【摘要】：產(chǎn)品低碳設(shè)計是以低碳需求為驅(qū)動,從設(shè)計源頭統(tǒng)籌協(xié)調(diào)產(chǎn)品生命周期各階段碳足跡、成本、性能的可持續(xù)設(shè)計方法,是一個復(fù)雜的回溯設(shè)計過程,涉及大量有待挖掘的設(shè)計隱性知識�？赏刂R是求解復(fù)雜設(shè)計過程中矛盾問題的知識,研究低碳設(shè)計可拓知識演化方法旨在運用可拓學(xué)理論探索低碳設(shè)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(shè)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(nèi)容如下:(1)針對產(chǎn)品低碳設(shè)計過程知識建模問題,提出面向生命周期的低碳設(shè)計可拓知識建模方法。構(gòu)建基于PAS2050框架的產(chǎn)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(shù)據(jù)信息。拓展產(chǎn)品層次劃分粒度,采用基元模型表達(dá)產(chǎn)品實例知識,構(gòu)建層次化的低碳實例庫。建立低碳設(shè)計可拓知識模型,包括可拓推理、變換知識、及可拓集知識,構(gòu)建基于基元封裝的Know_What,Know_How,Know_Why知識元可拓知識表達(dá)模型,實現(xiàn)可拓知識的形似化表達(dá)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(wǎng)格劃分方法,使各維屬性區(qū)間實例分布基本均勻;構(gòu)建實例匹配度準(zhǔn)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(shù)據(jù)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(biāo)。(3)針對低碳設(shè)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)綜合分析推理知識;提出面向結(jié)構(gòu)重構(gòu)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(dǎo)變換規(guī)則的演變規(guī)律,獲取修改規(guī)則知識,構(gòu)建可拓變換修改實例庫。(4)提出TRIZ理論與可拓學(xué)的集成研究方法求解低碳創(chuàng)新問題,實現(xiàn)可拓知識派生。運用可拓學(xué)問題表述模型形式化構(gòu)建設(shè)計矛盾問題,并論述相應(yīng)求解策略;建立集成TRIZ理論與可拓學(xué)方法的設(shè)計矛盾問題求解思路框架;以基元模型和關(guān)聯(lián)函數(shù)定性、定量表述設(shè)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(yīng)用可拓變換操作將原理解轉(zhuǎn)化為具體技術(shù)方案解;構(gòu)建面向技術(shù)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(guān)聯(lián)函數(shù)的演化算法模型,求解低碳設(shè)計進化過程可拓變換造成的設(shè)計方案組合爆炸問題。建立針對低碳設(shè)計的演化算法求解策略,分析變換零部件的關(guān)聯(lián)性,約簡零部件碳足跡和成本量化模型,構(gòu)建基于性能的約束模型,建立碳足跡和成本的適應(yīng)度函數(shù)。將可拓學(xué)一維關(guān)聯(lián)函數(shù)拓展為多維,構(gòu)建多維關(guān)聯(lián)函數(shù)數(shù)學(xué)模型,并推導(dǎo)出降維計算準(zhǔn)則。設(shè)計低碳問題的演化算法模型,創(chuàng)新地建立基于多維關(guān)聯(lián)函數(shù)的進化迭代過程遺傳操作二次選擇機制,生成優(yōu)化設(shè)計方案解。在上述理論研究的基礎(chǔ)上,開發(fā)低碳設(shè)計可拓知識演化系統(tǒng),并以真空泵的低碳設(shè)計為例驗證了基于可拓知識模型的低碳實例庫構(gòu)建技術(shù)、相似實例檢索技術(shù)、設(shè)計過程可拓推理知識、變換知識重用技術(shù)、修改實例重用技術(shù)、集成TRIZ創(chuàng)新設(shè)計方法的可拓知識派生技術(shù)、基于多維關(guān)聯(lián)函數(shù)的設(shè)計方案演化算法技術(shù)等理論方法的可行性。
【圖文】：

圖 1-1 Pahl 和 Beitz 系統(tǒng)工程設(shè)計方法架構(gòu)[31]論一般的產(chǎn)品設(shè)計現(xiàn)象、設(shè)計經(jīng)驗中總結(jié)、歸納出以形成了公理化設(shè)計方法(Axiomatic design, AD)，A軟件設(shè)計領(lǐng)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(shè)計結(jié)構(gòu)參數(shù)(Desigcess variables, PVs)；zig-zag 各域之間的映射操作。各元素進行分解分層，設(shè)定各自的設(shè)計目標(biāo)，AD求解的映射過程，通過域間 zig-zag 的映射完成各標(biāo)，通過反復(fù)的求解映射過程實現(xiàn)產(chǎn)品整體設(shè)計目D 設(shè)計理論應(yīng)用于產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計的各個環(huán)節(jié)，建立產(chǎn)品需求分析過程模型，質(zhì)量功能配置集成系統(tǒng)模

圖 1-2 基于 DSM 的產(chǎn)品分解、模塊聚類[30, 136](3) 突現(xiàn)綜合法(Emergent synthesis)突現(xiàn)綜合法[137, 138]用于求解復(fù)雜人工系統(tǒng)中動態(tài)應(yīng)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(gòu)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(xiàn)各單元體的局部調(diào)整。在突現(xiàn)綜合法中廣泛地采用了軟計算技術(shù)，結(jié)合至底向上的系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)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(yīng)性的求解策略。根據(jù)系統(tǒng)外部環(huán)境信息和技術(shù)要求信息的完整性將突現(xiàn)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(xiàn)綜合方法。
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB472

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2597028