面向产品环境足迹的虚拟样机多领域集成建模理论与方法研究

Product environmental footprint has become a recent global concern for environment. As the most important source of product environmental footprint, the design of products determines the incidence to the environment directly. Since virtual prototyping is always apply to the development of complex products, so it has a great significance in the design of complex products for product environmental footprint in virtual prototyping. It brings a new challenge to the research of multi-domain virtual prototype modeling for product environmental footprint, the multiple domains of the complex products, as well as the complex coupling relations between the products and product environmental footprint. Aiming at the reduction of product environmental footprint of complex products, after product environmental footprint model of product life cycle for virtual prototype-based design and simulation, virtual prototyping model for product environmental footprint, and the coupling and decoupling principle of virtual prototyping model for product environmental footprint, this project will propose a systematic methodology of virtual prototyping-based multi-domains integrated design and simulation modeling for product environmental footprint, to realize the product multi-domains design and simulation to meet the design requirements of product environmental footprint. A software prototype of virtual prototyping multi-domains coupling modeling and cold heading machine will be take as examples to demonstrate the methodology. The research achievement will provide methodology for manufacturing industry to face global competition and achieve sustainable development.

产品环境足迹已经成为国内外共同关注的焦点问题。机电产品作为产品环境足迹的重要来源，设计直接决定了其对环境的影响程度，而虚拟样机作为产品开发的重要模式，因此研究产品环境足迹约束下基于虚拟样机的产品设计技术意义重大。由于产品的多领域之间，及其与产品环境足迹存在复杂的耦合关联，给面向产品环境足迹的虚拟样机多领域建模技术的研究带来新的挑战。本项目旨在以降低产品环境足迹为目标，通过研究面向虚拟样机设计与仿真的产品环境足迹信息模型，构建产品环境足迹约束下的虚拟样机信息模型，研究面向产品环境足迹的虚拟样机信息模型的耦合和解耦机理，提出面向产品环境足迹虚拟样机多领域设计与仿真集成建模方法，实现降低产品环境足迹为目标的虚拟样机多领域设计与仿真。并研制面向产品环境足迹的产品虚拟样机多学科耦合建模软件原型，并以冷镦机为例进行验证。项目研究成果将为我国制造业积极应对全球竞争并实现可持续发展提供理论和方法支持。

产品环境足迹已经成为国内外共同关注的焦点问题。应对产品的高排放带来的环境问题，面向产品环境足迹的产品设计是一种全新的产品开发理念。机电产品作为产品环境足迹的重要来源，设计直接决定了其对环境的影响程度。我国制造业迫切需要一种面向产品环境足迹约束下的机电产品设计技术，不断研制出低能耗、低排放、低污染的机电产品，来实现我国制造业的可持续发展。由于产品的多领域之间，及其与产品环境足迹存在复杂的耦合关联，给面向产品环境足迹的虚拟样机多领域建模技术的研究带来新的挑战。因此，以降低“产品环境足迹”为核心的产品设计方法以及技术具有很高的研究价值。本项目旨在以降低产品环境足迹为目标，通过研究面向产品虚拟样机设计与仿真的产品全生命周期产品环境足迹模型，包括：支持全生命周期的产品环境足迹单元模型、支持产品全生命周期的产品环境足迹建模方法、面向产品环境足迹的产品多层知识嵌套、知识组织和使用策略等；研究产品环境足迹约束下的面向虚拟样机信息建模技术，包括：产品环境足迹约束下基于功能-效应-结构映射的虚拟样机特征建模技术、产品环境足迹约束下物理量驱动的虚拟样机建模技术、基于物理量映射的虚拟样机多领域元模型/多侧面模型建模技术；研究产品环境足迹约束下的产品虚拟样机信息模型的耦合与解耦机理，包括：产品环境足迹约束下的产品虚拟样机信息模型的耦合机理、产品环境足迹约束下的产品虚拟样机信息模型的解耦机理、面向功能域到物理域映射的考虑产品环境足迹的产品可持续设计方法、面向产品全生命周期的产品可持续评价方法、面向产品环境足迹的机电产品设计方法、面向产品环境足迹的产品运动学建模方法、面向产品环境足迹的产品可持续设计工具等。在此基础上，研制了面向产品环境足迹的产品虚拟样机多学科耦合建模软件原型，并以冷镦机等典型机电产品为例进行验证。项目研究成果将为我国制造业积极应对全球竞争并实现可持续发展提供理论和方法支持。