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1、附錄附錄 1關于綠色生產(chǎn)集成發(fā)展系統(tǒng)結構的研究關于綠色生產(chǎn)集成發(fā)展系統(tǒng)結構的研究蔣繼斌 吳奇升 林九光 劉志峰 劉光富合肥科技大學 合肥 230009 中國摘要摘要：有效合理地引導綠色設計是建立綠色制造集成發(fā)展系統(tǒng)確定生產(chǎn)生命周期的一個非常重要的前提。在本文中，從實用性和集成性兩個方面來看，目前綠色制造的設計工具是首先被考慮到的，目前可達到的綠色制造集成發(fā)展系統(tǒng)的結構是第二位被討論的，從實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生命周期內被實現(xiàn)。所謂綠色制造的開發(fā)是指它的功能和結構在設計的時候，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)階段被潛在地設計和估定了。因此時間、質量、花費等的要求已經(jīng)滿足環(huán)境和資源的精密要求?，F(xiàn)在已經(jīng)有許多綠色制造設計的設計工具。但是其中許多只是停留在理論階段，而不能被傳統(tǒng)的設計工具例如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到的綠色制造集成發(fā)展系統(tǒng)的結構，分析綠色制造在實用性和集成性方面的特殊產(chǎn)品，并在此基礎上討論系統(tǒng)開發(fā)的戰(zhàn)略。不同的計算機輔助工具可以實現(xiàn)的目的也是彼此不同的。例如 CAD 主要完成產(chǎn)品的幾何學模型。相反地，不同的功能目的決定多樣化的系統(tǒng)結構。因此在實施系統(tǒng)開發(fā)的開始階段，只是很熟悉被確定系統(tǒng)的功能目的被滿足，僅僅只運用

3、那些目的來指導系統(tǒng)的計劃和軟件開發(fā)，只能保證系統(tǒng)能夠滿足功能要求。傳統(tǒng)設計的理論和方法的目的是滿足產(chǎn)品的功能、質量、時間和花費。這些要求包括滿足顧客要求、需要、高質量、短的制造周期和低費用。綠色設計和傳統(tǒng)設計相比較增加了環(huán)境的目標，并且被環(huán)境保護集中。為了排除潛在的消極的影響，它強調在產(chǎn)品的基本屬性和環(huán)境屬性之間的約束。環(huán)境的目標是一個寬項的觀念。它包括一系列的問題，例如生態(tài)環(huán)境、資源和公用的能源等。關于生態(tài)環(huán)境的問題是它在整個生命周期內影響生態(tài)環(huán)境，例如，污染空氣和利用過的水在制造產(chǎn)品時產(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、，被包羅萬象和最佳化的利用。這個目標非常重要，因為資源逐漸的變少。產(chǎn)品的綠色屬性在制造、應用和處理階段非常重要，這是在產(chǎn)品開發(fā)階段決定的。只有我們很好的關心和懂得在設計產(chǎn)品結構的時候把環(huán)境作為我們的一個目標，我們就可以獲得生產(chǎn)對生態(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結論：綠色制造的開發(fā)不僅包括傳統(tǒng)的被用來滿足產(chǎn)品的功能的設計，也包括解決環(huán)境能力的設計，因此計算機輔助系統(tǒng)被認為是支持綠色制造生產(chǎn)，且具有多工具和集成化的特性。當綠色制造集成開發(fā)系統(tǒng)的結構再進行設計時必須考慮到這一點。2.目前綠色制造設計工具的機構目前綠色制造設計工具的機構自從 199

5、3 年生命周期工程學被引進以來，關于綠色制造的研究已經(jīng)被廣泛地解決。許多研究學會和大學已經(jīng)學習和開發(fā)了許多綠色制造的設計工具，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，而且被設計者的信息設計工具所支持，目前主要的綠色設計工具和針對這些工具的分析在參考書第3.5.2 節(jié)中列舉出來。系統(tǒng)結構主要分為兩種類型：單一工具結構和集成化工具結構。這一節(jié)將要分析它們的特性和應用領域，基于統(tǒng)一的產(chǎn)品模型作為綠色制造開發(fā)系統(tǒng)的理論依據(jù)將在這一論文中介紹。2.1單一工具結構單一工具結構綠色設計參考產(chǎn)品的綠色特征在生命周期內的分析和評定。它是一個多方面的多因素的決策過程。早期的綠色設計工具采用

6、的是單一工具結構和發(fā)達的控制工具，是一個特殊的設計內容，。這個系統(tǒng)單獨存在并且不能和其他的設計工具進行通信。例如 DFDS 是由合肥科技大學開發(fā)的就是屬于這種情況的結構。圖 1 是 DFDS 的結構。該系統(tǒng)由信息輸入系統(tǒng)得到關于結構、裝配、零件以及建造的產(chǎn)品網(wǎng)狀曲線模型等的信息。它計算零件的分解方向并且通過一些與繪圖和基于網(wǎng)狀曲線模型的分析分解計劃相關的算法生成產(chǎn)品的分解順序。然后它通過分析分解時間和分解問題判斷出產(chǎn)品的支撐能力，最終生成關于評估結果的文件提供給設計者，并將應用于修改產(chǎn)品的設計中去。圖 1 DFDS 的結構DFDS 的研究和開發(fā)為設計者提供了一個可以分析分解能力的輔助設計工具。

7、DFDS 可以達到相互分解和促進支撐力設計和綠色設計的研究和開發(fā)的目的。但是系統(tǒng)采用單一工具結構，有以下一些缺點：CAD 方面多年的研究表明，關于產(chǎn)品結構、幾何形狀、裝配方面的信息是如此多、復雜并且變化多樣，以至于用簡單的數(shù)據(jù)結構來快速傳遞是非常困難的。DFDS 是由 Vc+開發(fā)過的，因為用來存儲產(chǎn)品信息的數(shù)據(jù)結構是有限的，想獲得完整的信息是分常困難的，而且它只是提供幾個零件。該系統(tǒng)不是完整的而是開發(fā)階段的工具，例如 CAD 等。結果是一遍一遍輸入信息而不自動反饋判斷結果。產(chǎn)品的視覺化能力和拆分過程是有限的。更有甚者，它的操作相對地抽象。2.2集成結構集成結構集成結構把信息的完整視為目標。它實

8、現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)過程的完整性并且通過提供相同的數(shù)據(jù)模型來支持 CAx(CAD、CAPP 等等)和 DFx（DFA、DFD 等等）之間的信息交換和轉移。根據(jù)數(shù)據(jù)模型產(chǎn)品完整性開發(fā)結構系統(tǒng)可以分解為兩類：（1）基于相同產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型的集成結構。這種結構設計每一個生命周期發(fā)展階段的工具作為一個整體系統(tǒng)。產(chǎn)品開發(fā)是基于相同的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，可以實現(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 集成機構系統(tǒng)它通過密封開發(fā)工具和相同的應用程序接口來構造產(chǎn)品完整的開發(fā)系統(tǒng)平臺。依據(jù)這個平臺，不同的使用者可以解決不同產(chǎn)品的開發(fā)。開發(fā)平臺和產(chǎn)品模型之間的交互動作是通過產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理來實施的，它們可以進行開

9、發(fā)工具共享信息和產(chǎn)品開發(fā)過程的集成之間的信息交換。這個系統(tǒng)的本質是被用來交換、保存和整個生命周期中產(chǎn)品數(shù)據(jù)的防火墻的產(chǎn)品集合模型。集成結構是基于相同產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型參考整體和包括關于產(chǎn)品的生命周期信息的產(chǎn)品集成模型。它不拆分每個開發(fā)工具的特殊數(shù)據(jù)庫。同時，它通過管理產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)庫來構造在不同工具數(shù)據(jù)之間的語義聯(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)點是：它可以簡化數(shù)據(jù)交換過程的開發(fā)。因此，研究者可以有更多時間去了解開發(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)管理模型的集成結構 這種結構是以 PDM 為基礎的，在不同的 PDM 平臺上結合

10、許多功能軟件，達成信息個過程的集合管理。如圖 2（b）所示。PDM 通常采用產(chǎn)品數(shù)據(jù)和基于產(chǎn)品結構模型的模型管理。在應用文件中有許多冗余的日期，因為在產(chǎn)品結構模型僅僅剝奪了專業(yè)產(chǎn)品模型和每個應用系統(tǒng)之間的聯(lián)系，文件內容的一致性的檢查，不能被任何一個產(chǎn)品日期管理系統(tǒng)解決。底層應用系統(tǒng)被迫按照標準，例如 STEP 和 IGES 等建立輸入和輸出機構。因為它缺少一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，另一方面，工作數(shù)量非常大，因此很難保證來自另一種系統(tǒng)產(chǎn)品模型的轉換數(shù)據(jù)的真實性。3.綠色產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)的結綠色產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)的結綠色屬性是綠色產(chǎn)品的本質屬性。因為綠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、廢棄和預測未來綠色產(chǎn)品的特性。在未來，它依據(jù)產(chǎn)品和改進的不合理設計影響綠色特性，產(chǎn)品將被開發(fā)，最終達到預計的綠色的目的。另一方面，產(chǎn)品開發(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)一結構的產(chǎn)品模型，沒有多余的信息和定向的整個生命周期是認識綠色產(chǎn)品開發(fā)的基礎，研究者在計劃產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)的時候，必須仔細考慮。根據(jù)以上討論，我們認為集成系統(tǒng)是基于不統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型應該被優(yōu)先構造。如圖 4 所示是基于不統(tǒng)一產(chǎn)品模型的集成開發(fā)系統(tǒng)的結構。這個系統(tǒng)主要由一些部件組成。

12、（1）開發(fā)工具 當產(chǎn)品為滿足不同的生命周期需求而定向時，產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)聯(lián)合支持開發(fā)工具，它們是計算機輔助工具（CAx）和工具設計（DFx）、CAx 是一個可以滿足特殊領域產(chǎn)品設計要求的平臺。例如 CAD、CAPP 和 CAM 等。仿制產(chǎn)品和計劃制造過程可以在這個平臺上完成；在 CAx 基礎上的 DFx 的開發(fā)是技術和可以滿足生命周期要求的一個工具。它徹底地考慮產(chǎn)品影響較后面產(chǎn)品設計階段的程序。例如組合能力、制造能力和維護能力等。設計者考慮盡可能多的，可以被每一個 CAx設計結果和理性決定影響的影響功能的因素。綜合在整個生命周期中的每個功能學目標，然后使產(chǎn)品達到最佳。（2）產(chǎn)品模型和模型管理產(chǎn)品模

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

14、 DFDS 結構（3）知識基礎和知識管理基礎知識儲存了多種多樣的涉及到產(chǎn)品開發(fā)應用知識的信息。這些信息是每種開發(fā)工具的基礎，對設計和評估項目非常重要，所有信息通過它的特殊性和普通性被分成 3 層，第一層是和設計和應用領域相關的知識，比如軸的零件和選擇切割量的設計準則；第二層是和特殊的產(chǎn)品設計相關的知識，比如具體的標準和手工繪圖的標準，有多種用途的數(shù)據(jù)可以通過知識管理系統(tǒng)來識別，這些為產(chǎn)品設計要求服務的知識通過知識管理系統(tǒng)的相互作用被傳遞給開發(fā)工具。（4）用戶界面每種開發(fā)工具產(chǎn)品模型和知識模型被認為是設計者準備的開發(fā)平臺，每種開發(fā)工具通過用戶界面應用到產(chǎn)品的開發(fā)過程中，通過用戶界面存儲和獲得的數(shù)

15、據(jù)被控制。過程和信息的非統(tǒng)一管理可以被識別。因此，識別完整的相同產(chǎn)品開發(fā)時有可能的。這種結構的重要特性是不同產(chǎn)品的模型基礎。每個開發(fā)工具的生命周期和共享信息通過周邊用戶界面被識別。然后確保開發(fā)產(chǎn)品不僅達到傳統(tǒng)結構和功能目的，而且已能達到綠色環(huán)境設計的目標，因此，綠色產(chǎn)品可被連續(xù)開發(fā)。4.綠色產(chǎn)品集成化開發(fā)系統(tǒng)的是失策略綠色產(chǎn)品集成化開發(fā)系統(tǒng)的是失策略Pro/E 和 UGII 是兩個商業(yè)軟件，它提供功能程序塊，例如設計、模型、分析、NC 項目和制造。他們重視產(chǎn)品結構和制造過程，且它們沒有功能程序塊，例如分析和評價產(chǎn)品對環(huán)境的影響，且不支持綠色設計工具的通信，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，且在任何時候，產(chǎn)品幾何和功能性描述是必須的，對于產(chǎn)品開發(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別特別功能需求的開發(fā)工具因此文章講述了第三部分開發(fā)綠色設計，此設計以商業(yè)軟件平臺支護為基礎，且增加和擴展了系統(tǒng)功能，如 DFD 使系統(tǒng)適應綠色產(chǎn)品開發(fā)。UGII for DFD 是以 UG 平臺來開發(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，應用于分析的網(wǎng)絡信息能從 UG 模型中獲得。DFD 分析結果直接反映了產(chǎn)品模型系統(tǒng)增加了累積過程，因此，系統(tǒng)的應用能力加強。目前該系統(tǒng)尚處于試驗階段且受到企業(yè)的

17、好評。5.結論結論基于綠色產(chǎn)品集成開發(fā)系統(tǒng)結構方面的研究是系統(tǒng)化的，并且對整個系統(tǒng)功能、特性和運行方式進行全方面的計劃，它是由開發(fā)的軟件的最終控制模型和開發(fā)領域來支持，基于綠色產(chǎn)品集成開發(fā)系統(tǒng)機構方面的研究的目的是選擇一個適當?shù)南到y(tǒng)結構和骨架模型，它確保綠色設計和在每一個生命周期階段的評定被系統(tǒng)識別。因此產(chǎn)品綠色屬性在整個生命周期被實施。參考文獻參考文獻1 劉志峰等 綠色設計 北京 機械工業(yè)出版社 1999,9.2 劉光復等 綠色設計的體系結構及實施策略 中國機械工程 2000,9：9659683 劉志峰等 綠色產(chǎn)品評價方法研究 中國機械工程，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)設計的思考 CIRP 機械制造工業(yè)出版設 46(1):355-360,1997