面向方案设计的产品宏-微特征与碳排放关联建模及碳效益评估

Compared with detailed design, the conceptual design phase plays a decisive role in the environmental impact of product life cycle, and it is a current research hotspot in the field of green and low carbon design at home and abroad to provide systematic product carbon emission assessment method and design decision supports. The core problem is how to establish correlation relationships accurately and systematically between product design and carbon emission using limited design information and carbon emission data. Surrounding the issue, this project intends to focus on the following researches: 1) the concept of macro characteristic and micro characteristic is put forward, and the product design scheme will be expressed by macro-micro characteristics, then the operating activities oriented characteristics are used to describe carbon emission behaviors in the product life cycle, furthermore modeling methods associating product design scheme based on macro - micro characteristics with the carbon emission of life cycle is researched. 2) a quantitative method of carbon emission is researched based on macro-micro characteristics, in order to calculate product life cycle carbon emission rapidly and accurately in conceptual design phase. 3) the evaluation index of product life cycle carbon efficiency—PLCCE is proposed to identify the comprehensive level of product carbon efficiency, which integrates multiple dimensions such as economic, function, carbon emissions etc. And a product carbon efficiency decision-making and optimization model is established based on the macro-micro characteristics, which can implements direct feedback for product design and improvement. 4) the verification of theories and development of tools will be done in combination with some typical product, which could provide supports for research and application of low carbon product design.

与详细设计相比，方案设计对产品全生命周期环境影响更具决定意义。如何在方案设计阶段提供系统化的产品碳排放评估方法及设计决策支持是当前国内外绿色低碳设计领域研究热点。其核心问题是如何在有限的方案设计信息和产品碳排放数据之间建立相对系统、准确的关联关系。围绕该问题，本项目拟重点研究：1）提出宏特征与微特征的概念，利用宏-微特征表达产品设计方案，利用面向特征的操作活动描述产品生命周期碳排放行为，研究基于宏-微特征的产品设计方案与生命周期碳排放关联建模方法。2）研究基于宏-微特征的碳排放计算方法，在方案设计阶段相对快速、准确计算产品全生命周期的碳排放。3）集成经济、功能、碳排放三个维度，提出产品碳效益评估指标PLCCE，识别产品综合碳效水平；建立以宏-微特征为变量的产品碳效益决策与优化模型，实现对产品设计方案的直接反馈和改进。4）结合典型产品进行方法的应用验证和工具开发，为绿色低碳产品设计提供支持。

方案设计阶段对机电产品的生命周期起着决定性作用，从设计初期就充分考虑产品全生命周期的碳排放，开展绿色低碳设计可以起到事半功倍的效果。因此，如何分析产品设计方案中隐含的碳排放信息，将设计方案关键信息与生命周期碳排放行为进行有效关联，进而利用相对较少的设计信息进行相对准确的碳排放计算并提升产品设计方案的整体碳效益水平，具有重要的研究意义。.本项目对机电产品方案设计阶段的低碳设计方法进行了重点研究，主要包括：（1）定义了产品宏-微设计特征概念，构建了基于设计特征的产品设计方案表达模型。该模型从产品宏观角度（产品层面）和微观角度（零件层面）来描述与产品生命周期碳排放活动相关的重要设计信息，是支持后续产品碳足迹评估和低碳优化的基础。（2）通过设计特征操作活动，构建设计特征与生命周期碳足迹之间的关联映射模型，提出了基于设计特征的产品生命周期碳排放计算方法。（3）综合考虑产品功能、成本、碳排放等众多因素，构建产品生命周期碳效益评价指标，并提出基于碳效益的低碳方案设计决策优化方法。（4）基于以上理论研究，开发了低碳设计与决策支持系统，为低碳设计技术的研究与应用提供支撑平台。（5）项目部分研究成果在冰箱、机床等典型机电产品进行了实施应用。.发表论文、著作、标准等主要包括：（1）发表或录用论文15篇，SCI/EI收录8篇。（2）开发软件支撑系统2项，并取得软件著作权2项。（3）本项目负责人李方义被聘为“绿色制造丛书”编委，主创“绿色制造丛书”系列中《绿色设计系统集成技术》部分。（4）培养博士研究生2名，硕士研究生10名。（5）在本项目研究成果支撑下，项目负责人及参与成员凭借“机械装备高效绿色再制造关键技术及应用”项目荣获山东省科技进步二等奖。.本项目对基于宏-微设计特征的产品方案设计碳排放评估及碳效益决策方法及其关键技术进行了重点研究，为我国深入开展产品低碳设计提供基础共性理论方法和工具支持，具有良好的应用前景。