專利名稱：基于轉(zhuǎn)換橋的綠色設計屬性沖突問題消解方法
技術領域：
本發(fā)明涉及針對綠色設計中屬性沖突問題消解的方法，主要應用于產(chǎn)品綠色設計實施與推廣過程中。

背景技術：
在產(chǎn)品綠色設計過程中，產(chǎn)品綠色屬性的增強一方面有可能削弱產(chǎn)品原有的功能和性能，進而降低產(chǎn)品的市場競爭力；另一方面在提高產(chǎn)品綠色屬性的同時，也有可能極大地增加產(chǎn)品制造加工難度和成本，或致使該設計根本無法實現(xiàn)。因此，產(chǎn)品綠色屬性與產(chǎn)品原有功能、性能之間的沖突問題是制約產(chǎn)品綠色設計有效實施的主要難點、瓶頸，對產(chǎn)品綠色屬性與原有功能、性能之間沖突問題的消解是產(chǎn)品綠色設計過程中的重要科學問題之一。目前針對綠色設計沖突問題消解進行系統(tǒng)研究還比較少，比較多的研究集中在消解協(xié)同設計、并行設計中的沖突問題，主要采用的方法有基于規(guī)則和實例推理的沖突消解、基于對設計目標調(diào)整的沖突消解和基于TRIZ理論方法的沖突消解等。
其中①基于規(guī)則和實例推理消解方法能有效、快捷地解決一些常規(guī)的、耦合度較低的沖突問題，但設計中的沖突問題一般較為復雜，涉及到產(chǎn)品整個生命周期和多個相關領域知識，在這種情況下基于規(guī)則和實例推理的沖突消解支持庫較難構(gòu)建。②基于對設計目標調(diào)整的消解方法包括基于約束的消解、基于協(xié)商的消解和基于回溯的消解。通過改變約束關系來消解沖突比較直觀，這種方法側(cè)重點是對設計規(guī)定和要求的調(diào)整，付出的代價是可能會降低設計標準?；趨f(xié)商的消解，即經(jīng)過一個建議、評估、再建議、再評估的反復過程，最后由仲裁人在綜合各方建議的前提下提出沖突消解方案、進行方案評價和實施決策，從而消解沖突。其主要應用于經(jīng)濟領域，沖突解決技術實用性、通用性不夠強，大部分停留在實驗室階段。基于回溯的消解，是指當沖突發(fā)生時，設計流程回溯到過去的某一設計決策點，通過選擇與目前相異的設計方案進行沖突消解，由于回溯過程缺少明確的依據(jù)和參考，可能導致花費大量的工作，且無法保證能消解沖突問題。③基于TRIZ理論的沖突問題消解，即以TRIZ理論中的40條發(fā)明原理為基礎，通過構(gòu)建沖突矩陣方法消解設計中的沖突問題。但在TRIZ解決問題的過程中，如何將沖突問題的通解具體化、物場模型如何描述產(chǎn)品多功能技術系統(tǒng)以及ARIZ算法如何確定“最小問題”都是TRIZ方法消解沖突問題過程中存在的不足。
總之，由于設計沖突產(chǎn)生原因復雜、涉及領域知識多樣，目前沖突消解方法仍不夠完善和實用，集中表現(xiàn)在①設計中沖突問題數(shù)學表達不夠合理，有些沖突問題是由于抽象建模不合理引起；②設計沖突問題消解研究大多側(cè)重于給出建議性和指導性幫助，與產(chǎn)品設計領域知識有效融合需進一步加強；③綠色設計中的沖突問題比較明顯，是制約綠色設計實施的瓶頸，并且缺乏有針對性的消解方法與技術。


發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有的產(chǎn)品綠色設計過程的數(shù)學表達式不合理、不能有效消解沖突的不足，本發(fā)明提供一種數(shù)學表達式合理、有效消解沖突的基于轉(zhuǎn)換橋的綠色設計屬性沖突問題消解方法。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是 一種基于轉(zhuǎn)換橋的綠色設計屬性沖突問題消解方法，所述消解方法包括以下步驟 1)綠色設計屬性沖突問題形式化建模 設P表示產(chǎn)品綠色設計過程中的屬性沖突問題，g1與g2表示需要實現(xiàn)的綠色設計屬性目標，即在產(chǎn)品設計中需要增加的綠色屬性；l表示為實現(xiàn)綠色屬性，產(chǎn)品應具有的材料、結(jié)構(gòu)、連接具體參數(shù)；假設在條件l下，若目標g1與g2不能同時滿足，則稱問題P＝(g1^g2)↑l為綠色設計屬性沖突問題的基元形式化模型，其中g1、g2和l都是n維基元，符號“↑”表示沖突關系，“↓”表示共存關系，并且



其中O1、O2、Ol分別表示g1、g2、l的基元對象，c11、c12、...、c1n，c21、c22、...、c2n，cl1、cl2、...、cln分別表示相應基元對象對應的特征，v11、v12、...、v1n，v11、v12、...、vln，vl1、vl2、...、vln表示對象關于特征對應的量值。如果是多目標和多條件的情況，則屬性沖突問題基元形式化模型記為P＝(g1，g2，...，gm)↑(l1，l2，...，lm)； 2)綠色設計屬性沖突問題的轉(zhuǎn)換橋沖突函數(shù) 設U為論域表示產(chǎn)品全部零部件，u為U中的任一元素，K是U到實域I的一個映射，并且E(T)＝{(u，w)|u∈TUU，w＝K(u)∈I}為論域U上的可拓集，則稱w＝K(u)為E(T)的轉(zhuǎn)換橋沖突函數(shù)，具體表示如公式(1)所示 K(u)＝K(x)^K(y)(1) 式中x、y表示論域U中元素u的兩個設計特征； K(x)、K(y)——設計特征x、y的關聯(lián)度；

X0，X，Y0，Y表示論域U中元素u的兩個設計特征的取值區(qū)間； ρ(x，x0，X0)表示元素u的特征x對于設計目標區(qū)間X0的滿足程度，x0表示最佳設計值； ρ(y，y0，Y0)表示元素u的特征y對于設計目標區(qū)間Y0的滿足程度，y0表示最佳設計值； D(x，X0，X)表示元素u的設計特征x對于整個設計區(qū)間的滿足程度； D(y，Y0，Y)表示元素u的設計特征y對于整個設計區(qū)間的滿足程度； ^表示可拓與運算，表示取??； 根據(jù)轉(zhuǎn)換橋沖突函數(shù)w＝K(u)把產(chǎn)品零部件元素分論域分為三個部分，正域V+、負域V-和零域V0，其中V+＝{u|u∈U，K(u)＞0}表示在設計過程中不產(chǎn)生沖突問題的元素集合，V-＝{u|u∈U，K(u)＜0}表示在設計過程中會產(chǎn)生沖突問題的元素集合，V0＝{u|u∈U，K(u)＝0}表示條件不同兩者都有可能的元素集合； 3)綠色設計屬性沖突問題的轉(zhuǎn)換橋可拓變換函數(shù) 設U為論域表示產(chǎn)品全部零部件，u為U中的任一元素，K是U到實域I的一個映射，T＝(TU，Tk，Tu)是給定的變換，并且E(T)＝{(u，w，w′)|u∈TU U，w＝K(u)∈I，w′＝TkK(Tuu)∈I}為論域U上的可拓集，則稱T＝(TU，Tk，Tu)為E(T)的轉(zhuǎn)換橋可拓變換函數(shù)，具體表示公式(2)所示 式中；TU表示對論域的變換； Tk表示對沖突函數(shù)的變換； Tu表示對論域中元素的變換，對元素的變換又可細分為對基元O的變換，對特征c的變換，以及對量值v的變換，記作Tu＝(TO，Tc，Tv)； OT表示變換對象名稱； cT1、cT2、...、cTn表示實施變換的特征，包括支配對象、接受對象、變換結(jié)果、施動工具、方式、時間； vT1、vT2、...、vTn表示對應變換特征的量值； 把處于V-中的元素轉(zhuǎn)換到V+中，使原來系統(tǒng)的沖突問題得以消解，根據(jù)轉(zhuǎn)換橋可拓變換函數(shù)把正域V+、負域V-中能夠相互轉(zhuǎn)換的元素分離出來，分別稱為正可拓域V&+和負可拓域V&-，整個論域分為正穩(wěn)定域(V+)、負穩(wěn)定域(V-)、正可拓域(V&+)、負可拓域(V&-)和拓界(V0)5個部分，分別記為 V&+＝{u|u∈U，y＝K(u)≤0，y′＝K(Tuu)＞0}，為論域U關于變換Tu的正可拓域； V&-＝{u|u∈U，y＝K(u)≥0，y′＝K(Tuu)＜0}，為論域U關于變換Tu的負可拓域； V+＝{u|u∈U，y＝K(u)＞0，y′＝K(Tuu)＞0}，為論域U關于變換Tu的正穩(wěn)定域； V-＝{u|u∈U，y＝K(u)＜0，y′＝K(Tuu)＜0}，為論域U關于變換Tu的負穩(wěn)定域； V0＝{u|u∈U，y′＝K(Tuu)＝0}，為論域U關于變換Tu的拓界； 其中正穩(wěn)定域V+、負穩(wěn)定域V-表示在可拓變換T作用下其元素對綠色設計中目標共存度的影響不發(fā)生質(zhì)的變化，正可拓域、負可拓域表示在可拓變換T作用下其元素對綠色設計目標的共存度能夠發(fā)生質(zhì)的變換，拓界表示穩(wěn)定域與可拓域劃分的量值界線。
本發(fā)明的技術構(gòu)思為本文將可拓學中轉(zhuǎn)換橋方法引入產(chǎn)品綠色設計沖突問題消解研究，轉(zhuǎn)換橋為綠色設計沖突問題的消解提供了一種使沖突雙方“各行其道，各得其所”的新思路、新方法，主要包括設計沖突問題的數(shù)學表達、消解策略及消解方法。
本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在數(shù)學表達式合理、有效消解沖突。



圖1是根據(jù)沖突函數(shù)論域劃分示意圖。
圖2是根據(jù)可拓變換函數(shù)對論域的劃分示意圖。
圖3是基于轉(zhuǎn)換橋的綠色設計屬性沖突問題消解流程。
圖4是油鋸產(chǎn)品示意圖。
圖5是油鋸減振器結(jié)構(gòu)簡圖。
圖6是油鋸操作手把上振動加速度可拓區(qū)間示意圖。
圖7是油鋸動態(tài)壓縮變形率可拓區(qū)間示意圖。
圖8是油鋸振動與操作穩(wěn)定性影響路線。
圖9是油鋸振動與操作穩(wěn)定性影響路線圖，vl3，3，1＝曲軸(L1)，vl3，3，2＝曲軸與箱體之間(L1，L2)，vl3，3，3＝曲軸箱體(L2)，vl3，3，4＝操作手把(L4)。
圖10是油鋸曲軸箱體結(jié)構(gòu)示意圖，其中，(a)表示曲軸箱體原有結(jié)構(gòu)，(b)表示外曲軸箱體，(c)表示內(nèi)曲軸箱體。
圖11是新減振器結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施例方式 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。
參照圖1～圖11，一種基于轉(zhuǎn)換橋的綠色設計屬性沖突問題消解方法，包括以下步驟 1)產(chǎn)品綠色設計沖突問題形式化建模 采用基元表示方法描述產(chǎn)品綠色設計中的屬性沖突問題。設P表示產(chǎn)品綠色設計過程中的屬性沖突問題，g1與g2表示需要實現(xiàn)的綠色設計屬性目標，即在產(chǎn)品設計中需要增加的綠色屬性；l表示為實現(xiàn)綠色屬性，產(chǎn)品應具有的材料、結(jié)構(gòu)、連接等具體參數(shù)。假設在條件l下，若目標g1與g2不能同時滿足，則稱問題P＝(g1^g2)↑l為綠色設計屬性沖突問題的基元形式化模型，其中g1、g2和l都是n維基元，符號“↑”表示沖突關系，“↓”表示共存關系。并且



其中O1、O2、Ol分別表示g1、g2、l的基元對象，c11、c12、...、c1n，c21、c22、...、c2n，cl1、cl2、...、cln分別表示相應基元對象對應的特征，v11、v12、...、v1n，v11、v12、...、vln，vl1、vl2、...、vln表示對象關于特征對應的量值。如果是多目標和多條件的情況，則屬性沖突問題基元形式化模型可記為P＝(g1，g2，...，gm)↑(l1，l2，...，lm)。
2)轉(zhuǎn)換橋沖突函數(shù) 轉(zhuǎn)換橋沖突函數(shù)能夠定量地衡量、比較在產(chǎn)品零部件屬性、參數(shù)條件下多個設計目標的共存程度，并能夠以此為工具把產(chǎn)品零部件劃分為不同的集合。設U為論域表示產(chǎn)品全部零部件，u為U中的任一元素，K是U到實域I的一個映射，并且E(T)＝{(u，w)|u∈TUU，w＝K(u)∈I}為論域U上的可拓集，則稱w＝K(u)為E(T)的轉(zhuǎn)換橋沖突函數(shù)。具體表示如公式(1)所示 K(u)＝K(x)^K(y) (1) 式中x、y——論域U中元素u的兩個設計特征； K(x)、K(y)——設計特征x、y的關聯(lián)度；

X0，X，Y0，Y——論域U中元素u的兩個設計特征的取值區(qū)間； ρ(x，x0，X0)——元素u的特征x對于設計目標區(qū)間X0的滿足程度，x0表示最佳設計值； ρ(y，y0，Y0)——元素u的特征y對于設計目標區(qū)間Y0的滿足程度，y0表示最佳設計值； D(x，X0，X)——元素u的設計特征x對于整個設計區(qū)間的滿足程度； D(y，Y0，Y)——元素u的設計特征y對于整個設計區(qū)間的滿足程度； ^——可拓與運算，表示取小。
根據(jù)轉(zhuǎn)換橋沖突函數(shù)w＝K(u)可以把產(chǎn)品零部件元素分論域分為三個部分，正域V+、負域V-和零域V0，如圖1所示。其中V+＝{u|u∈U，K(u)＞0}表示在設計過程中不產(chǎn)生沖突問題的元素集合，V-＝{u|u∈U，K(u)＜0}表示在設計過程中會產(chǎn)生沖突問題的元素集合，V0＝{u|u∈U，K(u)＝0}表示條件不同兩者都有可能的元素集合。
3)轉(zhuǎn)換橋可拓變換函數(shù) 轉(zhuǎn)換橋可拓變換函數(shù)是指可以通過一系列可拓變換把可拓集正域中元素轉(zhuǎn)換到負域或把負域中元素轉(zhuǎn)換到正域的變換工具。可拓變換是把一個對象變?yōu)榱硪粋€對象，或者分解為若干對象。設U為論域表示產(chǎn)品全部零部件，u為U中的任一元素，K是U到實域I的一個映射，T＝(TU，Tk，Tu)是給定的變換，并且E(T)＝{(u，w，w′)|u∈TUU，w＝K(u)∈I，w′＝TkK(Tuu)∈I}為論域U上的可拓集，則稱T＝(TU，Tk，Tu)為E(T)的轉(zhuǎn)換橋可拓變換函數(shù)。具體表示公式(2)所示 式中；TU——對論域的變換； Tk——對沖突函數(shù)的變換； Tu——對論域中元素的變換，對元素的變換又可細分為對基元O的變換， 對特征c的變換，以及對量值v的變換，記作Tu＝(TO，Tc，Tv)。
OT——變換對象名稱； cT1、cT2、...、cTn——實施變換的特征，包括支配對象、接受對象、變換結(jié)果、施動工具、方式、時間等； vT1、vT2、...、vTn——所對應變換特征的量值。
要使沖突問題轉(zhuǎn)化為共存問題，關鍵在于尋找變換，以使問題的沖突函數(shù)K(u)從不大于0變?yōu)榇笥?。基于轉(zhuǎn)換橋的可拓變換函數(shù)可把處于V-中的元素轉(zhuǎn)換到V+中，使原來系統(tǒng)的沖突問題得以消解。根據(jù)轉(zhuǎn)換橋可拓變換函數(shù)可以把正域V+、負域V-中能夠相互轉(zhuǎn)換的元素分離出來，分別稱為正可拓域V&+和負可拓域V&-，這樣整個論域就可以分為正穩(wěn)定域(V+)、負穩(wěn)定域(V-)、正可拓域(V&+)、負可拓域(V&-)和拓界(V0)5個部分，可分別記為 V&-＝{u|u∈U，y＝K(u)≤0，y′＝K(Tuu)＞0}，為論域U關于變換Tu的正可拓域； V&-＝{u|u∈U，y＝K(u)≥0，y′＝K(Tuu)＜0}，為論域U關于變換Tu的負可拓域； V+＝{u|u∈U，y＝K(u)＞0，y′＝K(Tuu)＞0}，為論域U關于變換Tu的正穩(wěn)定域； V-＝{u|u∈U，y＝K(u)＜0，y′＝K(Tuu)＜0}，為論域U關于變換Tu的負穩(wěn)定域； V0＝{u|u∈U，y′＝K(Tuu)＝0}，為論域U關于變換Tu的拓界。
其中正穩(wěn)定域V+、負穩(wěn)定域V-表示在可拓變換T作用下其元素對綠色設計中目標共存度的影響不發(fā)生質(zhì)的變化，正可拓域、負可拓域表示在可拓變換T作用下其元素對綠色設計目標的共存度能夠發(fā)生質(zhì)的變換，拓界表示穩(wěn)定域與可拓域劃分的量值界線。具體如圖2所示。
在產(chǎn)品綠色設計過程中，首先根據(jù)轉(zhuǎn)換橋沖突函數(shù)和轉(zhuǎn)換橋可拓變換函數(shù)把影響設計沖突問題的影響因素劃分不同部分，以沖突函數(shù)作為衡量沖突問題消解結(jié)果，以可拓變換函數(shù)作為進行沖突問題消解的主要手段。
4)屬性沖突問題消解的基本策略與流程 采用轉(zhuǎn)換橋方法進行綠色設計中屬性沖突問題的消解，關鍵在于合理確定轉(zhuǎn)換橋的位置、方式以及具體設計參數(shù)。根據(jù)沖突問題共存度概念，要使沖突問題轉(zhuǎn)換為共存，需要根據(jù)轉(zhuǎn)換橋可拓變換函數(shù)進行可拓變換，以使屬性沖突問題的沖突函數(shù)量值從不大于0變?yōu)榇笥?。
(4.1)基于轉(zhuǎn)換橋的屬性沖突問題消解策略 綠色設計屬性沖突問題的形式化模型主要包括兩部分，一是目標基元，二是條件基元。因此，屬性沖突問題的消解策略主要包括對目標基元和條件基元的可拓變換，主要策略包括以下三種方法 (a)實施對條件L的變換TL，以形成轉(zhuǎn)折部或變換通道實現(xiàn)目標所必須的量域限制，通過改變產(chǎn)品零部件具體結(jié)構(gòu)參數(shù)或裝配關系實現(xiàn)條件L的變換，使沖突問題化為共存問題。
(b)實施對目標(G1，G2)的變換(TG1，TG2)，以產(chǎn)品零部件條件能提供的量域為限制、以設計目標中與條件相應的基元為對象建立可拓集合，進而尋找變換，形成轉(zhuǎn)折部或蘊含通道，使沖突問題轉(zhuǎn)化為相容問題。
(c)同時實施對條件L和目標(G1，G2)的變換，形成轉(zhuǎn)折部或轉(zhuǎn)折通道、蘊含通道，化沖突問題為共存問題。
(4.2)基于轉(zhuǎn)換橋的屬性沖突問題消解流程 基于轉(zhuǎn)換橋的綠色設計屬性沖突問題消解主要包括設計中沖突問題的形式化表達、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換橋沖突函數(shù)、可拓變換函數(shù)的構(gòu)建以及轉(zhuǎn)換橋具體結(jié)構(gòu)、形狀、參數(shù)的設定，詳細流程如圖3所示。
本實施例采用轉(zhuǎn)換橋方法消解油鋸產(chǎn)品減振降噪和可操作性之間的沖突問題，為進一步提升油鋸產(chǎn)品質(zhì)量和檔次提供關鍵、共性技術支持。
(5.1)油鋸產(chǎn)品基本結(jié)構(gòu)及其相關屬性 油鋸產(chǎn)品一般由動力源、傳動機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)和操作手把等機構(gòu)組成。作業(yè)時動力通過傳動機構(gòu)驅(qū)動鋸鏈，使鋸鏈沿導板作連續(xù)運動鋸切木材，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。
油鋸在工作過程中的振動主要通過三個途徑產(chǎn)生①發(fā)動機產(chǎn)生振動；②動力傳動機構(gòu)產(chǎn)生振動；③鋸切執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生振動。其中油鋸發(fā)動機是影響整個油鋸振動大小的主要部分。油鋸產(chǎn)品振動傳遞路線包括發(fā)動機曲軸-曲軸箱體-操作手把-人體，而影響油鋸操作穩(wěn)定性的主要因素由操作手把、曲軸箱體及導板等零部件組成。以YD-KW-43油鋸為例，其主要參數(shù)如表1、表2、表3所示

表1YD-KW-43油鋸主要零部件參數(shù)
表2YD-KW-43油鋸減振元件主要參數(shù)
表3曲軸最主要參數(shù) 油鋸(YD-KW-43)中引起振動的主要因素是單缸二沖程汽油機，其最大功率達2.4kw，在最大轉(zhuǎn)矩2.8Nm條件下轉(zhuǎn)速為6000r/min。
(5.2)油鋸產(chǎn)品綠色設計屬性沖突問題形式化 在YD-KW-43型油鋸中，所使用減振器材料是丁腈橡膠，安置在曲軸箱體與操作手把之間?？紤]到橡膠的阻尼減振原理，振動加速度傳遞大小主要由傳遞函數(shù)決定，具體如公式(3)所示 式中ξ——隔振器阻尼系數(shù)，ξ＝c/cc＝0.125，cc表示臨界阻尼系數(shù)； λ——頻率比，λ＝ω/ωn，其中ω＝628rad/s為發(fā)動機激振頻率；ωn＝sqrt((K0*d)/m0)＝410rad/s為系統(tǒng)固有頻率，其中K0為系統(tǒng)總剛性，m0為油鋸凈重，d＝2.2為動態(tài)系數(shù)。
根據(jù)公式(3)可得由曲軸產(chǎn)生的振動加速度傳遞到油鋸操作手把上的振動加速度數(shù)值，如公式(4)所示 式中，a1——油鋸操作手把振動加速度； a2——油鋸曲軸振動加速度； m1——操作手把質(zhì)量； m2——曲軸質(zhì)量； 影響油鋸操作穩(wěn)定性的主要是油鋸剛性大小，其計算如公式(5)所示 Kg＝m*ω2n (5) 在對油鋸進行綠色設計中，根據(jù)公式(4)要使a1減小，則需要減小振動傳遞函數(shù)η數(shù)值大小，同時由公式(3)得，振動傳遞函數(shù)η要減小，則需要增大頻率比λ，并且只有當

時候隔振器才能起到隔振效果，頻率比λ要增大，在激振頻率ω一定的情況下，需要減少油鋸固有頻率ωn。根據(jù)公式(5)，油鋸固有頻率ωn減小時需要減小油鋸剛性K。前述分析過程，可以用符號表示為

簡化為

所以如果要減小操作手把上振動加速度，則勢必減小油鋸剛度，進而增加了油鋸工作時的變形率，降低了油鋸產(chǎn)品可操作性。另一方面，如果為了增強油鋸操作穩(wěn)定性，則又會增加傳遞到油鋸操作手把上的振動加速度。這樣就在減振與提高操作穩(wěn)定性之間產(chǎn)生了沖突問題，設G1＝(減振，振動加速度，v1)＝(O1，c1，v1)，表示油鋸減振設計目標；G2＝(增加操作穩(wěn)定性，變形率，v2)＝(O2，c2，v2)，表示油鋸增強操作穩(wěn)定性設計目標。L＝{L1，L2，L3，L4，L5}，表示滿足設計目標G1、G2所應具有的設計條件，具體如表4所示

表4油鋸綠色設計條件基元表示 設計目標G1、G2分別是由設計條件L中的基元的特征與量值確定，則該屬性沖突問題可形式化表示為(G1^G2)↑L。
(5.3)油鋸產(chǎn)品綠色設計過程中轉(zhuǎn)換橋沖突函數(shù) 目前YD-KW-43油鋸采用的減振器是丁腈橡膠圓環(huán)狀減振器，其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖5所示。
(5.3.1)傳遞到操作手把上振動加速度計算 對于壓縮橡膠彈簧，其表觀彈性模量不僅取決于橡膠材料本身，而且與彈簧的形狀、結(jié)構(gòu)尺寸等有很大關系，通常壓縮橡膠彈簧的表觀彈性模量用公式(6)表示 Ea＝i*G(6) 式中i——形狀影響系數(shù)，i＝3.6*(1+1.65*A2r)； Ar——橡膠彈簧承載面積與自由面積之比，Ar(d2-d1)/(4H)； G——切變彈性模量，取決于橡膠材料硬度，G＝0.117*exp(0.03HS)，HS表示橡膠的肖氏硬度。
當已知橡膠彈簧的表觀彈性模量時，其剛度為Kg＝Ea*π*(d22-d21)/(4H)，計算得Kg＝7.34*104Pa，由于油鋸在操作手把與曲軸箱體之間總共安裝了5個相同減振器，所以減振器總剛度K0＝Kg*5＝3.67*105Pa。另外，油鋸的總功率(P0)中一部分轉(zhuǎn)化為鋸切功率(P1)輸出，另外部分使運動零部件產(chǎn)生動能(P2)，剩余部分轉(zhuǎn)化為油鋸產(chǎn)生的振動(P3)，即P3＝P0-P1-P2＝617.4N.M.s-1，則產(chǎn)生的激振加速度可所示為a2＝P3/(m2*ω2*r)。油鋸由曲軸產(chǎn)生的振動，通過曲軸箱體傳遞到操作手把上，其振動傳遞函數(shù)值為η η＝sqrt{(1+(2ξλ)2)/[(1-λ2)2+(2ξλ)2]}＝0.77，將曲軸的激振加速度a2與η代入公式(4)得手把振動加速度a1＝16.8N.s2。
(5.3.2)油鋸在動態(tài)載荷下壓縮變形 油鋸在動態(tài)載荷作用下，動態(tài)壓縮變形δ1有如下計算 其中Fi表示作用在單一減振器上的動態(tài)作用力，經(jīng)計算得δ1＝12.4％。
(3)轉(zhuǎn)換橋沖突函數(shù)計算 根據(jù)國家標準GB-T5392-2004中規(guī)定當排量小于80cm3時，油鋸手把允許的最大振動加速度值是12.5m.s-2，則可確定油鋸減振特征的質(zhì)變域為X＝
m.s-2，并根據(jù)身體對油鋸振動的適應程度確定減振特征的量變域為X0＝
m.s-2，具體如圖6所示。對手持振動工具者連續(xù)4小時工作時，其等能量頻率計權(quán)加速度超過一定量值將發(fā)生白手病。在減振過程中傳遞到操作手把上的振動越小越好，因此取x0＝0為最優(yōu)點。振動傳遞到油鋸操作手把上的振動加速度用x表示，且x＝m0*a*η/m。
影響油鋸操作穩(wěn)定性的主要因素是所選用減振器材料、結(jié)構(gòu)及安置位置。減振器所選用的材料是丁腈橡膠，主要承受動態(tài)壓縮載荷。載荷與變形的關系是非線性的，對受拉壓的橡膠而言，只有在相對變形不超過15％的情況下才近似符合胡克定律。在工程中，從橡膠彈簧的疲勞程度考慮，通常將其相對變形控制在15％之內(nèi)，則把質(zhì)變域確定為Y0＝
。從油鋸產(chǎn)品鋸切效率和操作舒適性的角度進行考慮，根據(jù)企業(yè)實驗所得數(shù)據(jù)分析規(guī)定在油鋸發(fā)動機排量小于50cm3時油鋸減振裝置變形量應小于10％，因此取油鋸變形量的量變域Y0＝
，具體如圖7所示。由于油鋸動態(tài)變形越小剛性越大，則操作穩(wěn)定性越好，則取最優(yōu)值y0＝0?？紤]油鋸減振裝置形狀結(jié)構(gòu)及材料因素，則油鋸變形率Y＝δ1/H＝4*F/[Ea*π*(d22-d21)]。
在確定了轉(zhuǎn)換橋沖突函數(shù)構(gòu)建需要的各參數(shù)之后，代入公式(1)建立關于油鋸減振與增強操作穩(wěn)定性矛盾消解的轉(zhuǎn)換橋沖突函數(shù)，如公式(8)所示 K(x，y)＝K(x)^K(y)(8) 其中，


將x＝a1、y＝(δl/H)代入公式(8)，計算得K(x，y)＝(-1.53)^(-4.8)，說明油鋸減振和增強操作穩(wěn)定性兩個設計目標在現(xiàn)有條件下具有沖突值為4.8。在轉(zhuǎn)換橋沖突函數(shù)中，只要有任一目標計算是負的，則說明兩相關目標之間具有矛盾，K(x，y)絕對值大小代表兩目標沖突的程度。
(5.4)油鋸產(chǎn)品設計過程中轉(zhuǎn)換橋可拓變換函數(shù) 油鋸產(chǎn)品設計過程中轉(zhuǎn)換橋可拓變換函數(shù)主要以設計條件為研究對象，通過置換、分解、擴縮等變換方式實現(xiàn)對基元(O，c，v)的操作，以構(gòu)建沖突問題的消解方案。根據(jù)公式(2)油鋸產(chǎn)品減振與操作穩(wěn)定性之間對立問題消解的轉(zhuǎn)換橋可拓變函數(shù)如公式(9)所示 式中T1、T2、T3、T4——置換變換；發(fā)散變換；分解變換；置換、擴縮變換； L3、L′3、L″、

——分別為置換變換T1支配對象；發(fā)散變換T2支配對象；分解變換T3支配對象；置換、擴縮變換T4支配對象； 將L3(減振器)帶入公式(9)進行變換后可得新減振器基元L″3
(5.4.1)基于T1、T2的轉(zhuǎn)換橋分隔位置確定 油鋸振動由發(fā)動機曲軸運動產(chǎn)生，經(jīng)過曲軸箱體、減振器傳至操作手把，而油鋸產(chǎn)品操作穩(wěn)定性主要由導板、曲軸箱體、減振器和操作手把決定。油鋸振動傳遞路線及操作穩(wěn)定性影響路線零部件構(gòu)成如圖8所示。
根據(jù)圖8所示，減振和影響油鋸操作穩(wěn)定性的零部件構(gòu)成路線中L2、L3、L4是重合的，在這三者中進行減振位置設置則兩設計目標將相互影響。為了避免設計目標相互對立沖突，應盡量避免路線重合。并且兩條路線在曲軸箱體分離，分別由曲軸和油鋸導板構(gòu)成其余部分。
理論上在振動傳遞路線任何地方都可以進行隔振，以達到降低傳遞到操作手把上的振動的目的。把條件對象L3作為支配對象，對其特征c3(安置位置)進行可拓發(fā)散分析，尋找符合特征c3的所有方案。發(fā)散分析最終方案如圖9所示。
根據(jù)圖9發(fā)散分析結(jié)果和公式(9)中T1置換變換，可得隔振位置關系確定公式(10)
式中OT1——置換變換； c1——支配對象； c2——變換結(jié)果； 轉(zhuǎn)換橋變換函數(shù)中T1是對位置關系進行置換，而條件L3中位置關系特征是cl3，3，對應相應量值是vl3，3(曲軸箱體與操作手把之間)。發(fā)散分析結(jié)果隔振位置有另外4種方案，即vl3，3，1、vl3，3，2、vl3，3，3、vl3，3，4。但為了避免與操作穩(wěn)定性路線重合，則可排除vl3，3，4。由于曲軸箱體是影響隔振和油鋸操作穩(wěn)定性的分界零部件，考慮隔振裝置安置難易程度，選曲軸箱體作為隔振位置進行隔振與操作穩(wěn)定性路線的分隔，即T1L3＝L′3＝L3，3，其中對應于特征cl3，3的量值由vl3，3變換為vl3，3，3。
則

在所有設計條件中，與L′3中的cl3，3特征的量值vl3，3，3具有相同名稱的條件基元是L2，則L″＝L2。
(5.4.2)基于T3的轉(zhuǎn)換橋設置位置的分割 選擇曲軸箱體作為安置隔振裝置位置時，根據(jù)轉(zhuǎn)換橋變換函數(shù)(9)，把L″＝L2代入分解變換T2可得公式(11) 式中OT3——分解變換； cl2，1——支配對象； cl2，2——變換結(jié)果； L2——為基元
L″1、L″2...——基元L2在分解變換OT3作用下的變換結(jié)果。
如圖10(a)所示，曲軸箱體與曲軸、活塞一起構(gòu)成了把化學能轉(zhuǎn)化為機械能的場所，同時為油鋸導板、操作手把、鋸鏈、離合器等零部件提供裝配接口?？紤]曲軸箱體所具有功能，并依據(jù)公式(17)，可以把整體式曲軸箱體分割為L″1、L″2內(nèi)外兩部分，內(nèi)曲軸箱體主要提供產(chǎn)生油鋸動力功能場所，外曲軸箱體提供與其他零部件接口關系，具體結(jié)構(gòu)如圖10(b)、(c)所示。
根據(jù)曲軸箱體所實現(xiàn)功能要求，可初步設置內(nèi)曲軸箱體和外曲軸箱體的主要參數(shù)指標，如基元L″1、L″2。


(5.4.3)基于T4的轉(zhuǎn)換橋分隔部參數(shù)的確定 在油鋸綠色設計中，消解油鋸減振與增強操作穩(wěn)定性沖突、對立問題的過程中，減振器L3起到了轉(zhuǎn)換橋分隔部的作用。通過前面可拓變換，已經(jīng)確定了分隔部L″3中的位置特征cl3，3及其量值，如公式(12)所示，接下來需要依次確定基元L″3中其余特征和相應量值。

其中，L3，3——轉(zhuǎn)換橋分隔部； cl3，1、cl3，2、cl3，3、cl3，4、cl3，5、cl3，6——分隔部特征； vl3，1、vl3，2、vl3，3、vl3，4、vl3，5、vl3，6——特征對應量值； 其中OT4——置換、擴縮變換； cT4，1——支配對象名稱； cT4，2——變換結(jié)果名稱；

——OT4支配對象內(nèi)容； L″3——OT4變換結(jié)果內(nèi)容； OL″3——新型減振器； cL″3，1——形狀特征； cL″3，2——結(jié)構(gòu)尺寸特征。
根據(jù)發(fā)散規(guī)則，同一對象關于同一特征的取值可以有多個方案，即 式中OL′3——分隔部； cl′3——形狀特征； vL′3——分隔部形狀特征內(nèi)容；

——發(fā)散變換； vL′3，1、vL′3，2、vl′3，3、vL′3，4——圓柱形、矩形、圓環(huán)形、剪切形 由于對曲軸箱體進行分隔，對分隔部形狀沒有固定要求，只要能起到減振和分割效果就足夠了。因此，在考慮分隔部設計、制造機裝配的難易程度，選擇矩形分隔部，即vl3，1＝矩形。在對材料特征進行發(fā)散分析中，在保證滿足要求的情況下盡量參考原有設計方案中的參數(shù)，所以材料特征的量值仍然采用丁腈橡膠，即vl3，2＝丁腈橡膠。在確定了轉(zhuǎn)換橋分隔部形狀的同時，也相應地確定了cl3，4、cl3，5、cl3，6特征，即分別表示矩形的長、寬、高，如圖11所示。
分隔部的特征cl3，4和cl3，5對應量值的確定。丁腈橡膠許用應力大小σ＜[σ]＝10*105N.m-2，當操作手把施加700N力時，單一減振器上產(chǎn)生的應力大小為σ＝F/(S0*n′)＝175/S0，且須小于10*105，其中n′表示選用減振器數(shù)量，S0表示減振器底面積，當取a＝b時，即可取vl3，4＝vl3，5＝14mm。
分隔部的特征cl3，6對應量值的確定。丁腈橡膠許用動態(tài)壓縮變形率為5％，即 (δ′s/h)*100％＝F′/(E′a*a*b)*100％＜5％，其中油鋸產(chǎn)生的最大振動沖擊力F′＝(m2+m3*(g+a2)＝132.7N。橡膠彈簧承載面積與自由面積之比可由公式(7)得A′r＝sqrt[F/(n′*a*b*5％-3.6*G)/(3.6*2.22*G)]＝0.144，同時A′r＝a*b/[2*(a+b)*h]，a＝b＝14mm，則可導出h＝a*b/[2*(a+b)*A′r]＝24mm，即vl3，6＝24mm。
(5.4.4)傳遞到油鋸手把上的振動加速度及油鋸操作穩(wěn)定性變形率新型減振器單一剛度為K′g，其數(shù)值大小為K′g＝Ea*π*(D2-d2)/(4*h)＝3.94*104Pa，系統(tǒng)新固有頻率ω′n＝sqrt[(K′g*4*d′)/m′]＝274rad/s，λ＝ω/ω′n＝2.3，則傳遞到操作手把上振動加速度為a′1＝m′*a′2*T′/(m1*n′)＝P3*η*/(m1*ω*r*4)＝7.3N/s2。
由于在分隔部減振裝置安置在內(nèi)外曲軸箱體之間，有效避開了影響油鋸操作穩(wěn)定性的零部件路線。所以在這種情況下的油鋸操作穩(wěn)定性主要由導板、外曲軸箱體和操作手把的剛性決定，相對于柔性減振裝置其變形率可忽略不計，即可取δ′s＝0。
將x＝a′1＝7.3N/s2和y＝δ′s/H＝0代入公式(8)得，K(x，y)＝K(x)^K(y)＝0.054^1＞0，說明油鋸綠色設計過程中，減振與操作穩(wěn)定性之間的屬性沖突問題得到了消解。
權(quán)利要求
1.一種基于轉(zhuǎn)換橋的綠色設計屬性沖突問題消解方法，其特征在于所述消解方法包括以下步驟
1)綠色設計屬性沖突問題形式化建模
采用基元表示方法描述產(chǎn)品綠色設計屬性沖突問題的目標和條件，設P表示產(chǎn)品綠色設計過程中的屬性沖突問題，g1與g2表示需要實現(xiàn)的綠色設計屬性目標，即在產(chǎn)品設計中需要增加的綠色屬性；l表示為實現(xiàn)綠色屬性要求產(chǎn)品應具有的材料、結(jié)構(gòu)、連接具體參數(shù)；假設在條件l下，若目標g1與g2存在沖突，則稱問題P＝(g1^g2)↑l為綠色設計中的屬性沖突問題的形式化模型。
2)綠色設計屬性沖突問題的轉(zhuǎn)換橋沖突函數(shù)構(gòu)建
設U為論域表示產(chǎn)品綠色設計屬性沖突問題，u為U中的任一元素，K是U到實域I的一個映射，并且E(T)＝{(u，w)|u∈TUU，w＝K(u)∈I}為論域U上的可拓集，則稱w＝K(u)為E(T)的轉(zhuǎn)換橋沖突函數(shù)，其量值大小表示屬性沖突問題沖突程度的大小。具體表示為K(u)＝K(x)^K(y)，其中K(x)、K(y)為設計特征x、y的關聯(lián)度。
3)根據(jù)轉(zhuǎn)換橋沖突函數(shù)將綠色設計中屬性沖突問題進行劃分
根據(jù)轉(zhuǎn)換橋沖突函數(shù)，將綠色設計中屬性沖突問題域劃分為三個部分，分別表示在設計過程中不產(chǎn)生沖突問題的元素集合，在設計過程中會產(chǎn)生沖突問題的元素集合，或表示條件不同兩者都有可能的元素集合；
4)綠色設計屬性沖突問題的轉(zhuǎn)換橋可拓變換函數(shù)構(gòu)建
設U為論域，表示綠色屬性與產(chǎn)品其他屬性之間的有機組合，u為U中的任一元素，表示某一組合序列，K是屬性目標與產(chǎn)品設計參數(shù)之間的映射、對應關系；T＝(TU，Tk，Tu)是給定的可拓邏輯變換，則T＝(TU，Tk，Tu)為轉(zhuǎn)換橋的可拓變換函數(shù)。根據(jù)可拓變換函數(shù)，可以將論域U分為正穩(wěn)定域、負穩(wěn)定域、正可拓域、負可拓域及拓界。
5)根據(jù)轉(zhuǎn)換橋可拓變換函數(shù)，將負域中沖突問題轉(zhuǎn)換到正域中
在轉(zhuǎn)換橋可拓變換函數(shù)的構(gòu)建的基礎上，進行轉(zhuǎn)換橋的確定和構(gòu)建，并將綠色設計屬性沖突問題進行消解。
全文摘要
一種基于轉(zhuǎn)換橋的綠色設計屬性沖突問題消解方法，所述消解方法包括以下步驟1)綠色設計屬性沖突問題形式化建模采用基元表示方法描述產(chǎn)品綠色設計目標和條件，設P表示產(chǎn)品綠色設計過程中的屬性沖突問題，g1與g2表示需要實現(xiàn)的綠色設計目標，即在產(chǎn)品設計中需要增加的綠色屬性；l表示為實現(xiàn)綠色屬性，產(chǎn)品應具有的材料、結(jié)構(gòu)、連接等具體參數(shù)；2)綠色設計屬性沖突問題的轉(zhuǎn)換橋沖突函數(shù)；3)綠色設計屬性沖突問題的轉(zhuǎn)換橋可拓變換函數(shù)，把處于V-中的元素轉(zhuǎn)換到V+中，使原來系統(tǒng)的沖突問題得以消解。本發(fā)明提供一種數(shù)學表達式合理、有效消解沖突的基于轉(zhuǎn)換橋的綠色設計屬性沖突問題消解方法。
文檔編號G06F17/50GK101826130SQ20101016079
公開日2010年9月8日 申請日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月30日
發(fā)明者陳建, 趙燕偉, 李增芳, 盧云峰, 蘇楠, 桂元坤, 葉永偉, 馬亞良 申請人:浙江工業(yè)大學