面向廣義能量效率的數(shù)控加工系統(tǒng)優(yōu)化模型及方法研究.pdf

1、我國是制造業(yè)大國，而制造業(yè)仍處于以高能耗、高污染、高排放為主要特征的粗放型發(fā)展模式，制造業(yè)能耗占全國能耗總量比例相當(dāng)大；能耗量大、能量效率低、碳排放量大是我國制造業(yè)當(dāng)前面臨的嚴峻問題。數(shù)控加工系統(tǒng)是由數(shù)控機床、工件、刀具、工裝夾具以及各種輔助設(shè)施構(gòu)成的典型制造系統(tǒng)，在數(shù)控加工過程中涉及大量能量和物料消耗。隨著我國制造業(yè)數(shù)控化率的進一步提升，迫切需要從系統(tǒng)的層面對數(shù)控加工系統(tǒng)的能量消耗特征以及優(yōu)化模型展開研究，實現(xiàn)系統(tǒng)能效的提升。

2、　　本論文結(jié)合國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）課題“機床產(chǎn)品機械加工制造系統(tǒng)能效優(yōu)化提升技術(shù)及應(yīng)用”（2014AA041506）和國家自然科學(xué)基金面上項目“面向廣義能量效率的數(shù)控加工工藝規(guī)劃理論與方法研究”（51475059）等課題，從廣義能量效率的角度出發(fā)，對數(shù)控加工系統(tǒng)優(yōu)化模型及方法展開研究。
　　首先，在分析數(shù)控加工系統(tǒng)能量消耗特點的基礎(chǔ)上，提出數(shù)控加工系統(tǒng)廣義能量消耗的概念，并從直接能耗和間接能耗兩個方面對數(shù)控加工系統(tǒng)

3、能量消耗進行分類與計算，建立數(shù)控加工系統(tǒng)的廣義能耗模型；進而，提出廣義能量效率的概念，并通過能量利用率和比能兩種形式來進行表達；基于所提出的數(shù)控加工系統(tǒng)廣義能耗模型，從工藝參數(shù)、工藝路線和車間作業(yè)調(diào)度三個層次出發(fā)，建立面向廣義能量效率的數(shù)控加工系統(tǒng)能效優(yōu)化框架模型。
　　其次，針對數(shù)控加工系統(tǒng)工藝參數(shù)選擇對能量消耗的影響，構(gòu)建面向工藝參數(shù)的數(shù)控加工系統(tǒng)廣義能效模型；基于此，以加工過程時間和能效作為優(yōu)化目標(biāo)，建立集成數(shù)控加工系統(tǒng)廣義

4、能效與加工時間的工藝參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化模型，采用改進的非支配遺傳算法對該模型進行求解，并采用仿真實驗的方式揭示工藝參數(shù)與數(shù)控加工系統(tǒng)廣義能效的映射關(guān)系。以某長傳動軸的工藝參數(shù)優(yōu)化過程，對所建立的模型進行應(yīng)用，以驗證面向廣義能量效率的工藝參數(shù)優(yōu)化模型的節(jié)能性。
　　再次，在采用特征元素對數(shù)控加工工藝路線進行表達的基礎(chǔ)上，針對工藝路線與能量消耗的關(guān)系，建立面向數(shù)控加工工藝路線的廣義能效模型，并考慮以實現(xiàn)能效提升、時間效率提升為優(yōu)化目標(biāo)，建

5、立集成廣義能量效率與時間效率的數(shù)控加工系統(tǒng)工藝路線多目標(biāo)優(yōu)化模型，并采用遺傳算法對該模型進行求解；以圓柱齒輪加工為例，對其數(shù)控加工工藝路線進行優(yōu)化分析，以實現(xiàn)能效提升。
　　然后，針對數(shù)控加工車間作業(yè)調(diào)度問題對能量消耗的影響，建立面向車間作業(yè)調(diào)度的數(shù)控加工系統(tǒng)廣義能效模型；以車間作業(yè)調(diào)度的廣義能量效率與最小完工時間為目標(biāo)，建立面向廣義能效的數(shù)控加工車間作業(yè)調(diào)度問題的多目標(biāo)優(yōu)化模型，并采用遺傳算法進行求解。
　　最后，介紹了一