面向绿色制造的工艺过程优化方法

2022-09-11

1 引言

《中国制造2025》是我国实行制造强国的第一个十年规划, 其中明确提出了“创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化、人才为本”的战略思想, 是可持续化发展的重要组成部分。绿色制造工程是其中的五大重点工程之一, 旨在构建高效、清洁、低碳、循环的绿色制造体系。所以绿色发展是大势所趋、潮流所向, 在绿色制造上, 加强工艺过程的优化设计, 从而实现发展与环境的和谐共融。

2 简述面向绿色制造的工艺过程优化

面向绿色制造工艺规划是对工艺要素、工艺参数、工艺过程的规划决策, 通过优化调整, 达到节能降耗以及保护环境的目的。资源损耗主要包括原材料、能量、刀具、切削液、辅助材料等方面的损耗, 环境保护主要包括的是人身健康、安全生产、生态环境、工作环境等方面的保护。

面向绿色制造的工艺过程是工艺规划的重要组成部分, 主要包括面向绿色制造综合目标的工艺参数选择及面向绿色制造的工艺路线制定。工艺参数的选择对能量损耗、刀具寿命、加工质量都有着关键性的影响。通过工艺参数的优化, 能够有效降低能量消耗, 延长刀具的使用寿命, 并且提高加工质量。工艺路线包括对各种零件各种特征的加工, 涉及多台设备。工艺路线的制定需要根据不同类型、不同目标进行建模。

3 浅析面向绿色制造的工艺过程优化方法

通过上述简要分析可知, 面向绿色制造的工艺过程优化主要包括两个方面:工艺参数优化和工艺路线优化, 下面我们就这两方面展开探讨。

3.1 面向绿色制造的工艺参数优化

工艺参数优化是面向绿色制造的工艺规划中的重要一环。工艺参数主要包括进给量、切削速度、切削深度等, 工艺参数优化是针对既定的加工工艺, 进行零件参数的调整, 从而达到节能降耗的目标。综合考虑到加工成本、加工时间、加工质量、能量损耗、环境影响等因素, 面向绿色制造的工艺参数优化并不简单。加工过程中产生的废料、切削、切削液、噪音、热量等都会对生态环境和人体健康产生严重的影响。比如, 飞溅的切削会烫伤、刺伤人体;切削液会对皮肤和呼吸系统造成损伤, 并且是工业废水中的主要污染物;噪音对周边环境造成了污染, 影响社会和谐。

建立工艺参数实例库。在机械加工中, 零件数量是成千上万的, 但是它们之间会存在相同的几何特性, 而有相同几何特性的零件在物料要求和工艺顺序上也可能是一样的。如果我们将这些有相同几何特性的零件建成组, 组集合成库, 那么在新的加工生产中, 只需把零件特性输入CAPP系统中, 就可以找到相应的工艺, 通过对工艺参数的优化, 达到简化工序、集约生产的目的。工艺参数实例库是若干信息的合集, 主要包括零件基本信息、加工工艺过程信息、工艺绿色性信息等方面, 它需要我们及时的补充更新, 将这个工艺设计资源库不断完善。

基于实例的面向绿色制造工艺参数优化。主要过程如下:工艺设计人员把加工零件的基本参数进行输入, 比如齿轮的齿数、外径、模数、切齿宽度、压力角、螺旋角等参数。CAPP系统会对这些参数进行约束条件计算, 找出待加工零件与实例的相似度, 通过相似系数来选择最接近实例加工的工艺。工艺设计人员进行科学分析, 结合系统交互操作对加工零件的工艺参数进行优化修改, 再次对修改的加工过程工艺进行评估, 以达到绿色性标准。工艺设计人员对新工艺进行对比分析, 根据综合评估完成工艺参数的优化。

基于实例的面向绿色制造工艺参数优化流程如上图1所示, 通过对各种方案进行对比、评估, 将工艺参数选择最优化, 从而完善工艺过程, 提高零件加工的质量, 力符合到绿色制造的效率最高、成本最低、消耗最小、保护环境的原则。同时, 加强面对绿色制造的工艺参数优化模块的设计研发, 结合绿色制造的要求, 辅助我们进行工艺参数的优化调整, 优化模块主要包括实例抽取模块、参数优化模块、方案评价模块三个子模块。

3.2 面向绿色制造的工艺路线优化

基于实例的面向绿色制造工艺路线优化。制定加工零件的工艺路线是非常复杂的, 要考虑到零件的形状、类型、加工要求、加工方式、毛坯形状、定位装夹方式、工序集中与分散程度等因素。针对加工零件的绿色性需求, 我们制定基于实例的面向绿色制造工艺路线优化策略。

工艺设计人员将加工零件的工艺信息和基本参数输入到系统中, 根据计算, 筛选出与实例工艺信息相似程度较高的实例, 选定最为接近的一种实例及加工工艺;根据抽取实例的工艺路线, 选择适合新零件加工的工艺内容, 并将此作为加工主线;对选择的实例工艺路线进行调整、补充, 并且对工艺要素中的设备、刀具、切削液、工艺参数进行修改, 以符合零件生产和绿色性评价要求;对整条工艺路线进行绿色分析, 从资源消耗和环境保护两个方面出发, 对每道加工工序进行指标分析, 然后根据指标权重计算出综合评价, 以此来达到绿色评价最优化;综合筛选出的实例相似度和工艺流程绿色评价, 确定最终工艺路线。

4 结语

综上所述, 绿色制造是我国制造业战略转型升级的重要方向, 工艺优化对绿色制造起着重要的作用。我们从工艺参数优化和工艺路线优化两个方面着手, 分析了面向绿色制造的工艺过程的优化方法, 希望能够推动绿色制造的研究, 实现可持续化发展的目标。

摘要：绿色制造是综合考虑环境、资源因素与产品质量、效益的现代化制造模式, 也称为面向环境制造。实现绿色制造需要从产品的设计、加工、包装、运输、报废等整个产品使用周期进行考虑, 以社会效益、环境保护、资源利用等主要指标来考量, 这离不开工艺设计作为生产保障。本文对面向绿色制造的工艺过程优化方法进行了探讨, 希望能够起到积极的参考价值。

关键词：绿色制造,工艺设计,工艺过程,优化方法