【摘要】：產品低碳設計是以低碳需求為驅動,從設計源頭統(tǒng)籌協(xié)調產品生命周期各階段碳足跡、成本、性能的可持續(xù)設計方法,是一個復雜的回溯設計過程,涉及大量有待挖掘的設計隱性知識�？赏刂R是求解復雜設計過程中矛盾問題的知識,研究低碳設計可拓知識演化方法旨在運用可拓學理論探索低碳設計過程中可拓知識的建模方法、重用模型及演化算法,為低碳設計可拓知識的重用、派生提供推理、進化工具。論文主要研究內容如下:(1)針對產品低碳設計過程知識建模問題,提出面向生命周期的低碳設計可拓知識建模方法。構建基于PAS2050框架的產品生命周期碳足跡、成本量化遞歸模型;提出基于作業(yè)活動的方法將碳足跡、成本分配到零部件層,補齊實例庫低碳數據信息。拓展產品層次劃分粒度,采用基元模型表達產品實例知識,構建層次化的低碳實例庫。建立低碳設計可拓知識模型,包括可拓推理、變換知識、及可拓集知識,構建基于基元封裝的Know_What,Know_How,Know_Why知識元可拓知識表達模型,實現可拓知識的形似化表達與共享。(2)針對實例庫檢索效用問題和相似實例修改難度問題,提出基于改進最高離散化相似度索引方法和修改信息的實例檢索方法。采用索引方法求解實例庫檢索效用問題,改進最高離散化相似度索引方法存在的不足,提出等概率網格劃分方法,使各維屬性區(qū)間實例分布基本均勻;構建實例匹配度準則,解決需求實例不在區(qū)間中點時造成相似實例被遺漏的問題。研究不同數據類型屬性的局部相似度計算方法,提出基于模糊公理化方法的實例修改信息模型,形成實例檢索相似度和修改難度的雙重衡量指標。(3)針對低碳設計可拓知識獲取與重用問題,建立可拓知識重用模型。提出基于需求-功能-行為-結構的映射過程可拓推理知識重用模型,研究功能分析過程推理知識、行為屬性建模及評估推理知識、結構綜合分析推理知識;提出面向結構重構的可拓變換算法模型,分析模塊元特征屬性量值、模塊元特征屬性、模塊元變換下可拓變換及傳導變換規(guī)則的演變規(guī)律,獲取修改規(guī)則知識,構建可拓變換修改實例庫。(4)提出TRIZ理論與可拓學的集成研究方法求解低碳創(chuàng)新問題,實現可拓知識派生。運用可拓學問題表述模型形式化構建設計矛盾問題,并論述相應求解策略;建立集成TRIZ理論與可拓學方法的設計矛盾問題求解思路框架;以基元模型和關聯(lián)函數定性、定量表述設計矛盾問題,運用TRIZ理論問題分析工具和知識庫提取發(fā)明原理解,應用可拓變換操作將原理解轉化為具體技術方案解;構建面向技術矛盾和對立問題、物理矛盾和不相容問題的可拓知識派生策略。(5)提出基于多維關聯(lián)函數的演化算法模型,求解低碳設計進化過程可拓變換造成的設計方案組合爆炸問題。建立針對低碳設計的演化算法求解策略,分析變換零部件的關聯(lián)性,約簡零部件碳足跡和成本量化模型,構建基于性能的約束模型,建立碳足跡和成本的適應度函數。將可拓學一維關聯(lián)函數拓展為多維,構建多維關聯(lián)函數數學模型,并推導出降維計算準則。設計低碳問題的演化算法模型,創(chuàng)新地建立基于多維關聯(lián)函數的進化迭代過程遺傳操作二次選擇機制,生成優(yōu)化設計方案解。在上述理論研究的基礎上,開發(fā)低碳設計可拓知識演化系統(tǒng),并以真空泵的低碳設計為例驗證了基于可拓知識模型的低碳實例庫構建技術、相似實例檢索技術、設計過程可拓推理知識、變換知識重用技術、修改實例重用技術、集成TRIZ創(chuàng)新設計方法的可拓知識派生技術、基于多維關聯(lián)函數的設計方案演化算法技術等理論方法的可行性。
【圖文】：

圖 1-1 Pahl 和 Beitz 系統(tǒng)工程設計方法架構[31]論一般的產品設計現象、設計經驗中總結、歸納出以形成了公理化設計方法(Axiomatic design, AD)，A軟件設計領域[33, 34]。為 2 個公理：功能獨立公理，信息最小化公理；4、工藝過程域，以及各域中的組成元素：用戶屬性unctional requirements, FRs)、設計結構參數(Desigcess variables, PVs)；zig-zag 各域之間的映射操作。各元素進行分解分層，設定各自的設計目標，AD求解的映射過程，通過域間 zig-zag 的映射完成各標，通過反復的求解映射過程實現產品整體設計目D 設計理論應用于產品研發(fā)設計的各個環(huán)節(jié)，建立產品需求分析過程模型，質量功能配置集成系統(tǒng)模

圖 1-2 基于 DSM 的產品分解、模塊聚類[30, 136](3) 突現綜合法(Emergent synthesis)突現綜合法[137, 138]用于求解復雜人工系統(tǒng)中動態(tài)應急問題的推理決策，基于各單元體(Agent)局部的交互特性至底向上構建整個系統(tǒng)的功能行為模型；通過至上而下傳遞系統(tǒng)需求特性快速實現各單元體的局部調整。在突現綜合法中廣泛地采用了軟計算技術，結合至底向上的系統(tǒng)構建技術和至上而下的命令傳輸反饋，，為整個系統(tǒng)提供了高效、穩(wěn)健、適應性的求解策略。根據系統(tǒng)外部環(huán)境信息和技術要求信息的完整性將突現問題分為三類，如圖 1-3 所示，并提供了各類問題的可行突現綜合方法。
【學位授予單位】：浙江工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB472

【參考文獻】

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本文編號：2597028