基于多目标规划的机电产品绿色优化设计研究

摘要

传统的产品设计理念在满足产品功能属性的前提，只关注其成本、效率等经济效益。但是，随着社会的快速发展、环境的日益恶化，产品的绿色属性和环境属性逐渐受到人们的重视。通过产品的绿色优化设计，不仅可以控制污染、保护环境，而且可以以此引导消费，提高企业竞争力，并且能够有效地避免绿色贸易壁垒。面对我国机电产品制造中能耗高、污染重的严峻问题，开展机电产品的绿色优化设计研究成为当务之急。
　　针对以上问题，本文以传统的产品设计理念为基础，在满足产品的功能属性的前提下，充分考虑其环境属性、绿色属性和经济属性，并以液压缸为例，通过模块划分、生命周期分析及多目标规划等方法进行分析研究，实现了机电产品的绿色优化设计:
　　首先，根据客户的功能需求，以国家的相关标准为基础，对液压缸的结构尺寸进行计算和校核，并完成其结构形式的设计，得到若干液压缸结构设计方案。
　　其次，针对传统模块划分方法的片面性和不足，本文以结构相关性为基础，将功能相关性作为关键因素，并充分考虑产品生命周期的模块相关性（材料相关性、寿命相关性、回收成本相关性）;采用层次分析法对各指标赋权，并根据评分标准进行模糊评价，计算各零件间的模块相关性，进行聚类分析;创新性地引入物流相关图的概念，以此分析模块相关性强度，实现液压缸的模块划分。
　　然后，对液压缸产品的生命周期进行分析，并与其模块划分结果相结合，建立生命周期评价的递阶层次结构，确定多目标规划的基本评价单元;综合考虑液压缸的环境属性、绿色属性及经济属性，构建基于多目标规划的评价指标体系，结合上述分析内容，建立绿色优化设计的三维拓扑结构。
　　最后，据此拓扑结构，以产品生命周期评价为主线，自底而上逐级分析评价指标清单数据，并进行标准化处理;根据评价指标权重及数据标准化结果对液压缸设计方案进行评价，得出最优设计方案;引入可拓学理论，提出绿色优化设计元的概念，据此进行设计方案各评价指标的纵向比较及改善分析，实现产品的优化设计。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 论文研究内容结构体系

1．3．1 论文结构框架

1．3．2 论文研究内容及方法

1．4 本章小结

2 基于功能需求的液压缸结构分析和设计

2．1 液压缸传统设计方法简介

2．2 液压缸结构分析与设计过程研究

2．2．1 液压缸类型及安装型式的选择

2．2．2 缸筒结构设计、分析及校核

2．2．3 缸盖和缸底结构设计与分析

2．2．4 头部法兰结构设计与分析

2．2．5 活塞杆结构设计、分析及校核

2．2．6 活塞结构设计与分析

2．2．7 缓冲装置结构设计与分析

2．2．8 导向装置结构设计与分析

2．3 基于功能需求的液压缸结构设计方案

2．4 本章小结

3 液压缸模块划分研究

3．1 模块划分方法综述

3．1．1 面向产品生命周期的模块划分方法

3．1．2 面向客户需求的模块划分方法

3．1．3 液压缸模块划分方法及原则

3．2 模块划分原则权重分析

3．3 液压缸模块划分聚类分析

3．4 液压缸模块划分相关图

3．5 液压缸模块划分结果

3．6 本章小结

4 基于多目标规划的液压缸结构设计方案评价及改善

4．1 产品生命周期分析

4．1．1 生命周期评价的定义

4．1．2 生命周期评价过程分析

4．2 基于多目标规划的评价指标体系

4．2．1 基于多目标规划的评价指标体系建立

4．2．2 评价指标分类

4．2．3 评价指标权重分析

4．2．4 评价指标清单分析——数据特征化

4．2．5 评价指标清单处理——数据标准化

4．3 绿色优化设计元

4．3．1 绿色优化设计元的定义

4．3．2 绿色优化设计元拓展分析

4．4 液压缸结构设计方案的评价及改善

4．5 本章小结

5 实证研究

5．1 目标与范围的确定

5．2 产品生命周期清单分析

5．2．1 原材料获取阶段(j=2)

5．2．2 零部件加工阶段(j=3)

5．2．3 报废处理阶段(j=8)

5．3 液压缸结构设计方案评价及改善分析

5．3．1 液压缸结构设计方案评价

5．3．2 液压缸结构设计方案改善分析

5．4 基于物元变换的液压缸结构优化设计及评价

5．4．1 基于物元变换的液压缸结构优化设计

5．4．2 液压缸优化设计方案评价

5．5 本章小结

6 总结与展望

参考文献

8 攻读硕士期间发表论文情况

致谢