全生命周期设计.ppt

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1、2.4全生命周期设计1.全生命周期的概念产品的全生命周期包括产品的孕育期(产品市场需求的形成、产品规划、设计)、生产期(材料选择制备、产品制造、装配)、储运销售期(存储、包装、运输、销售、安装调试)、服役期(产品运行、检修、待工)和转化再生期(产品报废、零部件再用、废件的再生制造、原材料回收再利用、废料降解处理等)的整个闭环周期。产品的寿命往往指产品出厂或投入使用后至产品报废不再使用的一段区间,仅是全生命周期内服役期的一部分。产品的全生命周期与产品的寿命是不同的概念。全生命周期包括对产品的社会需求的形成,产品的设计、试验、定型,产品的制造、使用

2、、维修以及达到其经济使用寿命之后的回收利用和再生产的整个闭环周期。如图1所示,机械的全生命周期涵盖全寿命期,全寿命期涵盖经济使用寿命和安全使用寿命。作为全生命周期的一个重要转折点,产品报废一般有3种判据:功能失效、安全失效、经济失效。2.全生命周期设计的基本观点所谓全生命周期设计,就是面向产品全生命周期全过程的设计,要考虑从产品的社会需求分析、产品概念的形成、知识及技术资源的调研、成本价格分析、详细机械设计、制造、装配、使用寿命、安全保障与维修计划,直至产品报废与回收、再生利用的全过程,全面优化产品的功能/性能(F)、生产效率(T)、品质/质量

3、(Q)、经济性(C)、环保性(E)和能源/资源利用率(R)等目标函数,求得其最佳平衡点。基本观点：“三全”观点，全系统、全寿命、全费用。2.1全生命周期设计的目的全生命周期设计的主要目的可以归结为3个:①在设计阶段尽可能预见产品全生命期的各个环节的问题,并在设计阶段加以解决或设计好解决的途径。②在设计阶段对产品全生命周期的所有费用(包括维修费用、停机损失和报废处理费用)、资源消耗和环境代价进行整体分析规划,最大程度地提高产品的整体经济性和市场竞争力.③在设计阶段对从选材、制造、维修、零部件更换、安全保障直到产品报废、回收、再利用或降解处理的全过

4、程对自然资源和环境的影响进行分析预测和优化,以积极有效的利用和保护资源、保护环境、创造好的人-机环境,保持人类社会生产的持续稳定发展。3.全生命周期设计的主要内容全生命周期设计实际上是面向全生命周期所有环节、所有方面的设计。其中每一个方面都需要专门的知识、技术做支撑,这种技术采用专家系统、分析系统或仿真系统等智能方法来评判概念设计与详细设计满足全生命周期不同方面需求的程度,发现所存在的问题提出改进方案。2.4.3面向功能的设计产品功能和性能设计一直是机械设计的核心,也贯穿全生命周期设计的所有环节。与传统的设计相比,现代产品具有一系列新的特征2.

5、4.3面向材料及其加工成形工艺的设计材料的产品性能主要考虑满足产品本身功能、性能、质量设计的有关材料性能。包括材料的常规机械性能、疲劳断裂性能、抗复杂环境侵蚀的性能,对特殊机电产品采用的特殊材料,如压电陶瓷材料、功能梯度材料、电/磁致流变材料、各种纳米材料等的特殊性能。材料的环保性能绿色材料概念已经形成,材料在使用过程中的对环境的影响、废弃后的可降解性等是全生命周期设计中必须考虑的因素。材料的加工性能在设计阶段考虑材料的可加工性可以提高产品经济性、减少能耗和制造过程的不利副产品。材料的价格性能比材料的价格性能比是制约设计选材的一个重要因素。但在

6、全生命周期设计中不能单纯看待材料价格,而应当全面分析材料的使用效能。2.4.4安全使用寿命设计产品的安全使用寿命是产品价值的重要体现。目前产品结构的使用寿命预测主要有基于疲劳力学的安全寿命方法和基于断裂力学的损伤容限耐久性方法。对规定可靠度下产品结构的安全使用寿命的确定见图。经济寿命设计经济寿命设计的目的是在安全寿命预测的基础上,通过制定合理的检测、维修、更换零件、再制造等计划,保障设备运行的经济性。根据经济寿命设计原则,易损零部件应设计为可更换部分,不可更换的主体或高值部件应按等寿命原则设计,一些关键的安全薄弱环节应设计为可检测和便于1）安全

7、可监测性设计机械结构的疲劳断裂破坏是机械失效最主要的方式。疲劳破坏的危险性表现在达到疲劳寿命时无明显先兆(显著变形或显著的动力学性能变化)结构就会突然断裂解体。目前工程界对一些重要设备采用对运行全过程进行实时监测并对信号进行各种分析处理以便诊断出早期故障。2.4.6面向全生命周期安全的设计2）安全保障设计在设备的设计安全使用寿命期间,设备的运行安全是由一定的可靠性要求来描述的。一方面一定的可靠性下仍然存在破坏的可能,另一方面可靠性的提高是以更保守的设计安全使用寿命为代价的。3）事故-安全设计在设备的设计安全使用寿命期间,设备的运行安全是由一定的

8、可靠性要求来描述的。一方面一定的可靠性下仍然存在破坏的可能,另一方面可靠性的提高是以更保守的设计安全使用寿命为代价的2.4.7全生命周期优化设计进行全