面向绿色制造的机械加工系统任务优化调度模型

机械加工系统是车间层实施绿色制造的主体之一,对加工任务进行优化调度可以减少机械加工系统所产生的环境影响和资源消耗,是改善机械加工系统绿色性(即资源消耗和环境影响特性)的途径之一.基于此对面向绿色制造的机械加工系统任务优化调度问题进行研究,构建其框图模型及数学模型,该模型能对调度问题的整个优化调度过程及所涉及的各种要素之间关系进行描述.结合机械加工系统的资源消耗和环境影响特性,建立该模型的目标体系,该体系包括优化调度问题所涉及的各个子目标,并对子目标的内容进行描述.最后通过案例,对面向绿色制造的机械加工系统任务优化调度模型进行应用分析.     

基于低碳制造的机械加工工艺评价模型及应用

在分析相关文献的基础上,探讨了基于低碳制造的机械加工工艺规划体系,为实现机械加工过程中缩短加工时间、降低制造成本、提升生产质量、提升资源效率和减少环境污染的目标,设计了基于低碳制造的机械加工工艺方案的评价指标体系。并运用TOPSIS方法,构建基于低碳制造的机械加工工艺方案的评价模型,综合评价备选的低碳制造产品的工艺方案,以获得最优低碳产品制造工艺。最后,通过制造企业实际案例,综合评估了低碳制造的工艺方案,验证评价模型的可行性。     

基于IMPACT2002+的机械加工过程绿色综合评价应用支持系统

构建机械加工过程绿色综合评价数据库系统是制造业绿色生产工艺技术评估及应用研究的重要组成部分。基于影响评价2002+(IMPACT2002+)的理论,建立科学、规范的机械加工过程资源消耗和环境排放数据量化、分析与评价体系;并采用多属性决策方法结合质量、时间、成本指标,构建机械加工工艺绿色综合表现的评价模型与量化分析方法。同时,以机床零件的制造加工工艺为研究对象,开发了机床制造工艺绿色综合评价数据库系统。通过某机床厂全数控凸轮轴磨床主轴的制造工艺过程对所述模型与系统的可行性进行了验证。     

面向绿色制造的工艺规划关键技术研究

绿色制造工艺规划是绿色制造的关键之一,是一种对工艺要素、工艺过程及工艺方案绿色性评价等进行优化决策和规划,从而达到减少产品制造过程中的资源消耗和环境影响的工艺规划方法。     

生产过程资源环境属性综合评价支持系统

针对生产过程资源环境属性评价研究中缺乏实用方法和工具的问题,开发了一种制造企业生产过程资源环境属性综合评价支持系统.该系统主要由资源环境属性分析模块、资源环境属性评价模块、生产过程优化模块,以及支撑数据库和模型库模块等组成.在数据库和模型库等的支持下,对生产过程中的原材料消耗、辅助原材料消耗、能最消耗和环境排放物等进行综合评价,诊断生产过程中资源消耗和严重影响环境的关键工艺和过程,并辅助工艺人员改善和优化生产过程的绿色性.通过在某机床厂齿轮生产过程中的应用,验证了该系统的可行性.     

基于IMPACT2002+的机械加工过程资源环境影响评价方法研究

为了科学地反映机械加工过程资源、能源以及环境排放情况,提出一种基于CML2001中间类型方法和Eco-indicator99损害类型方法相结合的IMPACT2002+生命周期影响评价方法。通过对中间环境影响指标和4种环境损害指标进行分析,建立机械加工过程资源消耗和环境排放数据量化、分析与评价体系以及评价模型;通过中间类型影响和损害类型影响的对比分析,可以更好地反映机械加工过程中资源消耗和环境排放情况以及环境影响与工艺的关系。以某机床厂全数控凸轮轴磨床零件丝杆螺母座的制造工艺过程为例,验证了该评价模型与评价方法的可行性。     

基于投入产出模型的制造成本计算系统研究

为了在计算机集成制造系统中更好地集成作业成本法,在广义资源的定义下,借鉴列昂惕夫投入产出分析法,构造了实物型投入产出模型,以描述制造过程中资源消耗与获取的因果关系,进而将其转化为具有相同直接消耗系数矩阵的价值型投入产出模型,实现了细致的作业成本计算.介绍了上述模型在关系数据库中的逻辑结构和在计算机集成制造系统环境下进行成本计算的方法.通过某大型机械加工车间的一个实际应用案例,验证了该方法的可行性与有效性.     

基于碳效率的铝合金激光焊接工艺系统低碳优化方法

为了提高激光焊接工艺的资源环境效益,提出一种基于综合碳效率的铝合金激光焊接工艺系统低碳优化方法.通过对激光焊接系统边界资源消耗的碳排放特性进行分析,建立了激光焊接系统碳排放模型;采用熵权法分别赋予生产率、拉伸强度、焊接成本3个指标权重,构建以碳排放为基础的激光焊接系统综合碳效率模型;提出以工艺系统层综合碳效率与设备层碳排放为优化目标,以激光功率、焊接速度、送丝速度为优化参数的目标级联低碳优化模型.将激光焊接碳效率模型与低碳优化方法应用于铝合金激光焊接实例,得到最优工艺参数,验证了方法的实用性.     

机械加工工艺过程资源环境属性清单分析与评价

根据机械加工工艺过程资源环境属性,分析了制造工艺过程清单分析步骤,并基于工艺的IPO过程模型,详细描述了清单分析评价指标建立过程与数据获取、评价方法。根据上述步骤和评价方法,建立了某刨削工艺清单分析表,综合评价该工艺的绿色性,从而为改善其资源消耗和环境影响提供依据。     

面向绿色制造的工艺规划支持系统及应用

针对绿色制造研究中缺乏明显改善环境友好性的实用方法和工具的问题,开发了一种面向绿色制造的工艺规划支持系统。该系统主要由工艺要素选择、工艺过程优化和工艺方案绿色性评价3个功能模块,以及相应的模型库组成。支撑数据库主要提供各种绿色特性数据,包括工艺绿色特性数据库、工艺清单数据库、机床数据库、刀具数据库和切削液数据库等。在数据库和模型库的支持下,对工艺过程中的原材料消耗、辅助原材料消耗、能量消耗和环境排放物等进行优化和评价,从而辅助工艺人员优化和改善产品和零件制造过程的绿色性。通过某机床厂齿轮工艺过程的规划实例,验证了该系统的可行性。     

无心磨削过程碳排放量及其关键影响因素解析

准确量化制造过程中的碳排放量是实现低碳制造的前提条件。磨削是一种广为应用的精密加工方法,同时也是切削热量高、使用切削液量大、加工环境差、能量利用效率低的加工工艺。利用公理化设计找出影响低碳磨削的各层关键影响因素,综合考虑了能源、资源和废弃物对碳排放量的影响,建立了数控粗磨、精磨和光磨整个磨削过程的ERWC碳排放量定量分析模型。最后进行了实际磨削加工测量实验,并用MATLAB给出了模型计算比较结果,解析了关键影响因素。     

Optimization of machining economics and energy consumption in face milling operations

Metal cutting (or machining) is one important aspect of the manufacturing system. Selecting optimal cutting conditions for machining is then a crucial process planning task for manufacturing. Traditionally, solving such machining problems was only focused on economic objectives such as maximizing profit or minimizing production time requirement. In the recent decade, however, minimizing energy consumption in manufacturing processes has attracted increased attention due to increasing energy costs and concern with greenhouse gas emissions. Energy loss could be avoided by carefully selecting cutting parameters. This paper develops a multi-objective mathematical model to minimize unit production costs along with energy consumption for face milling operations. In addition, an evolutionary strategy (ES)-based optimization approach is used to identify optimal cutting conditions for the proposed model.     

面向绿色制造的干式齿轮加工过程碳排放分析

为了研究干式切削齿轮加工过程碳排放特性,对齿轮加工过程的物料、能源消耗、废物处理及碳排放特性进行了分析,提出了齿轮加工过程碳排放边界条件,建立了齿轮加工过程碳排放计算模型;根据某制造企业提供的数据,将同批次齿轮的绿色干式切削和湿式切削加工过程的碳排放量进行计算与对比分析,结果显示,与湿式切削相比,干式切削齿轮加工过程碳排放总量约少55.69%,废弃物处理碳排放量少15.57%,表明面向绿色制造的干式齿轮加工的能源消耗、成本费用较低且环保,高速干式齿轮加工技术将成为未来齿轮制造业发展的主要趋势。     

基于DEVS的机械加工过程碳排放多粒度动态模型构建及仿真

机械加工过程碳排放分析是低碳制造（Low carbon manufacturing,LCM）技术发展、创新及应用的基础。针对加工过程中的离散性、动态性及加工设备的高度非线性特点,同时为充分反映多设备、多工艺特征下的各类外部、内部事件对加工过程碳排放的影响,提出一种基于离散事件系统规范（Discrete event system specification,DEVS）的机械加工过程碳排放多粒度动态模型与仿真方法。基于对加工过程层级结构及碳排放特性的分析,采用DEVS分层阶梯建模方法,并结合信息控制下的加工运行机制及调度规则,构建设备层、工作组层、工艺链层的碳排放多粒度动态模型。以某全数控磨床尾架主轴的加工过程为例,基于Eclipse平台下的CD++Builder插件设计了各层次DEVS仿真模型,并通过所开发的仿真应用程序,对模型及方法进行了验证。该方法对于构建规范化、形式化的加工过程碳排放模型,实现加工过程各层级碳排放的实时动态分析与预测、定量评估低碳加工单元具有较广阔的应用前景。     

Optimization control method for carbon footprint of machining process

Energy conservation has become one of the key elements of core competitiveness for manufacturing enterprise. On the basis of studying the characteristics of carbon emissions in machining process, the state space model of carbon footprint for machining process is constructed, and carbon footprint transfer matrix is derived. It reveals the mechanism of generation, transmission, and coupling for carbon footprint in machining process. Considering the machining precision constraints and time constraints, the paper researched on optimization control method for carbon footprint of machining process based on dynamic programming to minimize the carbon emissions. Finally, this method is applied in a fracture splitting workshop, and the result shows this method can reduce 10.28% of carbon emissions in machining process. This paper provides theoretical and technical support for energy saving in machining process.     

数字化制造中的建模和仿真技术

论述了面向数字化制造的三类建模和仿真技术,即产品建模和仿真技术、工艺过程建模和仿真技术以及制造系统建模和仿真技术,并结合具体研究项目,重点介绍了面向制造的产品数字化建模、导管数控弯曲过程建模与仿真、虚拟装配与装配过程仿真、生产线建模与仿真技术的应用和发展。指出为提高制造系统的快速响应特性、运行效率及可靠性,应在产品数字化建模研究的基础上,重视对工艺过程,即产品加工过程、装配过程及生产系统规划、重组和仿真等技术的研究,以实现生产资源和加工过程的优化以及从传统制造向可预测制造模式的转变。最后指出了推动数字化建模和仿真技术朝实用化方向发展的几项关键技术。     

Machining process parameters optimization for heavy-duty CNC machine tools in sustainable manufacturing

Machining process parameters (MPP) directly affect the machining quality and efficiency of heavy-duty CNC machine tools (HCMT). The selection of MPP is very important to effectively improve machining performance. Machining performance has been closely related to the HCMT running state. In order to maintain HCMT sustainably manufacturing with high accuracy and low consumption after machining performance degradation for a long time running, MPP should be re-optimized according to the current state of the machine tools. Thus, this paper proposed a MPP optimization method for running HCMT to obtain optimal MPP based on current running state. A multi-objective optimization model was built, considering both the linear factors such as machining time and machining cost and nonlinear factors such as chatter in machining process. The nonlinear factors were reflected by the nonlinear dynamic model of machining process. Furthermore, a grid optimization algorithm was introduced to search the optimal MPP from the multi-objective optimization model. Finally, a case study was implemented to verify the feasibility of the nonlinear dynamic model and the superiority of the multi-objective optimization method compared with single-objective optimization method.     

基于几何与公差信息的加工特征识别方法

为实现计算机辅助设计与计算机辅助工艺规划系统的有效集成,提出了一种同时利用几何信息和公差信息的加工特征识别新方法。建立了加工资源、加工表面和加工方法三类信息模型。提出了切削模式的概念及以之为基础的表面加工方法生成原理和过程。建立了表面加工方法优化选择模型。采用多目标模糊优化结合蚁群算法求解该模型,为每个加工表面选择最优加工方法,并将在同次装夹中采用同一刀具类型和加工条件进行加工的表面聚为加工特征。最后,通过实例测试,验证了该方法的正确性和有效性。