Developing a Decision Support Tool for Co-Design of Open-Architecture Products Considering Sustainability Criteria

Les produits à architecture ouverte (OAP), en tant que produits centrés sur le client, se développent en réponse à l'évolution des besoins des clients et aux variations du marché international. Étant donné que les OAP sont des produits individualisés avec une grande variété définie par les clients lors de la phase de conception, la mesure, l'évaluation et la visualisation de la performance de durabilité des variantes de produit sont d'un grand intérêt pour la prise de décision vers le produit le plus durable. Ce mémoire présente un outil d'aide à la décision pour évaluer la performance de durabilité des OAP pendant la phase de conception et visualiser les résultats à des fins de prise de décision. Une variété de produits est créée en définissant différents composants personnalisés grâce à la génération de scénarios de conception basés sur la modification des caractéristiques des composants du produit. La performance en matière de durabilité des composants personnalisés de chaque variante de produit est mesurée en effectuant des analyses d'évaluation du cycle de vie environnemental (ELCA) et des coûts du cycle de vie (LCC) pour calculer les indicateurs de durabilité. Une méthode est proposée pour la pondération et l'agrégation de divers indicateurs de durabilité afin de construire l'indice de durabilité (SI) pour chaque alternative de conception. Une technique de visualisation appropriée est utilisée pour présenter les valeurs de durabilité des alternatives de conception qui peuvent fournir aux clients un outil efficace pour visualiser et comparer facilement les performances de durabilité du produit parmi différents scénarios et sélectionner la meilleure option durable. De plus, l'analyse de sensibilité (SA) est effectuée pour valider la robustesse du cadre proposé. L'analyse de sensibilité locale et globale est appliquée à l'analyse d'analyse du cycle de vie (ACV) pour étudier la robustesse des sorties de l'ACV et leur sensibilité à l'incertitude des données d'inventaire d'entrée. En outre, l'analyse de sensibilité est effectuée sur la méthode de pondération et d'agrégation choisie pour étudier la robustesse des résultats finaux de durabilité par comparaison avec d'autres approches de pondération et d'agrégation. Une étude de cas est menée avec un robot personnalisé à architecture ouverte pour démontrer l'utilité et l'efficacité de la méthodologie proposée. Trois scénarios de conception sont générés en changeant le matériau et la géométrie des composants personnalisés du robot. La performance de durabilité des alternatives de conception est mesurée en effectuant des analyses de durabilité environnementale et économique. En appliquant la méthode de pondération égale et une approche décisionnelle multi-attributs, c'est-à-dire GRA, l'indice de durabilité pour chaque scénario de conception est construit et présenté aux clients via la technique de visualisation, c'est-à-dire le treemap. La réalisation de l'analyse de sensibilité sur la modélisation ACV démontre que le résultat de l'étude d'impact environnemental est insensible à l'incertitude des variables d'entrée. De plus, pour valider les résultats de durabilité, la méthode AHP est utilisée pour le processus de pondération, et les méthodes TOPSIS et SAW sont appliquées pour l'opération d'agrégation. Sur la base des résultats, le classement des performances de durabilité des alternatives de conception n'est pas sensible aux changements dans les méthodes de pondération et d'agrégation sélectionnées.

Abstract

The open-architecture products (OAPs), as customer-centric products, are developing in response to the changing customers' needs and variations in the international market. Since the OAPs are individualized products with a high variety defined by customers during the design stage, measuring, evaluating and visualization of the sustainability performance of the product variants is of great interest for decision making towards the more sustainable product. This dissertation presents a decision support tool to assess the sustainability performance of OAPs during the design stage and visualize the results for decision-making purposes. A variety of products is created by defining different personalized components through design scenario generation based on changing the features of product components. The sustainability performance of personalized components of each product variant is measured by performing environmental life cycle assessment (ELCA) and life cycle costing (LCC) analyses to calculate the sustainability indicators. A method is proposed for the weighting and aggregation of various sustainability indicators in order to construct the sustainability index (SI) for each design alternative. An appropriate visualization technique is utilized to present the sustainability values of the design alternatives which can provide customers with an effective tool for easily visualizing and comparing the sustainability performance of the product among different scenarios and selecting the best sustainable option. Moreover, the sensitivity analysis (SA) is performed to validate the robustness of the proposed framework. The local and global sensitivity analysis is applied to the life cycle assessment (LCA) analysis to study the robustness of the LCA outputs and their sensitivity to the uncertainty of input inventory data. Also, the sensitivity analysis is carried out on the chosen weighting and aggregation method to investigate the robustness of the final sustainability results through comparison with alternative weighting and aggregating approaches. A case study is conducted with a personalized open-architecture robot to demonstrate the utility and effectiveness of the proposed methodology. Three design scenarios are generated by changing the material and geometry of personalized components of the robot. The sustainability performance of the design alternatives is measured by conducting environmental and economic sustainability analyses. By applying the equal weighting method and a multi-attribute decision-making approach, i.e. GRA, the sustainability index for each design scenario is constructed and presented to customers through the visualization technique i.e., treemap. Performing the sensitivity analysis on the LCA modelling demonstrates that the environmental impact assessment result is insensitive to the uncertainty of input variables. Also, to validate the sustainability results, the AHP method is used for the weighting process, and TOPSIS and SAW methods are applied for aggregation operation. Based on the results, the ranking of the sustainability performance of design alternatives is not sensitive to changes in the selected weighting and aggregation methods.