信息未确知的制造装备低碳优化设计理论及方法研究

碳排放问题已经成为国内外学术界、环境界和各国政府共同的焦点问题，制造装备的材料、结构、性能等与工业碳排放关系密切，因此研究制造装备低碳优化设计技术意义重大；而碳足迹数据、设计参数对碳排放因素影响机理等信息的不确知性，给制造装备低碳优化设计带来新的挑战。..本课题根据碳排放信息不确知的特点，结合键合图理论和未确知数学理论，构建碳足迹模型，研究基于未确知有理数的制造装备全生命碳足迹分析方法，为开展低碳优化设计奠定基础；通过典型设计因子对材料用量、活动水平数据和排放因子等因素影响的仿真及实验研究，揭示设计参数对碳排放因素的影响机理，并构建信息综合匹配模型；研究碳排放、性能等多目标约束下的排放优化单元划分原则，综合运用未确知数学理论和模糊理论，提出基于"未确知排放元"的低碳优化解算方法；研究局部低碳优化基础上的时间维度及广义结构维度的整合优化技术，为进一步的研究与应用提供理论依据。

产品设计参数是机械装备决定全生命周期能耗及碳排放水平的主要因素，研究低碳节能设计意义重大。建立机械装备能耗及碳排放描述模型是实施节能、低碳化设计的基础；分析设计信息与能耗、碳排放信息的关联映射关系是实施节能设计的关键环节；而由于主观认识不准确或客观信息不足导致的碳足迹信息不确知性，给制造装备低碳优化设计带来新的挑战。为此，项目从以下方面开展深入研究：.（1）能耗及碳排放描述。在分析机械装备运行过程能耗因素的基础上，提出一种开放的能量信息描述模型——能量分解结构(Energy Breakthrough Structure，EBS)。EBS是一种结构化的能量描述模型，由一系列相互联系的能量要素构成，支持多层次的能量建模。.（2）设计信息与能耗、碳排放的关联映射。建立设计-能量信息集成模型以表达设计信息的能量特征，设计-能量信息关联模型将关联两个信息域的问题转换为描述设计信息的物理和力学特性的问题，通过在EBS基础上提取力、位移、压力、流量等能量特征，并映射相关的几何特征、运动特征、动力特征等设计特征，实现能量信息和设计信息的本质关联。.（3） 不确知信息表达与推理。采用区间数表达机械装备在制造、使用等过程的能量/碳排放不确定信息，以及设计信息不确定性对能耗/碳排放的影响；基于EBS模型，研究能量/碳排放不确定信息的推理过程，分析了“选择”、“聚合”能量关系对应的不确定信息推理运算方法；研究了信息不确定环境下设计方案的综合评价方法，研究了技术、经济、能耗/碳排放不同评价指标的无量纲化方法，提出了信息不确知条件下的设计方案综合评价过程及方法。.（4） 机械装备低碳、节能优化设计。以精密卧式加工中心及重型板式给料机为例研究机械装备低碳、节能优化设计方法。某工作台竖直移动式卧式加工中心Y轴进给系统需要同时满足高承载、高速和高精度要求，振动及能耗特性是Y轴进给系统设计中需要满足的核心目标，为此在分析设计参数对振动特性、能耗特性影响的基础上确定最优设计参数。.（5） 能耗测试系统设计。在分析离散制造车间能耗因素的基础上构建了能耗监测系统，将相关能耗因素分为车间层、过程层和设备层三个层次.