面向大型空气动力装备低碳设计冲突协调方法研究

摘要

大型空气动力装备是浙江省的特色产业，具有广泛的应用领域与良好的经济产值，但存在结构复杂、重用率低、能耗高、噪声大等缺陷，制约了产业绿色化和产品低碳化转型，因此，系统化研究大型空气动力装备低碳设计是非常必要与迫切的，其成果一方面有助于突破可持续设计的瓶颈问题，推进可拓设计理论的创新应用，另一方面为该类型装备的转型升级提供理论方法。
　　本文以大型空气动力装备的螺杆式空气压缩机为研究对象，集成可拓方法与TRIZ理论，系统化研究产品低碳设计过程中复杂技术冲突问题的创新协调方法。具体工作包括:
　　1.针对产品低碳需求导向的设计意图问题，提出了低碳需求驱动的产品低碳设计冲突问题生成与基元建模方法。研究了低碳需求下的QFD映射方法，明确低碳设计意图，结合累计叠加原理，构建产品低碳设计全生命周期数据库，应用基于多维关联函数的相似算法，给出低碳设计技术与非技术冲突问题的可拓模型。
　　2.针对产品技术冲突建模与分类问题，提出了集成TRIZ与可拓学产品低碳设计冲突问题分类建模及其层次传导方法。研究了低碳设计冲突技术的等价转换机制及冲突类型分类方法，提出技术冲突问题的可拓学与TRIZ模型的转换与集成方法，研究了基于AD理论的技术冲突问题镜像协调原理，构建了需求变换下的技术冲突问题动态转换方法以及层次传导分类方法。
　　3.针对产品的低碳性能冲突协调问题，提出了低碳性能冲突问题自顶而下的可拓创新协调方法。研究低碳性能之间的强弱关联建模方法，完成低碳设计冲突问题的简化与再分类建模，建立基于触发性能的低碳性能设计核问题协调策略，结合传导与组合变换方法，给出了自项而下的低碳性能设计冲突协调算法，实现低碳性能复杂冲突协调的创新方案生成。
　　4.针对产品的低碳属性冲突结构变异再生问题，提出了产品低碳属性复杂冲突的系统化的TRIZ与可拓学集成协调方法。研究与明确可拓核问题关联结构变异再生原理，结合TRIZ发明原理解，构建低碳设计核问题协调的单一结构变换或多结构关联变换机制并计算其实现概率方法，应用TRIZ原理的创新指导模式，给出了3种创新模式下的结构变异再生方法与创新概率。
　　最后，建立以螺杆式空气压缩机为代表的大型空气动力装备低碳设计原型系统，验证低碳设计需求动态解析技术、低碳数据建模技术、低碳设计问题建模技术、技术冲突等价转换技术、技术冲突问题动态转换技术及分类技术、低碳性能自顶而下协调技术、低碳属性复杂冲突协调创新技术，以及低碳设计创新方案的实现概率等方法的有效性与可行性。

目录

声明

摘要

符号说明

1．1 研究背景与意义

1．2 产品低碳设计解析

1．2．1 产品低碳设计概念及应用

1．2．2 产品低碳设计与绿色设计差异分析

1．3 产品低碳设计研究现状

1．3．1 产品低碳设计知识建模方法研究现状

1．3．2 基于性能驱动变换的产品低碳设计研究现状

1．3．3 产品结构低碳化设计方法研究现状

1．4 产品低碳设计冲突协调研究现状

1．4．1 产品低碳设计冲突问题定义与分类研究现状

1．4．2 产品低碳设计冲突协调方法研究现状

1．5 本文研究的课题来源及主要研究内容

1．6 小结

第2章 需求驱动的产品低碳设计相似实例检索及冲突问题解析

2．1 引言

2．2 产品低碳设计需求集构建与QFD映射

2．2．1 产品低碳需求集构建

2．2．2 低碳需求的QFD映射

2．3 产品低碳设计全生命周期参数建模

2．3．1 基于低碳特征的产品实例库构建

2．3．2 碳足迹与成本各个阶段参数求解模型

2．4 基于多维关联函数的产品低碳实例检索

2．4．1 基于低碳需求的多维关联函数构建

2．4．2 基于多维关联函数的低碳实例相似计算

2．4．3 基于低碳设计实例检索的设计冲突问题产生

2．5 基于可拓理论的低碳设计冲突问题解析

2．5．1 低碳设计非技术冲突问题

2．5．2 低碳设计技术冲突问题

2．6 螺杆机低碳设计实例库构建与冲突问题分析

2．6．1 螺杆机低碳设计实例库构建

2．6．2 螺杆机低碳设计实例库知识表达

2．6．3 螺杆机低碳设计冲突问题分析

2．7 小结

3．1 引言

3．2 低碳设计冲突问题TRIZ与可拓建模

3．2．1 面向冲突问题的TRIZ与可拓学理论共性分析

3．2．2 低碳设计多要素等价分析

3．2．3 低碳设计对立问题建模

3．2．4 低碳设计不相容问题建模

3．3 基于产品结构的设计冲突核问题镜像建模

3．3．1 低碳设计问题镜像协调原理

3．3．2 低碳设计问题镜像层次建模

3．4 产品低碳设计冲突问题层次分类

3．4．1 基于产品结构的低碳设计冲突问题层次体系

3．4．2 产品低碳设计冲突问题动态化转换机理

3．4．3 低碳设计冲突问题传导分类

3．5 螺杆机冲突问题层次建模与分类

3．6 小结

4．1 引言

4．2 产品低碳性能关联建模

4．2．1 产品低碳性能关联传导矛盾网

4．2．2 低碳性能关联分析

4．2．3 低碳性能冲突建模

4．3 基于设计冲突问题传导分类的低碳性能冲突协调策略

4．3．1 低碳性能冲突核问题建模

4．3．2 低碳性能冲突核问题协调策略

4．4 基于自顶而下的低碳设计性能冲突协调算法实现

4．4．1 基于传导变换的设计要素确定

4．4．2 低碳性能冲突协调算法

4．5 螺杆机噪声性能冲突协调策略

4．6 小结

5．1 引言

5．2 产品低碳设计核冲突问题关联结构变异解析

5．3 基于TRIZ的多类型结构创新原理

5．3．1 低碳属性问题的结构化创新分析

5．3．2 基于TRIZ原理解的单一结构变换冲突协调

5．3．3 基于TRIZ创新原理的多结构关联变换冲突协调

5．4 面向TRIZ原理解的设计冲突协调产品结构变异再生

5．4．1 基于功能创新原理解的结构变异再生

5．4．2 基于结构创新原理解的结构变异再生

5．4．3 基于结构参数优化的结构变异再生

5．5 螺杆机关键低碳属性冲突问题结构变异再生

5．6 小结

6．1 引言

6．2 系统开发背景及其框架

6．2．1 系统开发背景

6．2．2 系统组织框架

6．3 系统应用分析

6．4 小结

7．1 结论

7．2 创新点

7．3 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果