基于動態(tài)規(guī)劃的產(chǎn)品低碳設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于一種機電產(chǎn)品低碳設(shè)計方法，特別是一種基于動態(tài)規(guī)劃的產(chǎn)品低碳 設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 二氧化碳等溫室氣體排放將引起全球氣候變化，導(dǎo)致極端氣候事件趨多趨強，破 壞生態(tài)平衡，對人類的生存和發(fā)展產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此，《京都議定書》和《哥本哈根協(xié)議》 均指出產(chǎn)品應(yīng)遵循減少溫室氣體排放量原則。
[0003] 為了應(yīng)對氣候變化，聯(lián)合國政府間氣候變化委員會提出低碳技術(shù)的概念，即在整 個生命周期階段產(chǎn)生的碳排放量小于其他方法的技術(shù)。碳足跡根據(jù)PAS2050規(guī)范定義是指 某個產(chǎn)品在其整個生命周期內(nèi)的各種溫室氣體排放，即從原材料一直到制造、運輸、使用和 處理/回收利用等所有階段的溫室氣體排放。產(chǎn)品低碳設(shè)計是從設(shè)計源頭減少產(chǎn)品全生命 周期中碳排放的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，運用低碳設(shè)計方法對產(chǎn)品設(shè)計，從而減少碳排放，已成為衡量產(chǎn) 品競爭力的重要指標(biāo)。
[0004] 目前的產(chǎn)品低碳設(shè)計方法主要是對生命周期各個階段進(jìn)行獨立研究，在各個階段 研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行低碳設(shè)計結(jié)果的累加計算，從而得到產(chǎn)品全生命周期的碳排放。雖然該 方法可以達(dá)到低碳設(shè)計的目的，但實現(xiàn)的只是產(chǎn)品碳足跡的靜態(tài)計算，產(chǎn)品全生命周期的 信息沒有得到充分利用，并沒有有效建立各碳排放階段之間的關(guān)系和整體上綜合考慮產(chǎn)品 低碳設(shè)計過程。本發(fā)明旨在綜合考慮產(chǎn)品全生命周期各個階段的多種可行方案的組合，實 現(xiàn)產(chǎn)品低碳設(shè)計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)之弊端，提供一種基于動態(tài)規(guī)劃的產(chǎn)品低碳設(shè)計 方法，以實現(xiàn)通過設(shè)計來減少機電產(chǎn)品全生命周期碳排放。
[0006] 本發(fā)明所述問題是以下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0007] -種產(chǎn)品低碳設(shè)計方法，所述方法通過分析分為初始階段、原材料獲取、制造、運 輸、使用、回收處理等六個階段，分別獲取產(chǎn)品全生命周期各個階段的可選方案及相應(yīng)的碳 足跡，在各階段把每個可選方案作為節(jié)點，根據(jù)上述六大階段的順序，如果給定某一階段的 設(shè)計方案，則在這一階段以后過程的發(fā)展不受這階段以前各段狀態(tài)的影響，所有各階段都 確定時，整個過程也就確定。由此，將產(chǎn)品低碳設(shè)計問題轉(zhuǎn)化為基于動態(tài)規(guī)劃的六階段決策 問題，從而利用動態(tài)規(guī)劃算法求解最短路徑，則該最短路徑所對應(yīng)的方案集合則為碳足跡 最低的綜合設(shè)計方案。
[0008] 上述產(chǎn)品低碳設(shè)計方法，所述方法包括以下步驟：
[0009] 1、建立六個階段，分別為如下：①階段0 :初始階段、②階段1 :原材料獲取階段、③ 階段2 :制造階段、④階段3 :運輸階段、⑤階段4 :使用階段、⑥階段5 :回收和處理階段，共 計六個階段；
[0010] 2、分別研究各階段的可選方案，并以此作為動態(tài)規(guī)劃的設(shè)計狀態(tài)；
[0011] 在產(chǎn)品生命周期的第i個階段，存在一些可選方案可以被選擇和轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品生命 周期的下一階段，包含設(shè)計狀態(tài)的設(shè)計狀態(tài)集合S i如下：
[0012] Si= {s n, si2, si3, *··, Sij, ···, sim} (I)
[0013] 式中SijQ = 0, I, 2, 3, 4, 5 ;j = I, 2, -",m)是產(chǎn)品生命周期第i個階段設(shè)計狀態(tài) 集合Si*的設(shè)計狀態(tài)，m是產(chǎn)品生命周期第i個階段可選方案的個數(shù)。
[0014] 由于Si是遞歸定義，有必要將初始設(shè)計狀態(tài)集合S {s J放在原材料獲取階段 之前以及將最終的設(shè)計狀態(tài)集合S6= Is6J放在回收處理階段之后。
[0015] 3、確定低碳設(shè)計過程中的狀態(tài)變量和控制變量
[0016] 產(chǎn)品生命周期第i個階段的設(shè)計狀態(tài)\中的狀態(tài)變量集合X U被定義如下：
[0017] Xij= {x A Xij2, Xij3, -Xi/, ...，XijmI (2)
[0018] 式中Xi/被定義為產(chǎn)品生命周期第i個階段的設(shè)計狀態(tài)S U中第P種方案的設(shè)計 變量，m是當(dāng)前可選方案的狀態(tài)變量個數(shù)。
[0019] 產(chǎn)品生命周期第i個階段的設(shè)計狀態(tài)集合Si的狀態(tài)變量集合X i被定義如下：
[0020] Xi= {x n，xi2，…，Xij,…，xik} (3)
[0021] 式中k是產(chǎn)品生命周期第i個階段全部方案的狀態(tài)變量個數(shù)。
[0022] 因此，不同階段的整體狀態(tài)變量X被定義如下：
[0023] X = {x1； X2, X3, X4, X5, X6I (4)
[0024] 基于第i個階段的狀態(tài)變量集合\和產(chǎn)品生命周期下一階段對應(yīng)的狀態(tài)變量集 合xi+1，產(chǎn)品生命周期第i個階段的控制變量U i (Xi)被計算如下：
[0025] UiG D ^xi) = g^Xi, xi+1) (5)
[0026] 式中Ui (Xi)是產(chǎn)品生命周期第i個階段狀態(tài)變量集合Xi的控制變量，D i (Xi)是產(chǎn) 品生命周期第i個階段狀態(tài)變量集合Xi的控制變量集合，gi( Xi，Xi+1)是這一階段狀態(tài)變量 集合Xi和下一階段對應(yīng)的狀態(tài)變量集合X i+1的碳足跡映射函數(shù)。
[0027] 4、各階段低碳設(shè)計目標(biāo)函數(shù)的確定
[0028] 產(chǎn)品生命周期總體碳足跡表示如下：
[0029] Vi (Xi, Ui) = Ei (Sik) (6)
[0030] 式中ViUi, Ui)是考慮至Ij狀態(tài)變量集合Xi和控制變量u Jxi)的情況下，產(chǎn)品生命 周期第i個階段的碳足跡，Ei (Sik)是產(chǎn)品生命周期第i個階段設(shè)計狀態(tài)Sik的碳足跡函數(shù)。 各個階段的產(chǎn)品碳足跡可以通過公式（7)到公式（11)計算。
[0031] (1)原材料獲取階段碳排放Ea:
【主權(quán)項】
1. 基于動態(tài)規(guī)劃的產(chǎn)品低碳設(shè)計方法，其特征是：通過分析初始階段、原材料獲取、制 造、運輸、使用、回收處理六個階段，分別獲取產(chǎn)品全生命周期各個階段的可選方案及相應(yīng) 的碳足跡，在各階段把每個可選方案作為節(jié)點，根據(jù)所述六大階段的順序，如果給定某一階 段的設(shè)計方案，則在這一階段以后過程的發(fā)展不受這階段以前各段狀態(tài)的影響，所有各階 段都確定時，整個過程也就確定；由此，將產(chǎn)品低碳設(shè)計問題轉(zhuǎn)化為基于動態(tài)規(guī)劃的六階段 決策問題，從而利用動態(tài)規(guī)劃算法求解最短路徑，則該最短路徑所對應(yīng)的方案的集合則為 碳足跡最低的綜合設(shè)計方案；具體操作步驟如下： (1) 建立六個階段，分別為：①階段O :初始階段、②階段1 :原材料獲取階段、③階段2 : 制造階段、④階段3 :運輸階段、⑤階段4 :使用階段、⑥階段5 :回收和處理階段，共計六個 階段； (2) 分別研究各階段的可選方案，并以此作為動態(tài)規(guī)劃的設(shè)計狀態(tài)；