評(píng)估碳排放量和產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本的決策支持系統(tǒng)

1、評(píng)估碳排放量和產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本的決策支持系統(tǒng) 組 名 組 長(zhǎng) 成 員 評(píng)估碳排放量和產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本的決策支持系統(tǒng)摘 要由于人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，產(chǎn)品對(duì)于環(huán)境的影響成為了產(chǎn)品設(shè)計(jì)中一個(gè)很重要的標(biāo)準(zhǔn)。然而，大多數(shù)企業(yè)卻沒(méi)有足夠的渠道來(lái)評(píng)估他們的設(shè)計(jì)對(duì)于環(huán)境的影響。本文將提出一種有效評(píng)估碳排放量和產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本的系統(tǒng)，進(jìn)而幫助公司進(jìn)行決策。對(duì)于一個(gè)給定的設(shè)計(jì)，我們通過(guò)優(yōu)化裝配結(jié)構(gòu)、裝配順序和供應(yīng)鏈配置使碳排放達(dá)到最小化。那就是運(yùn)用基因演算法來(lái)探索裝配的結(jié)構(gòu)和順序，并通過(guò)動(dòng)態(tài)規(guī)劃的算法來(lái)優(yōu)化供應(yīng)鏈配置。為了評(píng)估碳排放量，我們采用對(duì)產(chǎn)品整個(gè)生命周期進(jìn)行評(píng)估的方法?，F(xiàn)在以現(xiàn)實(shí)生活中的電腦椅為例來(lái)說(shuō)明該系統(tǒng)。關(guān)鍵

2、詞 碳排放量；產(chǎn)品成本；環(huán)保A Decision Support 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 evaluat

3、e the environmental impact of 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 optimiz

4、ed to minimize the carbon emission. 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 assessme

5、nt approach is adopted. A real world computer chair examples are used to illustrate the system. keywords Carbon Emission；Cost of Product；environmental protection目 錄第1章 產(chǎn)品介紹1第2章 文獻(xiàn)綜述2第3章 輸入輸出系統(tǒng)23.1輸入23.1.1變形和材料的所有組成部分23. 1 .2 部件的裝配特征 23.1.3 地理位置和供應(yīng)商的制造能力 3 3.1.4 碳排放和成本參數(shù) 3 3.2輸出43.2.1裝配結(jié)構(gòu)43.2.2裝配序列5

6、3. 2. 3 供應(yīng)鏈的配置 6 3. 2. 4 碳排放量和成本 6 第4章 方法論74.1搜索裝配結(jié)構(gòu)和順序的算法74.2供應(yīng)鏈配置的動(dòng)態(tài)規(guī)劃7第5章 案例研究10第6章 結(jié)論和未來(lái)的研究17第1章 產(chǎn)品介紹由于環(huán)保意識(shí)日益增強(qiáng)，環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越受到人們的重視。為了響應(yīng)人們的關(guān)注，有關(guān)部門(mén)制定了許多與環(huán)境相關(guān)的法規(guī)和準(zhǔn)則，比如京都議定書(shū)、“蒙特利爾公約”、WEEE，RoHS和歐盟EuP指令。最重要的是，綠色環(huán)保產(chǎn)品的需求也越來(lái)越大。因此，一個(gè)產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的影響成為一個(gè)重要的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。然而，大多數(shù)企業(yè)卻沒(méi)有足夠的渠道來(lái)評(píng)估他們的設(shè)計(jì)對(duì)于環(huán)境的影響。其主要原因有如下兩種。第一，準(zhǔn)確地評(píng)估環(huán)境的影響就

7、必須考慮到原材料的提取、零部件的制造、產(chǎn)品的包裝和營(yíng)銷(xiāo)等活動(dòng)，這就需要大量的計(jì)算和準(zhǔn)則來(lái)支持。第二，盡管部件的原材料和形狀在設(shè)計(jì)中已經(jīng)給出，然而環(huán)境影響在不同程度上還取決于這些部件的組裝情況以及供應(yīng)鏈的配置情況。因此，要想合理而公正地評(píng)價(jià)一項(xiàng)設(shè)計(jì)對(duì)于環(huán)境的影響，就必須對(duì)該項(xiàng)設(shè)計(jì)的裝配結(jié)構(gòu)、裝配順序、供應(yīng)鏈配置進(jìn)行優(yōu)化。在本文我們?yōu)槠髽I(yè)開(kāi)發(fā)出了一種有效評(píng)估碳排放量和產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本的決策支持系統(tǒng)，便于企業(yè)做出更好的決策。那就是運(yùn)用基因演算法來(lái)探索裝配的結(jié)構(gòu)和順序，并通過(guò)動(dòng)態(tài)規(guī)劃的算法來(lái)優(yōu)化供應(yīng)鏈配置。我們采用對(duì)整個(gè)生命周期評(píng)價(jià)法來(lái)評(píng)估碳排放量和設(shè)計(jì)成本。文章的其余部分安排如下：在第2部分是相關(guān)文獻(xiàn)材

8、料的回顧，第三部分講述決策支持系統(tǒng)的輸入與輸出，第四部分展現(xiàn)的是優(yōu)化裝配結(jié)構(gòu)、裝配順序、供應(yīng)鏈配置的數(shù)學(xué)模型和解決方法，第五部分講談?wù)撌澜珉娔X椅這個(gè)案例的結(jié)果和分析，第六部分，也是最后一部分，是對(duì)本文的結(jié)論和未來(lái)研究的總結(jié)。 第2章 文獻(xiàn)綜述許多研究人員在早期的概念設(shè)計(jì)階段專(zhuān)注于評(píng)估環(huán)境影響 。(Kang 和 et al., 2010, 和Ahn, 2011)?；谟邢驁D和矩陣, Anand 和Wani (2010) 在概念的階段提出了產(chǎn)品生命周期設(shè)計(jì)程序。Bohm et al. (2010) 研究了在設(shè)計(jì)的概念階段采用生命周期評(píng)估的影響。他們發(fā)現(xiàn)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段的產(chǎn)品架構(gòu)對(duì)環(huán)境績(jī)效有重大影響。

9、許多論文研究了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的多少會(huì)影響組裝和拆卸的難易(Fixson, 2005 和 Kwak et al., 2009)。然而,為什么產(chǎn)品架構(gòu)對(duì)環(huán)境影響有深遠(yuǎn)的影響主要是因?yàn)樗旬a(chǎn)品設(shè)計(jì)和供應(yīng)鏈活動(dòng)連接在一起(Fixon, 2005, Chu et al., 2009)。因此,供應(yīng)鏈配置應(yīng)當(dāng)在考慮評(píng)估產(chǎn)品的環(huán)境影響時(shí)被考慮進(jìn)去(ODonnell et al., 2009)。然而,當(dāng)設(shè)計(jì)的環(huán)境影響被評(píng)估時(shí)，更少的方法整合供應(yīng)鏈配置優(yōu)化到概念設(shè)計(jì)階段。大多數(shù)研究關(guān)注細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)對(duì)環(huán)境的影響，沒(méi)有考慮裝配結(jié)構(gòu)、裝配順序和供應(yīng)鏈配置的影響(Leibrecht, 2005)。Grote et al. (200

10、7)開(kāi)發(fā)了一種促進(jìn)設(shè)計(jì)工程師遵守歐盟在環(huán)保方面的指令的方法。Feldmann et al. (1999)提出了一個(gè)被稱為“綠色設(shè)計(jì)顧問(wèn)”(GDA)的基于多屬性評(píng)分系統(tǒng)價(jià)值理論來(lái)評(píng)估根據(jù)產(chǎn)品的材料和再循環(huán)能力的產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的影響。通過(guò)采用特征造型技術(shù), Mascle 和Zhao (2008) 在材料的提取和加工,制造、產(chǎn)品使用和處置的過(guò)程中對(duì)零件、裝配,和操作進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)估。在本文中,我們開(kāi)發(fā)一個(gè)優(yōu)化裝配結(jié)構(gòu)、裝配序列和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的供應(yīng)鏈配置的評(píng)價(jià)系統(tǒng)。這樣,這些設(shè)計(jì)可以適當(dāng)和公正地評(píng)估。第3章 輸入輸出系統(tǒng)3.1 輸入3.1.1 變形和材料的所有組成部分 在一個(gè)給定的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師已指定材料變形

11、和組成的產(chǎn)品的所有零件的材料。不同的材料會(huì)影響碳排放不僅僅有材料本身也有其制造方法影響。例如，如果選擇塑料為材料，制造方法必須注射成型。部件可以設(shè)計(jì)成不同的變形。圖 1 顯示了胳膊休息的三個(gè)設(shè)計(jì)變形。我們使用小寫(xiě)英文字母來(lái)標(biāo)識(shí)部分的變形。如果有三個(gè)可用的部分變形，我們把第一個(gè)變形稱為a，第二個(gè)為b，第三個(gè)為c。3.1.2部件的裝配特征在設(shè)計(jì)的每一個(gè)部分都給出了一個(gè)裝配特征。組件特征代表那些將附加到其他組件所需的功能。把圖2中的扶手組件作為例子，plane02和hole01的裝配特征是集功能附加到坐墊的胳膊休息。換句話說(shuō)，指定的兩部分是否有適當(dāng)?shù)慕涌?，這就需要在一個(gè)可行裝配序列中有彼此組裝裝配功

12、能。圖1三個(gè)變種的扶手圖 2 手臂其余組件的功能3.1.3地理位置和供應(yīng)商的制造能力供應(yīng)商的地理位置決定了供應(yīng)商之間的運(yùn)輸距離。它對(duì)關(guān)于應(yīng)如何配置供應(yīng)鏈和運(yùn)輸?shù)奶寂欧庞袠O大影響。并不是所有的供應(yīng)商有生產(chǎn)所有部件的制造能力或有產(chǎn)生所有材料的能力。供應(yīng)商的能力在給予前可以對(duì)供應(yīng)鏈配置進(jìn)行優(yōu)化。這種信息一般是易于訪問(wèn)的。3.1.4碳排放和成本參數(shù)不同的材料、不同的制造工藝和運(yùn)輸?shù)膯挝惶寂欧艆?shù)都必須給出。材料和制造工藝的單位碳排放量在給定的所用材料或產(chǎn)品的制造過(guò)程中所產(chǎn)生的二氧化碳是每公斤。運(yùn)輸?shù)膯挝惶寂欧帕渴氰b于每公斤的CO2的每噸公里。 生命周期清單（LCI）的方法是用來(lái)估計(jì)量化的自然資源消耗和

13、生產(chǎn)系統(tǒng)的產(chǎn)生這些參數(shù)的。LCI通常是基于專(zhuān)用軟件系統(tǒng)或數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行的。在一般情況下，LCI數(shù)據(jù)庫(kù)只包含特定的地理區(qū)域發(fā)生的生命周期活動(dòng)的數(shù)據(jù)。在本文中，我們采用DoItProTM方法評(píng)價(jià)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的影響，包括制造過(guò)程和電碳排放的碳排放量。DoItProTM最初開(kāi)發(fā)于2000年，在臺(tái)灣經(jīng)濟(jì)部（MOEA）的支持下，用來(lái)支持需要LCA的國(guó)家。這一系統(tǒng)的數(shù)據(jù)清單包括材料、燃料、電力能源、水和產(chǎn)出等氣體的排放量、 排放水和固體廢物等的投入。要注意的是部件的制造成品率在這項(xiàng)工作中不考慮。在DoItProTM中不可用的數(shù)據(jù)是從 SimaPro 7TM 中獲得的。SimaPro 7TM 是由在

14、荷蘭的萊頓大學(xué)開(kāi)發(fā)的。不同的材料，不同的制造過(guò)程和運(yùn)輸都給出了單位成本參數(shù)。材料和制造工藝的單位成本是鑒于使用的材料或產(chǎn)品生產(chǎn)制造過(guò)程中的每公斤的美元數(shù)額來(lái)計(jì)算的。運(yùn)輸?shù)膯挝怀杀臼氰b于每噸-公里的美元數(shù)額計(jì)算的。這種信息一般是容易訪問(wèn)的。3.2 輸出要正確地和公平地評(píng)估一個(gè)給定的設(shè)計(jì)對(duì)環(huán)境的影響，這種設(shè)計(jì)的裝配結(jié)構(gòu)、 裝配序列和供應(yīng)鏈配置必須進(jìn)行優(yōu)化。因此，決策支持系統(tǒng)的輸出，不僅包括碳排放和成本，在給定的設(shè)計(jì)中，同時(shí)也要選擇最佳的裝配結(jié)構(gòu)，裝配順序，和供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。3.2.1裝配結(jié)構(gòu) 不同的裝配結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致不同的供應(yīng)鏈配置和產(chǎn)生不同的碳排放和成本。在本文中，我們假設(shè)每段時(shí)間只有兩個(gè)部件或子組

15、件將被組裝。這不是一個(gè)非常嚴(yán)格的假設(shè)，因?yàn)槲覀儾皇羌僭O(shè)不超過(guò)兩個(gè)部件可以組裝在一起。如果3個(gè)部件需要組裝在一起，我們可以先裝配兩個(gè)部分，再附第三個(gè)子組件。圖 3 顯示了一種產(chǎn)品由五個(gè)部分組成的三個(gè)裝配結(jié)構(gòu)。3.2.2裝配序列同樣，不同的裝配序列將會(huì)導(dǎo)致不同的供應(yīng)鏈配置和產(chǎn)量以及不同的碳排放。圖4顯示了由四個(gè)部分組成的產(chǎn)品的四個(gè)序列。裝配結(jié)構(gòu)是相同的，但裝配組件的序列是不同的。不是所有的序列都是可行的。一個(gè)可行的序列應(yīng)滿足兩個(gè)約束條件。第一個(gè)約束條件是接口約束條件。即彼此組裝的部件應(yīng)該有適當(dāng)?shù)慕涌?。指定的每個(gè)部分的功能的組件將被用于檢查這個(gè)約束條件。第二，一個(gè)可行的序列必須考慮幾何和物理的限制。

16、圖5顯示了一個(gè)圓珠筆的兩種可能的裝配序列。左邊是一個(gè)可行的序列，而右邊是不可行的。右邊不可行是因?yàn)樵趫A珠筆外殼完全組裝前先盒組裝。檢查第二個(gè)約束條件的可行性，我們使用Solidworks 2008tm，一個(gè)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）軟件，生成的不同組件之間的優(yōu)先關(guān)系矩陣和修改的算法由穆?tīng)柕热碎_(kāi)發(fā)。（2001年）。細(xì)節(jié)做法可以在Su、Chu和Wang里找到(2011)。圖 3 為五個(gè)組件的的裝配結(jié)構(gòu)圖4使用相同裝配結(jié)構(gòu)的裝配序列圖5圓珠筆可行的和不可行的裝配序列3.2.3 供應(yīng)鏈的配置供應(yīng)鏈的配置包括制造，部件或裝配組件以及這些工作過(guò)程中的都是由供應(yīng)鏈中的運(yùn)輸供應(yīng)商決定的。供應(yīng)商間的距離和供應(yīng)商能

17、力都是被考慮的。一種動(dòng)態(tài)編程算法的每個(gè)組件的結(jié)構(gòu)和序列是用來(lái)解決供應(yīng)鏈最優(yōu)配置的。動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法的詳細(xì)步驟在4.2節(jié)中有描述。3.2.4碳排放量和成本最終，碳排放和費(fèi)用的設(shè)計(jì)將被評(píng)估。在本文中，我們采用生命周期評(píng)估（LCA）方法來(lái)評(píng)估碳排放。LCA是指用來(lái)全面的評(píng)估在其生命周期的產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的影響(Ilgin and Gupta 2010)。LCA評(píng)價(jià)法通常被稱為“從搖籃到墳?zāi)埂暗姆绞?，包括開(kāi)采和加工原料，制造，運(yùn)輸，使用，回收和處理廢棄產(chǎn)品所造成的這些影響。由于使用，回收和處置的影響是無(wú)法在設(shè)計(jì)階段(Biswas, G., et al., 1995)中就有的，在本研究中，我們只研究包括材料，制造

18、和運(yùn)輸對(duì)環(huán)境的影響。這種方法被稱為”從搖籃到大門(mén)“的方法。門(mén)代表的是工廠的門(mén)。同樣的，總成本包括材料、 制造和運(yùn)輸?shù)某杀?。?章 方法論 要公正地評(píng)價(jià)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，就必須開(kāi)發(fā)一種雙極優(yōu)化程序。在頂層，根據(jù)進(jìn)化基因遺傳算法搜索裝配結(jié)構(gòu)與順序的可能組合。在底層，對(duì)于每一個(gè)上述的組合，通過(guò)動(dòng)態(tài)規(guī)劃對(duì)相應(yīng)的供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。4.1 搜索裝配結(jié)構(gòu)和順序的算法 根據(jù)蘇、楚和王（2012），如果有N個(gè)部分，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)就有 如果結(jié)構(gòu)中的零件和子配件有M個(gè)，那么可能的序列就有M！個(gè)。當(dāng)設(shè)計(jì)變得復(fù)雜，總的部件數(shù)量大的時(shí)候，裝配結(jié)構(gòu)仍然是可以控制的，但是許多可能的序列數(shù)量將成倍增加。用電腦進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的枚舉來(lái)找到最佳

19、裝配序列。所以，我們列舉出所有的結(jié)構(gòu)和發(fā)展進(jìn)化了的遺傳算法，在合理的時(shí)間內(nèi)搜索出一個(gè)很好的裝配序列。已知零件和子配件的數(shù)量為M，每個(gè)組件對(duì)應(yīng)如下的染色體： Li代表零件和子配件在序列中的位置。基于基因算法的進(jìn)化過(guò)程如下：第一步：初始化進(jìn)程。隨即生成 個(gè)染色體。 是每一代的染色體數(shù)， 為偶數(shù)，對(duì)每個(gè)染色體的成本進(jìn)行評(píng)估。最小成本和相關(guān)序列被記錄下來(lái)作為最佳序列。第二步：計(jì)算每個(gè)染色體的 值。運(yùn)用輪盤(pán)選擇機(jī)制從人口中選擇 個(gè)染色體，值越高，染色體被挑選出來(lái)的可能性也越高。同一個(gè)染色體可被多次挑選出來(lái)。對(duì)于第S個(gè)染色體總成本越高，值越低。第三步：選出隨即的N/2對(duì)親本。第一對(duì)稱為父本，第二隊(duì)稱為母本

20、。第四步：分別從父本和母本中復(fù)制基因值產(chǎn)生子一代，現(xiàn)在有N/2個(gè)家庭，每個(gè)家庭有父本母本子一代。第五步：進(jìn)行交叉操作。使用基于位置的交叉，對(duì)于子一代來(lái)講，隨機(jī)選擇一組位置。這些值是從母本（父本）復(fù)制到子一代的相應(yīng)位置來(lái)改變基因值。從子一代中刪除重復(fù)值。將缺失值從左到右降序排列到子一代的染色體中。第六步：進(jìn)行變異操作。使用反轉(zhuǎn)突變，對(duì)于每個(gè)子一代染色體，隨機(jī)生成兩個(gè)位置。這兩者之間的基因位置將形成一個(gè)子集。反轉(zhuǎn)序列的子集。第七步：檢查子一代染色體的可行性。如果他們是不可行的，使用交叉和變異過(guò)程中產(chǎn)生新的后代，直到他們都可行。第八步：評(píng)估每個(gè)染色體的成本，根據(jù)成本選擇最好的染色體，Npop染色體將

21、被選中，如果更好的設(shè)計(jì)確定了，那就更新最好的設(shè)計(jì)。第九步： 檢查在這種情況下是否達(dá)到最大迭代次數(shù)的停止標(biāo)準(zhǔn)，。如果是，則停止搜索，否則轉(zhuǎn)到步驟2。4.2 供應(yīng)鏈配置的動(dòng)態(tài)規(guī)劃 給定一個(gè)組件的結(jié)構(gòu)和序列，運(yùn)用兩個(gè)供應(yīng)鏈決策出最小的成本第一個(gè)決策是選擇供應(yīng)商，第二個(gè)決策是確定組件和子配件是如何從一個(gè)供應(yīng)商運(yùn)輸?shù)搅硪粋€(gè)供應(yīng)商的。運(yùn)用一個(gè)基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的算法來(lái)優(yōu)化供應(yīng)鏈績(jī)效。使用樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)代表遺傳算法給出的裝配結(jié)構(gòu)和序列。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都代表一個(gè)組件或子配件的在產(chǎn)品。父母本和子一代之間的關(guān)系表明，父母本在制品由子一代在制品組裝而成的。因此，子一代就必須先制造出來(lái)。假設(shè)在設(shè)計(jì)中有N個(gè)在制品，每一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)代表

22、在制過(guò)程中不產(chǎn)生子一代的在制品。E是一組終端節(jié)點(diǎn)，i是指數(shù)，是子一代的集合，是一組可以產(chǎn)生i的集合，、中的元素按照指數(shù)值升序排列。如果是空集。例如，在圖6中，我們分別從圖的頂端到底端進(jìn)行賦值，最終值在第一節(jié)點(diǎn)中產(chǎn)生。如圖6中所示，是一個(gè)樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)。設(shè)j為供應(yīng)商指數(shù)，是指供應(yīng)商用于生產(chǎn)或組裝i產(chǎn)生的成本。是指i從第供應(yīng)商到供應(yīng)商所產(chǎn)生的成本。我們運(yùn)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃決策出供應(yīng)商應(yīng)該生產(chǎn)或組裝總成本最小的在制品。在動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法的每一個(gè)階段，我們?cè)u(píng)估供應(yīng)商的第1到第N個(gè)在制品。因此，階段指數(shù)就是在制過(guò)程指數(shù)。i階段的決策變量是，其中，是在制品K的供應(yīng)商。動(dòng)態(tài)變量表示在i階段在制品i的供應(yīng)商。是i階段的總成本，

23、在制品i由供應(yīng)商產(chǎn)生。在制品由供應(yīng)商生產(chǎn)。給定，是使最小的值，是相應(yīng)的的最小值。因此，其中，及時(shí)成本+成分i的最小未來(lái)成本，及時(shí)成本包括兩部分。第一部分是供應(yīng)商或生產(chǎn)在制品i時(shí)產(chǎn)生的成本。第二部分是子一代在產(chǎn)品i從供應(yīng)商那里送到的運(yùn)輸成本。因此，如果，是空集。那么，目標(biāo)是尋求最終產(chǎn)品的最小成本，例如，運(yùn)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃找出的，對(duì)于i，運(yùn)用如下等式：如果，是空集，那么，采用逆推法解決該問(wèn)題，從開(kāi)始，在制品，等式（4）中，當(dāng)時(shí)， 可以通過(guò)等式（3）或等式（4）評(píng)估。 依此類(lèi)推，可以由相同的過(guò)程推導(dǎo)出。第5章 案例研究 我們使用一個(gè)實(shí)際的世界電腦椅的例子來(lái)說(shuō)明評(píng)估體系。本研究使用Dev c+ TM作為編程

24、工具和Solid Works 2008TM作為三維建模工具。這個(gè)公司有兩個(gè)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)案例。這兩個(gè)設(shè)計(jì)的零件名稱,零件變體和材料在表1和表2中給出。一旦指定零件變體,裝配特征就可以從零件數(shù)據(jù)庫(kù)中被訪問(wèn)。表3顯示了每個(gè)供應(yīng)商的制造能力。有5個(gè)制造商制造零件和3個(gè)組裝人員組裝部件。在這個(gè)特定例子中,任何一個(gè)組裝人員可以組裝所有的組件。供應(yīng)商的地理位置如圖7所示。表4顯示了根據(jù)他們的地理位置的供應(yīng)商之間的距離。單位碳排放和材料、制造和運(yùn)輸?shù)膯挝怀杀驹诒?和表6中給出。表7顯示了轉(zhuǎn)換表1中指定體積轉(zhuǎn)換成體重的材料的密度。公司想在組裝結(jié)構(gòu)、裝配序列和供應(yīng)鏈配置進(jìn)行了優(yōu)化的同時(shí)評(píng)估這兩個(gè)設(shè)計(jì)的碳排放量和成本

25、, ,來(lái)決定采用哪個(gè)設(shè)計(jì)。圖8和圖9展示了兩個(gè)設(shè)計(jì)的最優(yōu)裝配結(jié)構(gòu)、裝配順序和供應(yīng)鏈配置。這兩個(gè)設(shè)計(jì)的總碳排放和總成本由表8總結(jié)出。設(shè)計(jì)1和設(shè)計(jì)2的主要區(qū)別是設(shè)計(jì)1為機(jī)制2(C6)和3(C7) 使用了鑄鐵，而設(shè)計(jì)2使用低碳鋼。因?yàn)榈吞间摫辱T鐵有較高的成本和較低的碳排放,所以人們會(huì)希望設(shè)計(jì)2具有較高的成本和較低的碳排放。然而,結(jié)果表明,設(shè)計(jì)2具有較高的成本和較高的碳排放,因此是設(shè)計(jì)1占優(yōu)勢(shì)。設(shè)計(jì)1碳排放較低的原因有兩層。首先,在設(shè)計(jì)1中一些組件有較小的體積。例如, 設(shè)計(jì)1中的C8、C9、C10和C11的體積遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)2。因此,設(shè)計(jì)1的材料和制造的碳排放要小于設(shè)計(jì)2。第二,并且更重要的是,由于供應(yīng)商

26、能力的限制,設(shè)計(jì)2的供應(yīng)商散布在臺(tái)灣各處。然而,設(shè)計(jì)1是能夠合作的供應(yīng)商只有在臺(tái)灣的中部和南部。因此,設(shè)計(jì)1的交通碳排放和費(fèi)用均小于設(shè)計(jì)2。如果被評(píng)估的產(chǎn)品比較重，供應(yīng)鏈配置的影響將更加重要。表1電腦椅的設(shè)計(jì)1部件名稱部分變體體積（cm2）材料C1輪子a133.70(26.74*5件)PP C2輪子連鑄機(jī)a82.39(16.48 * 5件)PP C3五角支架a787.5PP C4扶手b289.62 (144.81*2件)PP C5機(jī)制1a87.51鑄鐵C6機(jī)制2a102.01鑄鐵C7機(jī)制3c99.56鑄鐵C8靠背墊蓋b1031.7PPC9座椅靠墊b1354.63PPC10靠背墊b5886.44

27、PUR軟泡沫C11座墊b9950.14PUR軟泡沫表2電腦椅的設(shè)計(jì)2部件名稱部分變體體積（cm2）材料C1輪子a133.70 (26.74* 5件)PP C2輪子連鑄機(jī)c114.03 (22.81* 5件)PP C3五角支架c1840.46PP C4扶手a377.71 (188.86*2件)PP C5機(jī)制1a87.51鑄鐵C6機(jī)制2a102.01低碳鋼C7機(jī)制3c99.56低碳鋼C8靠背墊蓋c1258.75PPC9座椅靠墊c1675.59PPC10靠背墊c7275.51PUR軟泡沫C11座墊c12346.23PUR軟泡沫表3供應(yīng)商的制造能力制造能力(1意味著有能力)供應(yīng)商部件名稱M1M2M3M

28、4M5C1輪子111C2輪子連鑄機(jī)111C3五角支架111C4扶手11C5機(jī)制1111C6機(jī)制2111C7機(jī)制3111C8靠背墊蓋11C9座椅靠墊111C10靠背墊111C11座墊11材料11111PP11111PE11111PVC111鑄鐵111低碳鋼111PUR軟泡沫11表4供應(yīng)商之間的距離運(yùn)輸距離(公里)M1M2M3M4M5A1A2A3A17051402803300140330A221014051401901400190A34003301905053301900表5單位碳排放材料二氧化碳排放(公斤/公斤)來(lái)源PP1.9DoItProTM PE1.8DoItProTM PVC2.7DoItProTM 鑄鐵1.5DoItProTM 低碳鋼0.653SimaPro 7TMPUR軟泡沫4.2DoItProTM 制造二氧化碳排放(公斤/公斤)來(lái)源PVC注射成型0.28DoItProTM PP、PE注射成型2.657DoItProTM 加工1.1158DoItProTM 鈑金加工1.3938DoItProTM 運(yùn)輸二氧化碳排放(公斤/公斤)來(lái)源卡車(chē)(小于3.5噸)1.5438DoItProTM 表6單位成本材料成本(標(biāo)示/公斤)P