基于动态规划的产品低碳设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于一种机电产品低碳设计方法，特别是一种基于动态规划的产品低碳 设计方法。
【背景技术】
[0002] 二氧化碳等温室气体排放将引起全球气候变化，导致极端气候事件趋多趋强，破 坏生态平衡，对人类的生存和发展产生严重影响。因此，《京都议定书》和《哥本哈根协议》 均指出产品应遵循减少温室气体排放量原则。
[0003] 为了应对气候变化，联合国政府间气候变化委员会提出低碳技术的概念，即在整 个生命周期阶段产生的碳排放量小于其他方法的技术。碳足迹根据PAS2050规范定义是指 某个产品在其整个生命周期内的各种温室气体排放，即从原材料一直到制造、运输、使用和 处理/回收利用等所有阶段的温室气体排放。产品低碳设计是从设计源头减少产品全生命 周期中碳排放的关键环节，运用低碳设计方法对产品设计，从而减少碳排放，已成为衡量产 品竞争力的重要指标。
[0004] 目前的产品低碳设计方法主要是对生命周期各个阶段进行独立研究，在各个阶段 研究的基础上进行低碳设计结果的累加计算，从而得到产品全生命周期的碳排放。虽然该 方法可以达到低碳设计的目的，但实现的只是产品碳足迹的静态计算，产品全生命周期的 信息没有得到充分利用，并没有有效建立各碳排放阶段之间的关系和整体上综合考虑产品 低碳设计过程。本发明旨在综合考虑产品全生命周期各个阶段的多种可行方案的组合，实 现产品低碳设计。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种基于动态规划的产品低碳设计 方法，以实现通过设计来减少机电产品全生命周期碳排放。
[0006] 本发明所述问题是以下述技术方案实现的：
[0007] -种产品低碳设计方法，所述方法通过分析分为初始阶段、原材料获取、制造、运 输、使用、回收处理等六个阶段，分别获取产品全生命周期各个阶段的可选方案及相应的碳 足迹，在各阶段把每个可选方案作为节点，根据上述六大阶段的顺序，如果给定某一阶段的 设计方案，则在这一阶段以后过程的发展不受这阶段以前各段状态的影响，所有各阶段都 确定时，整个过程也就确定。由此，将产品低碳设计问题转化为基于动态规划的六阶段决策 问题，从而利用动态规划算法求解最短路径，则该最短路径所对应的方案集合则为碳足迹 最低的综合设计方案。
[0008] 上述产品低碳设计方法，所述方法包括以下步骤：
[0009] 1、建立六个阶段，分别为如下：①阶段0 :初始阶段、②阶段1 :原材料获取阶段、③ 阶段2 :制造阶段、④阶段3 :运输阶段、⑤阶段4 :使用阶段、⑥阶段5 :回收和处理阶段，共 计六个阶段；
[0010] 2、分别研究各阶段的可选方案，并以此作为动态规划的设计状态；
[0011] 在产品生命周期的第i个阶段，存在一些可选方案可以被选择和转移到产品生命 周期的下一阶段，包含设计状态的设计状态集合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)是产品生命周期第i个阶段设计状态 集合Si*的设计状态，m是产品生命周期第i个阶段可选方案的个数。
[0014] 由于Si是递归定义，有必要将初始设计状态集合S {s J放在原材料获取阶段 之前以及将最终的设计状态集合S6= Is6J放在回收处理阶段之后。
[0015] 3、确定低碳设计过程中的状态变量和控制变量
[0016] 产品生命周期第i个阶段的设计状态\中的状态变量集合X U被定义如下：
[0017] Xij= {x A Xij2, Xij3, -Xi/, ...，XijmI (2)
[0018] 式中Xi/被定义为产品生命周期第i个阶段的设计状态S U中第P种方案的设计 变量，m是当前可选方案的状态变量个数。
[0019] 产品生命周期第i个阶段的设计状态集合Si的状态变量集合X i被定义如下：
[0020] Xi= {x n，xi2，…，Xij,…，xik} (3)
[0021] 式中k是产品生命周期第i个阶段全部方案的状态变量个数。
[0022] 因此，不同阶段的整体状态变量X被定义如下：
[0023] X = {x1； X2, X3, X4, X5, X6I (4)
[0024] 基于第i个阶段的状态变量集合\和产品生命周期下一阶段对应的状态变量集 合xi+1，产品生命周期第i个阶段的控制变量U i (Xi)被计算如下：
[0025] UiG D ^xi) = g^Xi, xi+1) (5)
[0026] 式中Ui (Xi)是产品生命周期第i个阶段状态变量集合Xi的控制变量，D i (Xi)是产 品生命周期第i个阶段状态变量集合Xi的控制变量集合，gi( Xi，Xi+1)是这一阶段状态变量 集合Xi和下一阶段对应的状态变量集合X i+1的碳足迹映射函数。
[0027] 4、各阶段低碳设计目标函数的确定
[0028] 产品生命周期总体碳足迹表示如下：
[0029] Vi (Xi, Ui) = Ei (Sik) (6)
[0030] 式中ViUi, Ui)是考虑至Ij状态变量集合Xi和控制变量u Jxi)的情况下，产品生命 周期第i个阶段的碳足迹，Ei (Sik)是产品生命周期第i个阶段设计状态Sik的碳足迹函数。 各个阶段的产品碳足迹可以通过公式（7)到公式（11)计算。
[0031] (1)原材料获取阶段碳排放Ea:
【主权项】
1. 基于动态规划的产品低碳设计方法，其特征是：通过分析初始阶段、原材料获取、制 造、运输、使用、回收处理六个阶段，分别获取产品全生命周期各个阶段的可选方案及相应 的碳足迹，在各阶段把每个可选方案作为节点，根据所述六大阶段的顺序，如果给定某一阶 段的设计方案，则在这一阶段以后过程的发展不受这阶段以前各段状态的影响，所有各阶 段都确定时，整个过程也就确定；由此，将产品低碳设计问题转化为基于动态规划的六阶段 决策问题，从而利用动态规划算法求解最短路径，则该最短路径所对应的方案的集合则为 碳足迹最低的综合设计方案；具体操作步骤如下： (1) 建立六个阶段，分别为：①阶段O :初始阶段、②阶段1 :原材料获取阶段、③阶段2 : 制造阶段、④阶段3 :运输阶段、⑤阶段4 :使用阶段、⑥阶段5 :回收和处理阶段，共计六个 阶段； (2) 分别研究各阶段的可选方案，并以此作为动态规划的设计状态；