[发明专利]一种面向能效提升的机械加工工艺链优化方法

说明书

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，更具体地，涉及一种面向能效提升的机械加工工艺链优化方法。

背景技术

现代机械制造业对机械加工的精度、能耗及其过程控制提出了越来越高的要求。就各类工件的整个加工过程而言，一般是由多道工序共同组成的，并且其中一些工序之间存在着或多或少的内在联系；这些具有内在联系的工序就像一条链子中的多个环相互关联、相互影响，行业中通常将整个加工过程中与工件某个或多个考察指标直接有关的一串工序称之为工艺链。显而易见的是，如果能够对整个工艺过程进行系统分析，并对工艺链予以合理设计和优化处理，对于指导企业生产将具备重要的实际工程意义。

然而，现有技术中对机械加工工艺链的优化决策主要集中在技术可行性和精度指标等方面，却没有考虑加工过程中能耗对工艺链的影响，同时也缺乏在此基础上进一步展开工艺链优化设计。相应地，容易导致机械加工过程中能源利用率不高、制造资源浪费以及环境排放巨大等问题，与节能环保的时代主题相违背。在此背景下，如何更好地将工艺链的决策与能效制造相结合以获得更为完善的工艺链优化处理方案，正成为现代机械加工领域中日益关注的关键技术问题所在。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种面向能效提升的机械加工工艺链优化方法，其中通过结合机械加工自身的能量消耗特性来构建能耗分析模型，可准确确定能耗瓶颈工序并在此基础上形成一系列能效更高的备选工艺链，相应使得整个机械加工过程在满足技术可行性和加工精度的同时，还能够从能效提升的角度得以优化；此外，通过将熵权法和多属性决策法应用至备选工艺链的最优化处理过程，不仅可有效避免指标权重中的主观性问题，而且还能最大程度地实现多评价指标的协调优化，由此显著提高最终所确定工艺链的综合能效水平。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种面向能效提升的机械加工工艺链优化方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

（a）建立能耗分析模型，并基于该能耗分析模型对组成工艺链的每一道工序分别计算其在机械加工过程中的总能耗值，所述能耗分析模型具体如下式（一）所示：

E_i＝(p_kzit_kzi+F_si·m_si·t_si)·f_d+(E_gi+E_ji+E_ki)    式（一）

其中，E_i表示组成工艺链的第i道工序在机械加工过程中的总能耗值，i＝1,2,3,...；p_kzi、t_kzi分别表示该第i道工序中，加工设备处于空载运行时的功率和时间；F_si表示该第i道工序中，加工设备完成单位质量材料加工所需的功率；t_si表示该第i道工序中，加工设备处于加工状态时的运行时间；m_si表示该第i道工序中所完成的工件质量，f_d表示该第i道工序中电能的能耗折算系数；E_gi、E_ji和E_ki分别表示该第i道工序中，非直接参与机械加工过程的辅助设备和辅助材料各自所消耗的一次能源、二次能源和能耗工质；

（b）利用所计算出的各道工艺的总能耗值，从组成工艺链的所有工序中识别出能耗瓶颈工序，然后对各个能耗瓶颈工序分别确定其所对应的加工工艺特征集合；

（c）针对步骤（b）所确定的加工工艺特征集合进行分析，找出其中可替换的加工工艺特征并将其配置为能耗相对更低的加工工艺，由此生成一系列备选工艺链；

（d）对步骤（c）所生成的一系列备选工艺链执行优化处理，并从中选择能效最优化的工艺链作为优化结果，该过程具体包括以下子步骤：

（d1）构建如下式（二）所示的评价矩阵V，其中x表示所述备选工艺链的方案总数量，y表示对这些备选工艺链执行评价的指标总数量，v_ab为评价矩阵V中的元素，且表示第a个备选工艺链的第b个评价目标值：

V＝(v_ab)_x×y,a＝1,2,...,x且b＝1,2,..,y     式（二）

（d2）通过熵权法分别计算得出上述各个评价指标的客观权重θ_b，并结合预先设定的补偿权重w_b以确定各个评价指标的最终权重λ_b；