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图1 基于FSRce模型的机电产品绿色概念设计方案生成流程

Fig.1 Generation flow of green conceptual design scheme of electromechanical products based on FSRce model

1.1　基于FSRce模型的产品概念设计空间构建

以现有机电产品的概念设计方案为基础，从案例库中选取合适的功能和结构对产品设计树中的节点进行扩展，并通过功能分解、结构关联以及“与”“或”关系的标识来实现概念设计空间中功能层与结构层的构建。然后，使用数据挖掘、专家打分等方法获取产品的客户和环境需求的相关信息，构建产品概念设计空间的需求层。所构建的基于FSRce模型的机电产品概念设计空间如图2所示，其可为机电产品绿色概念设计方案的生成提供理论支撑。

图2

图2 基于FSRce模型的机电产品概念设计空间

Fig.2 Conceptual design space of electromechanical products based on FSRce model

在机电产品的概念设计空间中，节点与其子节点之间采用“与”“或”关系进行连接。如图2所示，功能F₁通过“与”关系分解到子功能f₁和f₂，表明只有同时具备子功能f₁和f₂时，才能实现功能F₁。子功能f₁通过“或”关系分解到结构S₁和S₂，表明具备任意一个结构S₁或S₂即可实现子功能f₁。

1.2　客户和环境需求重要度向产品工程特性权重的转化

在优化机电产品的性能和做决策时应优先考虑重要的客户和环境需求，故须对客户和环境需求进行重要度排序，以确定要优先满足的需求。但是，客户和环境需求不能直接指导机电产品概念设计方案的生成，须将其转化为产品工程特性权重来间接辅助设计人员完成产品的概念设计。本文采用加权区间粗糙数法和FQFD来实现客户和环境需求重要度向产品工程特性权重的转化。

1）客户和环境需求重要度的分析。

客户和环境需求通常是模糊且动态变化的^[18]，故需求重要度不是一个具体的分值，而是一个模糊的区间。为此，采用加权区间粗糙数法来确定产品的客户和环境需求的相对重要度^[19-21]。

假设有k个需求（包括客户需求和环境需求），即 $R = \{R_{1}, R_{2}, \dots, R_{k}\}$ 。任意需求均含h个类，采用粗糙区间来表示每个类对需求的重要程度，即 $[l_{i j}, u_{i j}]$ （1≤i≤k，1≤j≤h），表示第j个类对第i个需求的重要度模糊区间，其中 $l_{i j}$ 表示模糊区间下界， $u_{i j}$ 表示模糊区间上界。由此可得，第i个需求所有类的下界集合 $T_{L i}^{} = \{l_{i 1}^{}, l_{i 2}^{}, \dots, l_{i h}^{}\}$ ，上界集合 $T_{U i}^{} = \{u_{i 1}^{}, u_{i 2}^{}, \dots, u_{i h}^{}\}$ 。

定义 $Y_{L}$ 为 $T_{L i}^{}$ 中的任意元素， $Y_{U}$ 为 $T_{U i}^{}$ 中的任意元素， $⋃ \{Y_{L} \in T_{L i}^{} | Y_{L} \leq l_{i j}\}$ 为 $T_{L i}^{}$ 中所有小于等于 $l_{i j}$ 的元素之和， $⋃ \{Y_{L} \in T_{L i}^{} | Y_{L} \geq l_{i j}\}$ 为 $T_{L i}^{}$ 中所有大于等于 $l_{i j}$ 的元素之和。同时，定义下界 $l_{i j}$ 的近似区间为 $[l_{L i j}^{}, l_{U i j}^{}]$ ，其中 $l_{L i j}^{}$ 和 $l_{U i j}^{}$ 的表达式分别为：

l_{L i j}^{} = \frac{1}{M_{L}^{}} ⋃ \{Y_{L} \in T_{L i}^{} | Y_{L} \leq l_{i j}\}

(1)

l_{U i j}^{} = \frac{1}{M_{U}^{}} ⋃ \{Y_{L} \in T_{L i}^{} | Y_{L} \geq l_{i j}\}

(2)

式中： $M_{L}^{}$ 为 $T_{L i}^{}$ 中所有小于等于 $l_{i j}$ 的元素个数， $M_{U}^{}$ 为 $T_{L i}^{}$ 中所有大于等于 $l_{i j}$ 的元素个数。

同理，上界 $u_{i j}$ 的近似区间为 $[u_{L i j}, u_{U i j}^{}]$ ，其中 $u_{L i j}^{}$ 和 $u_{U i j}^{}$ 的表达式分别为：

u_{L i j}^{} = \frac{1}{N_{L}^{}} ⋃ \{Y_{U} \in T_{U i}^{} | Y_{U} \leq u_{i j}\}

(3)

u_{U i j}^{} = \frac{1}{N_{U}^{}} ⋃ \{Y_{U} \in T_{U i}^{} | Y_{U} \geq u_{i j}\}

(4)

式中： $N_{L}^{}$ 为 $T_{U i}^{}$ 中所有小于等于 $u_{i j}$ 的元素个数， $N_{U}^{}$ 为 $T_{U i}^{}$ 中所有大于等于 $u_{i j}$ 的元素个数。

对每个客户和环境需求中的h个类均分配一个对应的权重，则有 $α = (α_{1}, α_{2}, \dots, α_{h})$ ，且 $\sum_{j = 1}^{h} α_{j} = 1$ ，其中 $α_{j}$ 表示某一需求中第j个类的权重。

根据客户和环境需求的重要度及其每个类对应的权重，计算得到需求相对重要度。定义第i个需求的相对重要度的下界区间为 $[P_{L i}, P_{U i}]$ ，其中 $P_{L i}$ 和 $P_{U i}$ 的表达式分别为：

\begin{matrix} P_{L i}^{} = \sum_{j = 1}^{h} α_{j} l_{L i j}^{}, & 1 \leq i \leq k \end{matrix}

(5)

\begin{matrix} P_{U i}^{} = \sum_{j = 1}^{h} α_{j} l_{U i j}^{}, & 1 \leq i \leq \end{matrix} k

(6)

同理，定义第i个需求的相对重要度的上界区间为 $[Q_{L i}, Q_{U i}]$ ，其中 $Q_{L i}$ 和 $Q_{U i}$ 的表达式分别为：

\begin{matrix} Q_{L i}^{} = \sum_{j = 1}^{h} α_{j} u_{L i j}^{}, & 1 \leq i \leq k \end{matrix}

(7)

\begin{matrix} Q_{U i}^{} = \sum_{j = 1}^{h} α_{j} u_{U i j}^{}, & 1 \leq i \leq \end{matrix} k

(8)

联立式(5)至式(7)，计算第i个需求的相对重要度 $λ_{i}$ ：

λ_{i} = b_{i} P_{L i} + (1 - b_{i}) Q_{U i}

(9)

其中：

b_{i} = \frac{Q_{U i} - Q_{L i}}{(Q_{U i} - Q_{L i}) + (P_{U i} - P_{L i})}

2）需求相对重要度向产品工程特性权重的转化。

FQFD结合了模糊理论与QFD方法，解决了传统QFD中权重分配具有主观性、缺乏定量化指标和忽略因素相互关系等问题^[22-23]。本文采用FQFD将客户和环境需求相对重要度转化为产品工程特性权重。

假设某产品具有n个工程特性，即 $C = \{C_{1}, C_{2}, \dots, C_{n}\}$ 。构建k个客户和环境需求与n个工程特性的质量屋，采用三角模糊数 $U_{i t}$ 表示第i个需求与第t项工程特性之间的模糊相关性， $U_{i t} = (x_{i t}, y_{i t}, z_{i t})$ ， $1 \leq i \leq k$ ， $1 \leq t \leq n$ 。本文中三角模糊数与相关性语义变量之间的关系如表1所示。

表1 三角模糊数与相关性语言变量的关系

Table 1 Relationship between triangular fuzzy numbers and relativity language variables

语言变量	三角模糊数	代表符号
不相关	（0，0，0.3）	$\tilde{0}$
弱相关	（0.1，0.3，0.5）	$\tilde{1}$
相关	（0.3，0.5，0.7）	$\tilde{5}$
强相关	（0.5，0.7，0.9）	$\tilde{9}$

通过客户和环境需求与工程特性的质量屋模糊关系矩阵，结合客户和环境需求相对重要度，计算得到任意一项工程特性的模糊权重，并通过去模糊化计算得到工程特性权重 $W = (w_{1}, w_{2}, \dots, w_{n})$ 的准确值，去模糊化公式如下：

\begin{matrix} w_{t} = \frac{\sum_{i = 1}^{k} λ_{i} x_{i t} + 4 \sum_{i = 1}^{k} λ_{i} y_{i t} + \sum_{i = 1}^{k} λ_{i} z_{i t}}{6}, & 1 \leq t \leq \end{matrix} n

(10)

式中： $w_{t}$ 为第t项产品工程特性权重。

在机电产品的概念设计过程中，应重点关注权重大的工程特性，有利于提高产品设计的成功率和用户满意度。

1.3　产品概念设计方案的生成

针对基于工程特性的机电产品相关信息规范表达问题，引入物元理论^[24]。首先，确定基于工程特性的产品物元域，其表达式如下：

E = (S, C, V) = (\begin{matrix} S & C_{1} & V_{1} \\ C_{2} & V_{2} \\ ⋮ & ⋮ \\ C_{n} & V_{n} \end{matrix})

(11)

其中:

\begin{matrix} V_{t} = (v_{t m i n}, v_{t m a x}), & 1 \leq t \leq n \end{matrix}

式中：E为产品物元域；S为产品结构的集合，假设产品概念设计空间中含g个结构，则 $S = \{S_{1}, S_{2}, \dots, S_{g}\}$ ；V为基于工程特性的产品相关参数规范区间的集合，其中 $V_{t}$ 为第t项工程特性对应的规范区间。

然后，构建基于工程特性的机电产品结构物元集，可表示为：

\begin{matrix} M_{a} = (S_{a}, C, d_{a}) = (\begin{matrix} S_{a} & C_{1} & d_{a 1} \\ C_{2} & d_{a 2} \\ ⋮ & ⋮ \\ C_{n} & d_{a n} \end{matrix}), & 1 \leq a \leq g \end{matrix}

(12)

式中： $M_{a}$ 为产品第a个结构的物元集， $S_{a}$ 为产品第a个结构的子结构集合， $d_{a}$ 为基于工程特性的第a个结构的相关参数集合。

接着，将产品物元域中的每一项工程特性相对应的规范区间 $V_{t}$ 划分为6个层次，每个层次对应一个分值 $q_{a t}$ （ $q_{a t} \in \{0, 1, 3, 5, 7, 9\}$ ），其中：0表示该结构与此项工程特性不相关，其余5个分值表示结构与工程特性的相关程度依次递增。产品物元域中第t项工程特性的层次域值p_t 可表示为：

\begin{matrix} p_{t} = \frac{v_{t m a x} - v_{t m i n}}{5}, & 1 \leq t \leq n \end{matrix}

(13)

最后，将基于工程特性的产品某一具体结构的相关参数与产品物元域中对应的规范区间进行层次匹配，获得相应的分值 $q_{a t}$ ，再将结构各工程特性的分值与对应的工程特性权重相乘并累加，即可得到该结构的满意度分值：

\begin{matrix} e_{a} = \sum_{t = 1}^{n} q_{a t} w_{t}, & 1 \leq a \leq \end{matrix} g

(14)

式中： $e_{a}$ 为产品第a个结构的满意度分值。

通过比较相同功能下不同结构的满意度分值，选出该功能下满意度最高的结构，即可生成最符合客户和环境需求的机电产品概念设计方案。

2 实例应用

本文选取某款小型工业吹风机为研究对象，以验证所提出的基于FSRce模型的机电产品绿色概念设计方案生成方法的有效性。该款吹风机主要有吹风、加热、传导、握持四大功能，每个功能通过“与”“或”关系关联相关的子功能和结构。该款吹风机的原始概念设计方案如图3所示。图中：PVC表示聚氯乙烯（polyvinyl chloride）；PC表示聚碳酸酯（polycarbonate）。

图3

图3 吹风机的原始概念设计方案

Fig.3 Original conceptual design scheme of blower

以图3所示的吹风机原始概念设计方案为模板，在案例库中选取合适的功能和结构对其设计树节点进行扩展，以构建概念设计空间的功能层与结构层。同时，通过数据挖掘技术获取用户评论中的客户需求信息、通过向厂家发放问卷获取厂家需求信息以及通过专家打分获取环境需求信息，以构建吹风机概念设计空间的需求层并确定各需求的相对重要度，如表2所示。所构建的基于FSRce模型的吹风机概念设计空间如图4所示。图中：PTC表示正温度系数（positive temperature coefficient）；ABS表示丙烯腈 $-$ 丁二烯 $-$ 苯乙烯（acrylonitrile butadiene styrene）。

表2 吹风机的客户和环境需求及对应重要度

Table 2 Customer and environment requirements and corresponding importance of blower

需求类型	具体需求	需求代号	需求重要度
需求类型	具体需求	需求代号	客户	厂家	环境
客户需求	干燥快速	R₁	9[8, 9]	8[8, 9]	5[4, 6]
	运行安静	R₂	5[4, 6]	6[5, 6]	6[6, 7]
	运行安全	R₃	8[7, 8]	9[8, 9]	5[8, 9]
	握持舒服	R₄	8[7, 8]	7[7, 8]	5[4, 6]
	耐久性高	R₅	7[7, 8]	7[6, 7]	8[7, 8]
	易运输和保存	R₆	1[1, 2]	8[7, 9]	7[6, 8]
	易加工和组装	R₇	2[1, 3]	8[7, 9]	5[4, 6]
环境需求	易分解	R₈	1[1, 2]	3[2, 4]	8[8, 9]
	可安全焚烧	R₉	1[1, 2]	3[2, 4]	8[8, 9]
	安全排放	R₁₀	3[2, 4]	6[5, 7]	9[8, 9]

注：区间前数字表示每个类对需求的直观印象，其取值为相应区间内任意整数，下文表3和表4同。

图4

图4 基于FSRce模型的吹风机概念设计空间

Fig.4 Conceptual design space of blower based on FSRce model

然后，利用式(1)至式(4)计算客户和环境需求重要度的下界和上界近似区间，分别如表3与表4所示。

表3 吹风机客户和环境需求重要度的下界近似区间

Table 3 Approximate intervals of lower bounds for importance of customer and environment requirements of blower

需求	重要度下界近似区间
需求	客户	厂家	环境
R₁	8[6.7, 8.0]	8[6.7, 8.0]	4[4.0, 6.7]
R₂	4[4.0, 5.0]	5[4.5, 5.5]	6[5.0, 6.0]
R₃	7[7.0, 7.7]	8[7.7, 8.0]	8[7.7, 8.0]
R₄	7[6.0, 7.0]	7[6.0, 7.0]	4[4.0, 6.0]
R₅	7[6.7, 7.0]	6[6.0, 6.7]	7[6.7, 7.0]
R₆	1[1.0, 4.7]	7[4.7, 7.0]	6[3.5, 6.5]
R₇	1[1.0, 4.0]	7[4.0, 7.0]	4[2.5, 5.5]
R₈	1[1.0, 3.7]	2[1.5, 5.0]	8[3.7, 8.0]
R₉	1[1.0, 3.7]	2[1.5, 5.0]	8[3.7, 8.0]
R₁₀	2[2.0, 5.0]	5[3.5, 6.5]	8[5.0, 8.0]

表4 吹风机客户和环境需求重要度的上界近似区间

Table 4 Approximate intervals of upper bounds for importance of customer and environment requirements of blower

需求	重要度上界近似区间
需求	客户	厂家	环境
R₁	9[8.0, 9.0]	9[8.0, 9.0]	6[6.0, 8.0]
R₂	6[6.0, 6.3]	6[6.0, 6.3]	7[6.3, 7.0]
R₃	8[8.0, 8.7]	9[8.7, 9.0]	9[8.7, 9.0]
R₄	8[7.3, 8.0]	8[7.3, 8.0]	6[6.0, 7.3]
R₅	8[7.7, 8.0]	7[7.0, 7.7]	8[7.7, 8.0]
R₆	2[2.0, 6.3]	9[6.3, 9.0]	8[5.0, 8.5]
R₇	3[3.0, 6.0]	9[6.0, 9.0]	6[4.5, 7.5]
R₈	2[2.0, 5.0]	4[3.0, 6.5]	9[5.0, 9.0]
R₉	2[2.0, 5.0]	4[3.0, 6.5]	9[5.0, 9.0]
R₁₀	4[4.0, 6.7]	7[5.5, 8.0]	9[6.7, 9.0]

接着，基于所得到的客户和环境需求重要度的上、下界近似区间，给定客户、厂家和环境三者的权重分别为0.5，0.3，0.2，利用式(5)至式(8)计算得到客户和环境需求相对重要度的上、下界区间，结果如表5所示。

表5 吹风机客户和环境需求相对重要度的边界区间

Table 5 Relative importance boundary interval for customer and environment requirements of blower

需求	相对重要度
需求	下界区间	上界区间
R₁	[6.2, 7.5]	[7.6, 8.8]
R₂	[4.3, 5.3]	[6.1, 6.4]
R₃	[7.3, 7.8]	[8.4, 8.8]
R₄	[5.6, 6.8]	[7.0, 7.9]
R₅	[2.2, 5.2]	[4.2, 7.2]
R₆	[2.6, 5.8]	[3.9, 7.5]
R₇	[6.5, 6.9]	[7.5, 7.9]
R₈	[1.7, 4.9]	[2.9, 6.2]
R₉	[1.7, 4.9]	[2.9, 6.2]
R₁₀	[3.0, 6.0]	[5.0, 7.6]

最后，利用式(9)计算得到吹风机的每个客户和环境需求的相对重要度，并对相对重要度进行归一化处理，结果如表6所示。

表6 吹风机客户和环境需求的相对重要度

Table 6 Relative importance of customer and environment requirements of blower

需求	相对重要度	相对重要度归一化值
R₁	7.7	0.131
R₂	5.9	0.101
R₃	8.1	0.138
R₄	6.9	0.118
R₅	7.2	0.123
R₆	4.8	0.082
R₇	4.7	0.080
R₈	3.9	0.066
R₉	3.9	0.066
R₁₀	5.6	0.095

基于吹风机各客户和环境需求的相对重要度，将需求向工程特性（气流量、气流温度、质量、硬度、寿命、噪声、能源消耗量和碳排放量）进行映射，并标明两者之间的相关性，结果如表7所示。随后，结合各客户和环境需求相对重要度的归一化值，通过去模糊化得到吹风机各工程特性的权重W=(0.243, 0.225, 0.127, 0.166, 0.229, 0.116, 0.237, 0.208)。

表7 吹风机的客户和环境需求与工程特性的相关性

Table 7 Relativity between customer and environment requirements and engineering characteristics of blower

需求	工程特性
需求	气流量	气流温度	质量	硬度	寿命	噪声	能源消耗量	碳排放量
R₁	$\tilde{9}$	$\tilde{9}$	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{9}$	$\tilde{1}$
R₂	$\tilde{5}$	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{9}$	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$
R₃	$\tilde{5}$	$\tilde{9}$	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{5}$	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$
R₄	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{9}$	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$
R₅	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{9}$	$\tilde{9}$	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$
R₆	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{5}$	$\tilde{0}$	$\tilde{1}$	$\tilde{0}$
R₇	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{1}$	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$
R₈	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{1}$	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{5}$
R₉	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{9}$
R₁₀	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{0}$	$\tilde{9}$	$\tilde{9}$

根据表7，确定基于工程特性的吹风机物元域，结果如表8所示（能源消耗量和碳排放量以每小时计）。表中：“/”表示不相关，“△”表示数值较小，可忽略不计，“□”表示数值较大，可忽略不计。

表8 基于工程特性的吹风机物元域

Table 8 Matter-element domain of blower based on engineering characteristics

功能	结构	工程特性
功能	结构	转速/(r/s)	温度/℃	质量/g	硬度(HR)	寿命/h	噪声/dB	能源消耗量/(kW·h)	碳排放量/kg
转动	电机	(150, 450)	/	(120, 200)	/	(500, 900)	(60, 75)	(0.5, 1.0)	(0.3, 0.7)
吹风	风扇	/	/	(60, 85)	/	□	(60, 75)	△	△
加热	加热器	/	(50, 70)	(20, 45)	/	□	/	(0.8, 1.2)	(0.5, 0.8)
传导	开关/线束	/	/	(200, 300)	/	□	/	△	△
握持	外壳	/	/	(300, 600)	(80, 150)	□	/	△	△

根据图4，确定基于工程特性的吹风机各结构的物元集，结果如表9所示。表中：能源消耗量如“540|0.65”和碳排放量如“350|0.43”分别表示全生命周期内电机的能源消耗量和碳排放量分别为540 kW·h、350 kg CO₂，每小时的能源消耗量和碳排放量分别为0.65 kW·h、0.43 kg CO₂。由于发热体的寿命大于吹风机其他结构的正常寿命，故在计算加热体的能源消耗量和气体排放量时，均以工作700 h计算。

表9 基于工程特性的吹风机各结构的物元集

Table 9 Matter-element set of each structure of blower based on engineering characteristics

功能	结构	工程特性
功能	结构	转速/(r/s)	气流温度/℃	质量/g	硬度(HR)	寿命/h	噪声/dB	能源消耗量/(kW·h)	碳排放量/kg
转动	无刷电机有刷电机交流电机	400 340 280	/	140 150 180	/	900 750 700	65 72 70	540\|0.65 600\|0.80 700\|1.00	350\|0.43 390\|0.53 460\|0.67
吹风	滚动叶片风扇离心风扇轴流风扇	/	/	60 82 75	/	□	65 73 70	△	△
加热	PTC发热体金属丝加热器陶瓷加热器	/	57 70 63	26 40 32	/	□	/	560\|0.8 700\|1.0 840\|1.2	370\|0.53 460\|0.66 550\|0.79
传导	PVC线束硅胶线束铝箔线束	/	/	200 240 270	/	□	/	0.20\|△ 0.23\|△ 0.28\|△	△
握持	ABS塑料外壳 PC塑料外壳金属外壳	/	/	350 410 600	100 110 130	□	/	1.23\|△ 1.45\|△ 4.80\|△	0.16\|△ 0.46\|△ 1.26\|△

结合表8和表9所示的吹风机物元域和各结构物元集以及式(13)和式(14)，得到吹风机每个结构对应的工程特性层次分值，同时根据吹风机各工程特性权重W=(0.243, 0.225, 0.127, 0.166, 0.229, 0.116, 0.237, 0.208)，计算吹风机各结构的满意度分值，结果如图10所示。其中：能源消耗量与碳排放量均是比较单位时间（1 h）内的数值。

根据表10结果，选取吹风机每一功能下满意度分值最大的结构，即可得到最符合客户和环境需求的吹风机概念设计方案，如图5所示。对比吹风机的原始和优化概念设计方案，结果如图6所示。结合表9、表10以及图6可知，与原始概念设计方案相比，在全生命周期内，优化后的吹风机在能源消耗、碳排放和满意度方面均有改善：在能源消耗上降低了15.38%，在碳排放上降低了15.32%，在满意度上提高了44.66%。

表10 基于工程特性的吹风机各结构的满意度分值

Table 10 Satisfaction scores of each structure of blower based on engineering characteristics

功能

结构

工程特性层次分值

满意度分值

转速

气流温度

质量

硬度

寿命

噪声

能源消耗量

碳排放量

转动

无刷电机

有刷电机

交流电机

8.606

5.850

3.076

吹风

滚动叶片风扇

离心风扇

轴流风扇

1.701

0.497

0.729

加热

PTC发热体

金属丝加热器

陶瓷加热器

5.569

4.631

2.655

传导

PVC线束

硅胶线束

铝箔线束

1.143

0.889

0.381

握持

ABS塑料外壳

PC塑料外壳

金属外壳

1.641

1.211

1.289

图5

图5 吹风机的优化概念设计方案

Fig.5 Optimized conceptual design scheme of blower

图6

图6 吹风机的原始和优化概念设计方案对比

Fig.6 Comparison of original and optimized conceptual design schemes for blower

3 结论

针对基于传统FBS模型生成的产品概念设计方案未综合考虑产品绿色设计信息的问题，本文提出了一种基于FSRce模型的机电产品绿色概念设计方案生成方法。该方法综合考虑了机电产品的功能、结构、工程特性以及客户和环境需求等设计信息，并通过加权区间粗糙数法、FQFD和物元理论三种方法的结合使用，在一定程度上避免了由专家打分造成的主观性问题，实现了机电产品绿色概念设计方案的生成。

但是，本文所提出的绿色概念设计方案生成方法仍存在一些缺点，须进一步研究，如：加权区间粗糙数法、FQFD和物元理论的结合使用相对复杂。如何借助软件将复杂的计算进行封装，以实现用户只需通过简单输入即可自动生成概念设计方案是未来的研究重点。此外，未来也将专注于解决产品概念设计过程中数据不确定性和绿色性能敏感性问题，以在最大程度上实现绿色概念设计方案的准确表达。

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