基于资环特性的毛坯生命周期优化设计方法研究

摘要

毛坯设计阶段决定了80％以上毛坯制成、进一步加工过程的资源消耗和环境排放。因此，在“节能减排”及“中国制造2025”的大背景下，进行基于资环特性的毛坯生命周期设计研究意义重大。
　　本文依托国家863计划“机电产品绿色制造基础数据库与采集系统开发”(课题编号:2012AA040101)、国家自然科学基金“基于工件能耗属性的制造系统能效提升方法研究”(基金编号:51275365)和国家863计划“典型机床绿色生产工艺技术评估及应用系统”(课题编号:2014AA041504)等课题，基于生命周期设计、绿色制造、可持续发展等理论和技术，对基于资环特性的毛坯生命周期优化设计方法及技术展开研究。主要研究内容有:
　　(1)提出基于资环特性的毛坯生命周期设计框架
　　根据毛坯生命周期过程特点，系统分析毛坯生命周期过程资源环境特性。基于生命周期设计理论，从“毛坯”和“毛坯生命周期过程”两个方面分析毛坯生命周期设计方案，并归纳毛坯生命周期设计准则。在此基础上，构建基于资环特性的毛坯生命周期设计框架。
　　(2)构建基于资环特性的毛坯生命周期设计模型
　　基于毛坯生命周期设计需求分析，建立毛坯生命周期设计目标体系、进行目标描述、定义环境目标、分析目标影响因素，确定从毛坯材料选择和尺寸设计两方面入手进行基于资环特性的毛坯生命周期设计。提出“目标设计因子”的概念作为设计过程与设计信息的桥梁。根据材料对环境的影响分析及材料选择原则研究，提出毛坯生命周期设计材料选择方法。提出“尺寸元”的概念，在FBAS（功能-行为-支撑-载体）设计模式的基础上，提出基于尺寸元的毛坯生命周期设计尺寸设计方法。在此基础上，提出支持基于资环特性的毛坯生命周期设计信息模型。
　　(3)目标设计因子提取及目标量化研究
　　研究目标设计因子提取和应用机制，建立目标设计因子效用映射模型、效用过程模型和目标影响因素三坐标识别模型，给出目标重要影响因素提取流程、目标设计因子量化表达过程，并对目标设计因子的表达与尺寸元的关系进行阐述。在现有生命周期目标研究的基础上，将目标分析扩展到整个毛坯生命周期，提出串行状态变化过程目标函数，针对毛坯生命周期各个阶段目标的变化进行详细分析，建立生命周期各阶段目标量化公式，给出毛坯生命周期各阶段最高层目标设计因子。
　　(4)基于资环特性的毛坯生命周期优化设计
　　分析减速器轴毛坯生命周期设计需求，在基于资环特性的毛坯生命周期设计模型和目标设计因子提取及目标量化研究基础上，运用组合赋权层次分析法进行毛坯生命周期设计材料选择;根据目标设计因子提取机制，确定目标重要影响因素和重要阶段，量化表达目标设计因子，给出约束条件，进行过程求解计算出生命周期目标最优的毛坯尺寸，并就其生命周期目标与传统毛坯设计进行对比。

目录

声明

摘要

1．1 论文的选题背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 毛坯设计研究

1．2．2 毛坯资源与环境优化研究

1．2．3 生命周期设计方法研究

1．3 选题来源及主要研究内容

1．3．1 选题来源

1．3．2 论文结构与主要内容

第2章 基于资环特性的毛坯生命周期设计框架

2．1 毛坯生命周期过程分析

2．2 毛坯生命周期过程资源环境特性

2．2．1 毛坯生命周期过程资源消耗特性

2．2．2 毛坯生命周期过程环境影响特性

2．3 毛坯生命周期设计方案

2．3．1 毛坯绿色方案

2．3．2 毛坯生命周期过程闭环化方案

2．4 毛坯生命周期设计准则

2．5 毛坯生命周期设计框架

2．6 本章小结

第3章 基于资环特性的毛坯生命周期设计建模

3．1 毛坯生命周期设计目标分析

3．1．1 毛坯生命周期设计目标体系

3．1．2 毛坯生命周期设计目标描述

3．1．3 基于需求分析的毛坯生命周期环境目标定义

3．1．4 毛坯生命周期目标影响因素分析

3．2 毛坯生命周期设计材料选择和尺寸设计方法

3．2．1 材料选择和尺寸设计概述

3．2．2 毛坯生命周期设计材料选择方法

3．2．3 基于尺寸元的毛坯生命周期设计尺寸设计方法

3．3 毛坯生命周期设计信息模型

3．4 本章小结

第4章 毛坯生命周期目标设计因子提取与目标量化研究

4．1 目标设计因子识别与提取

4．1．1 目标设计因子效用及过程分析

4．1．2 目标影响因素识别原则和方法

4．1．3 目标影响因素识别模型

4．1．4 目标重要影响因素提取

4．1．5 目标设计因子量化与表达

4．2 毛坯生命周期设计目标量化模型

4．2．1 榻述

4．2．2 全生命周期状态变化分析

4．2．3 毛坯生命周期设计目标量化

4．3 本章小结

第5章 毛坯生命周期优化设计

5．1 毛坯生命周期设计需求分析

5．2 毛坯生命周期设计材料选择

5．3 毛坯生命周期设计尺寸优化设计

5．4 毛坯生命周期设计结果分析

5．5 本章小结

第6章 原型系统研究

6．1 系统组成

6．1．1 系统需求分析

6．1．2 系统总体功能结构设计

6．1．3 系统数据库设计

6．2 系统运行

6．2．1 主要功能实现

6．2．2 设计分析

6．2．3 建模与设计决策

6．3 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

致谢

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文

攻读博士学位期间从事的主要科研工作