信息未确知的产品低碳概念设计理论与方法研究

Carbon emission has become a common focus problem all over the world. As products are the main source of carbon emissions, and the product conceptual design determines the extent of the impact on the environment directly, the research on products low-carbon conceptual design technology is significant. The unascertainty information like the influence mechanism of carbon footprint data and product function/effect/structure on carbon emissions brings new challenges to product low-carbon conceptual design. In this project, with the aid of the unascertained information mathematical theory and based on the product lifecycle carbon footprint model, the influence of various stages of product carbon emissions will be explored, the carbon footprint traceability model supporting conceptual design will be proposed and the tracing analysis of the carbon footprint in the conceptual design stage will be achieved. The theories and methods of product low-carbon conceptual design for function driven, effect driven and structure driven will be researched, and the theory and method system of product low-carbon conceptual design will be constructed. By the theory of unascertained measure appraisement model, the project evaluation system of the low-carbon conceptual design based on carbon footprint will be established, the intelligent comprehensive assessment method to product lifecycle carbon emissions in the conceptual design stage will be built and the general evaluation of the product low-carbon conceptual design will be realized. The research achievement of this project will provide the theory and method support for china's manufacturing industry to actively respond to global low-carbon competition and achieve sustainable development.

碳排放已经成为国内外共同关注的焦点问题。产品作为碳排放的主要来源，产品的概念设计直接决定了其对环境的影响程度，因此研究产品低碳概念设计技术意义重大。而碳足迹数据、产品功能/效应/结构等信息对碳排放影响机理的未确知性，给产品低碳概念设计带来新的挑战。本项目借助"未确知信息"数学理论，研究基于产品生命周期碳足迹预测模型，探索各阶段对产品碳排放的影响，构建支持概念设计的碳足迹溯源模型，进行碳足迹在概念设计阶段的溯源分析；研究面向产品功能驱动、效应驱动和结构驱动的产品低碳概念设计方法，构建系统化的产品低碳概念设计理论和方法体系；借助"未确知测度模型"，建立基于碳足迹分析的产品低碳概念设计方案评价体系，构建在产品概念设计阶段对产品生命周期碳排放的智能综合评价，实现对产品低碳概念设计方案的整体评价。项目研究成果将为我国制造业积极应对全球低碳竞争和实现可持续发展提供理论和方法支持。

在我国制造业取得巨大成就的同时，产品的碳排放等能源环境问题成为制造业可持续发展面临的重大课题。产品作为碳排放的来源之一，产品概念设计直接决定了其对环境的影响程度。因此，本项目展开了产品低碳概念设计理论与方法的研究。本项目围绕着理论探索和实例验证展开研究，主要包括以下六个方面。第一，展开了产品低碳概念设计知识处理方法研究，包括建立了低碳约束下的产品功能/效应/原理方案和结构方案模型、产品低碳概念设计的知识组织模型、面向低碳概念设计的产品模型结构、基于设计目录的低碳设计原理解知识表达模型。第二，展开了低碳产品集成知识建模方法研究，包括提出了集成碳足迹的产品集成建模技术、功能-效应-原理方案-结构方案映射的低碳产品集成知识建模方法、基于骨架模型的产品设计与分析集成建模技术、基于参数约束图的产品设计与仿真集成建模技术、设计资源的管理技术。第三，展开产品全生命周期碳足迹计算模型研究，包括提出了产品全生命周期碳足迹计算方法、未确知信息下面向概念设计阶段的产品碳足迹估算方法。第四，构建了产品低碳概念设计理论和方法体系，包括提出了基于动态规划的低碳概念设计方法、基于空间矩阵的产品概念设计方法、面向产品全生命周期的低碳概念设计方法、成本约束下的产品低碳概念设计方法、考虑成本的机构功能概念设计方法、面向低碳产品结构的轻量化优化设计技术、面向产品环境足迹的产品可持续概念设计方法。第五，建立了基于碳足迹分析的低碳概念设计方案未确知测度综合评价体系，包括提出了基于产品全生命周期评价的低碳概念设计方法、基于未确知数模型的集成碳足迹评价的产品低碳概念设计方法。第六，开发了产品低碳概念设计软件原型系统，将产品低碳概念设计方法在原型系统中进行实现，并结合大型石油装备、冷墩机等的典型机电产品展开低碳概念设计方法的应用验证研究。项目研究成果将为我国制造业积极应对全球低碳竞争和实现可持续发展提供理论和方法支持。