[发明专利]一种面向能效提升的机械加工工艺链优化方法

摘要

本发明公开了一种面向能效提升的机械加工工艺链优化方法，包括：建立能耗分析模型，基于该模型从组成工艺链的所有工序中识别出能耗瓶颈工序，然后对其分别确定其所对应的加工工艺特征集合；找出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；采用熵权法和多属性决策法对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，由此完成机械加工工艺链的整体优化过程。通过本发明，能够得到能效性能表现最佳的机械加工工艺链，同时极大提高机械加工的效率，减少工件加工周期，降低生产成本，因而尤其适用于各类工件精密机械加工或产业化加工之类的场合。

主权项

1.一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；（d3）对评价矩阵V进行规范化处理，得到如下式（三）所示的规范化评价矩阵Y，其中矩阵Y中各个元素Y＝(y_ab)_x×y,a＝1,2,...,x且b＝1,2,..,y    式（三）（d4）基于规范化评价矩阵Y和最终权重λ_b，计算得到如下式（四）所示的加权规范评价矩阵L，其中矩阵L中各个元素l_ab＝λ_by_ab：L＝(l_ab)_x×y,a＝1,2,...,x且b＝1,2,..,y      式（四）（d5）针对各个备选工艺链，分别利用下式（五）计算其相对贴近度C_a：Ca=Σby(lab-Lb-)2/(Σby(lab-Lb+)2+Σby(lab-Lb-)2)]]>  式（五）其中表示负理想解L^-的第b个分量，负理想解L^-=min(l_1b,l_2b,...,l_xb)；表示正理想解L⁺的第b个分量，正理想解L⁺=max(l_1b,l_2b,...,l_xb)；比较所有计算得出的相对贴近度，并将其中最大值所对应的备选工艺链作为能效最优化的工艺链予以输出，由此完成机械加工工艺链的整体优化过程。