An increase in environmental consciousness have challenged designers to consider environmental performance of product through product development process. Eco-design is defined as the methodology to reduce or eliminate environmental impacts of product throughout its whole life cycle. In order to ensure successful eco-design, it is necessary to develop eco-design and evaluation methodologies which correspond to product development process. This study propose three eco-design methodologies according to product development process. First is about how to organize optimal product architecture considering function and environment. Product modular architecture has been recognized to plays an important role determining the environmental performance in the early design phase. Although studies have been made to consider environment, there seems to be no integrated method to consider both functionality and environmental performance of product. In order to do that, I proposed six interaction types and scoring guidelines. Design structure matrix (DSM) and matrix synthesis algorithm are devised to organize product modular architecture. Modularity metric and difficulty score of eco-strategy is proposed to evaluate modularization result. With this method, product environmental performance at usage and retirement phase could be increased. I demonstrate the effectiveness of the proposed approach on a vehicle air purifying system (VAPS) in case study. Second is about how to estimate quantitative environmental impacts of product without complicated life cycle assessment (LCA) procedure. I propose a case-based reasoning procedure to expedite LCA during the product design process when the enterprise develops new products by revising or reusing similar previous products. I refer to it as LCA via CBR. The CBR uses a Function-Behavior-Structure (FBS) representation of the product, with an additional environmental descriptor, to provide an effective case memory structure. A similarity measure based on this so-called FBSe representation is developed to formalize the measure of distance between cases in the case memory. The k-medoids clustering algorithm is adopted to support efficient case retrieval. The product structure is used together with multiple linear regression analysis for the adaptation process that provides the estimated LCA values for a new product. The estimated values appear adequate in case studies detailed in this paper. Third is about how to improve environmental performance of product by modifying product geometry. One of the most important information for designer is how to modify the product geometry to be more green. Thus, I propose integrated eco-design method to support geometry modification by axiomatic design and TRIZ. I selected four straightforward design improve strategies related to geometry design through product life cycle. Confliction modeling with the Cartesian coordinate system is provided to guide detailed problem formulation with geometrical design elements. Axiomatic design is used for problem formulation and evaluation. TRIZ is used for contradiction definition and feasible solution search. Three design evaluation metrics were employed to evaluate design improvement. I demonstrate the effectiveness of the proposed approach on a VAPS in case study. This approach is applicable to both early and detail design phase.
환경에 대한 관심이 고조되고 다양한 환경규제와 인증이 증가됨에 따라 친환경 제품설계 방법은 제품 개발 단계에서 필수적으로 고려해야 하는 요소가 되었다. 성공적인 친환경 제품 개발을 위해서는 제품개발 단계에 따른 적절한 친환경 설계 및 평가 방법의 적용이 필수적이다. 본 연구에서는 제품개발 단계에서 활용 가능한 세 가지 친환경 설계 및 평가 방법론을 제안한다. 첫 번째로 제품개발 초기 단계에서 기능요구사항과 환경요구사항을 동시에 고려하여 제품의 아키텍처를 구성하는 방법을 제안한다. 이를 위하여 여섯 개의 interaction type과 각각에 대한 점수화 방안을 제안하였다. 각 interaction type은 수치적 DSM을 이용하여 표현 및 합성되고, 별도로 제안한 모듈화 알고리즘에 의해 최종 모듈 구성이 가능하다. 또한 모듈화 성능에 대한 평가 방법을 고안하여 제안한 방법의 타당성을 검증할 수 있도록 하였다. 두 번째는 상세 설계 과정에서 반드시 필요한 제품의 환경성 평가 (Life cycle assessment)를 효율적으로 구성하는 방법에 대한 내용이다. 환경성 평가는 제품의 전과정에 대한 환경적 영향을 파악할 수 있는 유용한 방법이지만 필요한 데이터의 양이 많고, 절차가 복잡하기 때문에 간략화 된 평가 방법이 요구되고 있는 실정이다. 본 연구는 많은 기업들이 기존의 제품을 일부 수정하거나 보완하는 방법으로 신제품을 개발하고 있다는 점에 착안, 과거에 환경 규제 통과 및 인증을 위해 확보해 놓은 환경성 평가 결과를 바탕으로 사례기반추론 시스템을 구성하여, 제품 설계 개선을 위한 빠르고 효율적인 환경성 평가 방법을 제안하였다. 제품의 다양한 속성을 표현하기 위해 FBSe 표현방법이 제안되었고, k-medoids 군집화 방법을 통해 과거 제품을 사례로 표현하고 사례 저장소를 구성하였다. 신 제품에 대한 평가를 위해 유사한 사례를 검색, 유사도 비교, 선택하는 방법을 제공하였으며, 다중 선형 회귀 방법을 이용하여 사례 적응을 하는 방법을 새롭게 제안하였다. 세 번째는 제품의 형상변경을 통한 친환경 설계 방법에 대한 내용이다. 친환경 제품 개발을 위해 설계자에게 필요한 정보는 단순한 재질 변경이나 비례를 통해 부피/무게 감소를 감소시키는 것이 아니라 형상을 어떻게 변경해야 하는가에 대한 것이다. 본 연구에서는 제품의 기능성과 환경성이 서로 상충되는 경우를 찾아 이를 형상 변경을 통해 극복함으로써 제품의 친환경 성능을 개선시키고자 했다. 먼저 제품의 전과정에 따라 요약된 네 가지 형상 관련 친환경 전략과 평가 방법을 제안한다. 제품의 기능성과 환경적 요구사항의 상충은 데카르트 좌표 기반으로 표현될 수 있으며, 그 결과는 다시 공리적 설계 기법을 통해 공식화될 수 있다. 트리즈를 이용하여 가능한 창의적인 설계 개선안을 도출해 낼 수 있으며, 그 결과는 공리적 설계와 친환경 평가 방법을 통해 검증될 수 있다. 제안한 방법론의 구체적인 활용 예를 제공하기 위하여 세 가지 사례 연구가 수행되었으며, 이를 통해 단품에서 시작된 설계 개선이 제품 전체로 확대되는 과정을 확인할 수 있다.
