面向產(chǎn)品生命周期的模塊化設(shè)計方法研究.pdf

1、當(dāng)前，環(huán)境問題已經(jīng)被全世界各國所關(guān)注，綠色、低碳、可持續(xù)性發(fā)展成為全人類的共同主題。從環(huán)境系統(tǒng)的角度來講，完整的產(chǎn)品生命周期包括原材料獲取、產(chǎn)品制造、運輸、使用與維護以及產(chǎn)品回收處理等階段。傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計僅考慮了產(chǎn)品功能和制造等設(shè)計要素，缺少系統(tǒng)的生命周期過程分析。在產(chǎn)品實際的生命周期過程中，零件的處理方式會存在較強的互相沖突，在實施提高產(chǎn)品環(huán)境性能的各種措施時，這會增加處理的技術(shù)難度，產(chǎn)生較高的處理成本。通過模塊中零件劃分的調(diào)整，改變

2、產(chǎn)品的模塊化架構(gòu)，可以有效的解決模塊里不同零件間處理方式的沖突問題，提高產(chǎn)品的環(huán)境性能。因此，將模塊化設(shè)計應(yīng)用于以提高產(chǎn)品環(huán)境性能為目的的產(chǎn)品生命周期設(shè)計成為近年來的一個研究熱點。
　　本研究在國家自然基金“面向產(chǎn)品多樣性和綠色性的模塊化設(shè)計與評價方法研究”(No.50775141)，和國家自然基金“基于仿真技術(shù)和遺傳算法的環(huán)境調(diào)和性產(chǎn)品的設(shè)計研究”(No.51075275)的資助下，對面向生命周期的模塊化設(shè)計所涉及到的相關(guān)內(nèi)容展

3、開研究，本文的主要研究內(nèi)容如下：
　　1.面向生命周期的單一產(chǎn)品模塊識別方法：根據(jù)本研究室已有相關(guān)研究成果，提出一種基于改進設(shè)計約束的面向生命周期模塊優(yōu)化識別方法。通過對已有產(chǎn)品的零件重新進行優(yōu)化組合，產(chǎn)生新的模塊化結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品的可維護性、可再利用性和可再循環(huán)性，實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期的閉環(huán)化。首先，提出模塊化產(chǎn)品的環(huán)境性能指標(biāo)模型，并作為優(yōu)化目標(biāo)；其次，提出了基于功能流模型的產(chǎn)品功能約束和基于連通圖的模塊物理匹配性約束。最后，采用種

4、群遺傳算法進行優(yōu)化識別問題求解。以某冰箱產(chǎn)品為對象進行了案例研究。
　　2.面向生命周期的產(chǎn)品簇模塊識別方法：將研究對象由單一產(chǎn)品擴展為產(chǎn)品簇，面向產(chǎn)品簇的生命周期提出了基于并行種群遺傳算法的產(chǎn)品簇模塊識別方法。通過提高產(chǎn)品簇的可再利用性和可回收性，實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期的閉環(huán)化。首先，分析了產(chǎn)品簇共性與環(huán)境性能的相互影響關(guān)系；其次提出基于矩陣分解法的共性約束構(gòu)建方法和產(chǎn)品簇的環(huán)境性能指標(biāo)模型；最后，以種群遺傳算法為基礎(chǔ)，提出了適用于產(chǎn)

5、品簇模塊識別的并行遺傳算法。以某冰箱產(chǎn)品簇為對象進行了案例研究。
　　3.面向可重用性的模塊設(shè)計接口研究：模塊的可重用性是影響產(chǎn)品生命周期閉環(huán)化的重要因素之一?？芍赜眯暂^好的模塊由于使用量較大，所以會產(chǎn)生有利于再利用和回收的規(guī)模效應(yīng)。為了提高模塊的可重用性，提出面向模塊可重用性的接口設(shè)計和接口使用方法。首先，根據(jù)接口在配置過程中的作用本文將接口分為三類，分別為：功能識別接口、實例化輸入/輸出接口和匹配接口；其次，給出每種接口的設(shè)計

6、方法和接口參數(shù)生成方法；再次，針對模塊多個輸出之間的矛盾問題，提出一種基于多學(xué)科優(yōu)化的解決方法；最后，因為接口參數(shù)生成需要包括自動化設(shè)計和自動化分析在內(nèi)的多種技術(shù)，并且不同的技術(shù)需要由不同的軟件來實現(xiàn)。所以，針對各軟件的協(xié)同使用問題，提出各軟件平臺的集成方法。運用windows批處理命令將各種技術(shù)集成在UG/FK中，用文本文件完成各計算平臺的數(shù)據(jù)交換。
　　4.應(yīng)用原型系統(tǒng)的開發(fā)：為了方便各設(shè)計方法的使用，進行了本文設(shè)計方法的應(yīng)用