一种融合强化三重底线理念、模糊决策方法以及基于BO-BiLSTM的NSGA-II算法的可持续汽车内饰设计多目标优化框架

《Scientific Reports》：A multi-objective optimization framework for sustainable automotive interior design integrating enhanced triple bottom line, fuzzy decision-making, and BO-BiLSTM-driven NSGA-II

　　

摘要

在产品设计中，如何兼顾美学吸引力与生命周期可持续性仍是一项重要挑战，尤其是在概念设计阶段需要同时考虑用户的主观感受和多维度的可持续性目标。本研究提出了一种面向美学与可持续性的汽车内饰设计集成决策支持框架。首先引入了经过改进的三重底线模型，并结合生命周期思维和甜甜圈经济学的理念，构建了一个具有生命周期意识且受约束条件限制的可持续性评估体系。通过感性工程方法捕捉用户的审美需求，并运用区间型2模糊犹豫层次分析法对它们进行优先级排序；同时在改进后的三重底线框架内确定并评估各项可持续性指标。接着，运用区间2元组q-环正交对模糊质量函数方法，将经过优先级排序的审美与可持续性要求转化为可量化的设计参数。此外，还构建了一个经过贝叶斯优化调整的双向长短期记忆模型，用于预测四个方面的表现：美学性能、经济性能、环境性能和社会性能。将该模型嵌入到非支配排序遗传算法II中，从而在甜甜圈经济学定义的安全且公平的运作范围内生成帕累托最优解。最后，运用SHapley加性解释方法来分析这四个性能维度上各因素的贡献程度。汽车内饰设计案例表明，该框架能够产生平衡的帕累托最优解，且预测性能可靠。SHAP分析结果显示，D1是影响美学和经济性能的最主要因素，D12对环境性能的提升作用最为显著，D5则对社会性能的影响最大，而D7在不同维度上都具有重要作用。该框架为在产品早期开发阶段整合审美需求、市场可行性、环境责任以及社会用户体验提供了一种透明且以数据为驱动的解决方案。