随着经济的高速增长，人类不得不开始面对越来越严重的资源短缺和环境污染问题。人们逐渐认识到只有实行绿色设计才能从根本上解决制造业中的环境问题。能量节约设计是绿色设计中的重要问题，它不仅具有能源节约的属性，还能通过环境影响和成本分析体现绿色属性和经济属性，具有重要的研究价值。 在综合国内外现有的研究的基础上，从设计方法学和系统的角度，提出并描述了FBAS设计框架。通过对产品全生命周期能量消耗的分析，建立有效描述和表达机电产品中能量消耗的效用模型，找出机电产品能量属性及其与设计过程和设计信息的内在联系。提出“能量设计因子”和“设计元”概念，建立了基于设计元的面向能源节约的产品设计模型。 建立能量因子的提取应用机制。首先，建立能量因子效用映射模型，将能量因子提取过程模型分为：能量因素识别、能量因子提取、能量因子应用三个阶段。定义能量因素与重要能量因素。对产品信息进行了能量聚类，作为能量因素识别的基础。详细阐述了能量因素的识别原则，提出了能量因素三维识别模型。建立重要能量因素提取的工作机制和判定原则，给出了能量因子的量化分析过程。并对能量因子的表达和与设计元之间的关系进行了阐述。 产品全生命周期能量消耗量化模型是能量因子提取的基础。在现有能量消耗研究的基础上，将产品能量分析扩展到整个产品生命周期；提出串行状态变化过程的能量函数。针对产品全生命周期及各个主要阶段的能量消耗，分别进行详细的分析，建立能量量化公式，并给产品生命周期出各阶段的最高层能量因子。 将能量因子的表达方式分为面向单一因素和多因素两个方面。针对产品全生命周期拐点这一单一因素，分析了能量拐点优化的影响因素。分别从主观寿命和客观寿命两个方面考虑影响产品使用寿命的因素。给出产品生命周期能量拐点优化和能量优化寿命的概念，及其对产品设计、回收等阶段的影响。对产品生命周期能耗动态性和不确定性能进行模拟，提出了基于产品生命周期动态能量消耗(LUDE)时间函数，给出函数的普通公式、简化公式和特殊情况。 针对产品结构的组合设计这一多因素问题，分析了多个设计元组合结构相关的能量因素。从材料相容性、装配与拆卸、使用过程能量转递、零件寿命、回收处理等个方面对设计元结构的能量关联度进行分析和量化，并将功能和物理关联度作为约束。运用模块化思想，采用聚类分析方法进行产品结构进行组合优化，提出了产品结构组合的能量聚类优化模型和方法。 本文中以家电产品电冰箱为例贯穿始终，对基于设计元的面向能源节约的绿色设计模型及其关键技术进行了验证，并在此基础上提出了改进建议。