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1、附錄附錄 1關(guān)于綠色生產(chǎn)集成發(fā)展系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究關(guān)于綠色生產(chǎn)集成發(fā)展系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究蔣繼斌 吳奇升 林九光 劉志峰 劉光富合肥科技大學(xué) 合肥 230009 中國(guó)摘要摘要：有效合理地引導(dǎo)綠色設(shè)計(jì)是建立綠色制造集成發(fā)展系統(tǒng)確定生產(chǎn)生命周期的一個(gè)非常重要的前提。在本文中，從實(shí)用性和集成性兩個(gè)方面來(lái)看，目前綠色制造的設(shè)計(jì)工具是首先被考慮到的，目前可達(dá)到的綠色制造集成發(fā)展系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是第二位被討論的，從實(shí)際和集成方面考慮的系統(tǒng)發(fā)展策略則被放在最后一位。1.介紹介紹綠色制造是和環(huán)境、資源、能源相容的。它的綠色屬性在它的整個(gè)生命周期內(nèi)被實(shí)現(xiàn)。所謂綠色制造的開(kāi)發(fā)是指它的功能和結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)的時(shí)候，它的生命周期的不同階段

2、的綠色程度已經(jīng)在數(shù)字化生產(chǎn)階段被潛在地設(shè)計(jì)和估定了。因此時(shí)間、質(zhì)量、花費(fèi)等的要求已經(jīng)滿足環(huán)境和資源的精密要求?，F(xiàn)在已經(jīng)有許多綠色制造設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)工具。但是其中許多只是停留在理論階段，而不能被傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)工具例如CAD、CAM 等吸收利用，也不能支持企業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展。本文研究的是目前可達(dá)到的綠色制造集成發(fā)展系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，分析綠色制造在實(shí)用性和集成性方面的特殊產(chǎn)品，并在此基礎(chǔ)上討論系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的戰(zhàn)略。不同的計(jì)算機(jī)輔助工具可以實(shí)現(xiàn)的目的也是彼此不同的。例如 CAD 主要完成產(chǎn)品的幾何學(xué)模型。相反地，不同的功能目的決定多樣化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。因此在實(shí)施系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的開(kāi)始階段，只是很熟悉被確定系統(tǒng)的功能目的被滿足，僅僅只運(yùn)用

3、那些目的來(lái)指導(dǎo)系統(tǒng)的計(jì)劃和軟件開(kāi)發(fā)，只能保證系統(tǒng)能夠滿足功能要求。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論和方法的目的是滿足產(chǎn)品的功能、質(zhì)量、時(shí)間和花費(fèi)。這些要求包括滿足顧客要求、需要、高質(zhì)量、短的制造周期和低費(fèi)用。綠色設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比較增加了環(huán)境的目標(biāo)，并且被環(huán)境保護(hù)集中。為了排除潛在的消極的影響，它強(qiáng)調(diào)在產(chǎn)品的基本屬性和環(huán)境屬性之間的約束。環(huán)境的目標(biāo)是一個(gè)寬項(xiàng)的觀念。它包括一系列的問(wèn)題，例如生態(tài)環(huán)境、資源和公用的能源等。關(guān)于生態(tài)環(huán)境的問(wèn)題是它在整個(gè)生命周期內(nèi)影響生態(tài)環(huán)境，例如，污染空氣和利用過(guò)的水在制造產(chǎn)品時(shí)產(chǎn)生的影響生態(tài)環(huán)境的影響，更有甚者，被處理的產(chǎn)品也影響生態(tài)環(huán)境。公用資源也就是資源的容量，特別是非再生資源

4、，被包羅萬(wàn)象和最佳化的利用。這個(gè)目標(biāo)非常重要，因?yàn)橘Y源逐漸的變少。產(chǎn)品的綠色屬性在制造、應(yīng)用和處理階段非常重要，這是在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段決定的。只有我們很好的關(guān)心和懂得在設(shè)計(jì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的時(shí)候把環(huán)境作為我們的一個(gè)目標(biāo)，我們就可以獲得生產(chǎn)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響最小，能量的消耗最小，和資源的利用率最大。我們可以從上面的分析中得到一個(gè)結(jié)論：綠色制造的開(kāi)發(fā)不僅包括傳統(tǒng)的被用來(lái)滿足產(chǎn)品的功能的設(shè)計(jì)，也包括解決環(huán)境能力的設(shè)計(jì)，因此計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)被認(rèn)為是支持綠色制造生產(chǎn)，且具有多工具和集成化的特性。當(dāng)綠色制造集成開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)再進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到這一點(diǎn)。2.目前綠色制造設(shè)計(jì)工具的機(jī)構(gòu)目前綠色制造設(shè)計(jì)工具的機(jī)構(gòu)自從 199

5、3 年生命周期工程學(xué)被引進(jìn)以來(lái)，關(guān)于綠色制造的研究已經(jīng)被廣泛地解決。許多研究學(xué)會(huì)和大學(xué)已經(jīng)學(xué)習(xí)和開(kāi)發(fā)了許多綠色制造的設(shè)計(jì)工具，許多理論在多年的研究之后被指出，這些工具不僅被指出的理論所證實(shí)，而且被設(shè)計(jì)者的信息設(shè)計(jì)工具所支持，目前主要的綠色設(shè)計(jì)工具和針對(duì)這些工具的分析在參考書(shū)第3.5.2 節(jié)中列舉出來(lái)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要分為兩種類型：?jiǎn)我还ぞ呓Y(jié)構(gòu)和集成化工具結(jié)構(gòu)。這一節(jié)將要分析它們的特性和應(yīng)用領(lǐng)域，基于統(tǒng)一的產(chǎn)品模型作為綠色制造開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的理論依據(jù)將在這一論文中介紹。2.1單一工具結(jié)構(gòu)單一工具結(jié)構(gòu)綠色設(shè)計(jì)參考產(chǎn)品的綠色特征在生命周期內(nèi)的分析和評(píng)定。它是一個(gè)多方面的多因素的決策過(guò)程。早期的綠色設(shè)計(jì)工具采用

6、的是單一工具結(jié)構(gòu)和發(fā)達(dá)的控制工具，是一個(gè)特殊的設(shè)計(jì)內(nèi)容，。這個(gè)系統(tǒng)單獨(dú)存在并且不能和其他的設(shè)計(jì)工具進(jìn)行通信。例如 DFDS 是由合肥科技大學(xué)開(kāi)發(fā)的就是屬于這種情況的結(jié)構(gòu)。圖 1 是 DFDS 的結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)由信息輸入系統(tǒng)得到關(guān)于結(jié)構(gòu)、裝配、零件以及建造的產(chǎn)品網(wǎng)狀曲線模型等的信息。它計(jì)算零件的分解方向并且通過(guò)一些與繪圖和基于網(wǎng)狀曲線模型的分析分解計(jì)劃相關(guān)的算法生成產(chǎn)品的分解順序。然后它通過(guò)分析分解時(shí)間和分解問(wèn)題判斷出產(chǎn)品的支撐能力，最終生成關(guān)于評(píng)估結(jié)果的文件提供給設(shè)計(jì)者，并將應(yīng)用于修改產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中去。圖 1 DFDS 的結(jié)構(gòu)DFDS 的研究和開(kāi)發(fā)為設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)可以分析分解能力的輔助設(shè)計(jì)工具。

7、DFDS 可以達(dá)到相互分解和促進(jìn)支撐力設(shè)計(jì)和綠色設(shè)計(jì)的研究和開(kāi)發(fā)的目的。但是系統(tǒng)采用單一工具結(jié)構(gòu)，有以下一些缺點(diǎn)：CAD 方面多年的研究表明，關(guān)于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、幾何形狀、裝配方面的信息是如此多、復(fù)雜并且變化多樣，以至于用簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)快速傳遞是非常困難的。DFDS 是由 Vc+開(kāi)發(fā)過(guò)的，因?yàn)橛脕?lái)存儲(chǔ)產(chǎn)品信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是有限的，想獲得完整的信息是分常困難的，而且它只是提供幾個(gè)零件。該系統(tǒng)不是完整的而是開(kāi)發(fā)階段的工具，例如 CAD 等。結(jié)果是一遍一遍輸入信息而不自動(dòng)反饋判斷結(jié)果。產(chǎn)品的視覺(jué)化能力和拆分過(guò)程是有限的。更有甚者，它的操作相對(duì)地抽象。2.2集成結(jié)構(gòu)集成結(jié)構(gòu)集成結(jié)構(gòu)把信息的完整視為目標(biāo)。它實(shí)

8、現(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的完整性并且通過(guò)提供相同的數(shù)據(jù)模型來(lái)支持 CAx(CAD、CAPP 等等)和 DFx（DFA、DFD 等等）之間的信息交換和轉(zhuǎn)移。根據(jù)數(shù)據(jù)模型產(chǎn)品完整性開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可以分解為兩類：（1）基于相同產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型的集成結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)每一個(gè)生命周期發(fā)展階段的工具作為一個(gè)整體系統(tǒng)。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)是基于相同的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高度完整性，并且共享系統(tǒng)信息，如圖 2（a）所示。圖 2 集成機(jī)構(gòu)系統(tǒng)它通過(guò)密封開(kāi)發(fā)工具和相同的應(yīng)用程序接口來(lái)構(gòu)造產(chǎn)品完整的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)平臺(tái)。依據(jù)這個(gè)平臺(tái)，不同的使用者可以解決不同產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。開(kāi)發(fā)平臺(tái)和產(chǎn)品模型之間的交互動(dòng)作是通過(guò)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理來(lái)實(shí)施的，它們可以進(jìn)行開(kāi)

9、發(fā)工具共享信息和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的集成之間的信息交換。這個(gè)系統(tǒng)的本質(zhì)是被用來(lái)交換、保存和整個(gè)生命周期中產(chǎn)品數(shù)據(jù)的防火墻的產(chǎn)品集合模型。集成結(jié)構(gòu)是基于相同產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型參考整體和包括關(guān)于產(chǎn)品的生命周期信息的產(chǎn)品集成模型。它不拆分每個(gè)開(kāi)發(fā)工具的特殊數(shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí)，它通過(guò)管理產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)構(gòu)造在不同工具數(shù)據(jù)之間的語(yǔ)義聯(lián)系。它避免日期的多余信息和日期之間的不一致信息。還有，由公用數(shù)據(jù)格式支持的產(chǎn)品模型的優(yōu)點(diǎn)是：它可以簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)交換過(guò)程的開(kāi)發(fā)。因此，研究者可以有更多時(shí)間去了解開(kāi)發(fā)工具的功能，不用去管系統(tǒng)數(shù)據(jù)的交換。（2）基于不同數(shù)據(jù)管理模型的集成結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)是以 PDM 為基礎(chǔ)的，在不同的 PDM 平臺(tái)上結(jié)合

10、許多功能軟件，達(dá)成信息個(gè)過(guò)程的集合管理。如圖 2（b）所示。PDM 通常采用產(chǎn)品數(shù)據(jù)和基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型的模型管理。在應(yīng)用文件中有許多冗余的日期，因?yàn)樵诋a(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型僅僅剝奪了專業(yè)產(chǎn)品模型和每個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)之間的聯(lián)系，文件內(nèi)容的一致性的檢查，不能被任何一個(gè)產(chǎn)品日期管理系統(tǒng)解決。底層應(yīng)用系統(tǒng)被迫按照標(biāo)準(zhǔn)，例如 STEP 和 IGES 等建立輸入和輸出機(jī)構(gòu)。因?yàn)樗鄙僖粋€(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，另一方面，工作數(shù)量非常大，因此很難保證來(lái)自另一種系統(tǒng)產(chǎn)品模型的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的真實(shí)性。3.綠色產(chǎn)品開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的結(jié)綠色產(chǎn)品開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的結(jié)綠色屬性是綠色產(chǎn)品的本質(zhì)屬性。因?yàn)榫G色屬性涉及的主要是在生命周期的物料階段制造、使用和廢棄。因此它

11、通常在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)階段采用模擬的方式。也在電腦環(huán)境中建造虛擬制造、使用、廢棄和預(yù)測(cè)未來(lái)綠色產(chǎn)品的特性。在未來(lái)，它依據(jù)產(chǎn)品和改進(jìn)的不合理設(shè)計(jì)影響綠色特性，產(chǎn)品將被開(kāi)發(fā)，最終達(dá)到預(yù)計(jì)的綠色的目的。另一方面，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)涉及到除綠色屬性以外的其它模擬特性，例如產(chǎn)品的可持續(xù)性和可制造能力。那些特性也需要數(shù)字化產(chǎn)品模型。因此，不統(tǒng)一結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品模型，沒(méi)有多余的信息和定向的整個(gè)生命周期是認(rèn)識(shí)綠色產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，研究者在計(jì)劃產(chǎn)品開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的時(shí)候，必須仔細(xì)考慮。根據(jù)以上討論，我們認(rèn)為集成系統(tǒng)是基于不統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型應(yīng)該被優(yōu)先構(gòu)造。如圖 4 所示是基于不統(tǒng)一產(chǎn)品模型的集成開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。這個(gè)系統(tǒng)主要由一些部件組成。

12、（1）開(kāi)發(fā)工具 當(dāng)產(chǎn)品為滿足不同的生命周期需求而定向時(shí)，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)系統(tǒng)聯(lián)合支持開(kāi)發(fā)工具，它們是計(jì)算機(jī)輔助工具（CAx）和工具設(shè)計(jì)（DFx）、CAx 是一個(gè)可以滿足特殊領(lǐng)域產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求的平臺(tái)。例如 CAD、CAPP 和 CAM 等。仿制產(chǎn)品和計(jì)劃制造過(guò)程可以在這個(gè)平臺(tái)上完成；在 CAx 基礎(chǔ)上的 DFx 的開(kāi)發(fā)是技術(shù)和可以滿足生命周期要求的一個(gè)工具。它徹底地考慮產(chǎn)品影響較后面產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的程序。例如組合能力、制造能力和維護(hù)能力等。設(shè)計(jì)者考慮盡可能多的，可以被每一個(gè) CAx設(shè)計(jì)結(jié)果和理性決定影響的影響功能的因素。綜合在整個(gè)生命周期中的每個(gè)功能學(xué)目標(biāo)，然后使產(chǎn)品達(dá)到最佳。（2）產(chǎn)品模型和模型管理產(chǎn)品模

13、型是設(shè)計(jì)行動(dòng)的主要目的，它是綠色設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，并且它包含產(chǎn)品的數(shù)據(jù)和信息，我們認(rèn)為它是由不同層次的模型組成的，如圖 4 所示。第一個(gè)模型是最基本的模型，且它和具體的應(yīng)用事毫無(wú)關(guān)系的，比如產(chǎn)品的幾何模型。第二個(gè)模型被應(yīng)用于涉及到運(yùn)用功能的基本模型，比如精確性模型和資源與環(huán)境模型。第三個(gè)模型是特殊運(yùn)用的專用模型，比如有限元網(wǎng)絡(luò)模型，產(chǎn)品模型的有效運(yùn)用需要管理模型的支持，管理模型和產(chǎn)品模型通常聯(lián)合成一個(gè)功能單元，它可以通過(guò)信息交換和存儲(chǔ)來(lái)識(shí)別發(fā)展工具和產(chǎn)品模型的相互作用信息，然后再能實(shí)現(xiàn)的發(fā)展工具中分享和結(jié)合信息。模型管理主要組成數(shù)據(jù)管理，它是以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和將模型信息變換成適應(yīng)特殊需要信息為基礎(chǔ)。圖 4

14、 DFDS 結(jié)構(gòu)（3）知識(shí)基礎(chǔ)和知識(shí)管理基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)存了多種多樣的涉及到產(chǎn)品開(kāi)發(fā)應(yīng)用知識(shí)的信息。這些信息是每種開(kāi)發(fā)工具的基礎(chǔ)，對(duì)設(shè)計(jì)和評(píng)估項(xiàng)目非常重要，所有信息通過(guò)它的特殊性和普通性被分成 3 層，第一層是和設(shè)計(jì)和應(yīng)用領(lǐng)域相關(guān)的知識(shí)，比如軸的零件和選擇切割量的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；第二層是和特殊的產(chǎn)品設(shè)計(jì)相關(guān)的知識(shí)，比如具體的標(biāo)準(zhǔn)和手工繪圖的標(biāo)準(zhǔn)，有多種用途的數(shù)據(jù)可以通過(guò)知識(shí)管理系統(tǒng)來(lái)識(shí)別，這些為產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求服務(wù)的知識(shí)通過(guò)知識(shí)管理系統(tǒng)的相互作用被傳遞給開(kāi)發(fā)工具。（4）用戶界面每種開(kāi)發(fā)工具產(chǎn)品模型和知識(shí)模型被認(rèn)為是設(shè)計(jì)者準(zhǔn)備的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，每種開(kāi)發(fā)工具通過(guò)用戶界面應(yīng)用到產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，通過(guò)用戶界面存儲(chǔ)和獲得的數(shù)

15、據(jù)被控制。過(guò)程和信息的非統(tǒng)一管理可以被識(shí)別。因此，識(shí)別完整的相同產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)有可能的。這種結(jié)構(gòu)的重要特性是不同產(chǎn)品的模型基礎(chǔ)。每個(gè)開(kāi)發(fā)工具的生命周期和共享信息通過(guò)周邊用戶界面被識(shí)別。然后確保開(kāi)發(fā)產(chǎn)品不僅達(dá)到傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能目的，而且已能達(dá)到綠色環(huán)境設(shè)計(jì)的目標(biāo)，因此，綠色產(chǎn)品可被連續(xù)開(kāi)發(fā)。4.綠色產(chǎn)品集成化開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的是失策略綠色產(chǎn)品集成化開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的是失策略Pro/E 和 UGII 是兩個(gè)商業(yè)軟件，它提供功能程序塊，例如設(shè)計(jì)、模型、分析、NC 項(xiàng)目和制造。他們重視產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和制造過(guò)程，且它們沒(méi)有功能程序塊，例如分析和評(píng)價(jià)產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的影響，且不支持綠色設(shè)計(jì)工具的通信，但是這種系統(tǒng)提供三維空間模型，非統(tǒng)一產(chǎn)

16、品數(shù)據(jù)模型能被軟件引導(dǎo)，且在任何時(shí)候，產(chǎn)品幾何和功能性描述是必須的，對(duì)于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工具如 CAPP 和有限元分析法。系統(tǒng)提供慣性模型，用戶使用系統(tǒng)使之更為完善能夠識(shí)別特別功能需求的開(kāi)發(fā)工具因此文章講述了第三部分開(kāi)發(fā)綠色設(shè)計(jì)，此設(shè)計(jì)以商業(yè)軟件平臺(tái)支護(hù)為基礎(chǔ)，且增加和擴(kuò)展了系統(tǒng)功能，如 DFD 使系統(tǒng)適應(yīng)綠色產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。UGII for DFD 是以 UG 平臺(tái)來(lái)開(kāi)發(fā)的。它把 DFDS 功能模型分成 UG 功能菜單且使之與 UG 用戶相互聯(lián)系，應(yīng)用于分析的網(wǎng)絡(luò)信息能從 UG 模型中獲得。DFD 分析結(jié)果直接反映了產(chǎn)品模型系統(tǒng)增加了累積過(guò)程，因此，系統(tǒng)的應(yīng)用能力加強(qiáng)。目前該系統(tǒng)尚處于試驗(yàn)階段且受到企業(yè)的

17、好評(píng)。5.結(jié)論結(jié)論基于綠色產(chǎn)品集成開(kāi)發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面的研究是系統(tǒng)化的，并且對(duì)整個(gè)系統(tǒng)功能、特性和運(yùn)行方式進(jìn)行全方面的計(jì)劃，它是由開(kāi)發(fā)的軟件的最終控制模型和開(kāi)發(fā)領(lǐng)域來(lái)支持，基于綠色產(chǎn)品集成開(kāi)發(fā)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)方面的研究的目的是選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)結(jié)構(gòu)和骨架模型，它確保綠色設(shè)計(jì)和在每一個(gè)生命周期階段的評(píng)定被系統(tǒng)識(shí)別。因此產(chǎn)品綠色屬性在整個(gè)生命周期被實(shí)施。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 劉志峰等 綠色設(shè)計(jì) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1999,9.2 劉光復(fù)等 綠色設(shè)計(jì)的體系結(jié)構(gòu)及實(shí)施策略 中國(guó)機(jī)械工程 2000,9：9659683 劉志峰等 綠色產(chǎn)品評(píng)價(jià)方法研究 中國(guó)機(jī)械工程，2000,9：9689714 杰克森.P.和D.華萊士.集成環(huán)境的分析方法和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的思考 CIRP 機(jī)械制造工業(yè)出版設(shè) 46(1):355-360,1997