柱产业。因此，研究机电产品的可持续发展具有重要的学术价值和现实意义。
绿色设计与绿色制造(Green Design &Green Manufacture)是减小产品全生命周期环境影响，提高资源利用率的关键技术，被公认为制造业可持续发展的关键共性技术，也是当前国内外学术研究的热点领域。实施绿色设计与绿色制造的关键问题是要对不同设计方案、制造工艺、使用过程、废弃处理等的环境影响进行综合分析、评价和寻优。生命周期评价(Life cycle Assessment，LCA)作为一种量化的环境管理工具是绿色设计与绿色制造的重要理论和技术支撑，自20世纪60年代末提出以来，就受到了社会各界的广泛关注和持续研究，取得了长足的发展，目前已成为评价产业活动对环境、经济和社会的可持续性影响的常用技术。
作者及课题组成员，自20世纪90年代末期开始，从事绿色设计与绿色制造领域的研究，在国家高技术研究发展计划(863计划)“面向工程机械、机床机械产品的绿色工艺技术评估及相关基础数据库开发(2014AA041503)”、国家自然科学基金“基于绿色特征的产品方案设计建模研究(51175312)”、“十一五”科技支撑计划”产品生命周期评价技术及软件工具研究(2006BAF02A01-03)”等项目支持下，对机电产品的绿色设计及生命周期评价技术进行了较系统的研究，现将部分研究内容编篡成本书(主要内容源于作者的博士论文)，以供大家参考。
本书针对当前LCA方法对产品生命周期场景特征反映少，难以有效支持绿色设计的现状，对面向机电产品方案设计的生命周期评价关键技术进|行了系统研究。提出了产品生命周期场景概念，建立了场景属性表达模型国与概率矩阵；以单个产品和产品类的场景模型为基础，构建了机电产品设圄计方案的生命周期场景预测模型。基于现行的法律法规，对环境影响空间圄特性及其尺度进行了划分，提出了环境空间特征化因子计算方法；在ISO-14044框架下，建立了基于多尺度环境空间的生命周期影响评价(Life CycleImpact Assessment，LCIA)方法框架。提出了三元组合的绿色特征概念，通过筛选函数对存在形式各异的大量绿色信息进行筛选、提取并聚合为绿色圃特征矩阵；提出了基于绿色特征的快速生命周期评价(Rapid LCA，RLCA)圃模型和基本流程；提出了基于多元回归的LCA敏感性和不确定性分析方法国和流程。建立了基于绿色特征的设计方案表达模型；从环境、技术、经济-三方面进行综合考虑，建立了递阶型设计方案综合评价指标体系；结合层次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)和模糊综合评价法(Fuzzy Comprehensive Evaluation，FCE)建立了绿色设计方案的AHP-FCE综合评价模型。开发了基于网络的机电产品生命周期评价系统(Mechanical Products LCA System，MLCASK应用MLCAS对Y80电动机进行了LCA评价，并对圃其进行了敏感性和不确定性分析。
然而，一方面由于机电产品的多样性及其生命周期的复杂性，另一方面由于绿色设计与生命周期评价技术涉及多学科交叉，目前国内外的研究尚处于发展探索阶段，无论在理论方法还是在技术工具上都需进一步研究和深化。作者希望本书的出版，能在一定程度上促进和拓展机电产品绿色目设计与绿色制造研究的途径和思路。限于作者的能力和水平，书中不当之E处，敬请读者批评指正。
本书研究过程中，山东建筑大学机电工程学院领导和同事们给予了大力支持，同时得到了山东大学可持续制造研究中心李剑峰教授、王黎明博士的指导和帮助，谨在此向他们致以衷心的感谢。在本书撰写过程中，参考和引用了大量国内外相关文献，在此对这些文献的作者一并表示感谢。*后向参与本书审稿工作的专家表示真诚的感谢。
作者
2015年7月