【摘要】：產(chǎn)品低碳設(shè)計(jì)是以低碳需求為驅(qū)動(dòng),從設(shè)計(jì)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(jì)方法,是一個(gè)復(fù)雜的回溯設(shè)計(jì)過(guò)程,涉及大量有待挖掘的設(shè)計(jì)隱性知識(shí)�？赏刂R(shí)是求解復(fù)雜設(shè)計(jì)過(guò)程中矛盾問(wèn)題的知識(shí),研究低碳設(shè)計(jì)可拓知識(shí)演化方法旨在運(yùn)用可拓學(xué)理論探索低碳設(shè)計(jì)過(guò)程中可拓知識(shí)的建模方法、重用模型及演化算法,為低碳設(shè)計(jì)可拓知識(shí)的重用、派生提供推理、進(jìn)化工具。論文主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)針對(duì)產(chǎn)品低碳設(shè)計(jì)過(guò)程知識(shí)建模問(wèn)題,提出面向生命周期的低碳設(shè)計(jì)可拓知識(shí)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(dòng)的方法將碳足跡、成本分配到零部件層,補(bǔ)齊實(shí)例庫(kù)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(shí)例知識(shí),構(gòu)建層次化的低碳實(shí)例庫(kù)。建立低碳設(shè)計(jì)可拓知識(shí)模型,包括可拓推理、變換知識(shí)、及可拓集知識(shí),構(gòu)建基于基元封裝的Know_What,Know_How,Know_Why知識(shí)元可拓知識(shí)表達(dá)模型,實(shí)現(xiàn)可拓知識(shí)的形似化表達(dá)與共享。(2)針對(duì)實(shí)例庫(kù)檢索效用問(wèn)題和相似實(shí)例修改難度問(wèn)題,提出基于改進(jìn)最高離散化相似度索引方法和修改信息的實(shí)例檢索方法。采用索引方法求解實(shí)例庫(kù)檢索效用問(wèn)題,改進(jìn)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(shí)例分布基本均勻;構(gòu)建實(shí)例匹配度準(zhǔn)則,解決需求實(shí)例不在區(qū)間中點(diǎn)時(shí)造成相似實(shí)例被遺漏的問(wèn)題。研究不同數(shù)據(jù)類型屬性的局部相似度計(jì)算方法,提出基于模糊公理化方法的實(shí)例修改信息模型,形成實(shí)例檢索相似度和修改難度的雙重衡量指標(biāo)。(3)針對(duì)低碳設(shè)計(jì)可拓知識(shí)獲取與重用問(wèn)題,建立可拓知識(shí)重用模型。提出基于需求-功能-行為-結(jié)構(gòu)的映射過(guò)程可拓推理知識(shí)重用模型,研究功能分析過(guò)程推理知識(shí)、行為屬性建模及評(píng)估推理知識(shí)、結(jié)構(gòu)綜合分析推理知識(shí);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(shí),構(gòu)建可拓變換修改實(shí)例庫(kù)。(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(wèn)題,實(shí)現(xiàn)可拓知識(shí)派生。運(yùn)用可拓學(xué)問(wèn)題表述模型形式化構(gòu)建設(shè)計(jì)矛盾問(wèn)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(jì)矛盾問(wèn)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(jì)矛盾問(wèn)題,運(yùn)用TRIZ理論問(wèn)題分析工具和知識(shí)庫(kù)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(duì)立問(wèn)題、物理矛盾和不相容問(wèn)題的可拓知識(shí)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(jì)進(jìn)化過(guò)程可拓變換造成的設(shè)計(jì)方案組合爆炸問(wèn)題。建立針對(duì)低碳設(shè)計(jì)的演化算法求解策略,分析變換零部件的關(guān)聯(lián)性,約簡(jiǎn)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(jì)算準(zhǔn)則。設(shè)計(jì)低碳問(wèn)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(jìn)化迭代過(guò)程遺傳操作二次選擇機(jī)制,生成優(yōu)化設(shè)計(jì)方案解。在上述理論研究的基礎(chǔ)上,開發(fā)低碳設(shè)計(jì)可拓知識(shí)演化系統(tǒng),并以真空泵的低碳設(shè)計(jì)為例驗(yàn)證了基于可拓知識(shí)模型的低碳實(shí)例庫(kù)構(gòu)建技術(shù)、相似實(shí)例檢索技術(shù)、設(shè)計(jì)過(guò)程可拓推理知識(shí)、變換知識(shí)重用技術(shù)、修改實(shí)例重用技術(shù)、集成TRIZ創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法的可拓知識(shí)派生技術(shù)、基于多維關(guān)聯(lián)函數(shù)的設(shè)計(jì)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(jì)方法架構(gòu)[31]論一般的產(chǎn)品設(shè)計(jì)現(xiàn)象、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)中總結(jié)、歸納出以形成了公理化設(shè)計(jì)方法(Axiomatic design, AD)，A軟件設(shè)計(jì)領(lǐng)域[33, 34]。為 2 個(gè)公理：功能獨(dú)立公理，信息最小化公理；4、工藝過(guò)程域，以及各域中的組成元素：用戶屬性u(píng)nctional requirements, FRs)、設(shè)計(jì)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(jìn)行分解分層，設(shè)定各自的設(shè)計(jì)目標(biāo)，AD求解的映射過(guò)程，通過(guò)域間 zig-zag 的映射完成各標(biāo)，通過(guò)反復(fù)的求解映射過(guò)程實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品整體設(shè)計(jì)目D 設(shè)計(jì)理論應(yīng)用于產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)，建立產(chǎn)品需求分析過(guò)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(dòng)態(tài)應(yīng)急問(wèn)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(gè)系統(tǒng)的功能行為模型；通過(guò)至上而下傳遞系統(tǒng)需求特性快速實(shí)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(jì)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(gè)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(wèn)題分為三類，如圖 1-3 所示，并提供了各類問(wèn)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(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB472

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2597028