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文檔簡介

1、基于CAD的軟件框架的構建能源估算通過產品生命周期 抽象 何黃博士 華盛頓州立大學 2012年5月 導師:Gaurav Ameta 過多的能量消耗已成為當今的設計和制造工業的全球問題。估計能耗可稍后被用來與CAD/ CAM系統集成框架是需求。本研究發展一個能源評估框架,它可以連接各種計算工具計算在產品生命周期能源消耗,即。,從原材料的提取、設計、制造、使用、回收或處置階段。這項研究第一次回顧文獻和相關領域背景的。開發框架的方法說明是在軟件開發生命周期(SDLC)的步驟。框架的目標是域獨立和靈活,這樣它就可以擴展為不同的生產領域和可定制的用戶。框架的細節及其在每個階段提出了計算工具。之間的交互框

2、架及其計算工具進行了討論。最后,工業產品的測試用例進行測試的有效性和評估框架的性能。在其生命周期能源消費總量將計算。這樣估計可以用來重新設計部分和程序集的能源效率。這個框架的幫助下,知識工程師發揮知識集成到計算機系統可以解釋特定領域的知識和分享他們的專業知識來提高框架。框架還協助用戶幾乎沒有知識能量計算估計能源消耗在設計階段。能量估計在每一個階段,在整個產品生命周期可以和能源效率的產品可以提高利用這個框架。 第一章:簡介 1.1可持續制造 據報道,“美國人只占世界人口的5%,但他們消耗40%的地球上的不可再生資源和產生近30%的總浪費”1。隨著能源消耗在顯著率增加,行業開始尋求方法來有效地利用

3、能源,并遵守政府法規與環境和人類健康而提高其產品和服務的市場。可持續制造已成為一個制造業的戰略趨勢。可持續制造由商務部定義”的創建工業產品使用過程無污染,節約能源和自然資源,經濟上對員工健康安全,社區,和消費者。”2。根據Reich等人的3,可持續制造戰略實現以下三個重要部分:(1)選擇和應用適當的建模指標衡量制造業可持續發展,(2)完成全面、透明,且可重復的生命周期評估(LCA),和(3)調整/優化系統的環境影響和成本降到最低。 上述文獻中強調了可持續發展的理念,它給的靈感,開發一個軟件框架,以優化能源消耗;這種架構將幫助制造行業實現可持續的戰略,使環境影響和成本最小化。本文將給深入的在下面

4、的章節討論這種能量估算框架。能量估計框架可以被視為一個抽象的殼為能量的計算。它可以被安裝有用于各種目的的各種能量的計算工具。框架定義了能量計算和交互用戶和軟件之間的規則,以便它是可重復使用的和可擴展的。前探測到框架的細節,幾個概念需要首先加以介紹。下面的章節將介紹的產品生命周期(PLC)的概念,產品生命周期管理(PLM),以及生命周期評估(LCA)第一,其次是能源效率和電流建模工具和框架,在可持續生產這表明文獻綜述意義開發這樣的軟件框架。然后,軟件開發生命周期(SDLC)將討論以顯示如何把想法變成軟件的實施。實現知識管理軟件的要求,采用可擴展標記語言(XML)作為用戶和軟件之間知識傳播者。因此

5、,本章將揭示了XML和知識管理的光芒。1.2產品生命周期(PLC)和產品生命周期管理(PLM) 在一般情況下,該產品生命周期(PLC)的制造產品包括四個階段。這四個階段是材料提取階段,設計和制造階段,使用階段和處置或回收階段4。這四個階段可通過供應鏈來連接。圖1示出的產品的一般的生命周期。 產品生命周期的概念,考慮所有相關的影響對環境,經濟和社會在整個產品的生命周期鏈4。它使行業服務提供商、經理和客戶長期的決策考慮的全面的觀點在整個產品供應鏈。更可持續的產品和過程的發展方向可以這樣行業可以收獲的好處發展和應用清潔過程和產品選擇。 圖1:產品生命周期的四個階段與PLC的概念,產品生命周期管理(P

6、LM)的想法。PLM是一個過程來管理公司。它開發了管理一個產品的整個生命周期的概念,通過設計、制造、服務和處理5。PLM集人、數據和流程提供全面的產品信息6。記錄產品生命周期管理的好處包括7: 縮短產品上市時間;提高產品質量;降低成本;原始數據的可重用性;用于產品優化的框架;減少對環境的影響/廢物; 1.3生命周期評估(LCA) 根據汗等人8的生命周期評估(LCA)是成功執行環境可持續性的上下文中,方法或產品的開發中最重要的技術之一。生命周期評估的方法框架是由ISO14040系列,其中包括目標,范圍定義,清單分析,影響評估和解釋定義9。 Rebebitzer等。 10審查的框架,目標和范圍定義

7、,庫存分析和生命周期評估的應用。LCA的目的和范圍定義為系統邊界和功能單位,定義了正在研究中,并批量交付的確切內容。生命周期清單分析,給出了資源的消耗和廢物/排放這是由于產品的生命周期10量的估計。生命周期影響評估結果表明資源提取和廢物/排放量基礎上的庫存分析10的潛在貢獻。生命周期解釋總結了生命周期清單分析和/或生命周期影響評估的結果,并給出結論和建議的LCA研究9。由于LCA的在產品開發過程中的重要性,LCA已經在各個方面,如產品設計和制造應用。 Bevilacqua的等。 11開發了一種可持續的產品生命周期模型制造企業相結合的環境和經濟方面的考慮。有很多現有的LCA軟件,如司馬臨12,加

8、比13,并EcoScan14,使生命周期評估的細節高水平。許多研究項目集成LCA與CAD,供用戶在設計階段申請的決定。 Nawata和青山15 LCA的數據鏈接到CAD / CAM的數據開發的生命周期設計系統的機床。Leibrecht16討論了基本原則,整合生命周期評估納入基于CAD的產品型號。盡管大型應用LCA的,它有它的缺點。產品設計師不能執行LCA沒有單獨LCA專家,設計師,生產商,供應商和管理。此外,LCA僅提供方法以評估對環境的影響,并且不提供任何工具或度量減少的影響16。1.4能源效率和能源的啟示 前面的章節介紹PLC,PLM和LCA的基本概念。為了實現在1.1節中提到的能量估計軟

9、件,需要研究當前的研究為提高能源利用效率。以下兩節將回顧文獻關于能源效率和當前建模工具和框架在可持續生產。 能源有望維持一個產品的生命周期的每一個方面。由全國制造商協會(NAM,)進行的一項研究推測約19十億美元,新的節能技術17的發展可能的節約。能源之星18的標準已開發,以試圖減少能源消耗。然而,能源之星不包括在產品生命周期的制造階段的能量消耗。廣泛的研究已經進行了在制造過程中有效地利用能源。Munoz和Sheng19發現的分析方法來確定加工對環境的影響;盛等。20研究環境為基礎的系統規劃進行加工。然而,該研究只在材料移除的過程中集中在能源消耗。 Chen等人。21建立

10、了一個新的所有生命周期耗能模型在整個產品生命周期中的估算的能量消耗。但作者只集中在理論部,并沒有進行在制造階段的能量估計。Gutowski的研究小組研究了不同的制造工藝的各種能量的影響,并提出加工22-25的環境分析,它們的廣義的多樣的制造工藝的能量消耗。他們的研究主要集中在無課程設計階段以及有關能源估計制造階段不是特定的產品。Jeswiet26廣義的CO2因素的計算,從產品相關的二氧化碳排放的電力需求。不過,筆者并不認為制造工藝的可變性。目前,大量的建模工具是可用的和可持續的生產使用。例如,劉et al。27創建了一個通用模型分析消費情況,產品在制造系統物質資源。徐等。28在實踐中提出了一個

11、基于生命周期評價模型。基于該模型、生命周期評估數據可以從生命周期清單分析,生成模型,然后可以提要數據回生產計劃階段改善加工計劃。Dimache等人29開發了一種生命周期成本評估決策的工具在設計過程的早期階段。馮等人30建模成本和干燥加工過程信息。Reddy等人.(31)建模領域知識DfM的鑄件。趙和沙32研究了DFM系統的建模和表示制造業知識幫助制造業知識工程師闡述他們的知識并將其存儲到電腦,并幫助設計人員在設計階段分析工藝性。然而,上述研究人員專注于特定領域的制造或只關注特定階段的產品生命周期。因此,本文提出了構建一個通用和域獨立框架在整個產品生命周期。軟件框架的細節對能源評估將在第二章描述

12、。許多研究者提出了不同的框架可持續生產。楊和林33開發了早期制造成本估算的綜合框架特征。這個系統傾向于提供一種工具,以協助設計者來估算,以便在設計階段的成本向下游的不必要的成本。 Shin和Waters34開發了一種加工咨詢系統,它可以結合規則推斷最佳加工參數的一個框架。Lee等人35提出,支持并發模具制造工藝規劃的計算架構。本研究將有助于模具開發過程規劃的自動化,從而提高成型產品的效率和質量。Wei 和Egbelu36提出了從幾何設計數據估算制造成本的框架。 Kwon等人37開發了一種基于語法的框架集設計和制造。它有助于工程師來瀏覽過程的替代品和預見不同設計選擇的影響。 Tharakan等3

13、8提出了一種制造性評價殼,它提供對技術和經濟制造性評價可重構環境。 Zhao等人 39開發了基于成本收益分析的一個規范性框架,DFM處理的設計目標和制造成本/效率之間的權衡。楊振寧與李政道40提出了一種改進的功能框架,一代工藝方案。上述成果表明在可持續制造業顯著的研究進展。然而,這些框架可以直接用于能量估計。為了估算能量消耗,一個計算軟件框架需要被構造;第二章將介紹發展這樣的能量估計框架的方法。1.5目前的建模工具和可持續制造框架目前,大量的建模工具是可用的和可持續的生產使用。 。例如,Liu等人。 27創建一個通用的模型,分析了制造系統的產品物質資源的消耗情況。 Xu等人。 28提出了一種基

14、于特征的生命周期評估模式在實踐中。基于該模型,生命周期評估數據可以從生命周期清單分析來產生,然后該模型可以將數據回喂到制造規劃階段,以提高加工計劃。 Dimache等。 29開發生命周期的成本估算工具,決策設計過程的早期階段。 Feng等。 30為藍本的成本和處理信息的干式加工。 Reddy等。 31為藍本的領域知識的鑄件DFM。趙和Shah 32研究了建模和制造知識表達的DFM系統,以幫助制造知識工程師formulize他們的知識,并將其存儲到電腦,并幫助在設計階段,設計師分析可制造性。然而,研究人員要么以上集中在制造特定的域或提請注意只對產品生命周期的特定階段。因此,本文提出在整個產品生命

15、周期,構建一個通用的,獨立的域框架。節能評估軟件框架的細節將在第二章加以說明。許多研究者提出了不同的框架可持續生產。楊和林33開發了基于特征的早期制造成本估算的綜合框架。這個系統傾向于提供一種工具,以協助設計者來估算,以便在設計階段的成本向下游的不必要的成本。Shin和Waters 34開發了一種加工咨詢系統,它可以結合規則推斷最佳加工參數的一個框架。 Lee等人 35提出,支持并發模具制造工藝規劃的計算架構。本研究將有助于模具開發過程規劃的自動化,從而提高成型產品的效率和質量。Wei和Egbelu 36提出了從幾何設計數據估算制造成本的框架。 Kwon等人37開發了一種基于語法的框架集設計和

16、制造。它有助于工程師來瀏覽過程的替代品和預見不同設計選擇的影響。 Tharakan等 38提出了一種制造性評價殼,它提供對技術和經濟制造性評價可重構環境。 Zhao等人 39開發了基于成本收益分析的一個規范性框架,DFM處理的設計目標和制造成本/效率之間的權衡。楊振寧與李政道40提出了一種改進的功能框架,一代工藝方案。上述成果表明在可持續制造業顯著的研究進展。然而,這些框架可以直接用于能量估計。為了估算能量消耗,一個計算軟件框架需要被構造;第二章將介紹發展這樣的能量估計框架的方法。 下面是上面的回顧文獻的簡要總結: 表1:文獻復習相關文獻進行研究示例和參考可持續制造1.6軟件開發生命周期(SD

17、LC) 由于該研究的目標是建立一個軟件框架來估算能耗,軟件框架將使用SDLC步驟來開發,這部分會給SDLC的簡要概述;將在第2章關于如何實現使用SDLC軟件的詳細討論。SDLC是一個完整的計劃,概述如何將軟件將被創建,制定,實施并最終從它的功能41退休。圖2示出一般的SDLC步驟。在項目規劃階段,應用目標將被定義,和可行性進行分析。需求定義階段表征的需要,要求和對項目的邊界條件。在設計和開發階段,軟件模型,提出了類圖和用例,然后代碼執行。集成和測試階段確保軟件的不同模塊之間的順暢交流和驗證通過各種測試用例的軟件。安裝和驗收階段負責分發和部署的軟件。1.7知識管理和XML 為了使能量估計,軟件架

18、構需要處理大量的投入,從現有的知識。因此,該框架要求知識管理(KM)。XML(可擴展標記語言)被用作溝通解釋和傳授知識。本節將在KM和XML一個簡單的介紹。 知識管理是正確的人在正確的時間獲得正確的信息,并幫助人們的方式,將可測量的提高性能42創建于信息知識,共享和行動。知識管理活動可以識別和捕獲整個知識領域42存在的信息。KM過程可以幫助人們查找,組織和跨越時間和空間的障礙,共享知識資源。XML(可擴展標記語言)是由萬維網聯盟(W3C)43開發的一種規范。XML允許用戶定義自己的描述性標簽。在XML中,是可能的運輸和存儲的數據44。XML規范的XML文檔定義為一個良好的文本,它滿足了規定的語

19、法規則45。在所謂的XML模式45本說明書中提供的預定義的規則。XML Schema是的驗證方法的XML文件中的一個。它就像一個語法XML文件。它使用了豐富的數據輸入系統,并允許在一個XML文檔的邏輯結構46具體的限制。采用XML存儲和轉換軟件的知識,因為它是能夠處理信息需要由軟件讀入。可以創建自定義標簽和結構,以便修改數據文件會變得方便和靈活。例如,一個XML結構的部分數據可以被定義為:<部分><材料類.><材料名稱> .</材料名稱>.</材料類.></部分>該標簽可以很容易地修改和擴展,通過該知識可被成功地存儲和轉化

20、。1.8問題陳述根據上面的討論,對于本研究的問題陳述可以被描述為如下。本研究旨在開發一個軟件的基礎能源評估框架,它可以連接各種能量計算工具計算在產品生命周期能源消耗,即。,從原材料的提取、設計、制造、使用、回收或處置階段。這個軟件框架開發遵循軟件開發生命周期(SDLC)的步驟。框架的目標是域獨立,這樣它就可以擴展為不同的生產領域。它也將為用戶定制。能源消費總量在產品的生命周期可以計算。這樣估計可以用來重新設計部分和組件制造能源效率。1.9綱要的論文本文包含七個章節。每章說明了對完成節能評估框架的一個特定的主題。第1章文學評論和背景在可持續生產,PLC,PLM,LCA,能源效率,建模工具和可持續

21、生產,SDLC和XML框架。在第2章,開發框架的方法說明如下軟件開發生命周期(SDLC)的步驟。它從項目規劃,分析需求,意義,以及能量估計框架的結果。系統邊界,結構和功能目標,然后在需求分析建議。第2章還介紹了如何設計,開發,集成和測試框架。正能量估計框架和細節的計算工具,分別介紹了第3章和第4章。第3章介紹了框架的整體設計,然后再精心示出的用戶接口,知識管理模塊和能量估計模塊。第4章說明所有連接到框架,以在每個階段和整個產品生命周期的計算能量的計算工具。在第5章,框架和計算工具之間的相互作用進行了討論。在第6章,工業產品的測試用例進行測試的有效性和評價框架的性能。最后,本文借鑒目前的研究結論

22、,并提出了今后工作的建議。第2章 :能源發展的估計框架下面的SDLC方法步驟本章提出的方法對發展能源評估框架遵循SDLC的步驟,即。,從項目計劃、需求分析、設計、開發、集成和測試。在項目規劃階段,需要和意義等開發框架提出,和預期結果列出。需求分析階段提供了系統邊界和分析結構和功能框架需要達到的目標。在設計和開發階段,它描述了如何構建框架,以及如何描述這個能源評估功能。最后提出了集成和測試。2.1項目規劃能源是不可缺少的原材料到最終產品的轉型。在當今的設計和制造工業,能源消耗增加以快速的速率47。能量從有限的資源,如天然氣和煤炭獲得,并且它的價格一直在不斷增加48。此外,過多的能量消耗帶來了大量

23、的環境問題,如空氣污染和有害物質的填埋,這可能危害人體健康的47。因此,至關重要的是要減少在產品生命周期中的能量消耗。還已經報道,由原始設備制造商生產的產品的60-80是由外部供應商49在不同的域中工作的制造。因此,從各個領域知識是孤立的,不能重復使用50。如果產品的能耗可為內其整個生命周期中的域的獨立框架來估計,能量可以被有效地利用,通過生命周期。如圖3所示,用戶可以優化其設計以實現合理的能量消耗適當的演出。知識工程師可以分享他們的專業知識,以提高能源評估框架。 圖3:能源估算框架示意圖根據Gielen等人的研究幾乎33的世界能源消耗和其二氧化碳的36(CO 2)的排放量是由于制造業。200

24、4年,全球一次能源供應是469艾焦,其中超過147艾焦被占行業消費51。過多的能量消耗可能會導致51:(1)增加的凈溫室氣體排放量,(2)提高酸沉降和空氣污染,和(3)增加填埋。溫室氣體排放導致全球氣候變暖,并造成全球氣候問題。氮氧化物,硫氧化物和汞化合物被排放到空氣可顯著降低空氣質量和威脅人類健康。垃圾填埋也造成地面污染。過多的能量消耗造成處理排放和污染的增加的成本。因此,它增加了產品的總壽命周期成本。根據能源消耗趨勢52,能源消耗不斷增加在未來幾十年。日益增長的全球需求的產品、服務和公共基礎設施建設是提高整體能源消耗。研究數據顯示,工業使用的能源在1971年到2004年之間增長了61%(5

25、3)。因此,過度的能源消耗是一個緊迫的問題在今天的設計和制造業。制造商有責任制造產品節能和排放較低的溫室氣體排放。為了生產節能產品,計劃對能源消耗必須考慮在設計階段。因此,能源消費在整個產品生命周期估計將在巨大的需求,從而減少有害的環境影響。2.1.2能源估計框架的意義在產品生命周期的構成一個能量估計框架將對用戶和知識工程師顯著影響。但從用戶的角度,估計在設計階段進行能源消耗將為作出決定不同的方案。但從知識工程師的角度,建議框架提供的能力,輸入領域的知識。當能量消耗為一個產品的整個生命周期減小時,溫室氣體排放量的影響,空氣中的污染也將減少,從而降低了產品的總壽命周期成本。盡筆者所知,一些工具已

26、經開發期間,整個產品生命周期來估算的能量消耗。因此設計師和工程師的知識可以從建議的框架顯著受益。此外,制造業可以評估其當前制造計劃和適應的最佳方法,通過以較低的成本消耗更少的能量來處理產品。2.1.3預期成果這項工作的主要預期貢獻可以描述如下:(a)在產品生命周期的一種設計框架能量估計將被建造。(b)框架將定制的能量估計用戶。(c)框架將可擴展的開發人員和知識工程師。(d)的框架將域獨立的,所以它不會依賴于特定領域知識。(e)框架將包含各種工具,在四個階段的產品生命周期和不同的制造工藝來估算的能量消耗。(f)給定的情況下的產品,能量消耗的各相,并在其生命周期將生成。2.2需求分析這項研究的目的

27、是建立一個獨立的域設計框架來估算的能量消耗。該框架應該能夠計算能耗在不同階段的產品生命周期。這些階段包括原材料提取階段,設計和制造階段,使用階段,而且回收或處置階段。也應獲得如在生命周期的碳重量的環境影響。估計能耗可顯著利于行業評估其產品的能源效率并改善其加工方法。因此,總的能量消耗和有害環境的影響將會降低。2.2.1.該框架的系統邊界該框架的邊界被定義如下: (a)框架定義了一組類和模型對能源評估、結構將允許各種工具來估計能源消耗在產品生命周期的不同階段。 (b)框架估計直接能源。直接能源意味著能源消耗直接生產的部分。因為機器也做的部分,相關的能源消耗在機器的零件將不會被考慮。 (c)特定生

28、產過程的能源消耗后只能計算領域知識的輸入。估計結果與完成相關領域知識。 (d)實際能源消耗之后才可以計算出詳細的計劃,如生產過程位置和生產設備是固定的。是不可能獲得所有在設計階段制造信息。因此,能量估計的不確定性范圍存在和細化的結果與計劃的詳細過程。(e)如不同的設置和制造業務將影響估算結果不同個體的影響。這項研究將提供基于典型情況下,領域知識一般估計。除非提供個人情況的詳細信息,該框架無法做出具體的能量估計。(f)目前,該框架將不會與實驗數據整合并不會考慮的設計和制造過程中的公差;整合和寬容是留給未來的工作。因此,該框架提供的估計可能不同于在實際的制造實驗。 (g)能源消耗在產品生命周期也與

29、制造商和分銷商的供應鏈包括位置、運輸方法,等等。供應鏈將不考慮在這個擬議的框架。 (h)能源消耗的拆卸將不考慮擬議的框架。在產品生命周期的結束,只有在處理階段能耗計算。()在該研究中,對材料,制造資源,和制造方法的數據是遠未完成。然而,由于框架的域無關的特征,這樣的信息可以通過各種知識工程師展開。2.2.2結構節能目標估計框架具體目標包括結構和功能。結構的目標是構造一個可定制和可擴展的能量估計的框架。功能目的是計算能源消耗在產品生命周期的四個階段。結構目標擬議框架將被指定為如下:(a) 域名獨立性節能評估的框架應該是獨立于特定的域。雖然不同的制造領域在能源計算多樣的知識,框架應在一個通用的方式

30、表征不同領域的信息。從具體領域知識的領域獨立的框架分離將是該框架是通用的一個重要方面。(b)框架應可擴展的開發人員和知識工程師為了使框架是通用的,它必須被設計,不同領域知識可以很容易地修改、更新和擴展。每個知識工程師都有他的專長,應該能夠擴大在不同領域的知識。開發人員應該能夠實現各種計算工具和附加的工具框架,該框架可以擴展。修改現有知識和能力的新領域知識和新計算工具是至關重要的成功使框架實現不同的目標。(c)框架應該為用戶定制這個框架應該提供一個環境,用戶可以根據他們的需求,配置和定制的輸出是個性化的。(d)的靈活性框架應該能夠讓能源估計等多個階段初步設計階段和詳細設計階段。如果一個設計師想要

31、修改或者重新設計他的一些設計方法,系統應該提供實時反饋的能量估計的任何更改。2.2.3功能目標的能量估計的框架正如上面所討論的,具體的結構的目的是使能量的計算成為可能,然后目標在不同的階段應該的功能框架。原材料是第一個從地球中提取一種可以很容易地存儲和轉換。原料提取階段可以被輸入到一個新的產品生命周期。因此,它應該是一個起點,估計在產品生命周期能源消耗。設計和制造階段是主要集中在這個研究。這個階段決定了材料,形狀,和最終產品的加工方法和有很大的能耗在整個生命周期的影響。的能量估計在生產階段是設計階段的互補。它將處理更多地關注真正的制造過程。案例研究部分,程序集和一些簡單的工業產品將進行。有不同

32、的情況,不同的產品在使用階段。如果一個產品是能源消費在它的生命周期,然后總能量消耗必須考慮。本研究將一個產品的一個例子,能源消費和估計其能源消費在使用階段。當產品來結束他們的生命,他們需要處理或回收利用。能源消耗在這個階段也應該被考慮。2.3設計和開發2.3.1框架建設框架,目的是在上面的部分,應該為開發人員和知識工程師可擴展的和可定制的用戶。它還應該領域獨立。為了滿足這些需求,提出能源評估應該包含一個知識框架數據模塊、能源評估模塊和兩個接口,分別對知識工程師和用戶。開發人員還需要實現各種能源計算工具在不同的生產領域和把這些工具的能量估計的框架。(a)知識數據模塊為了執行能源評估、多樣化的知識

33、數據需要被收購。這些是材料數據,計算工具位置數據,制造資源數據,和生產過程數據。所有這些數據都存儲在XML文件,可以用來存儲和轉移知識。因此,修改數據文件將變得方便和框架靈活對不同生產領域。(1)材料的數據。材料的屬性存儲在材料數據。不同的材料有不同的屬性,他們將有一個偉大的對生產過程的影響。(2)計算工具位置數據。數據存儲位置的計算工具連接到框架。這些數據將促進框架解析并調用相應的計算工具通過用戶的選擇。(3)制造資源數據。制造資源數據提供信息可用的制造設備加工材料。規格的機器和刀具。(4)生產過程數據。數據存儲信息具體制造工藝如車削和銑削。它將幫助設計者選擇能源評估過程中可行的生產工藝。(

34、b)能源評估模塊模塊應該執行兩個主要功能:讀取和解析輸入能量計算和計算能源消耗。在輸入解析模塊,所有XML文件解析和產品的幾何模型。能量計算模塊將包括所有類型的詳細信息包括制造方法和能量估算公式。數據相關的幾何信息、材料特性和制造參數也將獲得估計能源消耗。該框架包括兩個接口。一個是知識工程師接口負責提供知識工程師和框架之間的交互。另一種是用戶界面。用戶與不同的模塊,如制造過程和能量計算通過這個接口。所提出的能量估計框架的細節示于圖4。 圖4:泛型殼的能量估計的框架2.3.2.能源估計四個階段特征能源消耗估計應該開始從原料提取階段,因為它是一個新產品生命周期的輸入。的因素,需要在這一階段表2中列

35、出。材料類型和提取位置應考慮,因為特定的能量提取材料對不同材料和不同提取位置。這項研究的目標不是為所有類型的材料提供完整的數據和位置世界各地。示例計算在美國一些典型材料將進行。表2:因素在原料提取階段原材料提取階段(a)類型的材料 (b)Volume/weight的原材料(c)特定能量取決于材料type,提取location,用于提取和類型的過程設計和制造階段決定了材料,形狀,和最終產品的加工方法和能源消耗有很大的影響,在整個產品生命周期。因此,主要集中在于這個階段。請注意,數據不同的生產過程是不完整的。而基于特定領域的特性,知識工程師來自世界各地可以增加他們的知識,提高框架。完成所有設計制造

36、領域需要大量的努力,在這個研究,制造業領域是有限的加工和鑄造、轉彎和例子,銑,鑄造會。在設計和制造階段的因素如表3所示。在設計階段,產品分析不考慮它們的制造規范。這樣的評估將幫助設計師關于能源效率和改善他們的產品設計過程中幫助他們。幾何信息,如軸信息,曲率和面臨信息將使用幾何抽象內核埃西斯54。這些信息是用來分析產品和自動計算能耗。質量屬性,如重量、表面區域和數量也將獲得。這些屬性有助于計算去除體積的產品。在收集特定能源55不同的生產流程,通過具體的能源和材料去除量的代數,能源消耗可以計算。表3:因素在設計和制造階段設計階段􀁺幾何信息的產品軸信息;外部信息(決定面對類型),曲

37、率信息(確定方向和絕對值)􀁺質量屬性表面積重量轉:卷部分,可轉動的卷,刪除卷。銑削:卷,一部分股票,卷卷。􀁺特定能量􀁺擴展panel:因素和不同的進程可以被擴展,以供將來使用制造階段􀁺材料:類,名稱,重量􀁺制造工藝(目前車削和銑削):切削速度,主軸轉速,進給速度,切削深度,切削寬度􀁺工具/設備參數:機床類型刀具直徑,長度,角度􀁺時間消耗:負荷,加工,閑置􀁺材料去除率􀁺機械加工的能源消耗􀁺總能量消耗在生產階段,生產規格

38、將被考慮。材料和制造過程的細節,如切削速度、進給速率,和切割深度,等等,將被考慮。參數的工具和加工機器也應該用于執行計算。能源消耗在裝配,機器負載、工具取代和空閑時間應該反映在能源評估過程。再一次,這是不可能的收集所有的數據不同的工具和機器,以及能源消耗在裝配,機器負載,工具取代和空閑時間可能會由于各種截然不同的制造商和工人,因此只會采取一些典型參數估計能源消耗。一些產品在使用階段需要電源。這個階段可以持續一段時間。因此,它也是在產品生命周期的重要階段之一,應該考慮能源消耗。因為不同的產品有自己的規范和運行周期,能量估計相當依賴于特定的產品。本研究將一個產品的一個例子,能源消費和估計其能源消費

39、在使用階段。使用的因素包括權力和總時間。能源消耗在運輸等產品的供應鏈將不考慮在這個研究。表4:在使用階段的因素使用階段 電力供應產品所需功能的消費者 使用時間供應鏈(不要在這個框架內考慮)當產品來結束他們的生命,等各種操作可能采取某些部件的重用,再制造、回收和處理。由于重用的多樣性和復雜性,再制造和回收,他們不認為在這個研究。本研究將重點只在產品的最終處置階段的生活。通常,能源消耗在處理階段取決于材料的類型,在處理具體的能源。表5:在處置階段的因素處理階段 產品類別 以設置體積/重量的材料 根據材料的類型比能量和處置位置 為了演示框架,一個特定的案例研究將對能源進行估計。部

40、件和組件將通過產品生命周期的各個階段進行了分析。估計對于簡單的工業產品將展示該框架的有效性。能源消耗在整個生命周期的每個階段,將獲得。2.3.3用例圖5展示了用例擬議的框架。用例說明框架之間的關系和知識工程師和框架之間的關系和能量估計用戶。 圖5:用例場景的能量估計的框架2.4集成和測試自框架需要與估計用戶交互,知識工程師、XML文件,和各種能源評估工具,集成是至關重要的,以確保能源評估框架工作正常。圖6給出了集成框架,計算工具,知識工程師和能源估計用戶。 圖6:集成框架,計算工具,知識工程師,估計用戶框架本身可以訪問XML文件,以便它可以讀取、解析和編寫知識文件能量計算。框架提供了兩個接口,

41、允許用戶和知識工程師估計與框架的組件進行交互。框架也能調用特定的計算工具和接收反饋的計算結果。知識工程師可以加載和編輯XML能源評估、準備和評估用戶可以使用框架提供的工具來計算能量估計。在SDLC,測試是重要的確認一個健壯的和正確的功能的軟件。在這一點上,所有測試用例運行來驗證軟件的正確性和完整性。這種能量估計框架的測試計劃可以描述如下:(a)語法檢查檢查軟件是否有發生的主要功能和錯誤。(b)預排這一步是確保系統的基本結構和算法是否正常工作。(c)代碼檢查在本部分中,可能的錯誤或錯誤的代碼進行了綜述編碼技術。(d)模塊測試將測試每個模塊的框架可能的錯誤,如果錯誤發生在特定的模塊,需要審核代碼的

42、模塊。(e)集成測試整個項目將受到考驗。這一步確保每個工具的集成和模塊的正確性的框架。(f)測試用例樣品產品和工業情況下將被視為輸入框架來驗證框架。 第三章:能源評估框架在前兩章的基礎上討論、能源評估框架可以開發以下SDLC的步驟。在本章總體設計框架的類圖將首先被引入。因為知識管理框架中發揮著重要作用,其機制將說明。本章將目前能源評估框架和精心的概述說明它的用戶界面和兩個模塊:知識管理模塊和能量評估模塊。3.1能源評估框架的總體設計本研究采用Microsoft Visual c+ 2005,幾何內核埃西斯(54),可擴展標記語言(XML),統一建模語言(UML)來開發這些能源評估框架。所有的代

43、碼都是使用vc+生成2005,和微軟基礎類(MFC)是利用建立的軟件接口。XML是用于存儲和轉移知識,和XML的細節將在下一節中說明:知識管理通過XML。幾何內核埃西斯用于可視化和分析數字產品的數據(CAD模型)。采用面向對象的方法也發展的框架,因為這種方法提供了優勢增加了靈活性和可重用性。在面向對象方法中,類在整體設計中起著至關重要的作用。類是一個抽象數據類型,一起組一組屬性和操作。一組屬性可以被描述為對象的狀態和對象的實例變量;而一個對象是一組操作的行為。UML是面向對象的建模工具分析和軟件設計。它可用于可視化、構建和記錄軟件系統的結構。在本研究中,利用UML生成框架的類圖,可以顯式地表示

44、類之間的關系。下面的UML類圖描述了類之間的整體關系中實現這一研究。 圖7:類圖的能量估計的框架Doc-View結構來源于MFC。當能源評估框架的應用程序被調用時,它創建一個“EgyEstFwDoc”對象處理的打開和保存文檔。然后創建的文檔對象框架,并調用視圖類的能量估計的框架。在“EgyEstFrm”類,方法,菜單,工具欄,和活動視圖重寫決定有關能源評估組件的可見性和可用性。“EgyEstView”類負責查看的框架,也是一個關鍵組成部分,大部分的能量計算發生。“EgyEstView”類管理能源評估和知識交流。有四類聚合:“CDialogClientType”、“CDialogUserInpu

45、t”、“CDialogTool”,“CDialogComptRslts”。以來有兩種類型的客戶的能量評估框架:能源評估用戶和知識工程師,和每一個客戶都是執行完全不同的任務在使用框架。為了避免混淆,它有利于設置不同的用戶界面和使用框架時只允許一個接口功能。“CDialogClientType”類負責處理客戶端類型控制。控制客戶端類型的細節可以在§3.3:用戶界面的能量估計的框架。“CDialogUserInput”類解析和記錄用戶輸入的數據可能需要提供參數,通過特定的能量計算工具。“CDialogTool”類解析位置的計算工具,是連接到框架,并執行相應的工具根據用戶的請求。“CDial

46、ogComptRslts”類解析并顯示能源能源評估計算結果返回給用戶。這些類的實現可以在§3.5:找到能量估計模塊的能量估計的框架。類“EgyEstToolExtr”、“EgyEstToolDM”、“EgyEstToolUse”,“EgyEstToolDsp”、“EgyEstToolPLC”能源評估工具類與能源相關的評估框架類“EgyEstFwView”。他們代表的計算工具連接到框架。每個工具負責計算能量在提取階段,設計和制造階段,使用階段,分別處理階段,和整個產品生命周期。估計能量后,每個工具能夠保存計算結果相對XML文件。“CDialogMfg”和“GeomInfo”兩類聚合“E

47、gyEstToolDM”協助評估在設計和制造階段的能量。這些類實現的細節可以在第三章和第四章。“CXML”是一個類,可以驗證,解析,搜索,寫和打印XML文件。這個類被廣泛使用在幾乎每一個組件的能量評估框架和能源評估工具。它在知識管理中起著重要作用。這個類的細節將在以下部分描述:知識管理通過XML。3.2知識管理通過XML3.2.1 XML和XML Schema(XSD)XML模式是一種XML文檔的描述,通常描述的限制文檔的結構和內容56。這些約束通常使用一些語法規則的組合表示元素的順序56。例如,布爾類型謂詞,內容必須滿足一個布爾變量。元素和屬性的數據類型管理的內容。 圖8:一個XML文件和它

48、的架構實例因為XML允許用戶定義的標記,它可以利用存儲知識。XML schema(XSD)提供了一種強大的方法來訪問XML文件的結構和語法。每個元素的數據類型必須嚴格在XSD文件中定義的。圖8顯示了一個XML文件存儲的細節具體能源不同的材料及其模式。特定的能源被認為是一個重要的財產在實現的能量估計的計算軟件。注意在XSD文件,元素類型的“名稱”,和“SpecE”設置為“字符串”和“浮動”。這樣的約束框架提供了可能性,可以知道哪些數據類型訪問。3.2.2知識管理類:CXML為了管理知識通過XML,需要構造一個類框架和計算工具可以利用的知識存儲在XML文件。類的類圖如下圖9所示。“XML錯誤處理程序”和“XML解析器”是兩個私有成員CXML內部類只能訪問其成員函數。這兩個成員負責XML解析和錯誤處理。“元素列表”、“文本”列表,和“列屬性”變量可以存儲解析后的信息從一個XML文件。“XML數據段”用于存儲任何用戶輸入數據。類提供了六個操作來驗證解析,印刷、搜索、寫字,獲取信息從一個XML文件。圖9

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