[發明專利]一種基于映射的機電產品綠色設計方案生成方法及系統

有效

• 申請號: 202011204570.4
• 申請日: 2020-11-02
• 公開（公告）號: CN112307628B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 王黎明;付巖;李方義;孔琳;呂曉騰;馬艷;王耿
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

本發明提供了一種基于映射的機電產品綠色設計方案生成方法及系統，建立全生命周期的功能?結構?材料?工藝映射模型，確定模型域間關系，擴展關聯生命周期過程中的可行節點，生成概念設計空間；進行功能?結構?材料?工藝映射模型與生命周期評價模型的映射關聯，對概念設計空間節點的生命周期環境進行評價，計算每個節點的綠色度值；以綠色度值最小為目標，在概念設計空間內從上往下逐層搜索，搜索出目標最優的設計方案。本發明能夠實現綠色設計方案的自動生成。

技術領域

本發明屬于機電設計技術領域，具體涉及一種基于映射的機電產品綠色設計方案生成方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本發明相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

綠色設計作為一項可持續發展的共性支撐技術，具有在設計源頭識別發現生態環境問題的潛力，它的設計思想就是解決設計階段存在的資源、能源大量消耗以及嚴重的環境污染問題，是落實可持續發展戰略的有效途徑。

國內外許多學者在設計方案的生成方面開展了大量的研究，目前應用最廣泛的方法之一是通過基于功能-行為-結構(FBS)模型的分解、映射和關聯等操作實現設計方案的生成，并且部分研究成果已成功應用到實踐中。但基于FBS模型的方案生成研究主要是生成產品的機械設計方案，產品的綠色性無法保障。而綠色設計涉及產品生命周期全過程的信息，包括原材料獲取、制造、使用等階段，設計信息多并且復雜，需要對產品全生命周期的信息進行系統性的考量，構建面向產品全生命周期的綠色設計生成模型。同時，現有綠色設計模型與生命周期評價(LCA)模型之間缺乏有效的集成關聯，特別是對綠色設計模型與LCA評價模型之間的映射機理研究較少，評價結果與設計之間的相關性較為模糊，綠色設計方案生成的準確性不高。

發明內容

本發明為了解決上述問題，提出了一種基于映射的機電產品綠色設計方案生成方法及系統，本發明綜合考慮產品的工藝和材料等生命周期信息，建立面向產品全生命周期的功能-結構-材料-工藝(即FSMP)映射模型，進而建立面向設計方案生成的概念設計空間，通過LCA對設計空間節點的環境影響進行分析，基于希望樹和有序搜索的啟發式搜索，實現綠色設計方案的自動生成。

根據一些實施例，本發明采用如下技術方案：

一種基于映射的機電產品綠色設計方案生成方法，包括以下步驟：

建立全生命周期的功能-結構-材料-工藝映射模型，確定模型域間關系，擴展關聯生命周期過程中的可行節點，生成概念設計空間；

進行功能-結構-材料-工藝映射模型與生命周期評價模型的映射關聯，對概念設計空間節點的生命周期環境進行評價，計算每個節點的綠色度值；

以綠色度值最小為目標，在概念設計空間內從上往下逐層搜索，搜索出目標最優的設計方案。

作為可選擇的實施方式，建立全生命周期的功能-結構-材料-工藝映射模型的具體過程包括：

以產品節點作為與或樹的根節點，將功能-結構-材料-工藝四個域模型中的所有節點方案均轉換為與或樹的節點；

從根節點開始，從上到下逐層分解，連接功能-結構-材料-工藝模型中的各個節點，并在每個父節點上添加對應的邏輯與關系或者邏輯或關系。

作為可選擇的實施方式，擴展關聯生命周期過程中的可行節點，生成概念設計空間的具體過程包括：以已有產品的設計知識和推理規則為模板，將生命周期設計過程中涉及的可行方案特征進行擴展關聯，并將設計需求中的綠色需求作為約束條件，形成產品的設計空間，作為方案搜索的定義域。

作為進一步的限定，將已有產品的設計方案關聯模型為原型，作為設計空間的模板；基于功能-結構-材料-工藝映射模型和與或樹，表示現有產品功能分解以及四層之間的關系；

構建產品設計與或樹，并在功能-結構-材料-工藝四層中描述每個節點的設計信息；