基于约束满足的机电产品绿色设计方案建模与决策研究

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机电产品生命周期过程内存在大量的资源、能源消耗,污染物排放以及废弃物堆积,给我国的生态文明建设与制造业绿色化转型带来了巨大压力。面向机电产品的绿色设计研究能够从根源入手,显著提高产品的环境性能。本文以机电产品的绿色设计为研究课题,对产品绿色设计方案的建模、生成以及多属性决策等内容进行了系统性研究,主要的研究工作与内容如下:(1)构建了基于约束满足理论的产品绿色设计方案表达模型。基于Kano模型与层次分析法,获取面向市场、用户以及企业设计人员的多尺度绿色设计需求与需求重要度排序,提供了约束冲突的解决途径。为实现产品全生命周期设计信息集成,构建了基于功能-行为-结构-材料-工艺(FBS-MP)的设计方案多域表达模型。分析了产品绿色设计过程与约束满足问题(CSP)的映射机制,将绿色设计方案的生成转换为基于设计约束的CSP求解。(2)研究了基于约束满足问题的产品绿色设计方案生成,提出了改进回溯算法的设计变量逐级求解策略。对绿色设计方案表达模型中功能、行为、结构、材料及工艺各论域的设计约束进行了约束等价、分解处理,给出了明确的约束表达机制,完成了设计约束的规范化处理。针对FBS-MP多域模型约束满足问题,信息繁多、设计变量关系复杂的特点,提出了基于产品设计树的设计方案多域逐级求解方法,通过对设计变量的全局遍历以及智能回溯检查机制,获得了满足产品设计约束的全部可行绿色设计方案,分析了可行方案在不同阶段对各项设计需求的响应程度。(3)提出了基于“组合赋权-逼近理想解排序(TOPSIS)-灰色关联分析(GRA)”的产品绿色设计方案多属性决策机制。首先,构建了产品绿色设计多属性评价指标体系,通过模糊理论的隶属度方法,确定了设计方案定性评价指标的绿色决策属性值。其次,对主观和客观权重进行非线性乘法加成,完成了对于评估体系各指标的权重配置。进一步,提出了在TOPSIS法分析中引入灰色关联度的改进方法,完成了设计方案的综合趋近指数排序,实现了绿色设计方案的优选。最后,通过对多属性决策方法偏好系数与评价指标权重的敏感性分析,验证了所提决策机制的准确性与可靠性。
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