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(yán)峻問題。數(shù)控加工系統(tǒng)是由數(shù)控機(jī)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(jìn)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(shí)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(jì)劃（863計(jì)劃）課題“機(jī)床產(chǎn)品機(jī)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(xiàng)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(diǎn)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(gè)方面對數(shù)控加工系統(tǒng)

3、能量消耗進(jìn)行分類與計(jì)算，建立數(shù)控加工系統(tǒng)的廣義能耗模型；進(jìn)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(jìn)行表達(dá)；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(gè)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(shí)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(shí)間的工藝參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化模型，采用改進(jìn)的非支配遺傳算法對該模型進(jìn)行求解，并采用仿真實(shí)驗(yàn)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(dòng)軸的工藝參數(shù)優(yōu)化過程，對所建立的模型進(jìn)行應(yīng)用，以驗(yàn)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(jìn)行表達(dá)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(shí)現(xiàn)能效提升、時(shí)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(shí)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(jìn)行求解；以圓柱齒輪加工為例，對其數(shù)控加工工藝路線進(jìn)行優(yōu)化分析，以實(shí)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(shí)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(jìn)行求解。
　　最后，介紹了一