5.1人—機—環(huán)境的系統(tǒng)觀5.2系統(tǒng)化設(shè)計5.3產(chǎn)品規(guī)劃5.4功能原理方案5.5結(jié)構(gòu)方案5.6評價與決策5.7面向生態(tài)環(huán)境的綠色設(shè)計理論與方法思考題第5章人—機—環(huán)境的系統(tǒng)觀與系統(tǒng)化設(shè)計

5.1人—機—環(huán)境的系統(tǒng)觀

系統(tǒng)是由相互作用、相互依存的要素組成的、具有特定功能的有機整體。整體系統(tǒng)又可分為子系統(tǒng)，子系統(tǒng)是整體系統(tǒng)的組成部分，整體系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間既有相對性也有統(tǒng)一性。人－機－環(huán)境系統(tǒng)是由相互作用、相互依存的人和機器兩個子系統(tǒng)在一定的環(huán)境條件下構(gòu)成的，且能完成特定目標的一個整體系統(tǒng)，有時也簡稱為人機系統(tǒng)。其中，人是指機器的操作者或使用者；機器的含義是廣義的，是人所操縱或使用的各種機器、設(shè)備、工具等的總稱。

人－機－環(huán)境系統(tǒng)通過人的感覺器官和運動器官與機器的相互作用、相互依存來完成某一特定的生產(chǎn)過程，例如人騎自行車、人駕駛汽車、人操縱機器、人控制自動化生產(chǎn)、人使用計算機等。5.1.1人—機—環(huán)境大系統(tǒng)的組成與運行

在設(shè)計和分析人—機—環(huán)境系統(tǒng)的過程中，一般把操作者作為人—機—環(huán)境系統(tǒng)中的一個“環(huán)節(jié)”來研究。人與外界直接發(fā)生聯(lián)系主要通過三個子系統(tǒng)，即感覺系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、運動系統(tǒng)。人在人機系統(tǒng)中的作用如圖5-1所示。人在操作過程中，機器通過顯示器將信息傳遞給人的感覺器官(眼、耳等)，經(jīng)中樞神經(jīng)對信息進行處理后，再指揮運動系統(tǒng)(手、腳等)操縱機器的控制器，改變機器的狀態(tài)。人機所處的外部環(huán)境(溫度、照明、噪音、振動等)將不斷干擾系統(tǒng)的運行。圖5-1人—機—環(huán)境大系統(tǒng)的組成與運行5.1.2功能分配

1.人機功能分配

所謂人機功能分配，是指在人機系統(tǒng)中，為了充分發(fā)揮人與機械各自的特長，互補所短，恰當?shù)胤峙淙藱C任務(wù)，以達到人機系統(tǒng)整體的最佳效能與總體功能。

人機功能分配必須建立在對人和機器功能特性充分分析比較的基礎(chǔ)上。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，使人逐漸從不利于發(fā)揮特長的工作崗位上得到解放。在現(xiàn)代人機系統(tǒng)設(shè)計中，對人和機器進行功能分配，主要考慮的是系統(tǒng)的效能、可靠性和成本。

(1)人機功能分配時應(yīng)考慮的問題有：

①人與機械的性能、負荷能力、潛力及局限性。

②人進行規(guī)定操作所需的訓練時間和精力限度。

③對異常情況的適應(yīng)性和反應(yīng)能力的人機對比。

④人的個體差異的統(tǒng)計。

⑤機械代替人的效果和成本。

(2)通常由“人”承擔的工作有：

①程序設(shè)計。

②意外事件處理。

③變化頻繁的作業(yè)。

④“機”的維修。

⑤長時期大量存儲信息。

⑥研究、決策、設(shè)計等。

(3)通常由“機”承擔的工作有：

①枯燥、單調(diào)的作業(yè)和笨重的作業(yè)。

②危險性較大的作業(yè)，如救火、空間技術(shù)、放射環(huán)境及有毒作業(yè)等。

③粉塵作業(yè)。

④噴漆、涂料、電鍍、焊接、鉚接等作業(yè)。

⑤自動校正、自動檢測、高精度裝配等。

⑥特殊目的作業(yè)，如病房服務(wù)、為盲人引路、壁行機(用于船殼焊接)、象鼻機(仿象鼻運動搬運重物)等。

⑦高階運算。

⑧快速操作。

⑨高可靠性、高精度的和程序固定的作業(yè)。

2.人與機的功能匹配

(1)人機應(yīng)達到最佳匹配，才能使系統(tǒng)整體效能最優(yōu)。由于人和機器各有特長和局限性，所以人機之間應(yīng)彼此協(xié)調(diào)，相互補充。

(2)人和機器相互配合。人和機器相互配合表現(xiàn)在兩個方面：一是需要人監(jiān)控機器，機器一旦出現(xiàn)異常，要由人來調(diào)控；二是需要機器監(jiān)督人，以防止人產(chǎn)生失誤而導致整個系統(tǒng)發(fā)生故障。

(3)顯示器與人的信息感覺通道特性相匹配。

(4)控制器與人體運動反應(yīng)特性匹配。

(5)顯示器與控制器之間相匹配。

(6)環(huán)境條件與人的有關(guān)特性相匹配。

(7)人、機、環(huán)境要素與作業(yè)之間相匹配等。5.1.3人的生理和心理因素

在人和機器發(fā)生關(guān)系和相互作用的過程中，最本質(zhì)的聯(lián)系是信息交換。人在人機系統(tǒng)中的活動過程可以類比為一種信息傳遞和處理過程。

一個多世紀以前，心理學家們就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些人的信息處理模型，如唐德斯的減法模型、斯特伯格的加法模型、威爾福德的單通道模型、布若苯特的過濾模型、克尼曼的單資源模型、維肯斯的多資源模型、斯克雷德和雪佛瑞的控制與自動過程模型。從這些模型中我們對人的信息處理系統(tǒng)有了初步的了解，可以將人的信息處理系統(tǒng)視為一個單通道的、有限輸送容量的信息處理系統(tǒng)來研究。其基本組成如圖5-2所示。圖5-2人的信息處理系統(tǒng)人的信息處理的第一個階段是感覺，即信息接收。在這一階段，人通過各種感覺器官即感覺子系統(tǒng)接收外界的信息，然后把這些信息傳遞給中樞信息處理子系統(tǒng)。在這里，人對獲得的信息進行編譯、整理、選擇。這期間，信息要不斷地與人的記憶發(fā)生聯(lián)系，從存儲子系統(tǒng)中選取相關(guān)的信息，把有用的信息存儲到大腦中，并向系統(tǒng)發(fā)出相關(guān)的命令。最后通過反應(yīng)子

系統(tǒng)中的手腳、控制器、語言器官等產(chǎn)生各種運動與語言反應(yīng)。因此，人—機—環(huán)境大系統(tǒng)的運行是與人的生理因素和心理因素密切相關(guān)的。

1．人的生理因素

１)視覺的生理特征

在認識物質(zhì)世界的過程中，在日常工作和生活中，我們獲得的信息大約有85%都是通過視覺系統(tǒng)獲得的，因此了解人的視覺特征對于設(shè)計出適合人類視覺特征要求的各種產(chǎn)品與環(huán)

境、提高人的工作效率是有幫助的。

視覺的生理特征包括：

(1)疲勞程度：水平優(yōu)于垂直。

(2)視線變化習慣：從左到右，從上到下，順時針。

(3)準確性：水平尺寸和比例的估計比垂直方向上更準確。

(4)觀察情況的優(yōu)先性：左上>右上>左下>右下，進行視區(qū)內(nèi)的儀表布置時必須考慮這一點。

(5)雙眼協(xié)調(diào)性：兩眼的運動總是協(xié)調(diào)的、同步的，所以通常以雙眼視野為設(shè)計依據(jù)。

(6)接受程度：直線輪廓優(yōu)于曲線輪廓。

(7)顏色的易辨認順序：紅、綠、黃、白；

顏色相配時的易辨認順序：黃底黑字、黑底白字、藍底白字、白底黑字。

2)聽覺的生理特征

聽覺是人類獲得外界信息的重要途徑之一，僅次于視覺。聽覺的適宜刺激是頻率為20~20000Hz的振動聲波。

聽覺的生理特征包括：

(１)辨別聲音的高低、強弱。聲波的三個物理特性(頻率、振幅、波形)通過聽覺系統(tǒng)引起人對聲音的不同主觀感覺。

(２)可辨別聲音的方位和距離。

(３)方向敏感性。

(４)頻率響應(yīng)。人能夠覺察到的頻率范圍是20~20000Hz。

(５)聽覺的動態(tài)范圍。聽覺有聽閾、痛域、聽覺區(qū)域等動態(tài)范圍。

(６)掩蔽效應(yīng)。

3)人的反應(yīng)特性

在人進行信息處理的過程中，在決策做出之后會做出相應(yīng)的反應(yīng)，即依據(jù)信息加工的結(jié)果對系統(tǒng)做出反應(yīng)，這就是人的信息處理系統(tǒng)的輸出。人的主要的信息執(zhí)行器官有手、腳、口等，因此，人的信息輸出有語言輸出、運動輸出等多種形式。隨著對智能型人機系統(tǒng)的研究，人將可能會更多地使用語言輸出的操作系統(tǒng)，但目前信息輸出的重要方式還是運動輸出。運動輸出的質(zhì)量評定指標是反應(yīng)時間、運動速度和運動準確性。

(1)反應(yīng)時間。

任何反應(yīng)都是由于人們受到某種刺激所產(chǎn)生的。刺激引起感覺器官的活動，并經(jīng)由神經(jīng)傳至大腦中樞，經(jīng)加工，再從大腦傳遞給肌肉，肌肉收縮力作用于外界的某種客體，即產(chǎn)生動作或某種活動。這一過程是在機體內(nèi)部進行的，且每一步驟都需要時間，這些時間的總和稱為反應(yīng)時間(ReactionTime，RT)，也稱為反應(yīng)潛伏期。它表達了刺激與反應(yīng)的時間間距。

反應(yīng)時間由反應(yīng)知覺時間(tz,自出現(xiàn)刺激到開始執(zhí)行操作的時間)和動作時間(td,執(zhí)行操作的延續(xù)時間)兩部分組成，即

RT=tz+td反應(yīng)時間的長短直接影響到人機系統(tǒng)的性能，它與反應(yīng)的類型、不同的感覺通道、刺激信號的數(shù)目與強弱、人的主體因素等主要因素有關(guān)。

(2)運動速度。運動速度可用完成動作的時間表示，它與動作特點、目標距離、動作方向、動作軌跡特征、負荷重量等因素密切相關(guān)。

(3)運動準確性。影響運動準確性的主要因素有：運動速度、運動類型、運動方向、操作方式等。

2．人的心理因素

作為人－機－環(huán)境系統(tǒng)中的人，其心理活動可概括為心理過程和個性心理兩大方面。人的心理過程一般可以分為三大類型：一是人的認知活動；二是人的情緒活動；三是人的意志活動。而影響人的行為的首要心理因素是認知心理。因此，我們主要探討人的認知心理過程。

1)人的認知心理過程

(1)感覺的基本特征。感覺是人腦對直接作用于感覺器官的事物的個別屬性的反映。人的感覺器官接受內(nèi)、外環(huán)境的刺激，并將其轉(zhuǎn)化為神經(jīng)沖動，通過傳入神經(jīng)，將其傳至大腦皮質(zhì)感覺中樞，便產(chǎn)生了感覺。人的感覺包括視覺、聽覺、本體感覺、膚覺等，是一種最簡單、最基本的心理過程，是人們了解外部世界的渠道，也是一切高級、復雜的心理活動的基礎(chǔ)和前提。

①適宜刺激：人體的某種感覺器官只對某種能量形式的刺激特別敏感。這種能引起感覺器官有效反應(yīng)的刺激稱為該器官的適宜刺激。表5-1列出了人體各主要感覺器官的適宜刺激及其識別特征。②感覺閾限：刺激必須達到一定強度才能對感覺器官發(fā)生作用。能夠引起感覺的最小刺激量稱為感覺閾下限；能產(chǎn)生正常感覺的最大刺激量稱為感覺閾上限。刺激強度超過感覺閾上限，將使感覺消失而引起痛覺，甚至致使感覺器官損傷。能被感覺器官所感受的刺激強度范圍，稱為絕對感覺閾值。感覺器官不僅能感覺刺激的有無，而且能感覺到刺激強度的變化或差別。剛剛能引起差別感覺的刺激最小差別量稱為差別感覺閾限。不同感覺器官的差別感覺閾限不是一個絕對數(shù)值，而是隨最初刺激強度變化而變化的，且與最初刺激強度之比為常數(shù)。中等刺激強度下，其關(guān)系可用韋伯定律表示：

其中：ΔI為引起差別感覺的刺激增量;I為最初刺激強度;

K為常數(shù)，稱為韋伯分數(shù)。③適應(yīng)：在刺激持續(xù)作用的情況下，感覺會逐漸減少以致消失的現(xiàn)象。

④相互作用：在一定的條件下，各種感覺器官對其適宜刺激的感受能力都將受到其他刺激的干擾影響而降低，由此使感受性發(fā)生變化的現(xiàn)象。

⑤對比：同一感覺器官接受兩種完全不同但屬于同一類刺激物的作用，而使感受性發(fā)生變化的現(xiàn)象。

⑥余覺：刺激取消后，感覺可存在一極短時間的現(xiàn)象。

(2)知覺的基本特征。知覺是人腦對直接作用于感覺器官的客觀事物和主觀狀況整體的反映。它是在感覺的基礎(chǔ)上對客觀事物所產(chǎn)生的高一級的認識。感覺的性質(zhì)較多地取決于刺激的性質(zhì)，而知覺在很大程度上卻受到人的知識、經(jīng)驗、情緒、態(tài)度等因素的制約和影響，因此，知覺不是各種感覺的堆積，而是人們借助已有的知識經(jīng)驗對感覺器官提供的信息進行選取、理解和解釋的過程。

在生活和生產(chǎn)活動中，人都是以知覺的形式直接反映事物的，在心理學中把感覺和知覺統(tǒng)稱為“感知覺”。知覺的基本特征包括：

①整體性。在知覺時，把由許多部分或多種屬性組成的對象看做具有一定結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一整體的特性。例如人們在觀察圖5-3所示圖形時，不是把它感知成四段線段、幾個圓、虛線，而是把它看成正方形、三角形和圓。圖5-3知覺的整體性②選擇性。在知覺時，把某些對象從背景中優(yōu)先區(qū)分出來，并予以清晰反映，這就是知覺的選擇性，如圖5-4所示。知覺對象與背景之間的差別越大，對象越容易從背景中區(qū)分出來，如萬綠叢中一點紅。在固定不變或相對靜止的背景上，運動的對象最易感知，如閃爍的信號燈。人的主觀因素對知覺對象的選擇也有很大影響。

③理解性。在知覺時，用以往所獲得的知識經(jīng)驗來理解當前的知覺對象的特性，這就是知覺的理解性。與知覺對象有關(guān)的知識經(jīng)驗越豐富，對知覺對象的理解越深刻。語言的提示或思維的推論，可喚起過去的經(jīng)驗，幫助人們理解當前的知覺對象。此外，人的情緒狀態(tài)、定勢狀態(tài)也影響人們對知覺對象的理解。圖5-4雙關(guān)圖—知覺的選擇性和理解性④恒常性。知覺的條件在一定范圍內(nèi)發(fā)生變化，而知覺的印象卻保持相對不變的特性稱為知覺的恒常性。它包括大小恒常、形狀恒常、顏色恒常等。知覺的恒常性保證了人在變化的環(huán)境中仍然按事物的真實面貌去知覺，從而更好地適應(yīng)環(huán)境。

⑤錯覺。錯覺是對外界事物不正確的知覺。錯覺現(xiàn)象十分普遍，在各種知覺中都可能發(fā)生。圖5-5列出了常見的幾種圖形錯覺。

人的錯覺在人機系統(tǒng)中可能造成監(jiān)測、判斷和操作的失誤，應(yīng)盡量避免；但在軍事行動、體育比賽以及繪畫、服裝、建筑造型、產(chǎn)品設(shè)計等方面，利用錯覺，可收到很好的效果。圖5-5常見的圖形錯覺

(3)記憶的基本特征。記憶是一個復雜的心理過程，它可具體劃分為識記、保持、再認、再現(xiàn)等階段。其心理學和信息論的解釋如表5-2所列。

大量心理學研究的結(jié)果表明，人有三種不同的記憶：瞬時記憶、短時記憶和長時記憶。

①瞬時記憶。瞬時記憶是指各感覺器官存儲人感覺到的信息，所以也被稱為感覺記憶、感覺存儲和感覺登記。瞬時記憶是最短暫的記憶，保持時間一般以毫秒計。它可以儲存大量的潛在信息，但易于消失。人有兩個最重要的瞬時記憶，一個是視覺信息存儲，保持時間不超過1s；一個是聽覺信息存儲，也叫回聲記憶，保持時間約在0.25~2s之間。如果信息受到注意，則會轉(zhuǎn)為短時記憶。②短時記憶。短時記憶一般指保持1min以內(nèi)的記憶。短時記憶對內(nèi)容已進行一定程度的編碼，因而對內(nèi)容能意識到，但在沒有時間復述的情況下，那些看起來可以記住的東西會在1min內(nèi)消退。短時記憶的容量也是非常有限的。1955年，美國著名心理學家米勒寫了一篇著名的文章《奇妙的7》，在文中，他提出人的短時記憶的容量大約是7個元素，現(xiàn)代研究指出人的短時記憶的容量可能是5個元素。短時記憶往往是人在即時活動中所要求的，是操作性的，因而也被稱為操作記憶或工作記憶。例如，在現(xiàn)代化的自動控制系統(tǒng)中，人所觀察到的系統(tǒng)的狀態(tài)指標等都存在于人的短時記憶中。在人機系統(tǒng)中，若過分要求短時記憶就會加重人的心理負荷，造成人為差錯。因此設(shè)計人機系統(tǒng)時應(yīng)對人的短時記憶的特點多加考慮。

如果對短時記憶的內(nèi)容加以復述或編碼，就可以轉(zhuǎn)為長時記憶。③長時記憶。長時記憶是保持1min以上到幾年甚至終生難忘的記憶。人的知識經(jīng)驗，就是保持在長時記憶中的信息。長時記憶的內(nèi)容是對以往信息加工復述的結(jié)果，也可以由于印象深刻而一次形成，比較穩(wěn)定，具有備用的作用，對人的活動不會增加過多的負擔。人的長時記憶的容量很大，幾乎是無限的。

(4)注意的基本特征。注意是人的心理活動對一定對象的指向和集中。

人處理信息的一般模式為：外界刺激→感知→選擇→判斷→決策→執(zhí)行?！白⒁狻北徽J為是其中的“選擇”，它也被認為是人的信息處理的一個瓶頸。在人機系統(tǒng)中，許多事故的發(fā)生都可以從注意上找原因。例如，飛行員在追擊敵機時可能由于沒有注意到高度表指示的變化而發(fā)生毀機事故；一個打字員會由于與人談話而打錯了字，等等。心理學家通過研究證實，人的注意是有一定極限的：人在瞬間的注意廣度(即被注意事物的范圍)一般為7個單位；如果是數(shù)字或沒有聯(lián)系的外文字母的話，可以注意到6個；如果是黑色圓點，可以注意到8~9個。

2)人的個性心理特征

由于先天素質(zhì)、后天環(huán)境和實踐活動的不同，人會表現(xiàn)出不同的心理面貌，這種人與人之間在心理面貌上的差異，稱為個性心理。個性心理是以心理過程為基礎(chǔ)形成和發(fā)展起來的，而已形成的個性心理反過來又影響和制約心理過程的進行。

(1)能力。能力是指一個人順利完成一定活動所表現(xiàn)出的穩(wěn)定的心理特征。

①一般能力：主要是認識活動能力，也稱智力，包括觀察力、記憶力、注意力、思維力、想象力等，是人們從事各種活動都需要的能力。

②特殊能力：是從事某種專業(yè)活動所需要的能力，如寫作能力、管理能力、機械操作能力等。人的能力是有個體差異的，這種差異可以表現(xiàn)在能力發(fā)展水平上，也可以表現(xiàn)在能力的類型上或者年齡的差異上。研究這種差異，有助于科學地選擇和分配職業(yè)，在人－機－環(huán)境系統(tǒng)中做到人盡其能。

(2)氣質(zhì)。氣質(zhì)是指主要由生物遺傳因素決定的、相當穩(wěn)定的心理過程的動力特征。這些動力特征主要表現(xiàn)在心理過程的強度、速度、穩(wěn)定性、靈活性以及指向上，使其帶有個人獨特的色彩。

通常把氣質(zhì)分為四種基本類型：膽汁質(zhì)、多血質(zhì)、粘液質(zhì)、抑郁質(zhì)。各個類型的氣質(zhì)都有各自的特點，如表5-3所列。氣質(zhì)類型并無優(yōu)劣之分，但每種氣質(zhì)類型都有自己的影響優(yōu)勢，而不同的職業(yè)又要求操作者具有不同的心理品質(zhì)。因此，在職業(yè)選擇和分配時，要考慮人的氣質(zhì)，盡可能使操作者的氣質(zhì)與其從事的工作相適應(yīng)，以便揚長避短，提高工作效率。

(３)性格。性格一般指個體對現(xiàn)實的穩(wěn)定的態(tài)度以及與之相適應(yīng)的習慣性的行為方式。它是一個人有別于他人的最重要、最鮮明的個體心理特征，是在長期的社會生活實踐中逐漸形成的。人的性格特征主要表現(xiàn)在以下四個方面。①對現(xiàn)實態(tài)度的特征：表現(xiàn)為對社會、對工作、對他人、對自己的態(tài)度，如正直、誠實、積極、勤勞、謙虛等，與其相反的為圓滑、虛偽、消極、懶惰、驕傲等。

②意志特征：獨立性、自制性、堅持性、果斷性等，與其相反的為易受暗示性、沖動性、動搖性、優(yōu)柔寡斷等。

③情緒特征：熱情、樂觀、幽默等，與其相反的為冷漠、悲觀、憂郁等。

④理智特征：深思熟慮、善于分析與善于綜合等，與其相反的為輕率、武斷、主觀自以為是等。

(4)動機。動機是驅(qū)使個體去進行活動的心理動力。它是個體在物質(zhì)需要和精神需要的基礎(chǔ)上產(chǎn)生、而又不為他人所能直接觀察到的內(nèi)在心理傾向，是目的的出發(fā)點。

動機作為個體活動的動力，在人的活動中具有三種作用：

①動機的引發(fā)作用：引起和發(fā)動個體活動。

②動機的激勵作用：維持、增強或制止、減弱個體活動的力量。

③動機的指引作用：引導個體活動朝向一定目標進行。5.1.4環(huán)境因素和可持續(xù)發(fā)展

環(huán)境因素是人－機－環(huán)境系統(tǒng)的重要組成部分。它主要包括微氣候環(huán)境、照明環(huán)境、色彩環(huán)境、噪聲及振動環(huán)境、空氣環(huán)境等。適宜的環(huán)境對保障操作者的安全與健康、提高生產(chǎn)效率及可持續(xù)發(fā)展都有重要的意義。

1.微氣候?qū)θ说挠绊?/p>

1)高溫作業(yè)環(huán)境對人的影響

一般將熱源散熱量大于84kJ/(m2·h)的環(huán)境叫高溫作業(yè)環(huán)境。高溫作業(yè)環(huán)境有三種基本類型：一是高溫、強熱輻射作業(yè)，其特點為氣溫高，熱輻射強度大，相對濕度較低；二是高溫、高濕作業(yè)，其特點為氣溫高、濕度大，如果通風不良就會形成濕熱環(huán)境；三是夏季露天作業(yè)，如農(nóng)民勞動、建筑工地等露天作業(yè)。

(1)高溫作業(yè)環(huán)境對人的生理影響表現(xiàn)在以下幾個方面：

①對消化系統(tǒng)具有抑制作用。人在高溫下，體內(nèi)血液重新分配，引起消化道相對貧血，由于出汗排出大量氯化物以及大量飲水，致使胃液酸度下降，會引起食欲不振、消化不良和胃腸疾病。

②對中樞神經(jīng)系統(tǒng)具有抑制作用。高溫熱環(huán)境下大腦皮層興奮過程減弱，條件反射的潛伏期延長，注意力不易集中。嚴重時，會出現(xiàn)頭暈、頭痛、惡心、疲勞乃至虛脫等癥狀。③導致水分和鹽分大量喪失。在高溫下進行重體力勞動時，平均每小時出汗量為0.75～2.0L，一個工作日可達5～10L。人體長時間持續(xù)受熱，可使下丘腦體溫調(diào)節(jié)功能發(fā)生障礙。由于出汗，大量水分丟失，以至水鹽代謝失衡，血容量減少，肌體熱負荷過大，加重了心血管負荷，引起心肌疲勞，數(shù)年后可出現(xiàn)高血壓、心肌受損及其他方面的慢性疾患。

④高溫及噪聲聯(lián)合作用損傷人的聽力。有文獻對此進行專門研究，高溫對人體語言聽閾和高頻聽閾沒有影響，但高溫與噪聲的聯(lián)合作用不僅能加重噪聲對人耳高頻聽閾的損害，也能提高人耳語頻聽閾。因此，降低高溫環(huán)境溫度可減輕噪聲對工人聽力的危害。

(2)高溫作業(yè)環(huán)境對工作效率、事故的影響：

①高溫環(huán)境影響效率，人在27～32℃下工作，其肌肉用力的工作效率下降，并且促使用力工作的疲勞加速。當溫度高達32℃以上時，需要較大注意力的工作及精密工作的效率也開始受影響。高溫作業(yè)環(huán)境條件下不僅引起人體不適，影響身體健康，而且還使生產(chǎn)效率降低。隨著溫度提高和氣流速度降低，作業(yè)效率明顯降低。

②腦力勞動對溫度的反應(yīng)更敏感，當有效溫度達到29.5℃時，腦力勞動的效率就開始降低，許多學者的實驗都表明，有效溫度越高，持續(xù)作業(yè)的時間越短。

③事故發(fā)生率與溫度有關(guān)，據(jù)研究，意外事故率最低的溫度為20℃左右；溫度高于28℃或降到10℃以下時，意外事故增加30％。

2)低溫作業(yè)環(huán)境對人的影響

低溫環(huán)境對人體的影響不僅取決于溫度，還取決于濕度、氣流速度。在低溫高濕條件下，由于濕度的增加，衣服的熱阻降低，使衣服起不到御寒作用，會引起人體肌肉疼痛、發(fā)炎，神經(jīng)痛、神經(jīng)炎，腰痛、風濕痛等各種疾患；而隨著氣流速度增加，人體通過空氣對流散發(fā)的熱量增加，而且溫度越低，氣流速度影響越大，有效溫度降低量越大。低溫環(huán)境條件下，首先影響人體四肢的靈活性，最常見的是肢體麻木，特別是影響手的精細運動靈巧度和雙手的協(xié)調(diào)動作。手的操作效率和手部皮膚溫度及手溫有密切關(guān)系。手的觸覺敏感性的臨界皮膚溫度是10℃左右，操作靈巧度的臨界皮膚溫度是12～16℃，長時間暴露于10℃以下，手的操作效率會明顯降低。

3)微氣候環(huán)境的改善

①人居的微氣候環(huán)境的改善：微氣候?qū)ㄖ挠绊懯禽^大的。目前已經(jīng)有采用先進的結(jié)構(gòu)(如大跨度巨型結(jié)構(gòu))、先進的設(shè)備(如PVC光電板)、先進的材料(如透明熱阻材料)和智能控制系統(tǒng)(如生物光全光譜系統(tǒng)和照明節(jié)能系統(tǒng))等高技術(shù)來設(shè)計和建造具有生態(tài)溫控、濕控和通風調(diào)空的健康、舒適的室內(nèi)微氣候的生態(tài)建筑。

②高溫作業(yè)環(huán)境的改善：應(yīng)從生產(chǎn)工藝和技術(shù)、保健措施、生產(chǎn)組織措施等方面加以改善。

③低溫作業(yè)環(huán)境的改善：應(yīng)從做好采暖和保暖工作、提高作業(yè)負荷、加強個體保護、采用熱輻射取暖等方面加以改善。

2.照明對作業(yè)的影響

1)照明與疲勞

不同照度下看書后眼睛的疲勞程度可以通過眨眼次數(shù)的變化來說明，如圖5-6所示。

2)照明與工作效率

改善照明條件不僅可以減少視覺疲勞，而且也能提高工作效率。圖5-7所示為良好光環(huán)境的作用。

圖5-8為生產(chǎn)率、視覺疲勞與照度的關(guān)系，圖中為一精密加工車間，隨著照度值由370lx逐漸增加，勞動生產(chǎn)率隨之增長，視覺疲勞逐漸下降，這種趨勢在1200lx以下很明顯。圖5-6視覺疲勞與照度的關(guān)系圖5-7良好光環(huán)境的作用圖5-8生產(chǎn)率、視覺疲勞與照度的關(guān)系

3)照明與事故

事故的數(shù)量與工作環(huán)境的照明條件有關(guān)。圖5-9中所示為事故次數(shù)和季節(jié)的關(guān)系。由于11月、12月、1月的白天很短，工作場所人工照明時間增加，和天然光相比，人工照明的照度值較低，故在冬季事故數(shù)最高。圖5-9事故數(shù)量與室內(nèi)照度的關(guān)系

4)照明與情緒

根據(jù)生理和心理方面的研究表明，照明會影響人的情緒，影響人的一般興奮性和積極性，從而也影響工作效率。

總之，改善工作環(huán)境的照明，可以改善視覺條件，節(jié)省工作時間；提高工作質(zhì)量，減少廢品；保護視力，減輕疲勞，提高工作效率；減少差錯，避免或減少事故，有助于提高工作興趣，改善工作環(huán)境。

3.色彩對人的影響

1)色彩對人的影響

色彩對人的影響是客觀存在的。色彩的辨別力、視認性、明視性，色彩的象征和情感等都是色彩心理學研究的重要問題。人們對色彩的感覺是一種復雜的現(xiàn)象，人們之所以會對色彩產(chǎn)生感覺，是由于可見光波段的電磁波作用于視覺器官的視網(wǎng)膜從而產(chǎn)生特有的響應(yīng)，當這些響應(yīng)投射到大腦枕葉橫紋區(qū)后，就在那里形成色彩感覺。同樣的一個色彩，會因為受到人的性別、年齡、個性、生理狀況、心情、生活環(huán)境、風俗習慣的不同而產(chǎn)生不同的個別或群體的差異，如溫度感、輕重感、硬度感、脹縮感、遠近感、情緒感等。

2)色彩調(diào)節(jié)的應(yīng)用

(1)安全色。安全色是傳遞安全信息含義的顏色。我國于2002年6月開始施行安全色國家標準GB50034—2004，其中對安全色的顏色表征規(guī)定包括紅、藍、黃、綠四種顏色。具體規(guī)定如下：

紅色——表示禁止、停止、危險以及消防設(shè)備的意思。凡是禁止、停止、消防和有危險的器件或環(huán)境均應(yīng)涂以紅色的標記作為警示的信號，如機器設(shè)備上轉(zhuǎn)動的輪子、消防設(shè)施、報警器、應(yīng)急停止按鈕等。藍色——表示指令，要求人們必須遵守的規(guī)定。

黃色——表示提醒人們注意。凡是警告人們注意的器件、設(shè)備及環(huán)境都應(yīng)以黃色表示。

橙色——表示直接的危險物，如移動的防護罩，機器上切、壓、沖等危險行程部件。

綠色——表示給人們提供允許、安全的信息。

凡屬有特殊要求的零部件，機械、設(shè)備等的直接活動部分與管線的接頭、栓等部件以及需要特別引起警惕的重要開關(guān)，特別的操縱手輪、把手，機床附設(shè)的起重裝置，需要告誡人們不能隨便靠近的危險裝置都必須施以安全色。對于調(diào)節(jié)部件，一般也應(yīng)施以純度高、明度大、對比強烈的色彩加以識別。車間、工作場所色彩調(diào)節(jié)中的安全色施色必須做到：

·標識出直接的危險物；

·標識出可用于應(yīng)急措施的對象；

·標識出安全救助設(shè)施；

·標識出可能出現(xiàn)危險的區(qū)域或可能受害的對象；

·標識出必須禁止操作或必須提醒注意的操作。

此外，在野外操作的工程機械，常常在沒有任何特殊防護設(shè)施的環(huán)境下工作，為了防止行人靠近而造成傷害，必須采用橙色、朱紅、明黃等色彩，以與環(huán)境中綠色的樹木、棕褐色的土地或灰色的水泥地形成鮮明的對比。

(2)對比色。對比色是使安全色更加醒目的反襯色，包括黑、白兩種顏色。安全色與對比色同時使用時，應(yīng)按表5-4規(guī)定搭配使用(黑色與白色互為對比色)。

(3)環(huán)境色。車間、廠房的空間構(gòu)件包括地面、墻壁、天花板以及機械設(shè)備中除了直接活動的部件與各種管線的接頭、栓等部件外，都必須施以環(huán)境色。車間、廠房色彩調(diào)節(jié)中的環(huán)境色應(yīng)滿足以下要求：

·應(yīng)使環(huán)境色形成的反射光配合采光照明形成足夠的明視性；

·應(yīng)像避免直接眩光一樣，盡量避免施色涂層形成的高光對視覺的刺激；

·應(yīng)形成適合作業(yè)的中高明度的環(huán)境色背景；

·應(yīng)避免配色的對比度過強或過弱，保證適當?shù)膶Ρ榷龋?/p>

·應(yīng)避免大面積純度過高的環(huán)境色，以防視覺受到過度刺激而過早產(chǎn)生視覺疲勞；

·應(yīng)避免如視覺殘像之類的虛幻形象出現(xiàn)，確保生產(chǎn)安全。

如在需要提高視認度的作業(yè)面內(nèi)，盡可能在作業(yè)面的光照條件下增大直接工作面與工作對象間的明度對比。經(jīng)有關(guān)專家實驗統(tǒng)計，人們在黑色底上尋找黑線比在白色底上尋找同樣的黑線所消耗的能量要多2100倍。為了減少視覺疲勞，必須降低與所處環(huán)境的明度對比。

同樣，在控制器中也應(yīng)注意控制器色彩與控制面板間以及控制面板與周圍環(huán)境之間色彩的對比，以改進視認性，提高作業(yè)的持久性。

4.噪聲對人的影響

1)噪聲對人的影響

(1)噪聲對聽力的影響：持續(xù)性的強烈噪聲會使人的聽

力受到損害。根據(jù)國際標準化組織的規(guī)定：強噪聲環(huán)境對

200Hz、1000Hz和2000Hz三個頻率的平均聽力損失超過

25dB，稱為噪聲性耳聾。

(2)噪聲對其他生理機能的影響:噪聲對神經(jīng)系統(tǒng)的危害會造成大腦皮層的興奮，抑制平衡失調(diào)，導致條件反射異常，引起各種神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如頭痛、失眠、記憶力衰退等；在噪聲刺激下，會導致人體甲狀腺機能亢進，腎上腺皮質(zhì)功能增強等癥狀；兩耳長時間受到不平衡的噪聲刺激時，會引起前庭反應(yīng)、嘔吐等現(xiàn)象發(fā)生；噪聲對心血管系統(tǒng)功能的影響表現(xiàn)為心跳過速、心律不齊、心電圖改變、高血壓以及末梢血管收縮、供血減少等；噪聲作用于人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)時，會影響人的消化系統(tǒng)，導致腸胃機能阻滯、消化液分泌異常等，造成消化不良等胃功能紊亂癥狀，從而導致腎病及胃潰瘍的發(fā)病率增高。

(3)噪聲對心理的影響：主要是使人產(chǎn)生煩惱、焦急、討厭、生氣等不愉快的情緒。脈沖噪聲比連續(xù)噪聲的影響更甚，響度越大影響也越大。

(4)噪聲對語言交流的影響：由于聲音的掩蔽效應(yīng)，噪聲對語言信息的傳遞危害很大。目前國際上用語言干擾級(SIL)作為評價噪聲對語言通信干擾程度的參量。

(5)噪聲對作業(yè)能力和工效的影響：在嘈雜的環(huán)境中，人們心情煩躁，容易疲勞，反應(yīng)遲鈍，注意力不易集中，所以噪聲直接或間接地影響工作效率。

2)噪聲控制

2002年經(jīng)國家衛(wèi)生部正式頒布《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標準》GBZ1—2002中規(guī)定：具有生產(chǎn)性噪聲的車間應(yīng)盡量遠離其他非噪聲作業(yè)車間、行政區(qū)和生活區(qū)；噪聲較大的設(shè)備應(yīng)盡量將噪聲源與操作人員隔開；工藝允許遠距離控制的，可設(shè)置隔聲操作(控制)室。工作場所操作人員每天連續(xù)接觸噪聲8小時，噪聲聲級衛(wèi)生限值為85dB(A)。噪聲控制的途徑有三種：

(1)聲源控制，包括：

·降低機械噪聲,如選擇發(fā)聲小的材料、改變機械傳動方式、改進設(shè)備機械結(jié)構(gòu)等;

·降低空氣動力性噪聲，如降低氣流速度、減少壓力脈沖、減少渦流等。

(2)控制噪聲的傳播，包括：

·對工廠各區(qū)域合理布局；

·調(diào)整聲源的指向；

·充分利用天然地形；

·采用吸聲、隔聲、消聲等措施；

·采用隔振與減振措施。

(3)操作者的聽力保護。

5.幾種現(xiàn)代空氣污染的來源及其危害

1)建筑物室內(nèi)空氣污染來源及其危害

中國室內(nèi)環(huán)境中心2002年4月公布一項統(tǒng)計顯示，中國每年因建筑涂料引起的急性中毒事件約400起，中毒人數(shù)達1.5萬余人，建筑物室內(nèi)空氣污染來源主要包括：放射性物質(zhì)、化學物質(zhì)、電磁場等。

(1)放射性物質(zhì):專家研究發(fā)現(xiàn)，放射性物質(zhì)及一次大劑量或多次小劑量的放射線照射都有致白血病的作用。特別是一些高放射性的建筑材料，會對人體造成體內(nèi)和體外傷害。

(2)化學物質(zhì)：建筑裝修用的人造板材、木家具及其它各類裝飾材料(如貼壁布、墻紙、化纖地毯、泡沫塑料、油漆、涂料等)中含有苯和甲醛等有害物質(zhì)。研究證明，慢性苯中毒主要使骨髓造血機能發(fā)生障礙，引起再生障礙性貧血。甲醛對人體健康的影響主要表現(xiàn)為嗅覺異常、刺激、過敏、肝功能異常及免疫功能異常等。長期接觸低度甲醛可以引起慢性呼吸道疾病，甚至引起鼻咽癌、妊娠綜合癥、新生兒染色體異常、白血病、青少年記憶力和智力下降。

(3)電磁場：家用電器、電線等產(chǎn)生的電磁場正在威脅人們的健康。意大利醫(yī)學專家統(tǒng)計，全國每年有400多名兒童患白血病，其中2至7歲兒童的發(fā)病原因主要是受到過強的電磁輻射。

2)車內(nèi)空氣污染主要來源及危害

新車內(nèi)裝飾材料中含有的有毒氣體主要包括苯、甲醛、丙酮、二甲苯等。這些有害物質(zhì)在不知不覺中使人中毒，漸漸出現(xiàn)頭痛、乏力等癥狀。

汽車發(fā)動機產(chǎn)生的一氧化碳、汽油揮發(fā)成分等會使車廂內(nèi)的空氣質(zhì)量下降。

車用空調(diào)蒸發(fā)器若長時間不進行清洗護理，就會在其內(nèi)部附著大量污垢，所產(chǎn)生的胺、煙堿、細菌等有害物質(zhì)彌漫在車內(nèi)狹小的空間里，導致車內(nèi)空氣質(zhì)量差甚至缺氧。

人體自身的污染。由于車內(nèi)開窗不多，當空氣中二氧化碳濃度達到0.5%時，人就會出現(xiàn)頭痛、頭暈等不適感。乘客較多時就更容易造成污染。

3)鉛污染的危害

鉛是一種對神經(jīng)系統(tǒng)有害的重金屬元素，會對人的大腦神經(jīng)系統(tǒng)帶來嚴重危害，導致智力下降，免疫力降低，生長發(fā)育遲緩。

兒童對鉛尤為敏感，吸收率高達50％。國際上公認，當兒童體內(nèi)鉛含量超過每升100微克時，兒童的腦發(fā)育就會受到不良影響，稱之為鉛中毒。

鉛中毒對兒童的危害主要體現(xiàn)在智力發(fā)育、學習能力、心理行為、生長發(fā)育等方面。兒童鉛含量過高的反應(yīng)是面色發(fā)黃、生長遲緩、便秘、腹瀉、惡心、嘔吐、注意力不集中。5.2系統(tǒng)化設(shè)計

設(shè)計是革新，是創(chuàng)造。人類社會文明發(fā)展史中，充滿了一次又一次的革新和發(fā)明創(chuàng)造。在各種情況下，人類總是創(chuàng)造出某些前所未有的東西。他們總是先有某種需要，而后產(chǎn)生一種怎樣才能滿足這種需要的思想，最后經(jīng)過百折不回的努力將其變成現(xiàn)實。我們把這樣的過程稱之為設(shè)計。設(shè)計所要追求的目標是在給定的條件下實現(xiàn)最優(yōu)的設(shè)計。系統(tǒng)設(shè)計就是設(shè)計師在給定的條件(稱為約束條件)下設(shè)計出滿足需要的最佳系統(tǒng)。5.2.1系統(tǒng)化設(shè)計的概念

系統(tǒng)化設(shè)計就是將設(shè)計看成由若干個設(shè)計要素組成的一個系統(tǒng)，每個設(shè)計要素具有獨立性，各個要素間又存在著有機的聯(lián)系，并具有層次性，所有的設(shè)計要素結(jié)合后，即可實現(xiàn)設(shè)計系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。系統(tǒng)化設(shè)計強調(diào)用系統(tǒng)工程處理技術(shù)系統(tǒng)問題。設(shè)計時不僅要分析各部分的有機關(guān)系，力求系統(tǒng)整體最優(yōu)；而且要考慮技術(shù)系統(tǒng)與外界的聯(lián)系，即人-機-環(huán)境的大系統(tǒng)關(guān)系。5.2.2系統(tǒng)化設(shè)計的方法和步驟

比較有代表性的系統(tǒng)化設(shè)計方法包括以下五種。

(1)設(shè)計元素法:用五個設(shè)計元素(功能、效應(yīng)、效應(yīng)載體、形狀元素和表面參數(shù))描述“產(chǎn)品解”，認為一個產(chǎn)品的五個設(shè)計元素值確定之后，產(chǎn)品的所有特征和特征值即已確定。我國亦有設(shè)計學者采用了類似方法描述產(chǎn)品的原理解。

(2)圖形建模法:用層次清楚的圖形描述出產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的抽象信息，實現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能關(guān)系的圖形化建模。這種方法可以采用圖形符號，具有內(nèi)容豐富的語義模型結(jié)構(gòu)，可以描述集成條件，可以劃分約束類型，可以實現(xiàn)關(guān)系間的任意結(jié)合，將設(shè)計方法解與信息技術(shù)進行集成，實現(xiàn)了設(shè)計過程中不同抽象層間信息關(guān)系的圖形化建模。

(3)構(gòu)思設(shè)計法：將產(chǎn)品的方案設(shè)計分成構(gòu)思和設(shè)計兩個階段。構(gòu)思階段的任務(wù)是尋求、選擇和組合滿足設(shè)計任務(wù)要求的原理解，設(shè)計階段的工作則是具體實現(xiàn)構(gòu)思階段的原理解。

方案的構(gòu)思具體描述為：根據(jù)合適的功能結(jié)構(gòu)，尋求滿足設(shè)計任務(wù)要求的原理解，即功能結(jié)構(gòu)中的分功能由“結(jié)構(gòu)元素”實現(xiàn)，并將“結(jié)構(gòu)元素”間的物理連接定義為“功能載體”，“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”間的相互作用又形成了功能示意圖(機械運動簡圖)。方案的設(shè)計是根據(jù)功能示意圖，先定性地描述所有的“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”，再定量地描述所有“結(jié)構(gòu)元素”和連接件(“功能載體”)的形狀及位置，得到結(jié)構(gòu)示意圖。

(4)矩陣設(shè)計法:在方案設(shè)計過程中采用“要求—功能”邏輯樹(“與或”樹)描述要求、功能之間的相互關(guān)系，得到滿足要求的功能設(shè)計解集，形成不同的設(shè)計方案。再根據(jù)“要求—功能”邏輯樹建立“要求—功能”關(guān)聯(lián)矩陣，描述滿足要求所需功能之間的復雜關(guān)系，表示出要求與功能間一一對應(yīng)的關(guān)系。

(5)鍵合圖法:將組成系統(tǒng)元件的功能分成產(chǎn)生能量、消耗能量、轉(zhuǎn)變能量形式、傳遞能量等各種類型，并借用鍵合圖表達元件的功能解，希望將基于功能的模型與鍵合圖結(jié)合，實現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)的自動生成和功能結(jié)構(gòu)與鍵合圖之間的自動轉(zhuǎn)換，尋求由鍵合圖產(chǎn)生多個設(shè)計方案的方法。系統(tǒng)化設(shè)計的步驟一般包括：

(1)確定求解的問題。系統(tǒng)設(shè)計的第一步是明確求解的問題和范圍，即明確設(shè)計目的和要求。

(2)因素分析。對與被描述問題有關(guān)的因素進行分析，確定因素的類型：可控的、不可控的、質(zhì)的屬性。系統(tǒng)的最優(yōu)化就是對量的可控因素優(yōu)化確定的過程。

(3)模型的建立。建立模型就是用適當?shù)?一般是數(shù)學的)方式來描述問題與因素之間的關(guān)系。建立模型時一般應(yīng)忽略次要因素，突出主要因素。

(4)決策過程。決策就是運用適當?shù)氖侄吻蠼饽Ｐ?，確定實現(xiàn)系統(tǒng)目標的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其運用方法。當所建的是數(shù)學模型時，可用運籌學中的數(shù)學規(guī)劃法求解。求解數(shù)學模型時，恰當?shù)剡x擇優(yōu)化準則是很重要的，優(yōu)化準則不同，所確定的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和對外表現(xiàn)會大不相同。

(5)運用與管理。5.2.3系統(tǒng)化設(shè)計的展望

系統(tǒng)化設(shè)計思想于20世紀70年代由德國學者Pahl和Beitz教授提出，他們以系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，制訂了設(shè)計的一般模式，倡導設(shè)計工作應(yīng)具備條理性。德國工程師協(xié)會在這一設(shè)計思想的基礎(chǔ)上，制定出VDI2221標準——技術(shù)系統(tǒng)和產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計方法。

我國制定的機械產(chǎn)品方案設(shè)計進程模式基本上沿用了德國VDI2221標準的設(shè)計方式。除此之外，我國許多設(shè)計學者在進行產(chǎn)品方案設(shè)計時還借鑒和引用了其他發(fā)達國家的系統(tǒng)化設(shè)計思想，其中具有代表性的是：

(1)將產(chǎn)品看做有機體層次上的生命系統(tǒng)，并借助于生命系統(tǒng)理論，把產(chǎn)品的設(shè)計過程劃分為功能需求層次、實現(xiàn)功能要求的概念層次和產(chǎn)品的具體設(shè)計層次；同時采用了生命系統(tǒng)圖符抽象地表達產(chǎn)品的功能要求，形成產(chǎn)品功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

(2)將機械設(shè)計中系統(tǒng)科學的應(yīng)用歸納為兩個基本問題：一是把要設(shè)計的產(chǎn)品作為一個系統(tǒng)處理，最佳地確定其組成部分(單元)及其相互關(guān)系；二是將產(chǎn)品設(shè)計過程看成一個系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計目標，正確、合理地確定設(shè)計中各個方面的工作和各個不同的設(shè)計階段。

系統(tǒng)化設(shè)計將“產(chǎn)品—人—環(huán)境—社會”視為一個完整的系統(tǒng)，設(shè)計時必須從系統(tǒng)的角度來全面考慮各方面的問題。5.2.4系統(tǒng)化設(shè)計的內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù)

系統(tǒng)設(shè)計一般包括計劃、外部系統(tǒng)設(shè)計、內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計和制造銷售四個階段。傳統(tǒng)的設(shè)計方法只注重內(nèi)部系統(tǒng)的設(shè)計，且以改善零部件的特性為重點，至于各零部件之間、外部系統(tǒng)與內(nèi)部系統(tǒng)之間的相互作用和影響則考慮得較少。因此，雖然對零部件的設(shè)計考慮得很仔細，但設(shè)計的系統(tǒng)仍然不夠理想。零部件的設(shè)計固然應(yīng)該給予足夠的重視，但全部用好的零部件未必能組成好的系統(tǒng)，其技術(shù)和經(jīng)濟未必能實現(xiàn)良好的統(tǒng)一。系統(tǒng)一般來說是比較復雜的，為便于分析和設(shè)計，常采用系統(tǒng)分解法這種常用的設(shè)計方法，把復雜的系統(tǒng)分解為若干個互相聯(lián)系的且相對比較簡單的子系統(tǒng)，這樣可以使系統(tǒng)的分析和設(shè)計比較簡單。根據(jù)需要，各子系統(tǒng)還可進一步分解為更小的子系統(tǒng)，依次逐級分解，直到能進行適宜的設(shè)計和分析為止。對于大規(guī)模系統(tǒng)的設(shè)計是不允許失敗的，由于其模型復雜，約束條件眾多，要想求得總體最優(yōu)解難度很大，可以采用下述方法求得近似最優(yōu)解：

(1)采用模塊方式。采用這種方式時，首先將大系統(tǒng)分割成為幾個獨立性很強的子系統(tǒng)，力求使各子系統(tǒng)局部最優(yōu)化。然后對整體進行協(xié)調(diào)統(tǒng)一，以求得整個系統(tǒng)的近似最優(yōu)解。

(2)采用多層次系統(tǒng)理論。當采用這種理論時，首先將構(gòu)成整體系統(tǒng)的子系統(tǒng)垂直方向排列，高層次的子系統(tǒng)行動最優(yōu)，并對低層次子系統(tǒng)發(fā)生作用。這樣，低層次子系統(tǒng)的行為成果取決于高層次的子系統(tǒng)，并對上部進行反饋。這樣構(gòu)成的系統(tǒng)就稱為多層次系統(tǒng)。5.3產(chǎn)品規(guī)劃

產(chǎn)品規(guī)劃是連接企業(yè)制造資源系統(tǒng)與市場的橋梁。產(chǎn)品規(guī)劃首先需要明確所設(shè)計的系統(tǒng)或產(chǎn)品的目的、任務(wù)和要求，并用設(shè)計任務(wù)書的形式表達出來，以作為后續(xù)的設(shè)計、評價和決策工作的依據(jù)。為此，需要進行市場需求分析、可行性分析和設(shè)計要求的擬定工作。

1.市場需求分析

市場需求分析包括對銷售市場和原料市場作如下幾方面的分析：

(1)消費者對產(chǎn)品功能、性能、質(zhì)量和數(shù)量等的具體要求；

(2)現(xiàn)有類似產(chǎn)品的銷售情況和銷售趨勢；

(3)競爭對手在技術(shù)、經(jīng)濟方面的優(yōu)缺點及發(fā)展趨勢；

(4)主要原料、配件和半成品的現(xiàn)狀、價格及變化趨勢等。

2.可行性分析

可行性分析從20世紀30年代起開始用于美國，現(xiàn)在已發(fā)展為一整套系統(tǒng)的科學方法，它包括：

(1)技術(shù)分析——技術(shù)方案中的創(chuàng)新點和難點以及解決它們的方法和技術(shù)路線等分析；

(2)經(jīng)濟分析——成本和性能價格比分析，即如何以最少的人力、物力獲得最佳的功能和經(jīng)濟效果的價值優(yōu)化分析；

(3)社會分析——隨著生產(chǎn)的發(fā)展和工程項目的綜合化、大型化，其與社會的關(guān)系也日益密切。經(jīng)過對技術(shù)、經(jīng)濟和社會各方面條件的詳細分析和對開發(fā)可能性的綜合研究，最后應(yīng)提出產(chǎn)品開發(fā)的可行性報告?？尚行詧蟾娲笾聝?nèi)容包括：

(1)產(chǎn)品開發(fā)的必要性，市場調(diào)查和預測情況；

(2)有關(guān)產(chǎn)品的國內(nèi)外水平、發(fā)展趨勢；

(3)從技術(shù)上預期達到的水平，經(jīng)濟效益、社會效益的分析；

(4)在設(shè)計、工藝等方面需要解決的關(guān)鍵問題；

(5)投資費用及時間進度計劃；

(6)現(xiàn)有條件下開發(fā)的可能性及準備采取的措施。

3.設(shè)計要求的擬定

設(shè)計要求的擬定工作包括：根據(jù)產(chǎn)品功能和性能提出設(shè)計參數(shù)和相關(guān)的指標，如可靠性、生產(chǎn)率、性能價格比等指標；列出制造、使用等方面的限制條件，如工藝方面的限制條件和操作、安全、維修、外觀造型等使用方面的具體要求等。

5.4功能原理方案

在系統(tǒng)分析設(shè)計中，一般是從功能分析入手進行原理方案的擬定，利用創(chuàng)造性構(gòu)思擬出多種方案，通過分析-綜合-評價，求得最佳方案。5.4.1功能設(shè)計的概念

功能設(shè)計是工程設(shè)計中探求原理方案的一種有效方法，它以系統(tǒng)工具為基礎(chǔ)，從功能分析著手。功能設(shè)計緊緊抓住系統(tǒng)功能這個本質(zhì)，具有化繁為簡、原理解答多、最佳解答多中選優(yōu)等特點，是一種較好的原理方案設(shè)計方法。

功能是對于某一產(chǎn)品的特定工作能力的抽象化描述。每一種產(chǎn)品都有不同的功能。一種產(chǎn)品中必然有一項功能是該產(chǎn)品主要使用目的所直接要求的，它就構(gòu)成了該產(chǎn)品的主要功能，簡稱主功能。為實現(xiàn)產(chǎn)品主功能服務(wù)的、由產(chǎn)品功能決定的功能稱為輔助功能。主功能和輔助功能統(tǒng)稱為總功能。從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，可將系統(tǒng)的功能分為總功能和分功能。每個系統(tǒng)都有其總功能，對系統(tǒng)整體的功能要求就是該系統(tǒng)所具有的總功能，系統(tǒng)輸入、輸出的能量、物料、信息的差別和關(guān)系反映了系統(tǒng)的總功能。一個系統(tǒng)可以分解為一些子系統(tǒng)，它的出發(fā)點就是功能和功能分解。由于要解決的問題的復雜程度不同，一個系統(tǒng)所出現(xiàn)的功能就有不同的復雜程度，可以將復雜的功能分解為若干個復雜程度比較低的、可以看清楚的分功能。分功能是總功能的組成部分。一般不把功能分得過細，而是分解到功能元的水平上。這樣的功能元是可以看清楚的，它是既有一定的獨立性，又有一定的復雜程度的技術(shù)單元。

用戶購買產(chǎn)品時要求的不是產(chǎn)品的本身，而是產(chǎn)品所具有的能滿足某種需要的功能。從功能方面來考慮進行設(shè)計的方法就叫功能設(shè)計。5.4.2功能設(shè)計的步驟

功能設(shè)計大致可以分為分析、綜合、評價決策三個步驟，具體功能設(shè)計的步驟如圖5-10所示。圖5-10功能設(shè)計步驟5.4.3功能分析

確定總功能，將總功能分解為分功能，并用功能結(jié)構(gòu)來表達分功能之間的相互關(guān)系，這一過程稱為功能分析。功能分析過程是設(shè)計人員初步醞釀功能原理設(shè)計方案的過程。這個過程往往不是一次能夠完成的，而是隨著設(shè)計工作的深入需要不斷地修改、完善。

1.總功能分析

將設(shè)計的對象系統(tǒng)看成是一個不透明的、不知其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的“黑箱”，只集中分析比較系統(tǒng)中三個基本要素(能量、物料和信息)的輸入輸出關(guān)系，就能突出地表達系統(tǒng)的核心問題——系統(tǒng)的總功能。

2.功能分解

總功能可以分解為分功能，分功能繼續(xù)分解，直至功能元。功能元是不能再分解的最小功能單位，是直接能從物理效應(yīng)、邏輯關(guān)系等方面找到解法的基本功能。功能分解可用樹狀結(jié)構(gòu)予以圖示，稱為功能樹。功能樹起于總功能，分為一級功能、二級功能，直至能直接求解的功能元。5.4.4尋求作用原理

作用原理是指某一功能載體上由某一物理效應(yīng)實現(xiàn)某一分功能的工作原理。它與功能載體密切相關(guān)。作用原理的確定包括物理效應(yīng)和功能載體的確定。在進行功能分析后，對于各個分功能，必須找出能夠?qū)崿F(xiàn)各分功能的作用原理和功能載體，然后將它們以適當?shù)姆绞浇M合起來，即形成了不同的解答方案。同一物理效應(yīng)和功能載體可以為不同的分功能服務(wù)；同一物理效應(yīng)也可由不同功能載體實現(xiàn)。因此，只有針對某一分功能，在某一確定載體上由某一確定的物理效應(yīng)產(chǎn)生的作用，才是實現(xiàn)該部分功能的作用原理。尋求作用原理的過程大致包括：

(1)尋求物理效應(yīng)。物理效應(yīng)泛指自然界一切現(xiàn)象的作用效果，是經(jīng)物理學家、化學家、生物學家等分析得出的、具有普遍規(guī)律性的結(jié)果，包括這些學科中的定理、定律和法則。自然科學已經(jīng)為工程技術(shù)提供了大量可以利用的物理效應(yīng)，可參考有關(guān)手冊，從中查到所需的物理效應(yīng)。

(2)尋求功能載體。當物理效應(yīng)確定之后，就要尋求使物理量實現(xiàn)該效應(yīng)規(guī)定變化的實體，即能實現(xiàn)該分功能的功能載體。功能載體的構(gòu)成可用幾何特征、運動特征和材料特征來描述。改變幾何特征和材料特征，可以形成多種功能載體。

(3)尋求作用原理的方法。常用的方法包括：文獻檢索、分析自然系統(tǒng)、分析已知系統(tǒng)、偏重直覺的方法、設(shè)計目錄的應(yīng)用。

(4)組合作用原理，形成原理解答方案。確定了各分功能的作用原理之后，按照功能結(jié)構(gòu)圖規(guī)定的邏輯順序和關(guān)系，把這些作用原理組合在一起，可以實現(xiàn)系統(tǒng)總功能的組合就是所設(shè)計系統(tǒng)的原理解答方案。

(5)系統(tǒng)原理解答方案的評價和決策。在眾多的方案中選取最佳方案，一般先進行粗篩選，把與設(shè)計要求不符或各分功能解答不相容的方案去除。在粗篩選的基礎(chǔ)上，可以對所有可行的解答進行科學的定量評價，以便進一步比較選優(yōu)，這樣做的工作量可能很大；也可在眾多的可行方案中定性地選取幾個較為滿意的方案進行科學的定量評價。5.5結(jié)構(gòu)方案

功能結(jié)構(gòu)描述系統(tǒng)各部分功能之間的關(guān)系，或者說將系統(tǒng)的各個分功能有機地組合起來就得到功能結(jié)構(gòu)。功能結(jié)構(gòu)一般用框圖來描述，稱為功能結(jié)構(gòu)圖。功能結(jié)構(gòu)圖的建立是使系統(tǒng)從抽象走向具體的重要環(huán)節(jié)之一。通過功能結(jié)構(gòu)圖的建立，明確了實現(xiàn)系統(tǒng)的總功能所需的分功能、功能單元及其順序關(guān)系。這些較簡單的分功能或功能單元，可以比較容易地與一定的物理效應(yīng)以及實現(xiàn)這些效應(yīng)的實體結(jié)構(gòu)相對應(yīng)，從而可以得出實現(xiàn)所定總功能需要的實體解答。建立功能結(jié)構(gòu)時，一定要區(qū)分創(chuàng)新設(shè)計和適應(yīng)性設(shè)計。創(chuàng)新設(shè)計時通常不知道分功能，也不知道它們之間的關(guān)系，建立功能結(jié)構(gòu)的出發(fā)點是設(shè)計要求，由此?？傻玫焦δ芙Y(jié)構(gòu)在輸入和輸出處的分功能。適應(yīng)性設(shè)計通過對需要進一步開發(fā)的產(chǎn)品進行分析，從已知產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)出發(fā)，根據(jù)設(shè)計的要求，通過變異、納入或取消個別功能，或改變其相互連接關(guān)系，來建立功能結(jié)構(gòu)。建立功能結(jié)構(gòu)圖的工作步驟為：

(1)根據(jù)技術(shù)過程的分析，劃定技術(shù)系統(tǒng)的邊界，定出系統(tǒng)的總功能。

(2)將總功能分解為分功能或功能單元，具體做法見功能分解。

(3)建立功能結(jié)構(gòu)圖。根據(jù)系統(tǒng)的物理作用原理、經(jīng)驗或參照已有的類似系統(tǒng)，首先排定與主要工作過程有關(guān)的分功能或各功能單元的順序，通常先提出一個粗略方案，然后檢驗并完善其相互關(guān)系，補充其他部分。建立功能結(jié)構(gòu)圖時應(yīng)注意：體現(xiàn)分功能或功能單元之間的順序關(guān)系；各分功能和功能單元的分解及其排列要有一定的理論依據(jù)(物理作用原理)或經(jīng)驗支持；不能漏掉必要的分功能或功能單元；盡可能簡單、明了，但要便于實體解答方案的求取。

實現(xiàn)同一總功能的功能結(jié)構(gòu)可能有多種，因此建立功能結(jié)構(gòu)圖時應(yīng)盡可能有多個方案，以便進行評比，選出最佳的功能結(jié)構(gòu)方案。改變功能結(jié)構(gòu)常可發(fā)展出新的產(chǎn)品。5.6評價與決策

在設(shè)計過程中要求我們先對某個問題提出盡可能多的解決方案，然后從眾多滿足要求的方案中優(yōu)選出擬采用的方案來。為了選出擬采用的方案，首先要對各候選方案進行評價。所謂評價即對方案的質(zhì)量、價值或就其某一性質(zhì)作出說明。有了候選方案的評價結(jié)果，即可作出決策。所謂決策，就是對評價結(jié)果或?qū)λ峁┑哪承┣闆r，根據(jù)預定目標作出選擇或決定，決策的結(jié)果就是擬采用的方案。在設(shè)計中評價和決策時應(yīng)注意以下幾點：

(1)評價的原始依據(jù)是設(shè)計要求。這些要求有些是定量的，有些是定性的，評價中必須注意定性問題的處理。

(2)評價中一個重要的要求是評價結(jié)果要符合評價對象的實際。但因這一工作總是由人進行的，不可避免地會引入主觀因素的影響。評價中必須注意增強其客觀性。

(3)設(shè)計的要求總是多方面的，它也為決策提供了一定的目標。正確的評價、決策應(yīng)綜合考慮多方面要求，注意全面、適當。應(yīng)該指出，局部最優(yōu)不一定全局最優(yōu)，短期最優(yōu)不一定長期最優(yōu)，單項最優(yōu)不一定整體最優(yōu)，最終的決策常是多方面要求的折中。在設(shè)計過程中評價的內(nèi)容一般包括三個方面：技術(shù)評價、經(jīng)濟評價和社會評價。技術(shù)評價主要圍繞預定功能要求進行，評價系統(tǒng)能否滿足預定技術(shù)性能要求及其滿足程度，

如產(chǎn)品的各項性能指標、壽命、可靠性、安全性和能源消耗等。經(jīng)濟評價主要圍繞經(jīng)濟效益進行評價，包括方案的成本、利潤、各項經(jīng)濟耗費等，其目的是降低造價和產(chǎn)品成本，提高經(jīng)濟效益。社會評價主要評定方案實施后可能產(chǎn)生的社會效益和影響。由于設(shè)計要求總是多方面的，所以設(shè)計中的決策必須遵循以下原則：

(1)系統(tǒng)原則。從系統(tǒng)觀點來看，任何一個設(shè)計方案都是一個系統(tǒng)，可用各種性能指標來描述。但方案本身又會與制造、檢驗、銷售等其他系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系，所以決策時不能僅從方案本身或方案中某一性能指標出發(fā)，還應(yīng)考慮以整個方案的總體目標為核心的相關(guān)系統(tǒng)的綜合平衡，從而達到企業(yè)總體最佳的決策。

(2)可行性原則。要使所作出的決策具有確實的可行性。成功的決策不僅要考慮需要，還要考慮可能。要估計有利因素和成功機會，還要估計不利因素和失敗的風險。

(3)滿意原則。由于設(shè)計工作的復雜性，不僅設(shè)計要求涉及很多方面，而且很多因素本身無法準確評價，此外，在設(shè)計中追求十全十美的最佳方案既不可能也無意義，所以只能在眾多的方案中尋求一個或幾個相對比較滿意的方案來。

(4)反饋原則。設(shè)計過程中的決策是否正確應(yīng)通過實踐來檢驗。要根據(jù)實踐過程中各因素的發(fā)展變化所反饋的信息及時作出調(diào)整，以便作出正確的決策。

(5)多方案原則。設(shè)計過程中各設(shè)計方案逐步具體化，人們對它的認識也逐漸深刻。為了保證設(shè)計質(zhì)量，在方案設(shè)計階段，決策可以是多方案的。幾個方案同時發(fā)展，直到確定能分

出各方案優(yōu)劣之后再作出新的決策。5.7面向生態(tài)環(huán)境的綠色設(shè)計理論與方法

5.7.1綠色設(shè)計產(chǎn)生的背景

綠色制造(GreenManufacturing，GM)又被稱為環(huán)境意識制造(EnvironmentallyConsciousManufacturing，ECM)和面向環(huán)境的制造(ManufacturingForEnvironment，MFE)等。美國制造工程師協(xié)會(SME)于1996年發(fā)表的關(guān)于綠色制造的藍皮書GreenManufacturing中首先較為系統(tǒng)地提出了綠色制造的概念、內(nèi)涵和主要內(nèi)容，并于1998年在Internet上發(fā)表了綠色制造的發(fā)展趨勢報告，對綠色制造研究的重要性和有關(guān)問題又作了進一步的介紹。近年來，綠色制造的研究正在國際上迅速開展。美國國家科學基金會1999年資助課題研究報告會(NSFDesign&ManufacturingGranteesConference)所報告的與綠色制造有關(guān)的研究課題就有十余項；美國國際貿(mào)易部工業(yè)科學技術(shù)代理處機械工程實驗室的Inoue和Sato對工業(yè)產(chǎn)品環(huán)境問題進行了研究，并在該實驗室開始“生態(tài)工廠技術(shù)”的協(xié)作項目，該項目的主要范圍包括產(chǎn)品技術(shù)、生產(chǎn)技術(shù)、拆卸技術(shù)及回收技術(shù)。Berkeley加州大學不僅設(shè)立了關(guān)于環(huán)境意識設(shè)計和制造的研究機構(gòu)，而且還在Internet上建立了可系統(tǒng)查詢的綠色制造專門網(wǎng)頁Greenmfg；卡內(nèi)基梅隆大學的綠色設(shè)計研究所從事綠色設(shè)計、管理、制造、法規(guī)制定等的研究與教育工作，并與政府、企業(yè)、基金會等廣泛合作；此外，不少企業(yè)也進行了大量的研究，美國AT&T公司在企業(yè)技術(shù)學報上發(fā)表了不少關(guān)于綠色制造的論文。加拿大Windsor大學建立了環(huán)境意識設(shè)計和制造實驗室(ECDMLab)以及基于WWW的網(wǎng)上信息庫，發(fā)行了InternationalJournalofEnvironmentallyConsciousDesignandManufacturing雜志對環(huán)境意識制造中的環(huán)境性設(shè)計、生命周期分析(LifeCycleAnalysis，LCA)等進行了深入的研究。

在歐洲，國際生產(chǎn)工程學會(CIRP)近年來有許多論文對環(huán)境意識制造、多生命周期等與綠色制造本質(zhì)一致的問題進行了研究；英國CFSD(theCenterForSustainableDesign)對生態(tài)設(shè)計、可持續(xù)性設(shè)計進行了研究，發(fā)行了TheJournalofSustainableProductDesign雜志。日本通產(chǎn)省1992年開始實施一項“生態(tài)工廠”的計劃，對生產(chǎn)系統(tǒng)工廠和恢復系統(tǒng)工廠進行研究。對生產(chǎn)系統(tǒng)工廠，致力于產(chǎn)品設(shè)計和材料處理、加工及裝配等階段的研究；對恢復系統(tǒng)工廠，致力于研究產(chǎn)品(材料使用)生命周期結(jié)束時的材料處理和回收。豐田公司于1995年10月宣布了一份汽車拆卸回收工藝，并詳細闡述了其汽車拆卸的過程。我國近年來在綠色制造及其相關(guān)問題方面也進行了大量的研究，國家自然科學基金和國家863/CIMS主題都支持了綠色制造方面的研究課題，已取得了一定的研究成果。國家863/CIMS主題還在中國現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)(CIMSNet)上開辟了綠色制造專題，對國內(nèi)外綠色制造研究情況進行綜合介紹。國家環(huán)保局成立了華夏環(huán)境管理體系審核中心，并建立了專門的網(wǎng)站——中國環(huán)境管理體系認證信息網(wǎng)，負責ISO14000系列標準在我國的實施。綜合國內(nèi)外相關(guān)研究成果可知，所謂綠色制造即是一個綜合考慮環(huán)境影響和資源消耗的現(xiàn)代制造模式，其目標是使得產(chǎn)品從設(shè)計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個生命周期中對環(huán)境的負面影響最小，資源利用率最高，并使企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益最高。綠色制造的“制造”涉及到產(chǎn)品整個生命周期，是一個“大制造”的概念，并且涉及到多學科的交叉與集成，體現(xiàn)了現(xiàn)代制造科學的“大制造、大過程、學科交叉”的特點。5.7.2綠色產(chǎn)品與綠色設(shè)計

評價一個產(chǎn)品的環(huán)境負荷時，得到的可能是一個或一組“絕對”數(shù)據(jù)，孤立來看這些數(shù)據(jù)，對產(chǎn)品設(shè)計決策來說意義不是很大。因此，往往不能僅僅根據(jù)一組“絕對”數(shù)據(jù)來判斷評價結(jié)果是好還是不好，而應(yīng)該用它與某些參照數(shù)據(jù)進行對比才能衡量出評價結(jié)果的好壞，這些參照數(shù)據(jù)就是評價標準。目前綠色產(chǎn)品的評價標準來自兩方面：一方面是依據(jù)現(xiàn)有的環(huán)境保護標準、產(chǎn)品行業(yè)標準及某些地方性的法規(guī)來制定相應(yīng)的綠色制造評價標準，這種標準是絕對性標準；另一方面是根據(jù)市場的發(fā)展和用戶需求，以現(xiàn)有產(chǎn)品及相關(guān)技術(shù)確定參照產(chǎn)品，用新開發(fā)產(chǎn)品與參照產(chǎn)品的對比來評價產(chǎn)品的綠色程度，這種標準是相對性標準。參照產(chǎn)品一般分為兩類，一類是功能參照，即參照市場上現(xiàn)有的一種等效產(chǎn)品；另一類是技術(shù)參照，即參照代表新產(chǎn)品技術(shù)內(nèi)容的一個產(chǎn)品集合。根據(jù)參照產(chǎn)品的概念，在綠色制造評價中可以用參照產(chǎn)品來制定評價標準。若新開發(fā)的產(chǎn)品是在原有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上形成的，評價的目的是為了比較所設(shè)計的新產(chǎn)品對原有產(chǎn)品在“綠色”程度方面的改善，那么在評價中，就可以將原有產(chǎn)品作為功能參照的產(chǎn)品，以原有產(chǎn)品的各項指標值作為評價參考，把設(shè)計的新產(chǎn)品與參照產(chǎn)品的各項指標進行綜合比較，評價出新產(chǎn)品的綠色程度是否高于原有產(chǎn)品。若評價的目的是對產(chǎn)品的綠色程度進行環(huán)境標志認證或判斷設(shè)計的新產(chǎn)品的各項指標是否符合綠色產(chǎn)品的各項性能指標

要求，那么首先形成一個技術(shù)參照的形象化產(chǎn)品，這個產(chǎn)品是一個標準的綠色產(chǎn)品，它的每一項指標都符合國家、行業(yè)環(huán)境標準及技術(shù)要求。然后，把要評價的產(chǎn)品與參照產(chǎn)品進行比較，得出評價結(jié)果。綠色產(chǎn)品是一種相對的概念，其綠色程度也具有相對性。隨著國家和各個行業(yè)對綠色產(chǎn)品要求的不斷變化和技術(shù)的進步，綠色產(chǎn)品的評價標準將越來越嚴格，參照產(chǎn)品的參照值也將發(fā)生變化。此外，工業(yè)產(chǎn)品的構(gòu)成涉及多方面的因素，具有動態(tài)性、時域性，因此，綠色產(chǎn)品的評價標準是一個發(fā)展中的相對量值，評價時可根據(jù)具體產(chǎn)品、具體情況對指標進行選擇，對評價標準進行修改和完善。

綠色設(shè)計是獲得綠色產(chǎn)品的基礎(chǔ)。它是指在產(chǎn)品生命周期的全過程中，充分考慮對資源和環(huán)境的影響，在考慮產(chǎn)品的功能、質(zhì)量、開發(fā)周期和成本的同時，優(yōu)化有關(guān)設(shè)計因素，使得產(chǎn)品及其制造過程對環(huán)境的影響和資源的消耗最小。5.7.3綠色設(shè)計特點與方法

1．綠色設(shè)計特點

綠色設(shè)計涉及機械制造學科、材料學科、管理學科、社會學科、環(huán)境學科等諸多學科的內(nèi)容，具有較強的多學科交叉特性。因此，僅用某一種設(shè)計方法是難以滿足綠色設(shè)計的要求的。綠色設(shè)計是設(shè)計方法集成和設(shè)計過程集成，是一種綜合了面向?qū)ο蠹夹g(shù)、并行工程以及生命周期設(shè)計的發(fā)展中的系統(tǒng)設(shè)計方法，是集產(chǎn)品的質(zhì)量、功能、壽命和環(huán)境于一體的設(shè)計系統(tǒng)。

綠色設(shè)計應(yīng)遵循的設(shè)計準則如圖5-11所示。圖5-11綠色設(shè)計準則

2．綠色設(shè)計方法

綠色設(shè)計過程就是將產(chǎn)品生命周期內(nèi)為適應(yīng)挑戰(zhàn)性要求而提出的所有技術(shù)屬性、商業(yè)屬性、社會屬性和環(huán)境屬性匯集起來的過程。為了在設(shè)計過程中考慮產(chǎn)品的整個生命周期，在設(shè)計觀念、方法和組織模式方面必然產(chǎn)生根本性的變革，并行工程正是實現(xiàn)這一目標的有效途徑。要實現(xiàn)并行綠色設(shè)計，首先要實現(xiàn)人員的集成，即采用綠色協(xié)同工作組(GreenTeamWork，GTW)的模式。GTW小組由環(huán)保技術(shù)人員、產(chǎn)品設(shè)計人員、工藝設(shè)計人員、市場營銷人員、維護服務(wù)人員、回收處理人員、職業(yè)健康及安全監(jiān)督人員等組成。其次，并行綠色設(shè)計需要一定的支撐環(huán)境，除了支持并行工程的協(xié)同工作環(huán)境外，還應(yīng)有支持綠色設(shè)計的知識庫及相關(guān)評價體系等。綠色設(shè)計的支撐環(huán)境如圖5-12所示。圖5-12綠色設(shè)計的支撐環(huán)境并行綠色設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計相比，實現(xiàn)了各環(huán)節(jié)之間的信息交流與反饋，在每一次決策中都能從優(yōu)化產(chǎn)品生命周期的角度考慮問題，從而消除了產(chǎn)品設(shè)計過程中的反復修改。此外，在設(shè)計過程中將產(chǎn)品壽命終結(jié)后的拆卸、分離、回收、處理等環(huán)節(jié)都考慮進去，使所設(shè)計的產(chǎn)品從概念形成到壽命終結(jié)再到回收處理形成了一個閉環(huán)過程，滿足了產(chǎn)品生命周期全程的綠色要求。圖5-13為綠色產(chǎn)品并行閉環(huán)設(shè)計流程圖。圖5-13綠色產(chǎn)品并行閉環(huán)設(shè)計流程圖5.7.4綠色設(shè)計主要內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù)

1．面向拆卸的設(shè)計(DesignForDisassembly,DFD)

面向拆卸的設(shè)計也稱拆卸設(shè)計，是指在設(shè)計過程中將可拆卸性作為設(shè)計目標之一，使產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)不僅便于制造和具有良好的經(jīng)濟性，而且便于裝配、拆卸、維修和回收。可拆卸性是產(chǎn)品的固有屬性，單靠計算和分析設(shè)計不出好的可拆卸性能，需要根據(jù)設(shè)計和使用、回收中的經(jīng)驗，擬定準則，用以指導設(shè)計。拆卸設(shè)計的設(shè)計準則有：

(1)拆卸工作量最少準則，包括零件合并原則、減少零件所用材料種類原則、材料相容性原則、有害材料集成原則等。

(2)結(jié)構(gòu)可拆卸準則，包括采用易于拆卸或破壞的連接方法、緊固件最少原則、簡化拆卸運動、可達性原則等。

(3)拆卸易于操作準則，包括單純材料零件原則、廢液排泄原則、便于抓取原則、非剛性零件原則等。

(4)易于分離準則，包括一次表面原則、便于識別原則、零部件標準化原則、模塊化設(shè)計原則等。

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