《產品全生命周期設計與評價》系統介紹了產品全生命周期設計（LCD）、全生命周期評價（LCA）和全生命周期仿真（LCS）的原理、方法、最新研究進展和應用實例。主要內容包括：產品全生命周期設計和評價產生的背景、基本概念和原理，產品全生命周期建模方法，面向全生命周期的模塊化技術，LCA方法、LCA軟件開發，產品全生命周期仿真，以及產品全生命周期設計與DfX等。《產品全生命周期設計與評價》的特點包括：①系統性，全面論述了LCD、LCA和LCS的原理、方法及應用，從基礎知識到研究領域的最新成果，由淺入深、循序漸進；②創新性，結合了作者的最新研究成果，重點論述了綠色模塊化設計方法和全生命周期仿真方法，是同類書籍中首次論述的主題；③實踐性，有豐富的研究案例和應用實例；④學術拓展性，不是局限于LCA，而是以全生命周期思想為核心，介紹了多種相關綠色設計方法。
《產品全生命周期設計與評價》可作為產品全生命周期設計相關課程教材，也可供相關專業大學教師、研究人員、工程技術人員、研究生等閱讀和參考。
作者于隨然、陶璟結合他在產品全生命周期設計、評價和仿真的研究成果和長期從事高校教育的教學經驗撰寫了這本《產品全生命周期設計與評價》。全書共7章。第1章簡要闡述了設計和全生命周期設計的概念、研究現狀等。第2章較詳細地論述了產品的模型化過程(指加工、組裝、使用、拆解等操作)的模型化以及產品全生命周期模型化(過程之間的關系)。第3章論述了產品全生命周期模塊化設計的一般方法，并通過案例對該設計方法予以說明，主要包括：產品全生命周期模塊設計中驅動力的概念、權重分配和零件關系模型的建立；基于種群遺傳算法的全生命周期模塊化設計；案例研究及敏感度分析。第4章論述了全生命周期評價方法，并對家用電冰箱進行了全生命周期評價、參數化一模塊化一模板化LCA方法及其應用。第5章闡述了面向家電產品的LCA軟件開發的關鍵技術、系統開發實踐。第6章詳細論述了產品全生命周期仿真的概念、方法、過程建模和不確定性分析等，并通過兩個案例闡述了該方法如何應用。第7章重點論述三種DfX方法：面向可制造性的設計、面向裝配和拆卸的設計以及面向回收的設計。
前言
第1章 緒論
參考文獻
第2章 產品的全生命周期建模
2.1 產品的模型化
2.2 過程的模型化
2.2.1 產品開發
2.2.2 制造過程
2.2.3 物流
2.2.4 使用與維修
2.2.5 回收處理
2.3 全生命周期模型化
2.4 生命周期成本的計算模型
參考文獻
第3章 產品全生命周期模塊化設計 前言
第1章 緒論
參考文獻
第2章 產品的全生命周期建模
2.1 產品的模型化
2.2 過程的模型化
2.2.1 產品開發
2.2.2 制造過程
2.2.3 物流
2.2.4 使用與維修
2.2.5 回收處理
2.3 全生命周期模型化
2.4 生命周期成本的計算模型
參考文獻
第3章 產品全生命周期模塊化設計
3.1 產品全生命周期模塊化設計的基本概念
3.1.1 模塊的定義及特性
3.1.2 產品全生命周期模塊化設計的基本概念
3.1.3 產品全生命周期模塊化設計的研究現狀
3.2 模塊化驅動力及產品中的零件關系模型
3.2.1 設計方法關聯假設條件
3.2.2 全生命周期模塊化設計驅動力
3.2.3 不同模塊化設計驅動力下的零件關系模型
3.2.4 零件綜合關系模型
3.2.5 零件之間的綜合關系模型
3.2.6 綜合矩陣的建立與特點
3.3 利用種群遺傳算法對產品進行模塊化設計
3.3.1 選取種群遺傳算法作為模塊優化算法的原因
3.3.2 初始模塊數
3.3.3 利用種群遺傳算法進行模塊化重組
3.3.4 優化過程
3.3.5 優化方案的經濟性和環境性能的評價
3.4 案例分析
3.4.1 家用電冰箱
3.4.2 建立各驅動力的零件關系矩陣與綜合關系矩陣
3.4.3 種群算法設計過程
3.4.4 優化結果與原結構的比較
3.4.5 敏感度分析
參考文獻
第4章 產品全生命周期評價
4.1 全生命周期評價簡介
4.1.1 目標和范圍設定
4.1.2 清單分析
4.1.3 影響評價
4.1.4 解釋
4.2 家用電冰箱全生命周期環境影響評價
4.2.1 家電產品LCA研究現狀
4.2.2 評價的目的和邊界設定
4.2.3 數據收集與清單分析
4.2.4 清單分析結果
4.2.5 環境影響評價
4.2.6 解釋
4.3 參數化-模塊化-模板化LCA
4.3.1 參數化LCA方法
4.3.2 模塊化LCA方法
4.3.3 模板化LCA方法
4.4 參數化-模塊化-模板化LCA的應用案例
4.4.1 案例一:家用電冰箱生產階段的環境影響評價
4.4.2 案例二:咖啡壺生產階段環境影響評價
參考文獻
第5章 LCA軟件開發
5.1 現有LCA軟件綜述
5.1.1 LCA軟件開發的相關研究
5.1.2 現有商業LCA軟件介紹
5.1.3 現有LCA軟件的總結
5.2 MPT-LCA開發關鍵技術
5.2.1 MPT-LCA數據庫設計
5.2.2 MPT-LCA的清單分析算法
5.2.3 MPT-LCA環境影響評價模型及算法
5.3 MPT-LCA系統開發
5.3.1 MPT-LCA系統總體設計
5.3.2 MPT-LCA產品評價模板的建立
5.3.3 軟件其他部分的開發
5.3.4 軟件的主要應用
參考文獻
第6章 全生命周期仿真
6.1 產品全生命周期仿真的概念和過程框架
6.2 一般產品系統的生命周期過程模型
6.3 基于蒙特卡洛仿真的生命周期評價不確定分析方法
6.4 實例1——家用冰箱“3R”措施的資源和能源節約評價
6.4.1 研究目標和范圍
6.4.2 家用冰箱生命周期仿真模型
6.4.3 仿真場景
6.4.4 仿真結果及討論
6.4.5 結論
6.5 實例2——我國燃料乙醇全生命周期能源、排放和經濟性評價
6.5.1 研究目標和范圍
6.5.2 生物質燃料乙醇/汽油混合燃料車輛的全生命周期過程
6.5.3 生物質燃料乙醇/汽油混合燃料車輛系統的環境和經濟性評價指標
6.5.4 基于蒙特卡洛仿真的生物質燃料乙醇/汽油混合燃料車輛系統生命周期評價模型
6.5.5 生物質燃料乙醇/汽油混合燃料車輛系統經濟性、能效、排放評價結果
6.5.6 結論和建議
參考文獻
第7章 全生命周期設計與DfX
7.1 面向X的設計
7.2 面向可制造性的設計
7.2.1 基于設計規則的方法
7.2.2 基于特征分析的面向可制造性設計的方法
7.3 面向裝配和拆卸的設計
7.3.1 面向裝配的設計
7.3.2 面向拆卸的設計
7.4 面向回收的設計
7.4.1 基本概念和設計原則
7.4.2 案例研究——面向家電塑料回收的設計
參考文獻
附錄A 模塊化優化運算程序
附錄B 清單數據補全
第1章 緒 論
設計是為了實現一定的要求將與產品相關的信息（構想、屬性、狀態、舉動、功能、性能）逐漸詳細化的決策和實現過程。其中，要求（requirements）是規定所設計的產品必須具有的屬性、狀態、功能等信息；規格（specifications）是描述產品所必需的屬性、狀態、功能等信息；屬性（attributes）是指產品所具有幾何的、物理的、化學的性質，用定量值表示；狀態（status）是產品在某處、某時刻其屬性所持有值的組合；舉動（behavior）是產品的狀態隨時間變化的表現；功能（function）是人以特定意圖主觀地觀察產品時認為產品所發揮的作用（效力）［1］。
設計科學是通過對設計過程的建模來理解設計的學問。設計科學作為一門學問其具有的抽象性和一般性必不可少。所謂一般性是指對任何具體領域的設計都可以適用的性質；而抽象性是具體設計描述的抽象化（數學描述的導入等）。
設計研究的范圍包括設計方法論、設計原理、設計方法和設計學［1］。設計方法論是指一般的應用領域（不針對具體機械）中的某一具體目標的體系化設計方法，如各種各樣的優化方法，DesignforX［2］（DfX，指產品生命周期的制造、維修、裝配和拆卸、再利用等）設計法、質量控制設計領域的田口方法［3］、質量功能展開法［4］以及德國流的設計方法論等都屬于這一研究范疇［5］。設計原理是設計決策時的指導方針。Suh的公理設計法［6］和中?的設計原理選集是設計原理的代表作；其他被廣泛應用的設計原理有“簡單的最優”（零部件越少越好、越輕越好等）等。具體對象的設計研究屬于設計方法的研究。歷史上，設計教科書就多以車床設計法、內燃機設計法等為主要內容，這些適用于具體對象的非常實用的設計方法不僅限于機械工程領域，對其他工程領域具體對象的設計法的研究也非常有借鑒意義。具體對象的設計方法記錄了該對象的詳細設計過程，通過數學和信息技術的抽象化手段可以做成提高設計效率的設計工具。但是這種嘗試畢竟依賴于個別對象，在應用于其他對象時有先天的局限性，因此如何開發通用性更好的設計系統顯得尤為重要。由此可見，設計學是從抽象性和一般性的視點來研究設計對象的。
上述設計理論和方法主要是基于從自然界獲取有用資源來改善我們的生活質量這樣一種“資源無窮論”的觀點。但人們在現代工業社會的發展中已逐漸認識到，環境的可持續發展等重要概念應該受到重視，現代工業產品的生產活動及其規模的逐漸擴大是造成環境問題的重要因素。為根本地解決這些問題，一方面，需要重新評估和修正現在的生產體系，即從過去的“生產―使用―廢棄”的傳統工程轉變為包括“使用―維修―再利用”逆向工程在內的新的生產體系，即循環型
生產體系；另一方面，激烈的市場競爭要求制造商用盡可能少的資源消耗，低成本、高質量和迅速地推出能滿足用戶服務（service）需求的產品。因此，合理地設計產品的全生命周期，并在產品的全生命周期中合理地管理它，能有效地實現資源的合理利用和滿足用戶對服務質量的要求。“以用戶為主題的生產”是制造業的另一個轉型目標。基于以上轉換我們提出了全生命周期工學的理念：以從產品計劃到廢棄的全生命周期為對象，同時考慮經濟性、技術性、市場性與環境性，以求達到全局優化目的。
研究表明，要從產品的環境調和性開發中獲得利益，必須實現產品從計劃、設計、制造、使用、維修到廢棄的閉環化，形成閉環產品系統。其中，設計已經演變為產品全生命周期設計，即為了實現一定要求，對與產品全生命周期相關的信息逐漸詳細化的決策過程。產品全生命周期設計盡管還沒有被廣泛應用于產品研發中，但作為一個連接社會需求、經濟規模和資源環境問題的平臺已經被普遍接受［7］。這是因為產品的可維修性、可拆卸性和回收性直接影響產品在使用時的性能，全生命周期的成本以及我們的生存環境都是“可持續型”循環經濟社會的具體體現。因此，在國家中長期科學和技術發展規劃綱要中關于制造業主題的部分就明確提出了“開發面向產品全生命周期的創新設計方法和技術”［8］。
國外關于全生命周期設計的研究與應用始于20世紀80年代初的面向裝配與拆卸的設計。但是自90年代初起，全生命周期設計才初步地形成系統的概念和結論。其標志是，美國于1992年9月發表研究報告Greenproductsbydesign：choicesforacleanerenvironment［9］、1993年發表研究報告Life?CycleDesignguidancemanual［10］；日本學術會議于2000年4月發表研究報告?產品全生命周期設計的基礎學術問題?［11］；歐盟于2001年發表集成產品政策（IntegratedProd?uctPolicy，IPP）綠皮書［12］。自1985年起，美國自然科學基金會（NSF）在“DesignTheory&MethodologyProgram”名義下開始了對工程設計研究的資助，其目的是弄清楚產品開發過程，以便開發出設計方法和工具，從而提高設計質量和效率、降低開發成本，趕超日本和歐洲。表1.1是對NSF20年中所有資助項目按領域、每5年一個周期進行統計的結果［13］。
表1.1 NSF在工程設計研究的不同領域的資助變化情況（1985～2004年） （單位：%）
研究領域（researcharea）1985～1990年1990～1995年1996～2000年2001～2004年
設計過程（designprocess/cognition）優化（optimization）人工智能（AI/KBS）21.29.422.41.425.78.13.013.46.009.30
決策（decision/utility，DBD）計算機輔助設計（CAD/CAGD）1.25.95.416.223.96.032.611.6
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