【摘要】：制造業(yè)的高速發(fā)展在給人類(lèi)生產(chǎn)生活帶來(lái)便利的同時(shí),也造成了嚴(yán)重的環(huán)境影響問(wèn)題,低碳制造模式成為當(dāng)代制造業(yè)發(fā)展的迫切需要。機(jī)械產(chǎn)品機(jī)加工工藝方案是影響機(jī)加工過(guò)程碳排放的重要因素,但由于工藝方案制定階段,碳排放源的多樣性以及零件加工信息存在一定不確定性,如何在該階段進(jìn)行工藝方案碳排放評(píng)估、低碳決策優(yōu)化將有力提升制造企業(yè)節(jié)能減排能力,也是該領(lǐng)域研究中待解決的難點(diǎn)問(wèn)題。本文將全生命周期評(píng)價(jià)思想與工藝方案制定過(guò)程結(jié)合,建立了面向機(jī)加工工藝方案的評(píng)估、決策和優(yōu)化流程,并基于此分別對(duì)工藝碳排放評(píng)估方法和參數(shù)優(yōu)化方法進(jìn)行了重點(diǎn)研究,具體如下:(1)針對(duì)工藝方案碳排放的量化問(wèn)題,結(jié)合全生命中周期評(píng)價(jià)方法建立了機(jī)加工工藝方案碳排放評(píng)估流程。已有相關(guān)研究絕大多數(shù)面向的是已經(jīng)投入生產(chǎn)的制造過(guò)程,且對(duì)于加工設(shè)備的功率數(shù)據(jù)的獲取往往采用取額定功率值或現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量獲取的方法,由于設(shè)備能耗特性曲線(xiàn)是根據(jù)機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)呈動(dòng)態(tài)變化的,因此采用額定功率值的量化方法在準(zhǔn)確性上有待提升。本文結(jié)合生命周期評(píng)價(jià)方法建立了工藝方案碳排放評(píng)估流程,對(duì)機(jī)加工系統(tǒng)碳排放的系統(tǒng)邊界進(jìn)行了界定并確定了機(jī)加工系統(tǒng)碳排放的主要來(lái)源及主要表現(xiàn)形式,并針對(duì)目前已有的工藝碳排放量化模型實(shí)用性不強(qiáng)的特點(diǎn)進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn),建立了基于碳排放因子的工藝方案碳排放量化模型以支持機(jī)加工工藝過(guò)程碳排放的量化。最后以CA6140法蘭盤(pán)為例對(duì)機(jī)加工工藝方案的碳排放評(píng)估、決策、參數(shù)優(yōu)化過(guò)程進(jìn)行了說(shuō)明,并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行了分析。(2)針對(duì)工藝方案切削參數(shù)的低碳優(yōu)化問(wèn)題,結(jié)合比能耗法和工藝單元能耗法,建立了機(jī)床系統(tǒng)碳排放參數(shù)化量化模型。已有相關(guān)研究,功率建模方法主要有單元過(guò)程建模法、切削力功率模型建模法和比能耗法,但在實(shí)施條件和精確性上難以平衡。本文結(jié)合比能耗法和工藝單元能耗法,考慮了銑削過(guò)程中主軸轉(zhuǎn)速對(duì)材料去除功率的影響,建立了以銑削四要素為變量的銑削過(guò)程碳排放量化函數(shù)模型,并介紹了獲取模型參數(shù)的實(shí)驗(yàn)條件的簡(jiǎn)易性和模型的準(zhǔn)確性;最后,采用遺傳算法以碳排放和機(jī)加工時(shí)間為目標(biāo)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化求解得出最優(yōu)的加工參數(shù)組合。(3)針對(duì)當(dāng)前針對(duì)機(jī)加工工藝的碳排放評(píng)估與優(yōu)化軟件工具系統(tǒng)的相對(duì)缺乏的問(wèn)題,開(kāi)發(fā)了機(jī)加工工藝方案碳足跡評(píng)估系統(tǒng)�；谏鲜隼碚撛u(píng)估模型,分析了軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求,構(gòu)建了系統(tǒng)架構(gòu),規(guī)劃了各模塊內(nèi)容與功能。采用Visual studio2010軟件基于A(yíng)SP.Net對(duì)軟件進(jìn)行了開(kāi)發(fā),實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品機(jī)加工工藝方案的碳排放評(píng)估,并以變速箱體為例介紹了軟件使用流程。
[Abstract]:The rapid development of manufacturing industry not only brings convenience to human production and life, but also causes serious environmental problems. Low-carbon manufacturing model has become an urgent need for the development of contemporary manufacturing industry. The machining process scheme of mechanical products is an important factor affecting carbon emission in machining process. However, the diversity of carbon emission sources and parts processing information are uncertain due to the process planning stage. How to evaluate the carbon emission of the process plan in this stage and how to optimize the low carbon decision will be able to enhance the energy saving and emission reduction ability of manufacturing enterprises. It is also a difficult problem to be solved in this field. In this paper, we combine the whole life cycle evaluation idea with the process of making process plan, and set up the process of evaluation, decision making and optimization for machining process scheme. Based on this, the evaluation method and parameter optimization method of process carbon emission are studied in detail as follows: (1) aiming at the quantification of process carbon emission, Combined with the whole life cycle evaluation method, the process of carbon emission assessment of machining process scheme was established. Most of the related studies have been focused on the manufacturing process that has been put into production, and the power data of the processing equipment are often obtained by taking the rated power value or the method of obtaining the field measurement. Because the energy consumption characteristic curve of the equipment changes dynamically according to the running state of the machine tool, the accuracy of the quantization method of rated power value needs to be improved. In this paper, the process scheme carbon emission assessment process is established, and the system boundary of machining system carbon emission is defined, and the main sources and main forms of carbon emission of machining system are determined. Aiming at the lack of practicability of the existing process carbon emission model, the carbon emission model based on carbon emission factor is established to support the quantification of carbon emission in machining process. Finally, taking the CA6140 flange as an example, the carbon emission assessment, decision making and parameter optimization process of the machining process are explained, and the results are analyzed. (2) aiming at the low carbon optimization problem of the cutting parameters of the process scheme, Combined with specific energy consumption method and process unit energy consumption method, a parameterized quantization model of carbon emission of machine tool system is established. The power modeling methods mainly include the element process modeling method, the cutting force power model modeling method and the specific energy consumption method, but it is difficult to balance the implementation conditions and accuracy. In this paper, combined with specific energy consumption method and process unit energy consumption method, considering the effect of spindle speed on material removal power during milling, a carbon emission function model of milling process with four factors as variables is established. It also introduces the simplicity of the experimental conditions and the accuracy of the model. The genetic algorithm is used to solve the problem of multi-objective optimization with carbon emission and machining time as the goal. (3) aiming at the relative shortage of the current software tool system for carbon emission assessment and optimization for machining processes, the genetic algorithm is used to solve the problem of multi-objective optimization. A carbon footprint evaluation system for machining process scheme is developed. Based on the above theoretical evaluation model, the design requirements of the software system are analyzed, the system architecture is constructed, and the contents and functions of each module are planned. The software is developed by using Visual studio2010 software based on ASP.Net to evaluate the carbon emission of machining process of mechanical products, and the software flow is introduced by taking the gearbox as an example.
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TH16

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本文編號(hào)：2285775