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1、附錄附錄 1關于綠色生產集成發展系統結構的研究關于綠色生產集成發展系統結構的研究蔣繼斌 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展系統確定生產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展系統的結構是第二位被討論的，從實際和集成方面考慮的系統發展策略則被放在最后一位。1.介紹介紹綠色制造是和環境、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。所謂綠色制造的開發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、的綠色程度已經在數字化生產階段被潛在地設計和估定了。因此時間、質量、花費等的要求已經滿足環境和資源的精密要求?，F在已經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，而不能被傳統的設計工具例如CAD、CAM 等吸收利用，也不能支持企業的生產發展。本文研究的是目前可達到的綠色制造集成發展系統的結構，分析綠色制造在實用性和集成性方面的特殊產品，并在此基礎上討論系統開發的戰略。不同的計算機輔助工具可以實現的目的也是彼此不同的。例如 CAD 主要完成產品的幾何學模型。相反地，不同的功能目的決定多樣化的系統結構。因此在實施系統開發的開始階段，只是很熟悉被確定系統的功能目的被滿足，僅僅只運用
3、那些目的來指導系統的計劃和軟件開發，只能保證系統能夠滿足功能要求。傳統設計的理論和方法的目的是滿足產品的功能、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。綠色設計和傳統設計相比較增加了環境的目標，并且被環境保護集中。為了排除潛在的消極的影響，它強調在產品的基本屬性和環境屬性之間的約束。環境的目標是一個寬項的觀念。它包括一系列的問題，例如生態環境、資源和公用的能源等。關于生態環境的問題是它在整個生命周期內影響生態環境，例如，污染空氣和利用過的水在制造產品時產生的影響生態環境的影響，更有甚者，被處理的產品也影響生態環境。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。產品的綠色屬性在制造、應用和處理階段非常重要，這是在產品開發階段決定的。只有我們很好的關心和懂得在設計產品結構的時候把環境作為我們的一個目標，我們就可以獲得生產對生態環境的影響最小，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：綠色制造的開發不僅包括傳統的被用來滿足產品的功能的設計，也包括解決環境能力的設計，因此計算機輔助系統被認為是支持綠色制造生產，且具有多工具和集成化的特性。當綠色制造集成開發系統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被廣泛地解決。許多研究學會和大學已經學習和開發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 節中列舉出來。系統結構主要分為兩種類型：單一工具結構和集成化工具結構。這一節將要分析它們的特性和應用領域，基于統一的產品模型作為綠色制造開發系統的理論依據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達的控制工具，是一個特殊的設計內容，。這個系統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的就是屬于這種情況的結構。圖 1 是 DFDS 的結構。該系統由信息輸入系統得到關于結構、裝配、零件以及建造的產品網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狀曲線模型的分析分解計劃相關的算法生成產品的分解順序。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，并將應用于修改產品的設計中去。圖 1 DFDS 的結構DFDS 的研究和開發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的目的。但是系統采用單一工具結構，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，以至于用簡單的數據結構來快速傳遞是非常困難的。DFDS 是由 Vc+開發過的，因為用來存儲產品信息的數據結構是有限的，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。該系統不是完整的而是開發階段的工具，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、現產品開發過程的完整性并且通過提供相同的數據模型來支持 CAx(CAD、CAPP 等等)和 DFx（DFA、DFD 等等）之間的信息交換和轉移。根據數據模型產品完整性開發結構系統可以分解為兩類：（1）基于相同產品數據模型的集成結構。這種結構設計每一個生命周期發展階段的工具作為一個整體系統。產品開發是基于相同的產品數據模型，可以實現系統的高度完整性，并且共享系統信息，如圖 2（a）所示。圖 2 集成機構系統它通過密封開發工具和相同的應用程序接口來構造產品完整的開發系統平臺。依據這個平臺，不同的使用者可以解決不同產品的開發。開發平臺和產品模型之間的交互動作是通過產品數據管理來實施的，它們可以進行開
9、發工具共享信息和產品開發過程的集成之間的信息交換。這個系統的本質是被用來交換、保存和整個生命周期中產品數據的防火墻的產品集合模型。集成結構是基于相同產品數據模型參考整體和包括關于產品的生命周期信息的產品集成模型。它不拆分每個開發工具的特殊數據庫。同時，它通過管理產品模型數據庫來構造在不同工具數據之間的語義聯系。它避免日期的多余信息和日期之間的不一致信息。還有，由公用數據格式支持的產品模型的優點是：它可以簡化數據交換過程的開發。因此，研究者可以有更多時間去了解開發工具的功能，不用去管系統數據的交換。（2）基于不同數據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 通常采用產品數據和基于產品結構模型的模型管理。在應用文件中有許多冗余的日期，因為在產品結構模型僅僅剝奪了專業產品模型和每個應用系統之間的聯系，文件內容的一致性的檢查，不能被任何一個產品日期管理系統解決。底層應用系統被迫按照標準，例如 STEP 和 IGES 等建立輸入和輸出機構。因為它缺少一個統一的數據模型，另一方面，工作數量非常大，因此很難保證來自另一種系統產品模型的轉換數據的真實性。3.綠色產品開發系統的結綠色產品開發系統的結綠色屬性是綠色產品的本質屬性。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、通常在產品開發的數據階段采用模擬的方式。也在電腦環境中建造虛擬制造、使用、廢棄和預測未來綠色產品的特性。在未來，它依據產品和改進的不合理設計影響綠色特性，產品將被開發，最終達到預計的綠色的目的。另一方面，產品開發涉及到除綠色屬性以外的其它模擬特性，例如產品的可持續性和可制造能力。那些特性也需要數字化產品模型。因此，不統一結構的產品模型，沒有多余的信息和定向的整個生命周期是認識綠色產品開發的基礎，研究者在計劃產品開發系統的時候，必須仔細考慮。根據以上討論，我們認為集成系統是基于不統一的產品數據模型應該被優先構造。如圖 4 所示是基于不統一產品模型的集成開發系統的結構。這個系統主要由一些部件組成。
12、（1）開發工具 當產品為滿足不同的生命周期需求而定向時，產品開發系統聯合支持開發工具，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品設計要求的平臺。例如 CAD、CAPP 和 CAM 等。仿制產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。它徹底地考慮產品影響較后面產品設計階段的程序。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，然后使產品達到最佳。（2）產品模型和模型管理產品模
13、型是設計行動的主要目的，它是綠色設計的基礎，并且它包含產品的數據和信息，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境模型。第三個模型是特殊運用的專用模型，比如有限元網絡模型，產品模型的有效運用需要管理模型的支持，管理模型和產品模型通常聯合成一個功能單元，它可以通過信息交換和存儲來識別發展工具和產品模型的相互作用信息，然后再能實現的發展工具中分享和結合信息。模型管理主要組成數據管理，它是以產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品開發應用知識的信息。這些信息是每種開發工具的基礎，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，有多種用途的數據可以通過知識管理系統來識別，這些為產品設計要求服務的知識通過知識管理系統的相互作用被傳遞給開發工具。（4）用戶界面每種開發工具產品模型和知識模型被認為是設計者準備的開發平臺，每種開發工具通過用戶界面應用到產品的開發過程中，通過用戶界面存儲和獲得的數
15、據被控制。過程和信息的非統一管理可以被識別。因此，識別完整的相同產品開發時有可能的。這種結構的重要特性是不同產品的模型基礎。每個開發工具的生命周期和共享信息通過周邊用戶界面被識別。然后確保開發產品不僅達到傳統結構和功能目的，而且已能達到綠色環境設計的目標，因此，綠色產品可被連續開發。4.綠色產品集成化開發系統的是失策略綠色產品集成化開發系統的是失策略Pro/E 和 UGII 是兩個商業軟件，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，例如分析和評價產品對環境的影響，且不支持綠色設計工具的通信，但是這種系統提供三維空間模型，非統一產
16、品數據模型能被軟件引導，且在任何時候，產品幾何和功能性描述是必須的，對于產品開發工具如 CAPP 和有限元分析法。系統提供慣性模型，用戶使用系統使之更為完善能夠識別特別功能需求的開發工具因此文章講述了第三部分開發綠色設計，此設計以商業軟件平臺支護為基礎，且增加和擴展了系統功能，如 DFD 使系統適應綠色產品開發。UGII for DFD 是以 UG 平臺來開發的。它把 DFDS 功能模型分成 UG 功能菜單且使之與 UG 用戶相互聯系，應用于分析的網絡信息能從 UG 模型中獲得。DFD 分析結果直接反映了產品模型系統增加了累積過程，因此，系統的應用能力加強。目前該系統尚處于試驗階段且受到企業的
17、好評。5.結論結論基于綠色產品集成開發系統結構方面的研究是系統化的，并且對整個系統功能、特性和運行方式進行全方面的計劃，它是由開發的軟件的最終控制模型和開發領域來支持，基于綠色產品集成開發系統機構方面的研究的目的是選擇一個適當的系統結構和骨架模型，它確保綠色設計和在每一個生命周期階段的評定被系統識別。因此產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.集成環境的分析方法和傳統設計的思考 CIRP 機械制造工業出版設 46(1):355-360,1997
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