機械切削加工系統(tǒng)低碳運行優(yōu)化關鍵技術研究及其應用.pdf

1、制造業(yè)是全球資源的主要消耗者，也是廢棄物的主要排放者，給資源消耗和生態(tài)環(huán)境帶來了巨大的壓力。本文從機械切削加工系統(tǒng)的低碳運行優(yōu)化出發(fā)，深入研究了機械切削加工系統(tǒng)的碳排放計算模型、面向高效低碳的切削參數(shù)優(yōu)化和柔性作業(yè)車間調(diào)度問題。該研究對提高機械切削加工系統(tǒng)的能量使用效率，降低碳排放強度，提高運行效率，具有良好的應用前景和現(xiàn)實意義。
　　機械切削加工系統(tǒng)的切削過程形式多樣，切削時功率成分復雜、影響因素多，造成切削過程的碳排放計算困難

2、。在機械切削加工系統(tǒng)碳排放計算模型的研究中，基于碳排放來源多樣和切削過程呈周期性變化等特點，將切削過程分解為多個狀態(tài)，基于正交表設計實驗，并利用材料去除率來計算切削過程能耗，建立了一種基于回歸分析的機械切削加工系統(tǒng)碳排放計算模型。
　　實際應用中，切削參數(shù)一般是憑借經(jīng)驗或者參考加工手冊來確定。此外，機械切削加工系統(tǒng)切削過程的碳排放指標缺少準確的數(shù)學模型。在面向高效低碳的切削參數(shù)優(yōu)化研究中，基于實驗數(shù)據(jù)，提出了單道切削過程和多道切削

3、過程的加工時間、碳排放和加工成本等指標的數(shù)學模型，并考慮實際切削過程的約束條件。鑒于優(yōu)化算法存在“沒有免費午餐”的理論，設計了一種用于多目標連續(xù)優(yōu)化問題的基于自適應教師因子的多教師教與學優(yōu)化算法，用于國際經(jīng)典多目標優(yōu)化問題，其結(jié)果要優(yōu)于當前具有代表性的算法。設計了一種基于實驗和教與學優(yōu)化算法的多目標切削參數(shù)優(yōu)化框架，應用于切削過程優(yōu)化模型，實現(xiàn)了切削參數(shù)高效低碳優(yōu)化。
　　作業(yè)車間調(diào)度問題屬于典型的NP-hard優(yōu)化問題，即使是當

4、前最先進的優(yōu)化算法也很難得到其最優(yōu)解，其中柔性作業(yè)車間調(diào)度問題考慮了工序可在不同的機器上加工的情況。低碳制造是在不降低生產(chǎn)效率的前提下降低制造過程的碳排放強度，對高效調(diào)度和低碳調(diào)度都提出了更高的要求。在面向高效低碳的柔性作業(yè)車間問題研究中，建立了面向高效低碳的切削參數(shù)優(yōu)化和柔性作業(yè)車間調(diào)度集成問題的數(shù)學模型，提出了延遲加工策略、重啟機器策略和兩階段優(yōu)化策略等三種低碳調(diào)度策略，以總完工時間和碳排放為優(yōu)化目標，應用一種基于最大位置值規(guī)則的離