生命周期设计（Life Cycle Design）

l 公众的需要

生产对环境无害的产品或绿色产品，已成为公众的普遍要求。随着环境污染的加剧、环境公害的不断发生，引起了社会各界的强烈反应：现在，对改善环境质量的要求越来越迫切。1991年美国NBC进行了民意调查结果，80%的美国人把环境问题放在第一位，15%的人强烈要求对环境的损害要赔偿；不购买有环境污染的产品。大多数人认识到，必须对现有的产品、生产方式和消费方式进行变革，以减少环境污染，而不是等待环境出现问题后来解决。产品的制造者采纳公众的要求，即首先就应考虑产品的环境与用户安全要求，要求设计者采用生命周期设计：设计者则要将环境要求与产品性能和其他要求综合在一起。

2 提高产品竞争力，降低成本

一些国家已经把产品的环境因素作为产品质量的一部分，现在许多公司已经清楚认识到，高质量的产品是成功竞争的基础，将环境因素纳入到产品质量控制中，在未来的国际市场竞争中，产品必将有更大的竞争力。高明的企业家都清楚，高质量的产品不是高费用的、最佳的产品，而是少缺陷的、质量高成本最低的产品。他们也认识到，发现并降低环境“缺陷”，也同时降低了产品的成本，提高了产品的质量。产品总费用的评占，有助于公司确定产品开发的真实成本。产品成本不仅包括通常所应包括的项目，还应考虑到一些潜在的、隐蔽的法律责任和确定的环境方面的费用。这些费用都应在产品开发中考虑到的。

3 满足环境保护的要求

产品生产就是资源的消耗，每一种产品都有多种的环境影响：首先，产品要消耗可再生的和不可再生的资源。随着资源的消耗，产生严重的影响。如稀有植物和动物将濒临灭绝；可再生的资源将枯竭，如石油将耗尽伴随资源消耗的另一些环境影响，即是产品在开发和使用中，使用了有害的物质，产生了有害的废物。产品在生产中排放物和使用后的废弃物，以各种形式构成了对大气、水和土壤的污染或对生态环境、人类健康的危害：而且这种危害往往不只是对工厂自身的和周边的环境影响，它还涉及到长远的、区域的，甚至是全球范围的影响，如温室效应，全球气候变暖和臭氧层破坏等。

产品设计中的环境目标，既控制了现在的，也预防了未来可能发生的环境问题。因而，产品的环境要求设计，有助于推动可持续的资源使用和管理，也保证了未来的环境质量。同样，资源的合理利用、减少排放物和废物的产生，不仅仅是减少了环境影响，同时也是节约了资源，保护了动、植物的生长，维护了生态环境质量。

生命周期设计就是谋求在整个生命周期内资源能源的优化利用，减小或消除环境污染。产品生命周期设计的方法包括以下几个方面的内容。

(1)产品设计面向生命周期全过程。产品设计应考虑从原材料采集直至产品废弃后的处理处置全过程中的所有活动。

(2)环境需求分析应在产品设计的初期阶段进行。在产品设计的初期阶段就应归纳出对其系统的环境要求，而不是依赖于末端处理，要综合考虑环境、功能、成本、美学等设计准则，在多目标之间进行权衡，做出合理的设计决策。

(3)实现多学科跨专业的合作设计开发。由于生命周期设计涉及生命周期的各个阶段、各种环境问题和环境效应，以及不同的研究对象，如减少废弃物排放、现有产品的再循环、新产品开发及再循环等，所以，产品的设计任务涉及广泛的知识领域。

以啤酒生产为例，不仅仅涉及啤酒酿造工艺和酿造设备的设计，还涉及啤酒的包装问题，在瓶装啤酒中，包括啤酒瓶、瓶盖、标签等的设计。啤酒瓶是灌装含气液体并多次重复使用的包装容器，应具备足够的坚固性，同时又要减小质量、易于清洗；瓶盖直接与啤酒接触，瓶盖材料和垫片材料应无毒性，并能保证在保质期内有足够的密封性能；标签纸要有足够的牢度，以免在运输过程中脱落，印制图案的油墨应不含毒性。显然，有关啤酒瓶、瓶盖、标签纸、印制油墨、黏结剂等问题都不是啤酒工艺设计师的擅长。多学科的合作设计，可以从一开始就仔细谋划设计的各个方面，集思广益，做出最佳的选择。这样不但可以增加产品成功开发的机会，而且可以缩短设计周期。

综观生命周期设计及其相关领域的研究现状，可以总结出目前还存在着如下一些问题和不足需要解决，如生命周期设计研究方法体系的建立和进一步完善；对产品的寿命没有进行有效的预测，不能为产品生命周期设计决策提供必要的支持；缺乏支持产品全生命周期过程的统一的集成产品信息模型；缺乏全生命周期的实时知识库和数据库的支持；生命周期设计方法与CAD系统的集成力度不够；缺乏实用的设计评价方法以及环境影响评估方法。随着计算机技术、互联网的高速发展，必将为上述问题的解决提供强有力的技术支持。因此，根据对产品生命周期设计文献综述和对产品生命周期设计理论的研究，产品生命周期设计领域的发展趋势如下。

(1)产品全生命周期设计集成体系结构的研究。从目前的现状看，在产品全生命周期设计领域取得的研究成果还仅仅局限于生命周期的某一阶段或几个阶段的集成，真正意义上的产品全生命周期集成体系结构的研究还存在很大的难度，集成化是产品生命周期设计的发展趋势之一。

(2)产品的寿命预测与等寿命设计研究。产品的设计寿命和使用寿命是传统机械设计的指标，也是产品全生命周期设计的主要内容之一，产品的寿命预测与等寿命设计是目前需要解决的课题。

(3)知识库、数据库和知识共享。面向全生命周期的设计必须建立在现代最先进的知识平台之上。建立面向全生命周期各阶段设计的知识库、数据库并通过各种方式共享知识是实现全生命周期设计的重要基础。

(4)支持全生命周期设计的集成产品信息模型。支持产品全生命周期设计的产品信息模型是成功进行生命周期设计的关键技术之一，其目的是提供产品在全生命周期分析与评价时均能通用与数据共享的统一模型。

(5)产品生命周期多目标综合评价理论体系的研究。产品生命周期多目标评价理论体系研究产品的技术性能、经济性能和全生命周期内对环境的影响程度以及综合评价能源及资源的利用率，建立相应的评价标准体系和在此基础上的产品分析与评价模型。

(6)产品生命周期设计系统与CAD系统的集成。为了能及时地根据评价的结果对设计方案进行修改，必须将生命周期设计系统与CAD设计系统进行集成。