【摘要】：我國制造業(yè)高速發(fā)展的同時,也面臨著社會需求與經(jīng)濟及生態(tài)的發(fā)展不平衡問題。可持續(xù)設計是以環(huán)境負荷最小、成本最低和社會效益最高為目標,從源頭解決三者之間不平衡問題的根本方法之一。國內(nèi)外學者在環(huán)境意識設計、綠色材料選擇、綠色工藝設計、綠色包裝設計、可拆卸性設計等方面已進行了廣泛的研究并將部分成果應用于實際產(chǎn)品開發(fā)。但是,偏重于環(huán)境保護的設計有時會造成產(chǎn)品成本的增加,降低了產(chǎn)品在市場中的競爭力,從而制約了可持續(xù)設計的有效實施。建立可持續(xù)與產(chǎn)品結構設計的量化模型,采用智能方法改進結構設計,基于評價指標多層次多屬性決策特點研究可持續(xù)設計和綜合評價方法,對于實現(xiàn)產(chǎn)品零污染、低成本和高社會效益的目標至關重要。將環(huán)境、經(jīng)濟和社會需求映射到產(chǎn)品功能和結構設計是進行可持續(xù)設計的前提,而可持續(xù)設計評價指標多樣化、模糊性、定性與定量相結合、靜態(tài)與動態(tài)并存的特點,迫切需要進行綜合評價方法的研究。本文以機電產(chǎn)品為研究對象,分析產(chǎn)品可持續(xù)需求在結構設計中的定量描述方法,對靜態(tài)和動態(tài)評價方法進行了深入研究,為滿足產(chǎn)品可持續(xù)需求提供了方法支撐。建立了基于功能結構的可持續(xù)設計體系框架,分析了機電產(chǎn)品在生命周期各階段與可持續(xù)相關的因素,解決了可持續(xù)設計概念寬泛、難以指導實際產(chǎn)品設計過程的問題;為了促進可持續(xù)設計的有效實施,提出了機電產(chǎn)品可持續(xù)設計評價體系框架,建立了綜合評價指標多層次結構模型,通過可持續(xù)設計綜合評價方法的研究,使評價結果反饋于設計者進行產(chǎn)品設計改進。為了建立可持續(xù)與結構設計定量關系模型,提出了利用模塊化優(yōu)勢實現(xiàn)可持續(xù)設計的方法。在傳統(tǒng)功能和結構基礎上,增加材料、制造性、零件壽命和生命終止選擇等因素,提出了零件之間相似性和依賴性的定量描述方法,實現(xiàn)了6R(Reduce、Reuse、Recycle、Recover、Redesign、Remanufacture)與模塊驅動因素的集成。利用具有分析產(chǎn)品系統(tǒng)元素優(yōu)勢的設計結構矩陣描述零件之間相互關聯(lián)關系,通過設定聚類有效性函數(shù),評價模塊內(nèi)部強耦合和模塊之間弱耦合關系,提出了基于核函數(shù)的模糊C均值算法,根據(jù)零件相互關系距離實現(xiàn)模塊劃分,并通過遺傳優(yōu)化對聚類個數(shù)進行優(yōu)化,提高了模塊劃分效率和準確性。以轉子實驗臺為實例,驗證了提出方法的有效性。基于可持續(xù)設計評價指標具有復雜性、模糊性、不確定性等特點,利用可拓理論具有模型化、定性與定量相結合的優(yōu)勢,建立了可持續(xù)設計靜態(tài)評價量化模型。利用不需要專家知識的熵權方法確定評價指標的權重,建立待評價對象與經(jīng)典域和節(jié)域的隸屬度矩陣,通過每一層次的疊加集成所有因素于多層次結構模型中,得到產(chǎn)品可持續(xù)性指數(shù),實現(xiàn)多層次綜合評價。在赫克機床上進行了不同加工參數(shù)下的面銑削實驗,證明了提出方法有助于加工過程可持續(xù)性評價和選擇。另外,對普通機床和數(shù)控機床的可持續(xù)性進行評價,證明了在設計過程中同時考慮功能和可持續(xù)性的必要性,并驗證了提出方法的有效性。針對靜態(tài)評價方法難以處理與時間相關的動態(tài)評價指標的問題,將具有基于經(jīng)典控制理論描述系統(tǒng)中反饋和動態(tài)性優(yōu)勢的系統(tǒng)動力學方法引入到可持續(xù)設計動態(tài)評價中。將全生命周期分為六個階段,分別建立了與時間維度相關的可持續(xù)設計動態(tài)評價定量模型,給出了具體設計參數(shù)或制造參數(shù)等與時間的定量關系模型�；赩EBSIM軟件建立了機床使用過程動態(tài)指標的因果關系模型,并以赫克機床和哈斯機床在相同時間內(nèi)、相同加工參數(shù)條件下,計算了產(chǎn)品可持續(xù)性指數(shù),證明了動態(tài)評價方法的可行性。
【圖文】：

可持續(xù)設計包含的內(nèi)容Fig.1-2Thecontentsofsustainabledesign

各種設計方法及內(nèi)涵yzs}
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TB472
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本文編號：2526205