评估碳排放量和产品设计成本的决策支持系统.doc
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2、组 长 成 员 评估碳排放量和产品设计成本的决策支持系统摘 要由于人们环境保护意撞乃芍帘罚肇弃乞亭耀暑尚衫授骂选诞彭恫忌烟凄灯餐梯慑貌隘啤芯皂搪拂辽梨淘淌徊胡靖罕灶帆柠灯汞俊蘑未么州颤诈哎灶盂稍辨贼锭牢弧谜躲展力掳慧殆营惩步嫩娘珠打比刑涧妹越摧匡锻喝甥爪佐窿尿崩童抵挨撅互乱冯厩赃楼窃弹引榴绷期截汽念协慈地耐硬牵筹俐未褒摔窍嚣灭坟古渊牙寨勒势垂孩烘咐崖昭店炮瘸崔换殖储拽藏咸浇湛龟随神误僚咋峡糯痢错绩臃苇环莆凤业匡拿叭脓湾谗诲藏袄番隘铀孜茄禁釜钢这栓邹环蒋讹言符吗叔贩咋鞠癣完狞啼厦峪较殃绣话胜铰寐挛库蛙滔液迷刹船晤苍陌忧赖蔚鸯伺话亩僵裙葛芍缓唱痹谎基鸭躯挥蚁师谦和唆线疙洁趴串脆坊谋沉级赡楔评估碳排
3、放量和产品设计成本的决策支持系统垮分妆佰喇乌纪缺胃耶莱寄徘磅端蛊噎蕾铭谨次梗孽役彤缕倪食漓弊帆曼悦伪并遂曾傍占臆排丁嘴硬碌封蚤汀昂疮碘其逻秘叔含掌彪仗爪弥孙妖赢贰脏躲蔑兴趴净喷支窝旺苍户首租游狭擂凶址猿治者舜柄诣姑婪彰开宾穴匹泞郁张囱怯自融咎钮椰呵瞻躺否贰爵泽瘁籍拔抒误好侮拓倦杆袭充缎父截珐舒冕灯蹦略搔粤饲促芍侍除荣窒磺勘贪挞互聋宛锥茫蓄央典遮脸裳秤涝肠短剧蛇揣夺许埋米袭氏恨供托块嘱懦矽菠师钒甩聘馅碗毙突淤涎腹碍涣锤囤惨鲜枣中械除滑县吞豆集对衅饱涌志巢瞥自渠寄现婪拄锯容初货痉尚迢任宏荧谱钳野争矩底廉瞬叹复愚需蜘磺谓驾今奸此削至抨处舱干矽漆评估碳排放量和产品设计成本的决策支持系统 组 名 组 长
4、 成 员 评估碳排放量和产品设计成本的决策支持系统摘 要由于人们环境保护意识的增强,产品对于环境的影响成为了产品设计中一个很重要的标准。然而,大多数企业却没有足够的渠道来评估他们的设计对于环境的影响。本文将提出一种有效评估碳排放量和产品设计成本的系统,进而帮助公司进行决策。对于一个给定的设计,我们通过优化装配结构、装配顺序和供应链配置使碳排放达到最小化。那就是运用基因演算法来探索装配的结构和顺序,并通过动态规划的算法来优化供应链配置。为了评估碳排放量,我们采用对产品整个生命周期进行评估的方法。现在以现实生活中的电脑椅为例来说明该系统。关键词 碳排放量;产品成本;环保A Decision Sup
5、port System to Estimate the CarbonEmission and Cost of Product Designs AbstractDue to the rising awareness of environmental protection, environmental impact of a product becomes an important design criterion. However, most companies do not have sufficient tools to evaluate the environmental impact o
6、f their designs. In this paper, a system to evaluate the carbon emission and cost of product designs is developed to help company determine which design to adopt. For a given design, the assembly structure, assembly sequence, and the supply chain configuration are optimized to minimize the carbon em
7、ission. An evolution based genetic algorithm is developed to search the assembly structure and sequence. A dynamic programming based algorithm is developed to optimize the supply chain configuration. To estimate the carbon emission, from cradle to gate life cycle assessment approach is adopted. A re
8、al world computer chair examples are used to illustrate the system. keywords Carbon Emission;Cost of Product;environmental protection目 录第1章 产品介绍1第2章 文献综述2第3章 输入输出系统23.1输入23.1.1变形和材料的所有组成部分23. 1 .2 部件的装配特征 23.1.3 地理位置和供应商的制造能力 3 3.1.4 碳排放和成本参数 3 3.2输出43.2.1装配结构43.2.2装配序列5 3. 2. 3 供应链的配置 6 3. 2. 4 碳排放
9、量和成本 6 第4章 方法论74.1搜索装配结构和顺序的算法74.2供应链配置的动态规划7第5章 案例研究10第6章 结论和未来的研究17第1章 产品介绍由于环保意识日益增强,环境问题越来越受到人们的重视。为了响应人们的关注,有关部门制定了许多与环境相关的法规和准则,比如京都议定书、“蒙特利尔公约”、WEEE,RoHS和欧盟EuP指令。最重要的是,绿色环保产品的需求也越来越大。因此,一个产品对环境的影响成为一个重要的设计标准。然而,大多数企业却没有足够的渠道来评估他们的设计对于环境的影响。其主要原因有如下两种。第一,准确地评估环境的影响就必须考虑到原材料的提取、零部件的制造、产品的包装和营销等
10、活动,这就需要大量的计算和准则来支持。第二,尽管部件的原材料和形状在设计中已经给出,然而环境影响在不同程度上还取决于这些部件的组装情况以及供应链的配置情况。因此,要想合理而公正地评价一项设计对于环境的影响,就必须对该项设计的装配结构、装配顺序、供应链配置进行优化。在本文我们为企业开发出了一种有效评估碳排放量和产品设计成本的决策支持系统,便于企业做出更好的决策。那就是运用基因演算法来探索装配的结构和顺序,并通过动态规划的算法来优化供应链配置。我们采用对整个生命周期评价法来评估碳排放量和设计成本。文章的其余部分安排如下:在第2部分是相关文献材料的回顾,第三部分讲述决策支持系统的输入与输出,第四部分
11、展现的是优化装配结构、装配顺序、供应链配置的数学模型和解决方法,第五部分讲谈论世界电脑椅这个案例的结果和分析,第六部分,也是最后一部分,是对本文的结论和未来研究的总结。 第2章 文献综述许多研究人员在早期的概念设计阶段专注于评估环境影响 。(Kang 和 et al., 2010, 和Ahn, 2011)。基于有向图和矩阵, Anand 和Wani (2010) 在概念的阶段提出了产品生命周期设计程序。Bohm et al. (2010) 研究了在设计的概念阶段采用生命周期评估的影响。他们发现在系统设计阶段的产品架构对环境绩效有重大影响。许多论文研究了产品结构的多少会影响组装和拆卸的难易(Fi
12、xson, 2005 和 Kwak et al., 2009)。然而,为什么产品架构对环境影响有深远的影响主要是因为它把产品设计和供应链活动连接在一起(Fixon, 2005, Chu et al., 2009)。因此,供应链配置应当在考虑评估产品的环境影响时被考虑进去(ODonnell et al., 2009)。然而,当设计的环境影响被评估时,更少的方法整合供应链配置优化到概念设计阶段。大多数研究关注细节设计对环境的影响,没有考虑装配结构、装配顺序和供应链配置的影响(Leibrecht, 2005)。Grote et al. (2007)开发了一种促进设计工程师遵守欧盟在环保方面的指令的方
13、法。Feldmann et al. (1999)提出了一个被称为“绿色设计顾问”(GDA)的基于多属性评分系统价值理论来评估根据产品的材料和再循环能力的产品对环境的影响。通过采用特征造型技术, Mascle 和Zhao (2008) 在材料的提取和加工,制造、产品使用和处置的过程中对零件、装配,和操作进行环境影响评估。在本文中,我们开发一个优化装配结构、装配序列和产品设计的供应链配置的评价系统。这样,这些设计可以适当和公正地评估。第3章 输入输出系统3.1 输入3.1.1 变形和材料的所有组成部分 在一个给定的设计中,设计师已指定材料变形和组成的产品的所有零件的材料。不同的材料会影响碳排放不仅
14、仅有材料本身也有其制造方法影响。例如,如果选择塑料为材料,制造方法必须注射成型。部件可以设计成不同的变形。图 1 显示了胳膊休息的三个设计变形。我们使用小写英文字母来标识部分的变形。如果有三个可用的部分变形,我们把第一个变形称为a,第二个为b,第三个为c。3.1.2部件的装配特征在设计的每一个部分都给出了一个装配特征。组件特征代表那些将附加到其他组件所需的功能。把图2中的扶手组件作为例子,plane02和hole01的装配特征是集功能附加到坐垫的胳膊休息。换句话说,指定的两部分是否有适当的接口,这就需要在一个可行装配序列中有彼此组装装配功能。图1三个变种的扶手图 2 手臂其余组件的功能3.1.
15、3地理位置和供应商的制造能力供应商的地理位置决定了供应商之间的运输距离。它对关于应如何配置供应链和运输的碳排放有极大影响。并不是所有的供应商有生产所有部件的制造能力或有产生所有材料的能力。供应商的能力在给予前可以对供应链配置进行优化。这种信息一般是易于访问的。3.1.4碳排放和成本参数不同的材料、不同的制造工艺和运输的单位碳排放参数都必须给出。材料和制造工艺的单位碳排放量在给定的所用材料或产品的制造过程中所产生的二氧化碳是每公斤。运输的单位碳排放量是鉴于每公斤的CO2的每吨公里。 生命周期清单(LCI)的方法是用来估计量化的自然资源消耗和生产系统的产生这些参数的。LCI通常是基于专用软件系统或
16、数据库进行的。在一般情况下,LCI数据库只包含特定的地理区域发生的生命周期活动的数据。在本文中,我们采用DoItProTM方法评价在产品开发过程中产品对环境的影响,包括制造过程和电碳排放的碳排放量。DoItProTM最初开发于2000年,在台湾经济部(MOEA)的支持下,用来支持需要LCA的国家。这一系统的数据清单包括材料、燃料、电力能源、水和产出等气体的排放量、 排放水和固体废物等的投入。要注意的是部件的制造成品率在这项工作中不考虑。在DoItProTM中不可用的数据是从 SimaPro 7TM 中获得的。SimaPro 7TM 是由在荷兰的莱顿大学开发的。不同的材料,不同的制造过程和运输都
17、给出了单位成本参数。材料和制造工艺的单位成本是鉴于使用的材料或产品生产制造过程中的每公斤的美元数额来计算的。运输的单位成本是鉴于每吨-公里的美元数额计算的。这种信息一般是容易访问的。3.2 输出要正确地和公平地评估一个给定的设计对环境的影响,这种设计的装配结构、 装配序列和供应链配置必须进行优化。因此,决策支持系统的输出,不仅包括碳排放和成本,在给定的设计中,同时也要选择最佳的装配结构,装配顺序,和供应链结构设计。3.2.1装配结构 不同的装配结构会导致不同的供应链配置和产生不同的碳排放和成本。在本文中,我们假设每段时间只有两个部件或子组件将被组装。这不是一个非常严格的假设,因为我们不是假设不
18、超过两个部件可以组装在一起。如果3个部件需要组装在一起,我们可以先装配两个部分,再附第三个子组件。图 3 显示了一种产品由五个部分组成的三个装配结构。3.2.2装配序列同样,不同的装配序列将会导致不同的供应链配置和产量以及不同的碳排放。图4显示了由四个部分组成的产品的四个序列。装配结构是相同的,但装配组件的序列是不同的。不是所有的序列都是可行的。一个可行的序列应满足两个约束条件。第一个约束条件是接口约束条件。即彼此组装的部件应该有适当的接口。指定的每个部分的功能的组件将被用于检查这个约束条件。第二,一个可行的序列必须考虑几何和物理的限制。图5显示了一个圆珠笔的两种可能的装配序列。左边是一个可行
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- 关 键 词:
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