[发明专利]基于生命周期成本和环境影响的产品设计方案优选方法

说明书

本发明公开了一种面向生命周期成本和环境影响的方案优选，包括：建立以生命周期成本和环境影响为优化目标的层次分解模型；对不同的环境影响指标类型赋予不同的权重，进行加权评估；利用权重法为参数分配权重；利用TOPSIS方法进行分析。本发明以生命周期成本和环境影响为决策属性，采用基于博弈论的综合赋权法和TOPSIS的多属性决策方法对产品构架的设计方案进行优选。考虑到产品的每个架构模块具有多个可替代的设计配置方案进行组合设计，根据LCA分析结果进行环境改善引起的成本波动以及在环境影响与成本效益的关系及时选择最优设计方案。

技术领域

本发明属于生命周期分析领域，涉及一种面向生命周期成本和环境排放的方案优选方法。

背景技术

制造业是我国经济的重要支柱产业。在经济和技术发展的进程中，资源短缺、生态失衡、环境恶化已经成为人类面临的严峻挑战，此外伴随着原材料、能源等物价上涨的同时，劳动力成本等也在增加。在制造业整体利润偏低的情况下，制造业的可持续发展正面临着巨大的挑战，面对这些问题，产品在其生命周期中的资源消耗和产生的环境影响也受到越来越的关注。在机械产品的生命周期中，设计过程所占的费用虽然只占产品总成本的5％，但是却决定了产品70-80％的成本。产品的设计方案不仅影响产品的生命周期成本，而且也在很大程度上决定了产品生命周期的环境排放。

现阶段同时关注环境影响及经济成本的研究主要停留在对具体产品或数量有限的设计方案进行LCA和LCC的评估分析方面，没有考虑产品的每个构架模块具有多个可替代的设计配置方案进行组合设计的问题，并且LCA的分析结果对于进行环境改善而引起的成本波动以及在环境影响与成本效益之间的关系方面没有提供确切的信息，这就导致评价结果出现环境影响较小而成本投入较大或成本投入较小而造成环境影响较大的情况；在方案优选方面，现有文献也没对产品的生命周期成本和环境影响进行综合考虑。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的目的是提出一种基于生命周期成本和环境影响的产品设计方案优选方法，建立生命周期成本和环境影响的多目标优化模型，然后用TOPSIS多属性决策方法对其优化求解。

本发明采用的技术方案为：

基于生命周期成本和环境影响的产品设计方案优选方法，其特征在于，包括以下步骤：

S101、建立以生命周期成本和环境影响为优化目标的层次分解模型，具体步骤为：

步骤1做好范围边界的界定，按照产品生命周期分析流程，进行产品生命周期成本和环境影响分析的阶段划分，保证LCC与LCA阶段划分的一致性，同时在计算的过程中要保证每个划分好的范围不能与另一范围有重复的输入或输出单元，上一过程的输出若再次作为输入进入下一过程时，不再进行成本计算，以免发生重复计算；

步骤2构造物资输入矩阵其中，i表示产品构架，1≤i≤f；j表示产品构架i下第j个构架模块，1≤j≤m；k表示在产品架构i下，第j个构架模块的第k种设计配置方案，1≤k≤n；a_rs表示第r种物质在产品生命周期第s个阶段的输入量，a_rs≥0，r表示第r种输入物质，1≤r≤u，s代表产品生命周期阶段，s＝1,2,3,4,5时，分别代表原材料获取阶段、生产制造阶段、运输阶段、使用阶段、废弃回收阶段；

则在产品生命周期中，第s个阶段输入物的总成本

输入物的总成本

其中，c_r为第r种输入物质的成本因子；

步骤3构造环境影响输出矩阵其中e_ls表示第l种环境影响类型在产品生命周期第s个阶段的排放量，e_ls≥0，l为环境排放类型的种类，l＝1,2,3,4时分别代表GWP、AP、EP、POCP；