产品全生命周期低碳设计跨组织协同冲突协商模型

doi:10.3969/j.issn.1004-132X.2026.04.003

摘要/Abstract

摘要：

产品全生命周期低碳设计利益相关主体多、设计环节多、难度大、风险高，各主体间就不同的经济性、技术性、绿色性的多维度性能目标如何进行设计协同与冲突协商，是一个亟需解决的瓶颈问题。阐述了产品全生命周期低碳设计跨组织协同原理，明确了全生命周期低碳设计冲突协商议题生成路径，构建了基于多Agent系统的全生命周期低碳设计多主体多议题协商模型以及基于NSGA-Ⅱ的自动协商决策算法，通过数值仿真验证了所提出协商模型的适用性和有效性，为产品全生命周期低碳设计跨组织协同冲突消解提供了有效的策略依据。

关键词: 产品全生命周期设计, 跨组织协同, 低碳设计, 冲突, 协商

Abstract:

Product life cycle low-carbon design refered many stakeholders， design links， difficulties， and high risks. How to conduct design coordination and conflict negotiation among various stakeholders on different goals of economic， technical and green performance was a bottleneck problem that needed to be solved urgently. The cross-organization collaboration principle of product life cycle low-carbon design was elaborated， and the generation path of low-carbon design conflict negotiation issues in the whole life cycle was clarified. A multi-agent multi-issue negotiation model was built based on multi-agent system for product life cycle low-carbon design and an auto-negotiation decision-making algorithm was built based on NSGA-Ⅱ. The applicability and effectiveness of the proposed negotiated model were verified by numerical simulations， which might provide an effective strategic basis for cross-organization collaborative conflict resolution of product life cycle low-carbon design.

Key words: product life cycle design, cross-organizational collaboration, low-carbon design, conflict, negotiation

中图分类号:

TH122

陶璟, 杜思琪, 陈樱语, 张滢婕, 盛博. 产品全生命周期低碳设计跨组织协同冲突协商模型[J]. 中国机械工程, 2026, 37(4): 792-801.

TAO Jing, DU Siqi, CHEN Yingyu, ZHANG Yingjie, SHENG Bo. Conflict Negotiation Model for Cross-organizational Collaboration in Product Life Cycle Low-carbon Design[J]. China Mechanical Engineering, 2026, 37(4): 792-801.

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图/表 13

图1 跨组织协同原理模型

Fig.1 Principle model of cross-organization collaboration

表1 关键协同主体及其职责与作用

Tab.1 Key collaborative stakeholders and their roles and responsibilities

协同主体

全生命周期低碳设计主要责任与关键作用

整机厂

（核心制造商）

·优化产品设计，降低产品全生命周期碳排放

·提供产品使用和维护指导，延长产品使用寿命

·产品全生命周期碳排放核算

·提供低碳技术支持

材料供应商

·提供低碳环保材料

零部件

供应商

·优化零部件设计，减少制造过程材料浪费和资源消耗

·采用环保工艺，降低制造过程碳排放

物流

服务商

·使用可回收包装材料

·推广绿色物流，使用节能运输工具

回收

处理商

·对废弃产品和材料进行高效、低碳的回收和处理，减少资源浪费和环境污染

·与再制造服务商合作，将回收材料可再制造部分重新加工利用

再制造

服务商

·对废弃产品和材料进行再加工和再利用

用户

·使用过程节约能源，减少碳排放

·定期维护保养产品，延长产品使用寿命

·对废弃产品中可回收的部分进行妥善处理

政府及行政

管理部门

·制定和执行相关环保法律法规和政策，督促企业采用低碳设计方法和生产技术

·提供资金、政策、技术支持，推动低碳设计的研发及应用

·加强环境保护和碳排放监管

表2 机电产品全生命周期低碳设计中典型协同冲突

Tab.2 Typical collaborative conflicts in the life cycle low-carbon design of mechatronic products

类型		说明	实例
观念冲突		设计研发阶段的主导冲突，因协同主体对产品不同属性（技术性、经济性、绿色性、社会性）重要度认同不一致而产生，是产生冲突的根本原因	整机厂处于绿色转型的关键期，具有较高的全生命周期低碳设计主动性，对产品的绿色性提出较高要求，而零部件制造商、回收处理商等全生命周期低碳设计意识不强，只关注自身经济效益
利益冲突		协同主体间就投入成本或预期收益方面难以达成一致，在产品全生命周期各个阶段都会发生，是影响设计进程的关键冲突	整机厂与材料供应商就原材料价格难以达成一致；整机厂与物流服务商就产品运输、包装费用难以达成一致
技术冲突	目标冲突	协同主体总是提出利于自身的技术目标，这些目标不一致时，则产生冲突	回收再制造商希望产品易于拆卸，整机厂希望产品易于装配，零部件制造商希望产品易于制造
	能力冲突	由于协同主体技术水平不足无法达成设计要求	整机厂商希望零件A的成品率大于99%，而零部件制造商的制造水平并不能达到该要求；整机厂订购的零件数量超过零部件制造商所能承受的最大供货量
	决策冲突	协同主体就解决具体设计问题所作出的决策或方案不同	零部件制造商希望通过维修来延长该零件使用寿命，而整机厂要求直接更换新零件
	共享冲突	协同主体出于自身利益考量，缺乏与其他主体共享技术资源的意愿	整机厂出于知识产权保护、信息敏感性等自身利益考虑，不愿和回收处理商共享产品技术信息（如制造工艺、拆装方案）

表2 机电产品全生命周期低碳设计中典型协同冲突

Tab.2 Typical collaborative conflicts in the life cycle low-carbon design of mechatronic products

类型		说明	实例
观念冲突		设计研发阶段的主导冲突，因协同主体对产品不同属性（技术性、经济性、绿色性、社会性）重要度认同不一致而产生，是产生冲突的根本原因	整机厂处于绿色转型的关键期，具有较高的全生命周期低碳设计主动性，对产品的绿色性提出较高要求，而零部件制造商、回收处理商等全生命周期低碳设计意识不强，只关注自身经济效益
利益冲突		协同主体间就投入成本或预期收益方面难以达成一致，在产品全生命周期各个阶段都会发生，是影响设计进程的关键冲突	整机厂与材料供应商就原材料价格难以达成一致；整机厂与物流服务商就产品运输、包装费用难以达成一致
技术冲突	目标冲突	协同主体总是提出利于自身的技术目标，这些目标不一致时，则产生冲突	回收再制造商希望产品易于拆卸，整机厂希望产品易于装配，零部件制造商希望产品易于制造
	能力冲突	由于协同主体技术水平不足无法达成设计要求	整机厂商希望零件A的成品率大于99%，而零部件制造商的制造水平并不能达到该要求；整机厂订购的零件数量超过零部件制造商所能承受的最大供货量
	决策冲突	协同主体就解决具体设计问题所作出的决策或方案不同	零部件制造商希望通过维修来延长该零件使用寿命，而整机厂要求直接更换新零件
	共享冲突	协同主体出于自身利益考量，缺乏与其他主体共享技术资源的意愿	整机厂出于知识产权保护、信息敏感性等自身利益考虑，不愿和回收处理商共享产品技术信息（如制造工艺、拆装方案）

图2 跨组织协同冲突议题生成路径

Fig.2 Generation path of cross-organization collaborative conflict issues

表3 典型全生命周期设计协同冲突议题生成路径

Tab.3 Generation path of typical conflict issues in the life cycle design collaboration

案例	目标层		指标层			议题层		相关冲突类型
案例	目标属性	协同目标	生命周期阶段	产品单元	设计指标	参与协同主体	协商议题	相关冲突类型
例1	功能质量性目标	长时间稳定运行	零部件制造阶段	齿轮箱	轴承疲劳寿命	整机厂 & 零部件制造商	轴承疲劳寿命	技术能力冲突
	低碳性目标	全生命周期减排			制造排放量		制造排放量	技术能力冲突
	经济性目标	整体工期短			制造工期		制造工期	利益冲突
例2	功能质量性目标	高质量回收再制造	回收再制造阶段	叶片	再制造质量	整机厂 & 回收处理/ 再制造服务商（再制造商）	再制造合格率	技术能力冲突
	低碳性目标	全生命周期减排			可回收性/回收率		回收率	利益冲突
	经济性目标	成本控制			回收处置成本		回收处置成本	利益冲突
例3	功能质量性目标	轻量化且满足强度/寿命要求	方案设计阶段	结构件（臂架/机架）	目标质量	整机厂 & 材料供应商/ 结构件供应商	目标质量	技术能力冲突
	低碳性目标	降低材料与制造环节碳排放			单位质量碳足迹		再生材料使用比例	利益冲突
	经济性目标	成本控制			材料单价		材料单价	利益冲突

图3 跨组织协同协商组织结构

Fig.3 Negotiation organizational structure for cross-organization collaboration

图4 三阶段跨组织协同冲突协商模型

Fig.4 Three-stage cross-organization collaborative conflict negotiation model

图5 基于NSGA-Ⅱ算法的反建议优化流程

Fig.5 Optimization process of counter-proposal based on NSGA-Ⅱ algorithm

表4 数值实验案例中产品生命周期设计协同冲突议题生成路径

Tab.4 Generation path of conflict issue in the life cycle design collaboration in the case study

生命周期

阶段

产品

单元

设计

指标

参与协同主体

协商议题

冲突类型及冲突内容

经济性

目标

成本/经济性

可控

零部件制造

阶段

齿轮箱

价格

整机厂

零部件制造商

价格

·利益冲突

·零部件制造商希望提高售价以提升自身制造利润；但整机厂希望压低采购价以保证整机利润空间

低碳性

目标

全生命周期

减排

制造碳排

放量

制造碳排

放量

·观念冲突

·双方对碳排放核算边界、分摊规则、数据可信度的理解不一致

功能

质量性

目标

保证装配

与可靠性

质量

等级

产品质量

等级

·技术能力冲突

·整机厂要求更高质量等级，以保证后续装配与可靠性；但零部件制造商受限于工艺、设备、检验能力或资源条件，难以达到或达成成本过高

表5 实验参数

Tab.5 Experimental Parameters

参数类型	参数值	参数类型	参数值
协商最大回合数 $T$	30	随机模拟求解次数	100
整机厂方最低效用值 $u L$	0.25	算法种群规模	50
零部件制造商方最低效用值 $u L$	0.30	算法最大迭代数	30
决策体阈值 $k$	80%

表5 实验参数

Tab.5 Experimental Parameters

参数类型	参数值	参数类型	参数值
协商最大回合数 $T$	30	随机模拟求解次数	100
整机厂方最低效用值 $u L$	0.25	算法种群规模	50
零部件制造商方最低效用值 $u L$	0.30	算法最大迭代数	30
决策体阈值 $k$	80%

表6 协商变量及参数

Tab.6 Negotiation Variables and Parameters

协商组	协商主体	议题	取值范围	效用权重
1	$A 1$	价格	$3,4.5$	0.4
		制造碳排放量	$40,55$	0.3
		质量等级	$6,9$	0.3
	$A 2$	价格	$3.5,5$	0.5
		制造碳排放量	$45,60$	0.2
		质量等级	$4,7$	0.3
2	$A 3$	价格	$5,6.5$	0.4
		制造碳排放量	$20,30$	0.3
		质量等级	$7,9$	0.3
	$A 4$	价格	$5.5,7$	0.5
		制造碳排放量	$25,30$	0.2
		质量等级	$6,8$	0.3

表6 协商变量及参数

Tab.6 Negotiation Variables and Parameters

协商组	协商主体	议题	取值范围	效用权重
1	$A 1$	价格	$3,4.5$	0.4
		制造碳排放量	$40,55$	0.3
		质量等级	$6,9$	0.3
	$A 2$	价格	$3.5,5$	0.5
		制造碳排放量	$45,60$	0.2
		质量等级	$4,7$	0.3
2	$A 3$	价格	$5,6.5$	0.4
		制造碳排放量	$20,30$	0.3
		质量等级	$7,9$	0.3
	$A 4$	价格	$5.5,7$	0.5
		制造碳排放量	$25,30$	0.2
		质量等级	$6,8$	0.3

表7 协商结果统计

Tab.7 Negotiation results statistics

协商轮数

协商组

协商

成功率

协商成功

平均回合数

协商结果

决策

表8 协商组2两轮协商成功结果统计

Tab.8 Statistical results of two-round successful negotiations in negotiation group 2

协商轮数	平均价格	平均制造碳排放量	平均质量
1	5.845万元	28.148 kg	7.168级
2	6.274万元	25.204 kg	7.764级

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