一類可持續(xù)性功能創(chuàng)新過程研究及軟件開發(fā)

曹國(guó)忠，郭海霞，檀潤(rùn)華，劉宏勛

（1.河北工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，天津 300130；2.河北省制造業(yè)創(chuàng)新方法工程技術(shù)研究中心，天津 300130）

0 引言

隨著全球經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，資源短缺、環(huán)境污染等問題日趨嚴(yán)重，已引起世界各國(guó)的廣泛關(guān)注［1］。各國(guó)都在采取積極措施來保證資源的可持續(xù)利用和良好的生態(tài)環(huán)境［2］?？沙掷m(xù)性問題的有效解決需要可持續(xù)性創(chuàng)新，這也是企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)、消費(fèi)需求、法令規(guī)定等因素共同驅(qū)動(dòng)下的迫切需求。

世界上大多數(shù)可持續(xù)性問題的源頭都可追溯到產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，尤其是概念設(shè)計(jì)階段［3］?；诳沙掷m(xù)發(fā)展理念的設(shè)計(jì)方法分為三個(gè)層次，即綠色設(shè)計(jì)［4］或環(huán)境設(shè)計(jì)［5］、生態(tài)設(shè)計(jì)［6］、可持續(xù)性設(shè)計(jì)［7］。可持續(xù)性設(shè)計(jì)方法是為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品可持續(xù)性所采取的途徑、步驟、手段等，已有大量的研究和應(yīng)用，其輸出為可持續(xù)性產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案?？沙掷m(xù)性設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等協(xié)調(diào)的全面性解決策略，已有大量的研究和應(yīng)用［7－8］。Brezet［8］按設(shè)計(jì)對(duì)生態(tài)效益的提升作用，將可持續(xù)性設(shè)計(jì)分為產(chǎn)品改進(jìn)、產(chǎn)品再設(shè)計(jì)、功能創(chuàng)新、系統(tǒng)創(chuàng)新四級(jí)。功能創(chuàng)新是在需求拉動(dòng)和技術(shù)推動(dòng)導(dǎo)向下對(duì)產(chǎn)品的功能系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化、更新和重組的過程，包括漸進(jìn)型功能創(chuàng)新和激進(jìn)型功能創(chuàng)新［9］。功能創(chuàng)新的目標(biāo)是達(dá)到功能理想化［10－11］。功能創(chuàng)新與功能設(shè)計(jì)既有聯(lián)系又有區(qū)別。功能設(shè)計(jì)位于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的上游，是依據(jù)用戶需求設(shè)計(jì)產(chǎn)品的功能組成及功能載體的過程［12］；功能創(chuàng)新是功能設(shè)計(jì)的前端，但已有的功能設(shè)計(jì)研究成果主要面向功能載體設(shè)計(jì)［12－13］。功能創(chuàng)新與技術(shù)創(chuàng)新同樣存在差別，其設(shè)計(jì)對(duì)象分別是功能系統(tǒng)和技術(shù)載體［9］?？沙掷m(xù)性創(chuàng)新研究需要前端預(yù)防的理念。通過功能創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性創(chuàng)新是3級(jí)創(chuàng)新，相對(duì)現(xiàn)有的主要著重于產(chǎn)品改進(jìn)或產(chǎn)品再設(shè)計(jì)的可持續(xù)性設(shè)計(jì)［4－7］，是一種高級(jí)別的可持續(xù)性創(chuàng)新［8］。

可持續(xù)性功能創(chuàng)新研究已取得初步成果［8，10－11］。Cao［14］從理論、方法、工具和應(yīng)用四個(gè)層面對(duì)面向可持續(xù)性創(chuàng)新的功能設(shè)計(jì)過程進(jìn)行研究，形成了支持可持續(xù)性創(chuàng)新的產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)模型；Daniel［15］提出改進(jìn)創(chuàng)新表，用于解決產(chǎn)品功能與環(huán)境影響之間的沖突；Liu［16］提出面向功能、原理、結(jié)構(gòu)和材料的可持續(xù)性創(chuàng)新設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，建立了基于效應(yīng)的可持續(xù)性功能求解模型?，F(xiàn)有研究主要面向可持續(xù)性創(chuàng)新過程或功能載體設(shè)計(jì)，而對(duì)可持續(xù)性功能創(chuàng)新關(guān)鍵使能方法的研究尚未開展。

本文將研究可持續(xù)性設(shè)計(jì)需求的獲取、功能組合與優(yōu)化、功能失效判定與消除、功能求解等可持續(xù)性功能創(chuàng)新關(guān)鍵使能技術(shù)，建立可持續(xù)性功能創(chuàng)新過程模型并開發(fā)相應(yīng)的軟件系統(tǒng)，以期在可持續(xù)性創(chuàng)新方面進(jìn)行一些有益的探索。

1 可持續(xù)性功能創(chuàng)新過程模型

可持續(xù)性功能創(chuàng)新是為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，根據(jù)設(shè)計(jì)需求對(duì)產(chǎn)品的功能系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建、優(yōu)化、更新和重組的過程，以產(chǎn)生滿足多種需求的、具有一定創(chuàng)新性和可持續(xù)性的功能原理解?？沙掷m(xù)性功能創(chuàng)新過程模型如圖1所示，包括功能需求獲取、功能結(jié)構(gòu)構(gòu)建、功能進(jìn)化與預(yù)測(cè)、功能結(jié)構(gòu)可持續(xù)性分析與失效判定、功能求解、方案評(píng)價(jià)等過程。

（1）功能需求獲取

設(shè)計(jì)需求是對(duì)待設(shè)計(jì)產(chǎn)品的總要求，是連接市場(chǎng)用戶和產(chǎn)品開發(fā)過程的橋梁，全面、準(zhǔn)確地獲取并分析設(shè)計(jì)需求是進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)需求可通過需求管理過程獲得，包括需求提取、需求分析、需求確認(rèn)，其輸出是待開發(fā)產(chǎn)品的功能需求。需求提取主要從產(chǎn)品的自身因素和產(chǎn)品利益相關(guān)方如用戶、競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品和政策法規(guī)等方面進(jìn)行可持續(xù)性設(shè)計(jì)需求的提取。需求分析的重點(diǎn)是設(shè)計(jì)需求的分類、權(quán)衡與預(yù)測(cè)，以確定需求中的環(huán)境因素和性能因素，權(quán)衡技術(shù)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)間的關(guān)系，對(duì)未來需求的變化進(jìn)行有效預(yù)測(cè)。需求確認(rèn)是將設(shè)計(jì)需求轉(zhuǎn)化為規(guī)范表達(dá)的產(chǎn)品功能需求，并制定設(shè)計(jì)任務(wù)書的過程。

圖2所示為功能需求獲取過程。功能需求獲取需要先區(qū)分產(chǎn)品和產(chǎn)品利益相關(guān)方；然后利用生命周期評(píng)價(jià)（Life Cycle Assessment，LCA）／簡(jiǎn)化生命周期評(píng)價(jià)（Streamlined Life Cycle Assessment，SLCA）和環(huán)境基準(zhǔn)等方法進(jìn)行可持續(xù)性分析，確定產(chǎn)品生命周期各階段和產(chǎn)品各屬性對(duì)環(huán)境影響的程度；權(quán)衡各需求并通過需求進(jìn)化預(yù)測(cè)用戶的潛在需求，確定設(shè)計(jì)目標(biāo)與設(shè)計(jì)需求；最后應(yīng)用QFDE將設(shè)計(jì)需求轉(zhuǎn)化為功能需求。

（2）功能結(jié)構(gòu)構(gòu)建

效應(yīng)是發(fā)明問題解決理論（Theory of Invention Problem Solving，TRIZ）中一種基于知識(shí)的功能求解方法［9］。擴(kuò)展效應(yīng)模型是擴(kuò)展TRIZ中現(xiàn)有單輸入／輸出流兩極效應(yīng)模型形成的多輸入／輸出流多極效應(yīng)模型，并在此基礎(chǔ)上提出構(gòu)建效應(yīng)鏈的四種效應(yīng)模式和三種效應(yīng)鏈推理方法［17］?；跀U(kuò)展效應(yīng)的功能建模過程如圖3所示［18］，主要包括總功能到外部行為映射、外部行為到子行為、總功能到功能元映射三部分。

（3）功能進(jìn)化與預(yù)測(cè)

功能結(jié)構(gòu)具有開放性、動(dòng)態(tài)性等特征，需要不斷地調(diào)整和協(xié)調(diào)內(nèi)部諸要素以提高其理想化水平。功能進(jìn)化受客觀規(guī)律支配［10］。由于功能進(jìn)化的非均衡性以及可持續(xù)性產(chǎn)品利益相關(guān)方的需求差異，功能系統(tǒng)中的功能會(huì)遵循不同的進(jìn)化定律向不同方向進(jìn)化。可持續(xù)性功能進(jìn)化預(yù)測(cè)主要分析臨界點(diǎn)的特征和影響因素，提出預(yù)測(cè)區(qū)間劃分規(guī)則并確定潛在的進(jìn)化方向。

圖4所示為功能進(jìn)化與預(yù)測(cè)過程。設(shè)計(jì)人員通過需求進(jìn)化、技術(shù)進(jìn)化與法律法規(guī)進(jìn)化分析，建立功能進(jìn)化動(dòng)力模型，抽取可持續(xù)性功能進(jìn)化定律；建立目標(biāo)性選擇矩陣，依據(jù)功能需求獲取所確定的設(shè)計(jì)目標(biāo)規(guī)劃，選取功能進(jìn)化定律；利用可持續(xù)性功能進(jìn)化定律和功能進(jìn)化預(yù)測(cè)方法，確定功能可能的進(jìn)化趨勢(shì)路徑，并對(duì)現(xiàn)有功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

（4）功能結(jié)構(gòu)的可持續(xù)性分析與失效判定

圖5所示為功能結(jié)構(gòu)的可持續(xù)性分析與失效判定過程。專利知識(shí)挖掘特指針對(duì)專利的數(shù)據(jù)挖掘，是從大量專利里搜索出隱藏于其中的、有著特殊關(guān)聯(lián)性的知識(shí)發(fā)現(xiàn)過程。依據(jù)所建立的可持續(xù)性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則抽取模型，利用專利檢索軟件和數(shù)據(jù)挖掘軟件，從專利中抽取出面向產(chǎn)品生命周期的可持續(xù)性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)目標(biāo)的可持續(xù)性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和面向產(chǎn)品創(chuàng)新策略的可持續(xù)性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，共三大類、13小類、300余條可持續(xù)性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。筆者利用可持續(xù)性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則對(duì)功能集中的流和效應(yīng)知識(shí)庫中的功能實(shí)現(xiàn)原理／結(jié)構(gòu)進(jìn)行可持續(xù)性分析，提出基于流的功能配置準(zhǔn)則和基于原理／結(jié)構(gòu)的功能配置準(zhǔn)則，在此基礎(chǔ)上形成功能結(jié)構(gòu)可持續(xù)性分析方法；然后分析可持續(xù)性產(chǎn)品功能失效的產(chǎn)生機(jī)理和演化規(guī)律，歸納功能失效類型和功能失效傳播模式；進(jìn)而利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行功能失效判定，確定功能結(jié)構(gòu)中發(fā)生功能失效的位置和可能性；最后建立基于擴(kuò)展效應(yīng)的功能失效消除方法，消除功能系統(tǒng)中的失效，形成改進(jìn)的功能結(jié)構(gòu)。

（5）功能求解與沖突消除

功能求解是確定功能結(jié)構(gòu)中每個(gè)功能元的原理解，并將所有功能元的原理解合成得到待設(shè)計(jì)產(chǎn)品原理解的過程［12］?；跀U(kuò)展效應(yīng)的功能求解過程如圖6所示［18］，主要包括功能元到子結(jié)構(gòu)的映射和子結(jié)構(gòu)到原理結(jié)構(gòu)的映射兩部分。在功能元的求解過程中可能會(huì)出現(xiàn)三類沖突：技術(shù)性能之間的沖突、技術(shù)性能與可持續(xù)性性能之間的沖突，以及可持續(xù)性性能之間的沖突。后兩類沖突需要將可持續(xù)性能向工程參數(shù)轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過程中可能會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)品的一項(xiàng)可持續(xù)性能無法與一項(xiàng)工程參數(shù)完全對(duì)應(yīng)，這時(shí)就需要建立多參數(shù)的沖突解決。最終，上述沖突可利用TRIZ中的沖突解決方法消除。

（6）原理解評(píng)價(jià)

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)及可持續(xù)性目標(biāo)的要求，建立相應(yīng)的設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)體系。對(duì)所產(chǎn)生的系統(tǒng)原理解，分別進(jìn)行功能性評(píng)價(jià)和可持續(xù)性評(píng)價(jià)。

（7）最終設(shè)計(jì)方案的確定

評(píng)價(jià)后將符合要求的系統(tǒng)原理解選定為最終的設(shè)計(jì)方案，該方案是后續(xù)技術(shù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

2 計(jì)算機(jī)輔助可持續(xù)性功能創(chuàng)新軟件開發(fā)

產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)者在功能設(shè)計(jì)中進(jìn)行決策提供參考，是設(shè)計(jì)自動(dòng)化的主要任務(wù)之一。計(jì)算機(jī)輔助可持續(xù)性功能創(chuàng)新軟件系統(tǒng)通過功能建模、功能進(jìn)化、功能求解、結(jié)構(gòu)組合、可持續(xù)性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則評(píng)價(jià)等過程可以形成多個(gè)原理解，為面向功能的產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供有力的技術(shù)支持和保障［13］。該軟件采用基于組件的系統(tǒng)模型，利用蛛網(wǎng)模型和Fusion法中的“V”型開發(fā)過程進(jìn)行原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在Windows XP操作系統(tǒng)環(huán)境下，采用MS Visual C＋＋6.0軟件開發(fā)平臺(tái)和 MS Access 2000數(shù)據(jù)庫進(jìn)行軟件系統(tǒng)開發(fā)，軟件系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境為Windows 7／Vista／XP／2000。圖7和圖8所示為軟件的功能進(jìn)化模塊和可持續(xù)準(zhǔn)則模塊。

3 工程應(yīng)用

薄膜太陽能電池已成為光伏市場(chǎng)發(fā)展的新趨勢(shì)和新熱點(diǎn)。碲化鎘（CdTe）薄膜太陽能電池因其材料的高效、穩(wěn)定、廉價(jià)，已經(jīng)成為美國(guó)、德國(guó)、日本、意大利等國(guó)家研究開發(fā)的主要對(duì)象，已有公司批量投產(chǎn)。目前我國(guó)CdTe薄膜太陽能電池處于實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究階段，尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化，其核心設(shè)備主要依賴進(jìn)口。CdTe薄膜太陽能電池加熱臺(tái)是太陽能電池生產(chǎn)線的重要環(huán)節(jié)，其功能是在襯底玻璃進(jìn)入沉積室之前，在真空環(huán)境下將導(dǎo)電玻璃加熱到沉積需要的襯底溫度，是實(shí)現(xiàn)連續(xù)沉積CdTe、保證電池質(zhì)量的關(guān)鍵裝置。現(xiàn)應(yīng)用上述可持續(xù)性功能創(chuàng)新過程模型和軟件系統(tǒng)，對(duì)加熱系統(tǒng)進(jìn)行可持續(xù)性設(shè)計(jì)。

3.1 功能需求獲取

電池加熱臺(tái)是太陽能電池生產(chǎn)線中重要的環(huán)節(jié)，對(duì)其需求特性的要求比較嚴(yán)格，主要為加熱溫度均勻穩(wěn)定；效率高，自動(dòng)化程度高；無污染，保證人身安全（CdTe有毒）；工藝簡(jiǎn)單，成本低；維護(hù)方便，壽命長(zhǎng)等。依據(jù)功能需求獲取過程模型確定加熱系統(tǒng)可持續(xù)性的設(shè)計(jì)指標(biāo)如下：經(jīng)濟(jì)指標(biāo)包括提高加熱系統(tǒng)工作效率、提高太陽能電池合格率、合理配置各類資源、降低生產(chǎn)成本和模塊化程度高等；環(huán)境指標(biāo)包括減少原材料、資源和能量的種類、使用和浪費(fèi)，減少生產(chǎn)過程中廢棄物的排放等；社會(huì)指標(biāo)包括能夠?yàn)槿藗兲峁┌踩孢m的環(huán)境和健康保證等。

3.2 功能結(jié)構(gòu)構(gòu)建

依據(jù)工藝需要確定加熱臺(tái)的總功能是在真空環(huán)境里連續(xù)地增加玻璃溫度，并且能夠?qū)崿F(xiàn)保溫，如圖9所示。將總功能分解為移動(dòng)氣體（形成真空）、加熱固體（玻璃）、移動(dòng)固體（玻璃）和保持溫度。應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助可持續(xù)性功能創(chuàng)新軟件中的效應(yīng)實(shí)例模塊，結(jié)合系統(tǒng)資源分析可確定實(shí)現(xiàn)各分功能的效應(yīng)鏈（如圖10），進(jìn)而獲得相應(yīng)的各功能元。將各功能的關(guān)系組合形成加熱臺(tái)功能結(jié)構(gòu)，如圖11所示。

3.3 功能進(jìn)化與預(yù)測(cè)

加熱系統(tǒng)的后續(xù)過程為CdTe沉積，因此加熱與沉積接口位置存在CdTe污染物質(zhì)流；另外，在加熱過程中都伴隨著能量的耗散與損失。為了實(shí)現(xiàn)沉積系統(tǒng)的高效運(yùn)行，必須以系統(tǒng)、整體的觀點(diǎn)研究整個(gè)系統(tǒng)，研究系統(tǒng)的物質(zhì)流、能量流與信息流的相互作用關(guān)系，并通過三流之間的協(xié)同作用構(gòu)建整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)同。從功能創(chuàng)新的角度，需結(jié)合功能進(jìn)化定律選擇進(jìn)行合理化的進(jìn)化方向定位。依據(jù)功能進(jìn)化的目標(biāo)性選擇矩陣，系統(tǒng)達(dá)到全局理想化可選用的功能進(jìn)化定律有功能精簡(jiǎn)化定律、功能集成化定律、功能動(dòng)態(tài)化定律、功能可控化定律，以及功能改進(jìn)協(xié)調(diào)化定律等，以增強(qiáng)系統(tǒng)的功能效益，提高系統(tǒng)各部分的系統(tǒng)性、完整性和適應(yīng)性的目的，實(shí)現(xiàn)時(shí)間、空間和功能上的有序，以及低能耗、高效率、低物耗、低污染、高效益、高和諧性的系統(tǒng)演化。依據(jù)功能進(jìn)化定律，對(duì)現(xiàn)有的功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，并進(jìn)行模塊劃分，改進(jìn)后的加熱臺(tái)功能結(jié)構(gòu)如圖12所示。

3.4 功能結(jié)構(gòu)的可持續(xù)性分析與失效判定

依據(jù)可持續(xù)性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則評(píng)價(jià)選用效應(yīng)集，選擇合理利用創(chuàng)新資源、有效滿足系統(tǒng)性能要求、對(duì)人及環(huán)境危害小的實(shí)現(xiàn)原理，以保證功能結(jié)構(gòu)的可持續(xù)性。例如，通過可持續(xù)性分析確定需要對(duì)真空泵抽出的“廢氣”進(jìn)行二次回收利用，利用真空資源進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，選用環(huán)保材料石墨，滿足加熱效率的同時(shí)又滿足可持續(xù)設(shè)計(jì)的要求等。功能失效判定主要是發(fā)現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)中不合理的功能輸入／輸出流、不當(dāng)?shù)墓δ懿僮鞔涡颉⒐δ墚a(chǎn)生的有害作用，以及系統(tǒng)的能耗指標(biāo)和控制復(fù)雜性等，并在協(xié)調(diào)性上進(jìn)行改進(jìn)，保證整個(gè)沉積系統(tǒng)的高效益和高協(xié)調(diào)性。例如，“形成真空”功能要求腔室必須始終是封閉的；但是“移動(dòng)玻璃”功能則要求不斷地進(jìn)入腔室，這樣腔室又必須是開放的。由于腔室已經(jīng)存在，只需要把腔室分割出兩個(gè)小腔室，利用小腔室在不同時(shí)間與真空腔和大氣環(huán)境相通來保持真空。這與實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)有關(guān)，可以在功能求解過程中實(shí)現(xiàn)。

3.5 功能求解與沖突消除

應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助功能設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)中的效應(yīng)實(shí)例模塊，通過瀏覽功能樹視圖，搜索實(shí)現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)中功能元的子結(jié)構(gòu)。將各子結(jié)構(gòu)按照功能結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)組合規(guī)則進(jìn)行連接，形成加熱臺(tái)原理結(jié)構(gòu)，如圖13所示［19－20］。加熱臺(tái)共設(shè)置6個(gè)加熱腔，各加熱腔分別采用獨(dú)立的加熱元件實(shí)現(xiàn)，并分別布置有熱電偶測(cè)溫和控溫；加熱元件采用石墨板，對(duì)稱地布置在襯底玻璃上下兩側(cè)；隔熱屏采用聚乳酸可生物降解發(fā)泡材料，采用截面半圓型對(duì)接式，下隔熱屏固定在下腔體的托架上，上隔熱屏固定在下隔熱屏上；輸送裝置包括主動(dòng)輥和從動(dòng)輥，主動(dòng)輥伸出真空腔由直聯(lián)式電機(jī)驅(qū)動(dòng)；上下真空腔外側(cè)布置有水冷管道，能夠使腔體外部溫度降低到適宜溫度；真空腔前后各布置一個(gè)真空過渡腔室，每個(gè)真空過渡腔室設(shè)置前后兩個(gè)活動(dòng)門，分別由凸輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，兩個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)布置在同一根驅(qū)動(dòng)軸上，靠凸輪輪廓形狀及凸輪在軸上布置的角度控制前后門開啟關(guān)閉的時(shí)間。筆者基于加熱臺(tái)原理結(jié)構(gòu)進(jìn)行了加熱臺(tái)生產(chǎn)線設(shè)計(jì)，如圖14所示，并通過模塊化設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和尺寸，同時(shí)簡(jiǎn)化操作降低勞動(dòng)難度和強(qiáng)度；通過生產(chǎn)線外觀設(shè)計(jì)改善工作的單一性，增加愉悅因素，降低疲勞度，提高工作環(huán)境質(zhì)量。

3.6 原理解評(píng)價(jià)

與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)相比，圖13中的加熱臺(tái)原理結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)式加熱，凸輪結(jié)構(gòu)能夠保證實(shí)現(xiàn)真空的可靠性高。產(chǎn)品可持續(xù)性明顯：①裝配簡(jiǎn)單，真空腔和加熱腔都采用對(duì)接式結(jié)構(gòu)，方便內(nèi)部結(jié)構(gòu)的裝配。②能源利用效率高，板式石墨既具有高的熱效率，又能保證加熱均勻，圓柱型隔熱屏的熱效率高。③輸送裝置采用輸送輥，與襯底接觸面積小。④隔熱屏采用聚乳酸生物可降解材料，不污染環(huán)境。⑤真空腔外側(cè)水冷卻，保證操作者的操作安全；真空腔采用現(xiàn)有的船舶用碳鋼管技術(shù)，該技術(shù)成熟且制造成本低。

3.7 最終設(shè)計(jì)方案的確定

經(jīng)過綜合評(píng)估，圖13中的加熱臺(tái)設(shè)計(jì)方案可滿足系統(tǒng)功能需求和可持續(xù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，能夠作為最終的可持續(xù)性功能設(shè)計(jì)方案進(jìn)行后續(xù)設(shè)計(jì)。

4 結(jié)束語

本文基于前端預(yù)防的理念，將產(chǎn)品功能創(chuàng)新與可持續(xù)設(shè)計(jì)集成，建立系統(tǒng)化可持續(xù)性功能創(chuàng)新過程模型，并開發(fā)出計(jì)算機(jī)輔助可持續(xù)性功能創(chuàng)新軟件系統(tǒng)，為產(chǎn)品可持續(xù)性功能創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供了一種新方法和支持工具。CdTe薄膜太陽能電池生產(chǎn)線加熱系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例表明，該方法能夠有效地支持可持續(xù)性功能創(chuàng)新，有利于產(chǎn)品多層次創(chuàng)新設(shè)計(jì)。產(chǎn)品可持續(xù)性功能創(chuàng)新過程需要大量專利數(shù)據(jù)的支持和檢驗(yàn)，在分析方法、知識(shí)表示等方面尚需進(jìn)一步深入研究。

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