面向廣義能量效率的數控加工工藝規劃理論與方法研究

《面向廣義能量效率的數控加工工藝規劃理論與方法研究》是依託重慶大學，由李聰波擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：面向廣義能量效率的數控加工工藝規劃理論與方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李聰波
• 依託單位：重慶大學

中文摘要

數控加工系統是工具機-工件-刀具密切作用的系統，目前其能效方面的研究多關注工具機電能消耗，忽視了刀具、切削液、工裝等輔助資源產生的間接能量消耗。數控加工的工藝條件對能量效率有顯著的影響，但目前對兩者之間的映射關係與作用機理研究較少，缺乏一套面向能效的工藝規劃理論和方法。本項目提出數控加工系統廣義能量效率的概念，系統分析廣義能量流的構成特性，建立面向比能和能量利用率的廣義能量效率模型；其次，建立不同工藝條件下典型數控加工工藝的能效實驗模型，揭示數控加工工藝參數、工藝路線與廣義能效的映射關係與作用機理；在此基礎上，深入研究面向廣義能效的數控加工工藝參數、工藝路線多目標集成最佳化模型與方法；最後選取典型數控加工工藝開展實驗驗證和套用研究。本項目將形成一套面向廣義能量效率的數控加工工藝規劃理論與方法，可為量大面廣的數控加工系統能效最佳化與提升提供支撐，具有廣闊的套用前景。

結題摘要

數控加工系統能效最佳化與提升是製造系統領域的重要學術熱點問題，但目前關於工藝規劃能效提升的研究較少同時考慮電能消耗及輔助資源能耗，缺乏全面、深入的面向廣義能效的工藝規劃映射關係模型及有效的最佳化方法。項目組搭建了工具機能效實驗平台，在此基礎上建立了面向比能和能量利用率的廣義能量效率實驗模型，進而揭示了數控加工工藝參數、刀具直徑、工藝路線與廣義能效的映射關係與作用機理，深入研究了面向廣義能效的數控加工工藝參數、刀具直徑與工藝路線多目標集成最佳化模型與方法，所形成一套面向廣義能量效率的數控加工工藝規劃理論與方法為量大面廣的數控加工系統能效最佳化與提升提供了理論方法基礎和技術支撐。其主要研究成果為：（1）研究了廣義能量耗散機理，建立了數控加工系統廣義能量效率模型；（2）選取數控加工工藝設計廣義能效實驗，建立了典型加工工藝下工藝參數與廣義能效的映射關係；（3）建立了單工步工藝參數廣義能效最佳化模型及方法，揭示了各工藝參數對廣義能效的影響機理；（4）建立了考慮工步數的多工步工藝參數多目標集成最佳化模型，提出了多工步工藝參數能效最佳化方法，揭示了工步數、各工步工藝參數與廣義能效的關聯關係；（5）建立了刀具組合最佳化選擇模型及刀具直徑、工藝參數集成最佳化模型，提出了多刀具能效最佳化方法，揭示了不同刀具直徑、刀具-工藝參數組合對廣義能效的影響規律；（6）建立了工藝路線多目標最佳化模型，並提出了多目標模擬退火求解算法，揭示了不同工藝路線方法對能效的影響機理；（7）建立了工藝路線與生產調度集成最佳化模型，提出了多目標節能最佳化方法，揭示了工藝路線、生產調度與廣義能效的關聯關係及作用規律；（8）對以上模型與方法進行了套用研究，開發了面向廣義能效的數控加工工藝規劃支持系統。以上成果在典型製造企業進行了工程套用，實現了加工過程綜合能效提升15%以上，取得了顯著的社會效益與一定的經濟效益。