摘 要：為滿足汽車產品的綠色設計要求，基於輕量化設計思想，重點考慮回收再利用性指標，研究一種多材料車身部件選材優化方法。針對影響車身部件回收再利用性的主要因素，採用模糊推理技術求解回收再利用值R，提出回收再利用經濟性評價指數Rev，並將R和Rev，連同剛度和質量作為優化目標，構建車身部件多材料選擇的多目標優化模型，並運用多目標遺傳算法進行優化求解，獲得了車身部件的最佳材料組合方案。以某款轎車的車門為例，驗證了所採用方法的有效性。
關鍵詞：多材料車身；回收再利用；材料選擇；多目標優化；遺傳算法
前言
隨著汽車保有量的迅猛增加，能源供給緊張和環境汙染問題日益突出。車身輕量化成為汽車節能減排的有效手段之一。新型輕量化材料的不斷湧現，推動了車身輕量化的進程，同時也帶來了困擾人們的環保和可持續性發展的難題。
摘 要：為滿足汽車產品的綠色設計要求，基於輕量化設計思想，重點考慮回收再利用性指標，研究一種多材料車身部件選材優化方法。針對影響車身部件回收再利用性的主要因素，採用模糊推理技術求解回收再利用值R，提出回收再利用經濟性評價指數Rev，並將R和Rev，連同剛度和質量作為優化目標，構建車身部件多材料選擇的多目標優化模型，並運用多目標遺傳算法進行優化求解，獲得了車身部件的最佳材料組合方案。以某款轎車的車門為例，驗證了所採用方法的有效性。
關鍵詞：多材料車身；回收再利用；材料選擇；多目標優化；遺傳算法
前言
隨著汽車保有量的迅猛增加，能源供給緊張和環境汙染問題日益突出。車身輕量化成為汽車節能減排的有效手段之一。新型輕量化材料的不斷湧現，推動了車身輕量化的進程，同時也帶來了困擾人們的環保和可持續性發展的難題。
本文中綜合考慮影響車身部件回收再利用的主要因素，運用模糊推理系統對回收再利用值R進行量化處理；提出回收再利用經濟性評價指數Rev，將R和Rev作為回收再利用性評價指標，並結合輕量化及相關性能要求，構建材料選擇的多目標優化模型，採用多目標遺傳算法進行求解，獲得最佳的材料組合方案，最後通過實例進行驗證。
1、基於回收再利用的車身部件選材方法
不考慮材料的提煉過程，只考慮輕量化材料的使用和壽命週期環節。在概念設計階段考慮車身部件的回收再利用性，既要考慮連接類型對部件報廢后可拆解性的影響，還要考慮接頭數目和種類對部件回收人工成本[14]的影響，以及備選材料和現有回收再利用技術。本文中考慮5種影響回收再利用性的因素，分別是材料種類、連接類型、材料分離、回收再利用基礎和回收再利用利潤。
1.1 回收再利用值R
摘 要：為滿足汽車產品的綠色設計要求，基於輕量化設計思想，重點考慮回收再利用性指標，研究一種多材料車身部件選材優化方法。針對影響車身部件回收再利用性的主要因素，採用模糊推理技術求解回收再利用值R，提出回收再利用經濟性評價指數Rev，並將R和Rev，連同剛度和質量作為優化目標，構建車身部件多材料選擇的多目標優化模型，並運用多目標遺傳算法進行優化求解，獲得了車身部件的最佳材料組合方案。以某款轎車的車門為例，驗證了所採用方法的有效性。
關鍵詞：多材料車身；回收再利用；材料選擇；多目標優化；遺傳算法
前言
隨著汽車保有量的迅猛增加，能源供給緊張和環境汙染問題日益突出。車身輕量化成為汽車節能減排的有效手段之一。新型輕量化材料的不斷湧現，推動了車身輕量化的進程，同時也帶來了困擾人們的環保和可持續性發展的難題。
本文中綜合考慮影響車身部件回收再利用的主要因素，運用模糊推理系統對回收再利用值R進行量化處理；提出回收再利用經濟性評價指數Rev，將R和Rev作為回收再利用性評價指標，並結合輕量化及相關性能要求，構建材料選擇的多目標優化模型，採用多目標遺傳算法進行求解，獲得最佳的材料組合方案，最後通過實例進行驗證。
1、基於回收再利用的車身部件選材方法
不考慮材料的提煉過程，只考慮輕量化材料的使用和壽命週期環節。在概念設計階段考慮車身部件的回收再利用性，既要考慮連接類型對部件報廢后可拆解性的影響，還要考慮接頭數目和種類對部件回收人工成本[14]的影響，以及備選材料和現有回收再利用技術。本文中考慮5種影響回收再利用性的因素，分別是材料種類、連接類型、材料分離、回收再利用基礎和回收再利用利潤。
1.1 回收再利用值R
摘 要：為滿足汽車產品的綠色設計要求，基於輕量化設計思想，重點考慮回收再利用性指標，研究一種多材料車身部件選材優化方法。針對影響車身部件回收再利用性的主要因素，採用模糊推理技術求解回收再利用值R，提出回收再利用經濟性評價指數Rev，並將R和Rev，連同剛度和質量作為優化目標，構建車身部件多材料選擇的多目標優化模型，並運用多目標遺傳算法進行優化求解，獲得了車身部件的最佳材料組合方案。以某款轎車的車門為例，驗證了所採用方法的有效性。
關鍵詞：多材料車身；回收再利用；材料選擇；多目標優化；遺傳算法
前言
隨著汽車保有量的迅猛增加，能源供給緊張和環境汙染問題日益突出。車身輕量化成為汽車節能減排的有效手段之一。新型輕量化材料的不斷湧現，推動了車身輕量化的進程，同時也帶來了困擾人們的環保和可持續性發展的難題。
本文中綜合考慮影響車身部件回收再利用的主要因素，運用模糊推理系統對回收再利用值R進行量化處理；提出回收再利用經濟性評價指數Rev，將R和Rev作為回收再利用性評價指標，並結合輕量化及相關性能要求，構建材料選擇的多目標優化模型，採用多目標遺傳算法進行求解，獲得最佳的材料組合方案，最後通過實例進行驗證。
1、基於回收再利用的車身部件選材方法
不考慮材料的提煉過程，只考慮輕量化材料的使用和壽命週期環節。在概念設計階段考慮車身部件的回收再利用性，既要考慮連接類型對部件報廢后可拆解性的影響，還要考慮接頭數目和種類對部件回收人工成本[14]的影響，以及備選材料和現有回收再利用技術。本文中考慮5種影響回收再利用性的因素，分別是材料種類、連接類型、材料分離、回收再利用基礎和回收再利用利潤。
1.1 回收再利用值R
採用模糊推理系統的Takagi-Sugeno模型進行計算，此模型採用輸入模糊語言值，輸出真值參數的模糊規則。採用MATLAB軟件，通過輸入連接類型、材料種類、材料分離和回收再利用基礎4個模糊語言值，獲得回收再利用值R。其計算流程如圖1所示。
摘 要：為滿足汽車產品的綠色設計要求，基於輕量化設計思想，重點考慮回收再利用性指標，研究一種多材料車身部件選材優化方法。針對影響車身部件回收再利用性的主要因素，採用模糊推理技術求解回收再利用值R，提出回收再利用經濟性評價指數Rev，並將R和Rev，連同剛度和質量作為優化目標，構建車身部件多材料選擇的多目標優化模型，並運用多目標遺傳算法進行優化求解，獲得了車身部件的最佳材料組合方案。以某款轎車的車門為例，驗證了所採用方法的有效性。
關鍵詞：多材料車身；回收再利用；材料選擇；多目標優化；遺傳算法
前言
隨著汽車保有量的迅猛增加，能源供給緊張和環境汙染問題日益突出。車身輕量化成為汽車節能減排的有效手段之一。新型輕量化材料的不斷湧現，推動了車身輕量化的進程，同時也帶來了困擾人們的環保和可持續性發展的難題。
本文中綜合考慮影響車身部件回收再利用的主要因素，運用模糊推理系統對回收再利用值R進行量化處理；提出回收再利用經濟性評價指數Rev，將R和Rev作為回收再利用性評價指標，並結合輕量化及相關性能要求，構建材料選擇的多目標優化模型，採用多目標遺傳算法進行求解，獲得最佳的材料組合方案，最後通過實例進行驗證。
1、基於回收再利用的車身部件選材方法
不考慮材料的提煉過程，只考慮輕量化材料的使用和壽命週期環節。在概念設計階段考慮車身部件的回收再利用性，既要考慮連接類型對部件報廢后可拆解性的影響，還要考慮接頭數目和種類對部件回收人工成本[14]的影響，以及備選材料和現有回收再利用技術。本文中考慮5種影響回收再利用性的因素，分別是材料種類、連接類型、材料分離、回收再利用基礎和回收再利用利潤。
1.1 回收再利用值R
採用模糊推理系統的Takagi-Sugeno模型進行計算，此模型採用輸入模糊語言值，輸出真值參數的模糊規則。採用MATLAB軟件，通過輸入連接類型、材料種類、材料分離和回收再利用基礎4個模糊語言值，獲得回收再利用值R。其計算流程如圖1所示。
圖1 回收再利用值R的計算流程
1.2 回收再利用經濟性評價指數Rev
回收再利用利潤是指部件在回收再利用過程中所獲得的利潤，它是影響回收再利用性的主要因素之一，即
摘 要：為滿足汽車產品的綠色設計要求，基於輕量化設計思想，重點考慮回收再利用性指標，研究一種多材料車身部件選材優化方法。針對影響車身部件回收再利用性的主要因素，採用模糊推理技術求解回收再利用值R，提出回收再利用經濟性評價指數Rev，並將R和Rev，連同剛度和質量作為優化目標，構建車身部件多材料選擇的多目標優化模型，並運用多目標遺傳算法進行優化求解，獲得了車身部件的最佳材料組合方案。以某款轎車的車門為例，驗證了所採用方法的有效性。
關鍵詞：多材料車身；回收再利用；材料選擇；多目標優化；遺傳算法
前言
隨著汽車保有量的迅猛增加，能源供給緊張和環境汙染問題日益突出。車身輕量化成為汽車節能減排的有效手段之一。新型輕量化材料的不斷湧現，推動了車身輕量化的進程，同時也帶來了困擾人們的環保和可持續性發展的難題。
本文中綜合考慮影響車身部件回收再利用的主要因素，運用模糊推理系統對回收再利用值R進行量化處理；提出回收再利用經濟性評價指數Rev，將R和Rev作為回收再利用性評價指標，並結合輕量化及相關性能要求，構建材料選擇的多目標優化模型，採用多目標遺傳算法進行求解，獲得最佳的材料組合方案，最後通過實例進行驗證。
1、基於回收再利用的車身部件選材方法
不考慮材料的提煉過程，只考慮輕量化材料的使用和壽命週期環節。在概念設計階段考慮車身部件的回收再利用性，既要考慮連接類型對部件報廢后可拆解性的影響，還要考慮接頭數目和種類對部件回收人工成本[14]的影響，以及備選材料和現有回收再利用技術。本文中考慮5種影響回收再利用性的因素，分別是材料種類、連接類型、材料分離、回收再利用基礎和回收再利用利潤。
1.1 回收再利用值R
採用模糊推理系統的Takagi-Sugeno模型進行計算，此模型採用輸入模糊語言值，輸出真值參數的模糊規則。採用MATLAB軟件，通過輸入連接類型、材料種類、材料分離和回收再利用基礎4個模糊語言值，獲得回收再利用值R。其計算流程如圖1所示。
圖1 回收再利用值R的計算流程
1.2 回收再利用經濟性評價指數Rev
回收再利用利潤是指部件在回收再利用過程中所獲得的利潤，它是影響回收再利用性的主要因素之一，即
式中：Rp為回收再利用利潤；n為部件拆分的零件數量；i為材料數目；Prm為回收時材料i的價格；C為回收成本；Cm為材料成本；Co為拆解成本；Wi為材料i的質量；Pvm為材料i的原價；rsi為材料i的廢棄率；Pw為人員單位時間報酬；tp為拆解材料時間；np為人員數量。
鑑於上述計算比較複雜，計算量大，並考慮影響回收再利用利潤的最主要的因素是材料價格，為簡化計算，另外提出一個回收再利用經濟性評價指數Rev，並作為優化目標之一，其定義為
Rev(Mi)=Prm/Pvm
1.3 材料選擇多目標優化模型
考慮具有良好的回收再利用性，即回收再利用值R和回收再利用經濟性評價指數Rev要儘可能高，同時滿足輕量化的要求，構建車身部件多材料選擇的多目標優化模型，並將R，Rev，部件質量和性能(主要考慮剛度)作為模型的優化目標。將材料的密度、彈性模量等材料屬性和部件的幾何參數作為設計變量，同時為了減少計算量，採用材料編碼代替材料屬性。備選材料編碼規則如圖2所示。
摘 要：為滿足汽車產品的綠色設計要求，基於輕量化設計思想，重點考慮回收再利用性指標，研究一種多材料車身部件選材優化方法。針對影響車身部件回收再利用性的主要因素，採用模糊推理技術求解回收再利用值R，提出回收再利用經濟性評價指數Rev，並將R和Rev，連同剛度和質量作為優化目標，構建車身部件多材料選擇的多目標優化模型，並運用多目標遺傳算法進行優化求解，獲得了車身部件的最佳材料組合方案。以某款轎車的車門為例，驗證了所採用方法的有效性。
關鍵詞：多材料車身；回收再利用；材料選擇；多目標優化；遺傳算法
前言
隨著汽車保有量的迅猛增加，能源供給緊張和環境汙染問題日益突出。車身輕量化成為汽車節能減排的有效手段之一。新型輕量化材料的不斷湧現，推動了車身輕量化的進程，同時也帶來了困擾人們的環保和可持續性發展的難題。
本文中綜合考慮影響車身部件回收再利用的主要因素，運用模糊推理系統對回收再利用值R進行量化處理；提出回收再利用經濟性評價指數Rev，將R和Rev作為回收再利用性評價指標，並結合輕量化及相關性能要求，構建材料選擇的多目標優化模型，採用多目標遺傳算法進行求解，獲得最佳的材料組合方案，最後通過實例進行驗證。
1、基於回收再利用的車身部件選材方法
不考慮材料的提煉過程，只考慮輕量化材料的使用和壽命週期環節。在概念設計階段考慮車身部件的回收再利用性，既要考慮連接類型對部件報廢后可拆解性的影響，還要考慮接頭數目和種類對部件回收人工成本[14]的影響，以及備選材料和現有回收再利用技術。本文中考慮5種影響回收再利用性的因素，分別是材料種類、連接類型、材料分離、回收再利用基礎和回收再利用利潤。
1.1 回收再利用值R
採用模糊推理系統的Takagi-Sugeno模型進行計算，此模型採用輸入模糊語言值，輸出真值參數的模糊規則。採用MATLAB軟件，通過輸入連接類型、材料種類、材料分離和回收再利用基礎4個模糊語言值，獲得回收再利用值R。其計算流程如圖1所示。
圖1 回收再利用值R的計算流程
1.2 回收再利用經濟性評價指數Rev
回收再利用利潤是指部件在回收再利用過程中所獲得的利潤，它是影響回收再利用性的主要因素之一，即
式中：Rp為回收再利用利潤；n為部件拆分的零件數量；i為材料數目；Prm為回收時材料i的價格；C為回收成本；Cm為材料成本；Co為拆解成本；Wi為材料i的質量；Pvm為材料i的原價；rsi為材料i的廢棄率；Pw為人員單位時間報酬；tp為拆解材料時間；np為人員數量。
鑑於上述計算比較複雜，計算量大，並考慮影響回收再利用利潤的最主要的因素是材料價格，為簡化計算，另外提出一個回收再利用經濟性評價指數Rev，並作為優化目標之一，其定義為
Rev(Mi)=Prm/Pvm
1.3 材料選擇多目標優化模型
考慮具有良好的回收再利用性，即回收再利用值R和回收再利用經濟性評價指數Rev要儘可能高，同時滿足輕量化的要求，構建車身部件多材料選擇的多目標優化模型，並將R，Rev，部件質量和性能(主要考慮剛度)作為模型的優化目標。將材料的密度、彈性模量等材料屬性和部件的幾何參數作為設計變量，同時為了減少計算量，採用材料編碼代替材料屬性。備選材料編碼規則如圖2所示。
圖2 材料編碼與材料類型的映射關係示意圖
根據設計目標，給出模型的約束條件，即對零件的厚度、長度、高度和零件拆解後的片數設定上下限。
因此，選材多目標優化模型為
摘 要：為滿足汽車產品的綠色設計要求，基於輕量化設計思想，重點考慮回收再利用性指標，研究一種多材料車身部件選材優化方法。針對影響車身部件回收再利用性的主要因素，採用模糊推理技術求解回收再利用值R，提出回收再利用經濟性評價指數Rev，並將R和Rev，連同剛度和質量作為優化目標，構建車身部件多材料選擇的多目標優化模型，並運用多目標遺傳算法進行優化求解，獲得了車身部件的最佳材料組合方案。以某款轎車的車門為例，驗證了所採用方法的有效性。
關鍵詞：多材料車身；回收再利用；材料選擇；多目標優化；遺傳算法
前言
隨著汽車保有量的迅猛增加，能源供給緊張和環境汙染問題日益突出。車身輕量化成為汽車節能減排的有效手段之一。新型輕量化材料的不斷湧現，推動了車身輕量化的進程，同時也帶來了困擾人們的環保和可持續性發展的難題。
本文中綜合考慮影響車身部件回收再利用的主要因素，運用模糊推理系統對回收再利用值R進行量化處理；提出回收再利用經濟性評價指數Rev，將R和Rev作為回收再利用性評價指標，並結合輕量化及相關性能要求，構建材料選擇的多目標優化模型，採用多目標遺傳算法進行求解，獲得最佳的材料組合方案，最後通過實例進行驗證。
1、基於回收再利用的車身部件選材方法
不考慮材料的提煉過程，只考慮輕量化材料的使用和壽命週期環節。在概念設計階段考慮車身部件的回收再利用性，既要考慮連接類型對部件報廢后可拆解性的影響，還要考慮接頭數目和種類對部件回收人工成本[14]的影響，以及備選材料和現有回收再利用技術。本文中考慮5種影響回收再利用性的因素，分別是材料種類、連接類型、材料分離、回收再利用基礎和回收再利用利潤。
1.1 回收再利用值R
採用模糊推理系統的Takagi-Sugeno模型進行計算，此模型採用輸入模糊語言值，輸出真值參數的模糊規則。採用MATLAB軟件，通過輸入連接類型、材料種類、材料分離和回收再利用基礎4個模糊語言值，獲得回收再利用值R。其計算流程如圖1所示。
圖1 回收再利用值R的計算流程
1.2 回收再利用經濟性評價指數Rev
回收再利用利潤是指部件在回收再利用過程中所獲得的利潤，它是影響回收再利用性的主要因素之一，即
式中：Rp為回收再利用利潤；n為部件拆分的零件數量；i為材料數目；Prm為回收時材料i的價格；C為回收成本；Cm為材料成本；Co為拆解成本；Wi為材料i的質量；Pvm為材料i的原價；rsi為材料i的廢棄率；Pw為人員單位時間報酬；tp為拆解材料時間；np為人員數量。
鑑於上述計算比較複雜，計算量大，並考慮影響回收再利用利潤的最主要的因素是材料價格，為簡化計算，另外提出一個回收再利用經濟性評價指數Rev，並作為優化目標之一，其定義為
Rev(Mi)=Prm/Pvm
1.3 材料選擇多目標優化模型
考慮具有良好的回收再利用性，即回收再利用值R和回收再利用經濟性評價指數Rev要儘可能高，同時滿足輕量化的要求，構建車身部件多材料選擇的多目標優化模型，並將R，Rev，部件質量和性能(主要考慮剛度)作為模型的優化目標。將材料的密度、彈性模量等材料屬性和部件的幾何參數作為設計變量，同時為了減少計算量，採用材料編碼代替材料屬性。備選材料編碼規則如圖2所示。
圖2 材料編碼與材料類型的映射關係示意圖
根據設計目標，給出模型的約束條件，即對零件的厚度、長度、高度和零件拆解後的片數設定上下限。
因此，選材多目標優化模型為
式中：F，Rev，R和w分別為車門的剛度、回收再利用利潤RP、回收再利用值和質量；ti，Li，hi為零件的厚度、長度、高度；tiL，LiL，hiL和tiU，LiU，hiU為厚度、長度、高度的下限和上限；Mi為第i個零件的材料標識編碼；m為材料種類；n為部件的零件個數；Bi為零件拆解後的片數；BiL和BiU為拆解後片數的下限和上限。
2、方法的實例應用
以某款轎車的左前車門為例進行研究方法的應用與仿真驗證，車門幾何模型如圖3所示。
摘 要：為滿足汽車產品的綠色設計要求，基於輕量化設計思想，重點考慮回收再利用性指標，研究一種多材料車身部件選材優化方法。針對影響車身部件回收再利用性的主要因素，採用模糊推理技術求解回收再利用值R，提出回收再利用經濟性評價指數Rev，並將R和Rev，連同剛度和質量作為優化目標，構建車身部件多材料選擇的多目標優化模型，並運用多目標遺傳算法進行優化求解，獲得了車身部件的最佳材料組合方案。以某款轎車的車門為例，驗證了所採用方法的有效性。
關鍵詞：多材料車身；回收再利用；材料選擇；多目標優化；遺傳算法
前言
隨著汽車保有量的迅猛增加，能源供給緊張和環境汙染問題日益突出。車身輕量化成為汽車節能減排的有效手段之一。新型輕量化材料的不斷湧現，推動了車身輕量化的進程，同時也帶來了困擾人們的環保和可持續性發展的難題。
本文中綜合考慮影響車身部件回收再利用的主要因素，運用模糊推理系統對回收再利用值R進行量化處理；提出回收再利用經濟性評價指數Rev，將R和Rev作為回收再利用性評價指標，並結合輕量化及相關性能要求，構建材料選擇的多目標優化模型，採用多目標遺傳算法進行求解，獲得最佳的材料組合方案，最後通過實例進行驗證。
1、基於回收再利用的車身部件選材方法
不考慮材料的提煉過程，只考慮輕量化材料的使用和壽命週期環節。在概念設計階段考慮車身部件的回收再利用性，既要考慮連接類型對部件報廢后可拆解性的影響，還要考慮接頭數目和種類對部件回收人工成本[14]的影響，以及備選材料和現有回收再利用技術。本文中考慮5種影響回收再利用性的因素，分別是材料種類、連接類型、材料分離、回收再利用基礎和回收再利用利潤。
1.1 回收再利用值R
採用模糊推理系統的Takagi-Sugeno模型進行計算，此模型採用輸入模糊語言值，輸出真值參數的模糊規則。採用MATLAB軟件，通過輸入連接類型、材料種類、材料分離和回收再利用基礎4個模糊語言值，獲得回收再利用值R。其計算流程如圖1所示。
圖1 回收再利用值R的計算流程
1.2 回收再利用經濟性評價指數Rev
回收再利用利潤是指部件在回收再利用過程中所獲得的利潤，它是影響回收再利用性的主要因素之一，即
式中：Rp為回收再利用利潤；n為部件拆分的零件數量；i為材料數目；Prm為回收時材料i的價格；C為回收成本；Cm為材料成本；Co為拆解成本；Wi為材料i的質量；Pvm為材料i的原價；rsi為材料i的廢棄率；Pw為人員單位時間報酬；tp為拆解材料時間；np為人員數量。
鑑於上述計算比較複雜，計算量大，並考慮影響回收再利用利潤的最主要的因素是材料價格，為簡化計算，另外提出一個回收再利用經濟性評價指數Rev，並作為優化目標之一，其定義為
Rev(Mi)=Prm/Pvm
1.3 材料選擇多目標優化模型
考慮具有良好的回收再利用性，即回收再利用值R和回收再利用經濟性評價指數Rev要儘可能高，同時滿足輕量化的要求，構建車身部件多材料選擇的多目標優化模型，並將R，Rev，部件質量和性能(主要考慮剛度)作為模型的優化目標。將材料的密度、彈性模量等材料屬性和部件的幾何參數作為設計變量，同時為了減少計算量，採用材料編碼代替材料屬性。備選材料編碼規則如圖2所示。
圖2 材料編碼與材料類型的映射關係示意圖
根據設計目標，給出模型的約束條件，即對零件的厚度、長度、高度和零件拆解後的片數設定上下限。
因此，選材多目標優化模型為
式中：F，Rev，R和w分別為車門的剛度、回收再利用利潤RP、回收再利用值和質量；ti，Li，hi為零件的厚度、長度、高度；tiL，LiL，hiL和tiU，LiU，hiU為厚度、長度、高度的下限和上限；Mi為第i個零件的材料標識編碼；m為材料種類；n為部件的零件個數；Bi為零件拆解後的片數；BiL和BiU為拆解後片數的下限和上限。
2、方法的實例應用
以某款轎車的左前車門為例進行研究方法的應用與仿真驗證，車門幾何模型如圖3所示。
圖3 車門幾何模型
備選材料參數及其編碼如表1所示。車門內外板拆解片數及各部分厚度、長度和寬度上下限如表2所示。建立的多目標優化模型為
摘 要：為滿足汽車產品的綠色設計要求，基於輕量化設計思想，重點考慮回收再利用性指標，研究一種多材料車身部件選材優化方法。針對影響車身部件回收再利用性的主要因素，採用模糊推理技術求解回收再利用值R，提出回收再利用經濟性評價指數Rev，並將R和Rev，連同剛度和質量作為優化目標，構建車身部件多材料選擇的多目標優化模型，並運用多目標遺傳算法進行優化求解，獲得了車身部件的最佳材料組合方案。以某款轎車的車門為例，驗證了所採用方法的有效性。
關鍵詞：多材料車身；回收再利用；材料選擇；多目標優化；遺傳算法
前言
隨著汽車保有量的迅猛增加，能源供給緊張和環境汙染問題日益突出。車身輕量化成為汽車節能減排的有效手段之一。新型輕量化材料的不斷湧現，推動了車身輕量化的進程，同時也帶來了困擾人們的環保和可持續性發展的難題。
本文中綜合考慮影響車身部件回收再利用的主要因素，運用模糊推理系統對回收再利用值R進行量化處理；提出回收再利用經濟性評價指數Rev，將R和Rev作為回收再利用性評價指標，並結合輕量化及相關性能要求，構建材料選擇的多目標優化模型，採用多目標遺傳算法進行求解，獲得最佳的材料組合方案，最後通過實例進行驗證。
1、基於回收再利用的車身部件選材方法
不考慮材料的提煉過程，只考慮輕量化材料的使用和壽命週期環節。在概念設計階段考慮車身部件的回收再利用性，既要考慮連接類型對部件報廢后可拆解性的影響，還要考慮接頭數目和種類對部件回收人工成本[14]的影響，以及備選材料和現有回收再利用技術。本文中考慮5種影響回收再利用性的因素，分別是材料種類、連接類型、材料分離、回收再利用基礎和回收再利用利潤。
1.1 回收再利用值R
採用模糊推理系統的Takagi-Sugeno模型進行計算，此模型採用輸入模糊語言值，輸出真值參數的模糊規則。採用MATLAB軟件，通過輸入連接類型、材料種類、材料分離和回收再利用基礎4個模糊語言值，獲得回收再利用值R。其計算流程如圖1所示。
圖1 回收再利用值R的計算流程
1.2 回收再利用經濟性評價指數Rev
回收再利用利潤是指部件在回收再利用過程中所獲得的利潤，它是影響回收再利用性的主要因素之一，即
式中：Rp為回收再利用利潤；n為部件拆分的零件數量；i為材料數目；Prm為回收時材料i的價格；C為回收成本；Cm為材料成本；Co為拆解成本；Wi為材料i的質量；Pvm為材料i的原價；rsi為材料i的廢棄率；Pw為人員單位時間報酬；tp為拆解材料時間；np為人員數量。
鑑於上述計算比較複雜，計算量大，並考慮影響回收再利用利潤的最主要的因素是材料價格，為簡化計算，另外提出一個回收再利用經濟性評價指數Rev，並作為優化目標之一，其定義為
Rev(Mi)=Prm/Pvm
1.3 材料選擇多目標優化模型
考慮具有良好的回收再利用性，即回收再利用值R和回收再利用經濟性評價指數Rev要儘可能高，同時滿足輕量化的要求，構建車身部件多材料選擇的多目標優化模型，並將R，Rev，部件質量和性能(主要考慮剛度)作為模型的優化目標。將材料的密度、彈性模量等材料屬性和部件的幾何參數作為設計變量，同時為了減少計算量，採用材料編碼代替材料屬性。備選材料編碼規則如圖2所示。
圖2 材料編碼與材料類型的映射關係示意圖
根據設計目標，給出模型的約束條件，即對零件的厚度、長度、高度和零件拆解後的片數設定上下限。
因此，選材多目標優化模型為
式中：F，Rev，R和w分別為車門的剛度、回收再利用利潤RP、回收再利用值和質量；ti，Li，hi為零件的厚度、長度、高度；tiL，LiL，hiL和tiU，LiU，hiU為厚度、長度、高度的下限和上限；Mi為第i個零件的材料標識編碼；m為材料種類；n為部件的零件個數；Bi為零件拆解後的片數；BiL和BiU為拆解後片數的下限和上限。
2、方法的實例應用
以某款轎車的左前車門為例進行研究方法的應用與仿真驗證，車門幾何模型如圖3所示。
圖3 車門幾何模型
備選材料參數及其編碼如表1所示。車門內外板拆解片數及各部分厚度、長度和寬度上下限如表2所示。建立的多目標優化模型為
式中：F，Rev，R和w分別為車門剛度、回收再利用利潤RP、回收再利用值和質量。
表1 備選材料編碼和材料參數
摘 要：為滿足汽車產品的綠色設計要求，基於輕量化設計思想，重點考慮回收再利用性指標，研究一種多材料車身部件選材優化方法。針對影響車身部件回收再利用性的主要因素，採用模糊推理技術求解回收再利用值R，提出回收再利用經濟性評價指數Rev，並將R和Rev，連同剛度和質量作為優化目標，構建車身部件多材料選擇的多目標優化模型，並運用多目標遺傳算法進行優化求解，獲得了車身部件的最佳材料組合方案。以某款轎車的車門為例，驗證了所採用方法的有效性。
關鍵詞：多材料車身；回收再利用；材料選擇；多目標優化；遺傳算法
前言
隨著汽車保有量的迅猛增加，能源供給緊張和環境汙染問題日益突出。車身輕量化成為汽車節能減排的有效手段之一。新型輕量化材料的不斷湧現，推動了車身輕量化的進程，同時也帶來了困擾人們的環保和可持續性發展的難題。
本文中綜合考慮影響車身部件回收再利用的主要因素，運用模糊推理系統對回收再利用值R進行量化處理；提出回收再利用經濟性評價指數Rev，將R和Rev作為回收再利用性評價指標，並結合輕量化及相關性能要求，構建材料選擇的多目標優化模型，採用多目標遺傳算法進行求解，獲得最佳的材料組合方案，最後通過實例進行驗證。
1、基於回收再利用的車身部件選材方法
不考慮材料的提煉過程，只考慮輕量化材料的使用和壽命週期環節。在概念設計階段考慮車身部件的回收再利用性，既要考慮連接類型對部件報廢后可拆解性的影響，還要考慮接頭數目和種類對部件回收人工成本[14]的影響，以及備選材料和現有回收再利用技術。本文中考慮5種影響回收再利用性的因素，分別是材料種類、連接類型、材料分離、回收再利用基礎和回收再利用利潤。
1.1 回收再利用值R
採用模糊推理系統的Takagi-Sugeno模型進行計算，此模型採用輸入模糊語言值，輸出真值參數的模糊規則。採用MATLAB軟件，通過輸入連接類型、材料種類、材料分離和回收再利用基礎4個模糊語言值，獲得回收再利用值R。其計算流程如圖1所示。
圖1 回收再利用值R的計算流程
1.2 回收再利用經濟性評價指數Rev
回收再利用利潤是指部件在回收再利用過程中所獲得的利潤，它是影響回收再利用性的主要因素之一，即
式中：Rp為回收再利用利潤；n為部件拆分的零件數量；i為材料數目；Prm為回收時材料i的價格；C為回收成本；Cm為材料成本；Co為拆解成本；Wi為材料i的質量；Pvm為材料i的原價；rsi為材料i的廢棄率；Pw為人員單位時間報酬；tp為拆解材料時間；np為人員數量。
鑑於上述計算比較複雜，計算量大，並考慮影響回收再利用利潤的最主要的因素是材料價格，為簡化計算，另外提出一個回收再利用經濟性評價指數Rev，並作為優化目標之一，其定義為
Rev(Mi)=Prm/Pvm
1.3 材料選擇多目標優化模型
考慮具有良好的回收再利用性，即回收再利用值R和回收再利用經濟性評價指數Rev要儘可能高，同時滿足輕量化的要求，構建車身部件多材料選擇的多目標優化模型，並將R，Rev，部件質量和性能(主要考慮剛度)作為模型的優化目標。將材料的密度、彈性模量等材料屬性和部件的幾何參數作為設計變量，同時為了減少計算量，採用材料編碼代替材料屬性。備選材料編碼規則如圖2所示。
圖2 材料編碼與材料類型的映射關係示意圖
根據設計目標，給出模型的約束條件，即對零件的厚度、長度、高度和零件拆解後的片數設定上下限。
因此，選材多目標優化模型為
式中：F，Rev，R和w分別為車門的剛度、回收再利用利潤RP、回收再利用值和質量；ti，Li，hi為零件的厚度、長度、高度；tiL，LiL，hiL和tiU，LiU，hiU為厚度、長度、高度的下限和上限；Mi為第i個零件的材料標識編碼；m為材料種類；n為部件的零件個數；Bi為零件拆解後的片數；BiL和BiU為拆解後片數的下限和上限。
2、方法的實例應用
以某款轎車的左前車門為例進行研究方法的應用與仿真驗證，車門幾何模型如圖3所示。
圖3 車門幾何模型
備選材料參數及其編碼如表1所示。車門內外板拆解片數及各部分厚度、長度和寬度上下限如表2所示。建立的多目標優化模型為
式中：F，Rev，R和w分別為車門剛度、回收再利用利潤RP、回收再利用值和質量。
表1 備選材料編碼和材料參數
表2 車門幾何變量範圍
摘 要：為滿足汽車產品的綠色設計要求，基於輕量化設計思想，重點考慮回收再利用性指標，研究一種多材料車身部件選材優化方法。針對影響車身部件回收再利用性的主要因素，採用模糊推理技術求解回收再利用值R，提出回收再利用經濟性評價指數Rev，並將R和Rev，連同剛度和質量作為優化目標，構建車身部件多材料選擇的多目標優化模型，並運用多目標遺傳算法進行優化求解，獲得了車身部件的最佳材料組合方案。以某款轎車的車門為例，驗證了所採用方法的有效性。
關鍵詞：多材料車身；回收再利用；材料選擇；多目標優化；遺傳算法
前言
隨著汽車保有量的迅猛增加，能源供給緊張和環境汙染問題日益突出。車身輕量化成為汽車節能減排的有效手段之一。新型輕量化材料的不斷湧現，推動了車身輕量化的進程，同時也帶來了困擾人們的環保和可持續性發展的難題。
本文中綜合考慮影響車身部件回收再利用的主要因素，運用模糊推理系統對回收再利用值R進行量化處理；提出回收再利用經濟性評價指數Rev，將R和Rev作為回收再利用性評價指標，並結合輕量化及相關性能要求，構建材料選擇的多目標優化模型，採用多目標遺傳算法進行求解，獲得最佳的材料組合方案，最後通過實例進行驗證。
1、基於回收再利用的車身部件選材方法
不考慮材料的提煉過程，只考慮輕量化材料的使用和壽命週期環節。在概念設計階段考慮車身部件的回收再利用性，既要考慮連接類型對部件報廢后可拆解性的影響，還要考慮接頭數目和種類對部件回收人工成本[14]的影響，以及備選材料和現有回收再利用技術。本文中考慮5種影響回收再利用性的因素，分別是材料種類、連接類型、材料分離、回收再利用基礎和回收再利用利潤。
1.1 回收再利用值R
採用模糊推理系統的Takagi-Sugeno模型進行計算，此模型採用輸入模糊語言值，輸出真值參數的模糊規則。採用MATLAB軟件，通過輸入連接類型、材料種類、材料分離和回收再利用基礎4個模糊語言值，獲得回收再利用值R。其計算流程如圖1所示。
圖1 回收再利用值R的計算流程
1.2 回收再利用經濟性評價指數Rev
回收再利用利潤是指部件在回收再利用過程中所獲得的利潤，它是影響回收再利用性的主要因素之一，即
式中：Rp為回收再利用利潤；n為部件拆分的零件數量；i為材料數目；Prm為回收時材料i的價格；C為回收成本；Cm為材料成本；Co為拆解成本；Wi為材料i的質量；Pvm為材料i的原價；rsi為材料i的廢棄率；Pw為人員單位時間報酬；tp為拆解材料時間；np為人員數量。
鑑於上述計算比較複雜，計算量大，並考慮影響回收再利用利潤的最主要的因素是材料價格，為簡化計算，另外提出一個回收再利用經濟性評價指數Rev，並作為優化目標之一，其定義為
Rev(Mi)=Prm/Pvm
1.3 材料選擇多目標優化模型
考慮具有良好的回收再利用性，即回收再利用值R和回收再利用經濟性評價指數Rev要儘可能高，同時滿足輕量化的要求，構建車身部件多材料選擇的多目標優化模型，並將R，Rev，部件質量和性能(主要考慮剛度)作為模型的優化目標。將材料的密度、彈性模量等材料屬性和部件的幾何參數作為設計變量，同時為了減少計算量，採用材料編碼代替材料屬性。備選材料編碼規則如圖2所示。
圖2 材料編碼與材料類型的映射關係示意圖
根據設計目標，給出模型的約束條件，即對零件的厚度、長度、高度和零件拆解後的片數設定上下限。
因此，選材多目標優化模型為
式中：F，Rev，R和w分別為車門的剛度、回收再利用利潤RP、回收再利用值和質量；ti，Li，hi為零件的厚度、長度、高度；tiL，LiL，hiL和tiU，LiU，hiU為厚度、長度、高度的下限和上限；Mi為第i個零件的材料標識編碼；m為材料種類；n為部件的零件個數；Bi為零件拆解後的片數；BiL和BiU為拆解後片數的下限和上限。
2、方法的實例應用
以某款轎車的左前車門為例進行研究方法的應用與仿真驗證，車門幾何模型如圖3所示。
圖3 車門幾何模型
備選材料參數及其編碼如表1所示。車門內外板拆解片數及各部分厚度、長度和寬度上下限如表2所示。建立的多目標優化模型為
式中：F，Rev，R和w分別為車門剛度、回收再利用利潤RP、回收再利用值和質量。
表1 備選材料編碼和材料參數
表2 車門幾何變量範圍
採用非支配多目標遺傳算法NSGA-Ⅱ進行優化求解，求解中種群規模為100，進化代數為200，交叉概率為90%，交叉分佈指數為5，變異分佈指數為20。選擇R值較大的7組材料組合計算結果，並根據式求得7組材料組合的回收再利用利潤RP，依次編號，如表3所示。
從表3可以看出，編號5是車門內板採用BH鋼，外板採用Al5050鋁合金的組合，其R和Rev值是
表3 計算結果
摘 要：為滿足汽車產品的綠色設計要求，基於輕量化設計思想，重點考慮回收再利用性指標，研究一種多材料車身部件選材優化方法。針對影響車身部件回收再利用性的主要因素，採用模糊推理技術求解回收再利用值R，提出回收再利用經濟性評價指數Rev，並將R和Rev，連同剛度和質量作為優化目標，構建車身部件多材料選擇的多目標優化模型，並運用多目標遺傳算法進行優化求解，獲得了車身部件的最佳材料組合方案。以某款轎車的車門為例，驗證了所採用方法的有效性。
關鍵詞：多材料車身；回收再利用；材料選擇；多目標優化；遺傳算法
前言
隨著汽車保有量的迅猛增加，能源供給緊張和環境汙染問題日益突出。車身輕量化成為汽車節能減排的有效手段之一。新型輕量化材料的不斷湧現，推動了車身輕量化的進程，同時也帶來了困擾人們的環保和可持續性發展的難題。
本文中綜合考慮影響車身部件回收再利用的主要因素，運用模糊推理系統對回收再利用值R進行量化處理；提出回收再利用經濟性評價指數Rev，將R和Rev作為回收再利用性評價指標，並結合輕量化及相關性能要求，構建材料選擇的多目標優化模型，採用多目標遺傳算法進行求解，獲得最佳的材料組合方案，最後通過實例進行驗證。
1、基於回收再利用的車身部件選材方法
不考慮材料的提煉過程，只考慮輕量化材料的使用和壽命週期環節。在概念設計階段考慮車身部件的回收再利用性，既要考慮連接類型對部件報廢后可拆解性的影響，還要考慮接頭數目和種類對部件回收人工成本[14]的影響，以及備選材料和現有回收再利用技術。本文中考慮5種影響回收再利用性的因素，分別是材料種類、連接類型、材料分離、回收再利用基礎和回收再利用利潤。
1.1 回收再利用值R
採用模糊推理系統的Takagi-Sugeno模型進行計算，此模型採用輸入模糊語言值，輸出真值參數的模糊規則。採用MATLAB軟件，通過輸入連接類型、材料種類、材料分離和回收再利用基礎4個模糊語言值，獲得回收再利用值R。其計算流程如圖1所示。
圖1 回收再利用值R的計算流程
1.2 回收再利用經濟性評價指數Rev
回收再利用利潤是指部件在回收再利用過程中所獲得的利潤，它是影響回收再利用性的主要因素之一，即
式中：Rp為回收再利用利潤；n為部件拆分的零件數量；i為材料數目；Prm為回收時材料i的價格；C為回收成本；Cm為材料成本；Co為拆解成本；Wi為材料i的質量；Pvm為材料i的原價；rsi為材料i的廢棄率；Pw為人員單位時間報酬；tp為拆解材料時間；np為人員數量。
鑑於上述計算比較複雜，計算量大，並考慮影響回收再利用利潤的最主要的因素是材料價格，為簡化計算，另外提出一個回收再利用經濟性評價指數Rev，並作為優化目標之一，其定義為
Rev(Mi)=Prm/Pvm
1.3 材料選擇多目標優化模型
考慮具有良好的回收再利用性，即回收再利用值R和回收再利用經濟性評價指數Rev要儘可能高，同時滿足輕量化的要求，構建車身部件多材料選擇的多目標優化模型，並將R，Rev，部件質量和性能(主要考慮剛度)作為模型的優化目標。將材料的密度、彈性模量等材料屬性和部件的幾何參數作為設計變量，同時為了減少計算量，採用材料編碼代替材料屬性。備選材料編碼規則如圖2所示。
圖2 材料編碼與材料類型的映射關係示意圖
根據設計目標，給出模型的約束條件，即對零件的厚度、長度、高度和零件拆解後的片數設定上下限。
因此，選材多目標優化模型為
式中：F，Rev，R和w分別為車門的剛度、回收再利用利潤RP、回收再利用值和質量；ti，Li，hi為零件的厚度、長度、高度；tiL，LiL，hiL和tiU，LiU，hiU為厚度、長度、高度的下限和上限；Mi為第i個零件的材料標識編碼；m為材料種類；n為部件的零件個數；Bi為零件拆解後的片數；BiL和BiU為拆解後片數的下限和上限。
2、方法的實例應用
以某款轎車的左前車門為例進行研究方法的應用與仿真驗證，車門幾何模型如圖3所示。
圖3 車門幾何模型
備選材料參數及其編碼如表1所示。車門內外板拆解片數及各部分厚度、長度和寬度上下限如表2所示。建立的多目標優化模型為
式中：F，Rev，R和w分別為車門剛度、回收再利用利潤RP、回收再利用值和質量。
表1 備選材料編碼和材料參數
表2 車門幾何變量範圍
採用非支配多目標遺傳算法NSGA-Ⅱ進行優化求解，求解中種群規模為100，進化代數為200，交叉概率為90%，交叉分佈指數為5，變異分佈指數為20。選擇R值較大的7組材料組合計算結果，並根據式求得7組材料組合的回收再利用利潤RP，依次編號，如表3所示。
從表3可以看出，編號5是車門內板採用BH鋼，外板採用Al5050鋁合金的組合，其R和Rev值是
表3 計算結果
注：表中M1，M2兩行中數字的含義為：1-AZ61A鎂合金；2-Al5050鋁合金；3-BH鋼；4-碳纖維複合材料。
最高的，同時車門質量比編號1(內外板均採用BH鋼)的車門質量減少了33.3%，本文中重點考慮回收再利用性，並實現輕量化設計要求，因此編號5是最佳材料組合方案。同時，車門外板改換Al5050後，車輛外側的質量將會減輕，從而使質心內移，因此還具備提高操控穩定性的優點。編號3和7都是車門內板採用碳纖維複合材料、外板採用Al5050鋁合金，但材料厚度不同，這種材料組合的車門質量是最輕的，尤其是編號7，不但質量最輕，其R和Rev值也相對較高，如果重點考慮輕量化設計，併兼顧回收再利用性，編號7是不錯的解決方案。因此，設計者可以依據不同的設計要求，選擇相應的材料組合結果。
3、結果仿真驗證
3.1 車門動靜態剛度分析
原有車門內外板材料均為BH鋼，建立的車門有限元模型共有8112個單元。現將車門外板材料替換為Al5050鋁合金，其它部分材料不變。對車門的下沉剛度、車門窗框側向剛度、扭轉剛度和低階模態進行計算求解，車門剛度和模態求解結果見表4。從表4可以看出，車門的各項剛度指標均在合理值範圍內，表明剛度性能良好。車門1階模態頻率雖然偏低，但符合通常設計標準。因此，總體來看，外板選用Al5050鋁合金和內板選用BH鋼的車門滿足動靜態剛度設計要求。
表4 車門剛度和模態求解結果
摘 要：為滿足汽車產品的綠色設計要求，基於輕量化設計思想，重點考慮回收再利用性指標，研究一種多材料車身部件選材優化方法。針對影響車身部件回收再利用性的主要因素，採用模糊推理技術求解回收再利用值R，提出回收再利用經濟性評價指數Rev，並將R和Rev，連同剛度和質量作為優化目標，構建車身部件多材料選擇的多目標優化模型，並運用多目標遺傳算法進行優化求解，獲得了車身部件的最佳材料組合方案。以某款轎車的車門為例，驗證了所採用方法的有效性。
關鍵詞：多材料車身；回收再利用；材料選擇；多目標優化；遺傳算法
前言
隨著汽車保有量的迅猛增加，能源供給緊張和環境汙染問題日益突出。車身輕量化成為汽車節能減排的有效手段之一。新型輕量化材料的不斷湧現，推動了車身輕量化的進程，同時也帶來了困擾人們的環保和可持續性發展的難題。
本文中綜合考慮影響車身部件回收再利用的主要因素，運用模糊推理系統對回收再利用值R進行量化處理；提出回收再利用經濟性評價指數Rev，將R和Rev作為回收再利用性評價指標，並結合輕量化及相關性能要求，構建材料選擇的多目標優化模型，採用多目標遺傳算法進行求解，獲得最佳的材料組合方案，最後通過實例進行驗證。
1、基於回收再利用的車身部件選材方法
不考慮材料的提煉過程，只考慮輕量化材料的使用和壽命週期環節。在概念設計階段考慮車身部件的回收再利用性，既要考慮連接類型對部件報廢后可拆解性的影響，還要考慮接頭數目和種類對部件回收人工成本[14]的影響，以及備選材料和現有回收再利用技術。本文中考慮5種影響回收再利用性的因素，分別是材料種類、連接類型、材料分離、回收再利用基礎和回收再利用利潤。
1.1 回收再利用值R
採用模糊推理系統的Takagi-Sugeno模型進行計算，此模型採用輸入模糊語言值，輸出真值參數的模糊規則。採用MATLAB軟件，通過輸入連接類型、材料種類、材料分離和回收再利用基礎4個模糊語言值，獲得回收再利用值R。其計算流程如圖1所示。
圖1 回收再利用值R的計算流程
1.2 回收再利用經濟性評價指數Rev
回收再利用利潤是指部件在回收再利用過程中所獲得的利潤，它是影響回收再利用性的主要因素之一，即
式中：Rp為回收再利用利潤；n為部件拆分的零件數量；i為材料數目；Prm為回收時材料i的價格；C為回收成本；Cm為材料成本；Co為拆解成本；Wi為材料i的質量；Pvm為材料i的原價；rsi為材料i的廢棄率；Pw為人員單位時間報酬；tp為拆解材料時間；np為人員數量。
鑑於上述計算比較複雜，計算量大，並考慮影響回收再利用利潤的最主要的因素是材料價格，為簡化計算，另外提出一個回收再利用經濟性評價指數Rev，並作為優化目標之一，其定義為
Rev(Mi)=Prm/Pvm
1.3 材料選擇多目標優化模型
考慮具有良好的回收再利用性，即回收再利用值R和回收再利用經濟性評價指數Rev要儘可能高，同時滿足輕量化的要求，構建車身部件多材料選擇的多目標優化模型，並將R，Rev，部件質量和性能(主要考慮剛度)作為模型的優化目標。將材料的密度、彈性模量等材料屬性和部件的幾何參數作為設計變量，同時為了減少計算量，採用材料編碼代替材料屬性。備選材料編碼規則如圖2所示。
圖2 材料編碼與材料類型的映射關係示意圖
根據設計目標，給出模型的約束條件，即對零件的厚度、長度、高度和零件拆解後的片數設定上下限。
因此，選材多目標優化模型為
式中：F，Rev，R和w分別為車門的剛度、回收再利用利潤RP、回收再利用值和質量；ti，Li，hi為零件的厚度、長度、高度；tiL，LiL，hiL和tiU，LiU，hiU為厚度、長度、高度的下限和上限；Mi為第i個零件的材料標識編碼；m為材料種類；n為部件的零件個數；Bi為零件拆解後的片數；BiL和BiU為拆解後片數的下限和上限。
2、方法的實例應用
以某款轎車的左前車門為例進行研究方法的應用與仿真驗證，車門幾何模型如圖3所示。
圖3 車門幾何模型
備選材料參數及其編碼如表1所示。車門內外板拆解片數及各部分厚度、長度和寬度上下限如表2所示。建立的多目標優化模型為
式中：F，Rev，R和w分別為車門剛度、回收再利用利潤RP、回收再利用值和質量。
表1 備選材料編碼和材料參數
表2 車門幾何變量範圍
採用非支配多目標遺傳算法NSGA-Ⅱ進行優化求解，求解中種群規模為100，進化代數為200，交叉概率為90%，交叉分佈指數為5，變異分佈指數為20。選擇R值較大的7組材料組合計算結果，並根據式求得7組材料組合的回收再利用利潤RP，依次編號，如表3所示。
從表3可以看出，編號5是車門內板採用BH鋼，外板採用Al5050鋁合金的組合，其R和Rev值是
表3 計算結果
注：表中M1，M2兩行中數字的含義為：1-AZ61A鎂合金；2-Al5050鋁合金；3-BH鋼；4-碳纖維複合材料。
最高的，同時車門質量比編號1(內外板均採用BH鋼)的車門質量減少了33.3%，本文中重點考慮回收再利用性，並實現輕量化設計要求，因此編號5是最佳材料組合方案。同時，車門外板改換Al5050後，車輛外側的質量將會減輕，從而使質心內移，因此還具備提高操控穩定性的優點。編號3和7都是車門內板採用碳纖維複合材料、外板採用Al5050鋁合金，但材料厚度不同，這種材料組合的車門質量是最輕的，尤其是編號7，不但質量最輕，其R和Rev值也相對較高，如果重點考慮輕量化設計，併兼顧回收再利用性，編號7是不錯的解決方案。因此，設計者可以依據不同的設計要求，選擇相應的材料組合結果。
3、結果仿真驗證
3.1 車門動靜態剛度分析
原有車門內外板材料均為BH鋼，建立的車門有限元模型共有8112個單元。現將車門外板材料替換為Al5050鋁合金，其它部分材料不變。對車門的下沉剛度、車門窗框側向剛度、扭轉剛度和低階模態進行計算求解，車門剛度和模態求解結果見表4。從表4可以看出，車門的各項剛度指標均在合理值範圍內，表明剛度性能良好。車門1階模態頻率雖然偏低，但符合通常設計標準。因此，總體來看，外板選用Al5050鋁合金和內板選用BH鋼的車門滿足動靜態剛度設計要求。
表4 車門剛度和模態求解結果
3.2 車門側面碰撞仿真
採用側面剛性柱碰撞試驗進行車門碰撞仿真分析。參考FMVSS214和Euro-NCAP要求，剛性柱只沿y方向的平動自由度。剛性柱速度為53km/h(14.7m/s)，整個碰撞時間為25ms。分別對材料改變前後的車門進行碰撞仿真分析，結果見圖4。由圖可見，剛性柱碰撞車門過程中，沙漏能最大值為0.507kJ，車門吸收的能量即內能最大值為36.21kJ，沙漏能與內能的比值一直維持在較低範圍內，最大沙漏能與內能的比僅為1.4%，低於10%。因此，認為仿真結果合理。
摘 要：為滿足汽車產品的綠色設計要求，基於輕量化設計思想，重點考慮回收再利用性指標，研究一種多材料車身部件選材優化方法。針對影響車身部件回收再利用性的主要因素，採用模糊推理技術求解回收再利用值R，提出回收再利用經濟性評價指數Rev，並將R和Rev，連同剛度和質量作為優化目標，構建車身部件多材料選擇的多目標優化模型，並運用多目標遺傳算法進行優化求解，獲得了車身部件的最佳材料組合方案。以某款轎車的車門為例，驗證了所採用方法的有效性。
關鍵詞：多材料車身；回收再利用；材料選擇；多目標優化；遺傳算法
前言
隨著汽車保有量的迅猛增加，能源供給緊張和環境汙染問題日益突出。車身輕量化成為汽車節能減排的有效手段之一。新型輕量化材料的不斷湧現，推動了車身輕量化的進程，同時也帶來了困擾人們的環保和可持續性發展的難題。
本文中綜合考慮影響車身部件回收再利用的主要因素，運用模糊推理系統對回收再利用值R進行量化處理；提出回收再利用經濟性評價指數Rev，將R和Rev作為回收再利用性評價指標，並結合輕量化及相關性能要求，構建材料選擇的多目標優化模型，採用多目標遺傳算法進行求解，獲得最佳的材料組合方案，最後通過實例進行驗證。
1、基於回收再利用的車身部件選材方法
不考慮材料的提煉過程，只考慮輕量化材料的使用和壽命週期環節。在概念設計階段考慮車身部件的回收再利用性，既要考慮連接類型對部件報廢后可拆解性的影響，還要考慮接頭數目和種類對部件回收人工成本[14]的影響，以及備選材料和現有回收再利用技術。本文中考慮5種影響回收再利用性的因素，分別是材料種類、連接類型、材料分離、回收再利用基礎和回收再利用利潤。
1.1 回收再利用值R
採用模糊推理系統的Takagi-Sugeno模型進行計算，此模型採用輸入模糊語言值，輸出真值參數的模糊規則。採用MATLAB軟件，通過輸入連接類型、材料種類、材料分離和回收再利用基礎4個模糊語言值，獲得回收再利用值R。其計算流程如圖1所示。
圖1 回收再利用值R的計算流程
1.2 回收再利用經濟性評價指數Rev
回收再利用利潤是指部件在回收再利用過程中所獲得的利潤，它是影響回收再利用性的主要因素之一，即
式中：Rp為回收再利用利潤；n為部件拆分的零件數量；i為材料數目；Prm為回收時材料i的價格；C為回收成本；Cm為材料成本；Co為拆解成本；Wi為材料i的質量；Pvm為材料i的原價；rsi為材料i的廢棄率；Pw為人員單位時間報酬；tp為拆解材料時間；np為人員數量。
鑑於上述計算比較複雜，計算量大，並考慮影響回收再利用利潤的最主要的因素是材料價格，為簡化計算，另外提出一個回收再利用經濟性評價指數Rev，並作為優化目標之一，其定義為
Rev(Mi)=Prm/Pvm
1.3 材料選擇多目標優化模型
考慮具有良好的回收再利用性，即回收再利用值R和回收再利用經濟性評價指數Rev要儘可能高，同時滿足輕量化的要求，構建車身部件多材料選擇的多目標優化模型，並將R，Rev，部件質量和性能(主要考慮剛度)作為模型的優化目標。將材料的密度、彈性模量等材料屬性和部件的幾何參數作為設計變量，同時為了減少計算量，採用材料編碼代替材料屬性。備選材料編碼規則如圖2所示。
圖2 材料編碼與材料類型的映射關係示意圖
根據設計目標，給出模型的約束條件，即對零件的厚度、長度、高度和零件拆解後的片數設定上下限。
因此，選材多目標優化模型為
式中：F，Rev，R和w分別為車門的剛度、回收再利用利潤RP、回收再利用值和質量；ti，Li，hi為零件的厚度、長度、高度；tiL，LiL，hiL和tiU，LiU，hiU為厚度、長度、高度的下限和上限；Mi為第i個零件的材料標識編碼；m為材料種類；n為部件的零件個數；Bi為零件拆解後的片數；BiL和BiU為拆解後片數的下限和上限。
2、方法的實例應用
以某款轎車的左前車門為例進行研究方法的應用與仿真驗證，車門幾何模型如圖3所示。
圖3 車門幾何模型
備選材料參數及其編碼如表1所示。車門內外板拆解片數及各部分厚度、長度和寬度上下限如表2所示。建立的多目標優化模型為
式中：F，Rev，R和w分別為車門剛度、回收再利用利潤RP、回收再利用值和質量。
表1 備選材料編碼和材料參數
表2 車門幾何變量範圍
採用非支配多目標遺傳算法NSGA-Ⅱ進行優化求解，求解中種群規模為100，進化代數為200，交叉概率為90%，交叉分佈指數為5，變異分佈指數為20。選擇R值較大的7組材料組合計算結果，並根據式求得7組材料組合的回收再利用利潤RP，依次編號，如表3所示。
從表3可以看出，編號5是車門內板採用BH鋼，外板採用Al5050鋁合金的組合，其R和Rev值是
表3 計算結果
注：表中M1，M2兩行中數字的含義為：1-AZ61A鎂合金；2-Al5050鋁合金；3-BH鋼；4-碳纖維複合材料。
最高的，同時車門質量比編號1(內外板均採用BH鋼)的車門質量減少了33.3%，本文中重點考慮回收再利用性，並實現輕量化設計要求，因此編號5是最佳材料組合方案。同時，車門外板改換Al5050後，車輛外側的質量將會減輕，從而使質心內移，因此還具備提高操控穩定性的優點。編號3和7都是車門內板採用碳纖維複合材料、外板採用Al5050鋁合金，但材料厚度不同，這種材料組合的車門質量是最輕的，尤其是編號7，不但質量最輕，其R和Rev值也相對較高，如果重點考慮輕量化設計，併兼顧回收再利用性，編號7是不錯的解決方案。因此，設計者可以依據不同的設計要求，選擇相應的材料組合結果。
3、結果仿真驗證
3.1 車門動靜態剛度分析
原有車門內外板材料均為BH鋼，建立的車門有限元模型共有8112個單元。現將車門外板材料替換為Al5050鋁合金，其它部分材料不變。對車門的下沉剛度、車門窗框側向剛度、扭轉剛度和低階模態進行計算求解，車門剛度和模態求解結果見表4。從表4可以看出，車門的各項剛度指標均在合理值範圍內，表明剛度性能良好。車門1階模態頻率雖然偏低，但符合通常設計標準。因此，總體來看，外板選用Al5050鋁合金和內板選用BH鋼的車門滿足動靜態剛度設計要求。
表4 車門剛度和模態求解結果
3.2 車門側面碰撞仿真
採用側面剛性柱碰撞試驗進行車門碰撞仿真分析。參考FMVSS214和Euro-NCAP要求，剛性柱只沿y方向的平動自由度。剛性柱速度為53km/h(14.7m/s)，整個碰撞時間為25ms。分別對材料改變前後的車門進行碰撞仿真分析，結果見圖4。由圖可見，剛性柱碰撞車門過程中，沙漏能最大值為0.507kJ，車門吸收的能量即內能最大值為36.21kJ，沙漏能與內能的比值一直維持在較低範圍內，最大沙漏能與內能的比僅為1.4%，低於10%。因此，認為仿真結果合理。
圖4 車門內能和沙漏能碰撞過程變化曲線
通過碰撞仿真分析獲得車門內板的相關指標參數、內能和剛性柱的減速度，進行優化前後對比，結果見表5。從表5可以看出，材料替換後車門耐撞性能明顯改善。
表5 車門材料替換前後參數對比
摘 要：為滿足汽車產品的綠色設計要求，基於輕量化設計思想，重點考慮回收再利用性指標，研究一種多材料車身部件選材優化方法。針對影響車身部件回收再利用性的主要因素，採用模糊推理技術求解回收再利用值R，提出回收再利用經濟性評價指數Rev，並將R和Rev，連同剛度和質量作為優化目標，構建車身部件多材料選擇的多目標優化模型，並運用多目標遺傳算法進行優化求解，獲得了車身部件的最佳材料組合方案。以某款轎車的車門為例，驗證了所採用方法的有效性。
關鍵詞：多材料車身；回收再利用；材料選擇；多目標優化；遺傳算法
前言
隨著汽車保有量的迅猛增加，能源供給緊張和環境汙染問題日益突出。車身輕量化成為汽車節能減排的有效手段之一。新型輕量化材料的不斷湧現，推動了車身輕量化的進程，同時也帶來了困擾人們的環保和可持續性發展的難題。
本文中綜合考慮影響車身部件回收再利用的主要因素，運用模糊推理系統對回收再利用值R進行量化處理；提出回收再利用經濟性評價指數Rev，將R和Rev作為回收再利用性評價指標，並結合輕量化及相關性能要求，構建材料選擇的多目標優化模型，採用多目標遺傳算法進行求解，獲得最佳的材料組合方案，最後通過實例進行驗證。
1、基於回收再利用的車身部件選材方法
不考慮材料的提煉過程，只考慮輕量化材料的使用和壽命週期環節。在概念設計階段考慮車身部件的回收再利用性，既要考慮連接類型對部件報廢后可拆解性的影響，還要考慮接頭數目和種類對部件回收人工成本[14]的影響，以及備選材料和現有回收再利用技術。本文中考慮5種影響回收再利用性的因素，分別是材料種類、連接類型、材料分離、回收再利用基礎和回收再利用利潤。
1.1 回收再利用值R
採用模糊推理系統的Takagi-Sugeno模型進行計算，此模型採用輸入模糊語言值，輸出真值參數的模糊規則。採用MATLAB軟件，通過輸入連接類型、材料種類、材料分離和回收再利用基礎4個模糊語言值，獲得回收再利用值R。其計算流程如圖1所示。
圖1 回收再利用值R的計算流程
1.2 回收再利用經濟性評價指數Rev
回收再利用利潤是指部件在回收再利用過程中所獲得的利潤，它是影響回收再利用性的主要因素之一，即
式中：Rp為回收再利用利潤；n為部件拆分的零件數量；i為材料數目；Prm為回收時材料i的價格；C為回收成本；Cm為材料成本；Co為拆解成本；Wi為材料i的質量；Pvm為材料i的原價；rsi為材料i的廢棄率；Pw為人員單位時間報酬；tp為拆解材料時間；np為人員數量。
鑑於上述計算比較複雜，計算量大，並考慮影響回收再利用利潤的最主要的因素是材料價格，為簡化計算，另外提出一個回收再利用經濟性評價指數Rev，並作為優化目標之一，其定義為
Rev(Mi)=Prm/Pvm
1.3 材料選擇多目標優化模型
考慮具有良好的回收再利用性，即回收再利用值R和回收再利用經濟性評價指數Rev要儘可能高，同時滿足輕量化的要求，構建車身部件多材料選擇的多目標優化模型，並將R，Rev，部件質量和性能(主要考慮剛度)作為模型的優化目標。將材料的密度、彈性模量等材料屬性和部件的幾何參數作為設計變量，同時為了減少計算量，採用材料編碼代替材料屬性。備選材料編碼規則如圖2所示。
圖2 材料編碼與材料類型的映射關係示意圖
根據設計目標，給出模型的約束條件，即對零件的厚度、長度、高度和零件拆解後的片數設定上下限。
因此，選材多目標優化模型為
式中：F，Rev，R和w分別為車門的剛度、回收再利用利潤RP、回收再利用值和質量；ti，Li，hi為零件的厚度、長度、高度；tiL，LiL，hiL和tiU，LiU，hiU為厚度、長度、高度的下限和上限；Mi為第i個零件的材料標識編碼；m為材料種類；n為部件的零件個數；Bi為零件拆解後的片數；BiL和BiU為拆解後片數的下限和上限。
2、方法的實例應用
以某款轎車的左前車門為例進行研究方法的應用與仿真驗證，車門幾何模型如圖3所示。
圖3 車門幾何模型
備選材料參數及其編碼如表1所示。車門內外板拆解片數及各部分厚度、長度和寬度上下限如表2所示。建立的多目標優化模型為
式中：F，Rev，R和w分別為車門剛度、回收再利用利潤RP、回收再利用值和質量。
表1 備選材料編碼和材料參數
表2 車門幾何變量範圍
採用非支配多目標遺傳算法NSGA-Ⅱ進行優化求解，求解中種群規模為100，進化代數為200，交叉概率為90%，交叉分佈指數為5，變異分佈指數為20。選擇R值較大的7組材料組合計算結果，並根據式求得7組材料組合的回收再利用利潤RP，依次編號，如表3所示。
從表3可以看出，編號5是車門內板採用BH鋼，外板採用Al5050鋁合金的組合，其R和Rev值是
表3 計算結果
注：表中M1，M2兩行中數字的含義為：1-AZ61A鎂合金；2-Al5050鋁合金；3-BH鋼；4-碳纖維複合材料。
最高的，同時車門質量比編號1(內外板均採用BH鋼)的車門質量減少了33.3%，本文中重點考慮回收再利用性，並實現輕量化設計要求，因此編號5是最佳材料組合方案。同時，車門外板改換Al5050後，車輛外側的質量將會減輕，從而使質心內移，因此還具備提高操控穩定性的優點。編號3和7都是車門內板採用碳纖維複合材料、外板採用Al5050鋁合金，但材料厚度不同，這種材料組合的車門質量是最輕的，尤其是編號7，不但質量最輕，其R和Rev值也相對較高，如果重點考慮輕量化設計，併兼顧回收再利用性，編號7是不錯的解決方案。因此，設計者可以依據不同的設計要求，選擇相應的材料組合結果。
3、結果仿真驗證
3.1 車門動靜態剛度分析
原有車門內外板材料均為BH鋼，建立的車門有限元模型共有8112個單元。現將車門外板材料替換為Al5050鋁合金，其它部分材料不變。對車門的下沉剛度、車門窗框側向剛度、扭轉剛度和低階模態進行計算求解，車門剛度和模態求解結果見表4。從表4可以看出，車門的各項剛度指標均在合理值範圍內，表明剛度性能良好。車門1階模態頻率雖然偏低，但符合通常設計標準。因此，總體來看，外板選用Al5050鋁合金和內板選用BH鋼的車門滿足動靜態剛度設計要求。
表4 車門剛度和模態求解結果
3.2 車門側面碰撞仿真
採用側面剛性柱碰撞試驗進行車門碰撞仿真分析。參考FMVSS214和Euro-NCAP要求，剛性柱只沿y方向的平動自由度。剛性柱速度為53km/h(14.7m/s)，整個碰撞時間為25ms。分別對材料改變前後的車門進行碰撞仿真分析，結果見圖4。由圖可見，剛性柱碰撞車門過程中，沙漏能最大值為0.507kJ，車門吸收的能量即內能最大值為36.21kJ，沙漏能與內能的比值一直維持在較低範圍內，最大沙漏能與內能的比僅為1.4%，低於10%。因此，認為仿真結果合理。
圖4 車門內能和沙漏能碰撞過程變化曲線
通過碰撞仿真分析獲得車門內板的相關指標參數、內能和剛性柱的減速度，進行優化前後對比，結果見表5。從表5可以看出，材料替換後車門耐撞性能明顯改善。
表5 車門材料替換前後參數對比
4、結論
面向輕量化設計同時，重點考慮回收再利用性，研究一種多材料的車身部件選材方法。在歸納整理了影響車身部件回收再利用性的5個因素基礎上，應用模糊推理系統量化求解回收再利用值R，並提出了回收再利用經濟性評價指數Rev。綜合考慮性能、質量、回收再利用性構建了多材料車身部件選材的多目標優化模型，並採用非支配多目標遺傳算法NSGA-Ⅱ求解。通過對某款車門的實例應用，獲得了最佳材料組合方案，即車門外板採用Al5050鋁合金和車門內板採用BH鋼。該材料組合在滿足輕量化要求的前提下，具有更高的回收再利用性。通過性能仿真分析與對比，驗證了該方法的有效性。
來源：《汽車工程》
作者：崔岸，李彬，王學良，張士展
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