[發明專利]基于低碳低成本約束的加工路線優化方法

有效

• 申請號: 201811067322.2
• 申請日: 2018-09-13
• 公開（公告）號: CN109002006B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 張雷;鄭雨;趙希坤;鐘言久;蔣詩新;金志峰
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19
• 代理公司: 北京青松知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11384
• 代理人: 鄭青松

1.一種基于低碳低成本約束的加工路線優化方法，其特征在于，包括以下步驟：

S101、根據零件加工工藝路線中的具體制造特征，將所有制造特征進行集合定義，得到零件的制造特征集；

S102、確定所述制造特征集中的各制造特征相應的加工方法，得到零件的加工工序集；

S103、確定在零件制造過程中，所述加工工序集中的每個加工工序的物料碳排放和能耗碳排放，所述物料碳排放等于該加工工序進行時由切屑處理引起的碳排放、切削液消耗引起的碳排放和刀具損耗引起的碳排放之和，所述能耗碳排放等于電能碳排放因子與機械加工的總能耗的積；

S104、基于確定的物料碳排放與能耗碳排放確定總體碳排放；

S105、根據機床機械加工過程中刀具的一般軌跡路線，確定各加工工序的機加工時間，包括切削時間、換刀時間和空行程時間；

S106、基于確定的機加工時間確定機床加工費，并估算刀具損耗費，從而確定加工總成本，所述加工總成本等于機床加工費與刀具損耗費之和；

S107、根據多色集合原理分別構建特征—工序及特征—面孔屬性圍道布爾矩陣，并對加工工序進行優化，包括基因編碼和構建單目標函數，所述單目標函數基于所述總體碳排放和總成本構建，為表征對應的加工工藝路線序列為最優的加工序列的函數；

S108、基于構建的圍道布爾矩陣，利用遺傳算法，確定所述單目標函數的最優解；

其中，步驟S107中，所述基于所述總體碳排放和總成本構建單目標函數包括：

對總體碳排放函數和加工總成本函數進行歸一化處理，得到無量綱的總體碳排放函數和無量綱的加工總成本函數；

將得到的無量綱的總體碳排放函數和無量綱的加工總成本函數進行加權求和，得到加權函數；

將所述加權函數進行最小化處理，從而得到所述單目標函數；

步驟S108中，所述基于構建的圍道布爾矩陣，利用遺傳算法，確定所述單目標函數的最優解，具體包括：

(1)、將原始種群中的所有加工工藝路線按其加權函數的值進行從小到大排序，按預設比例去除加權函數較大的路線，形成一個新的種群；

(2)、將形成的新種群進行染色體的交叉操作和變異操作，所述染色體表征一種加工工藝路線的工序序列；

(3)、將經交叉和變異操作得到的新種群重新進行步驟(1)和(2)，當經過若干次重復迭代后，在單目標函數的值收斂時，將收斂值對應的加工工藝路線確定為最優路線，其中，在重復步驟(1)時，利用新種群替代原始種群。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，其中，

切屑處理引起的碳排放其中ρ_i、V_i、μ、EF_i^chip分別表示第i個加工工序中切屑的密度，單位為kg/m³、切屑的體積，單位為m³、切屑的回收率和切屑回收過程的碳排放因子，單位為kgco₂e/kg；

切削液消耗引起的碳排放其中q、t_i、EF_i^oil分別表示第i個加工工序中切削液的密度，單位為g/mm³、流量，單位為mm³/s、加工時間，單位為s和切削液的碳排放因子，單位為kgco₂e/kg；

刀具損耗引起的碳排放其中t_mi為加工工序i的加工時間，為加工工序i所用刀具的壽命，為對應的刀具質量，EF_i^t為刀具的碳排放因子。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，其中，機械加工的總能耗E_e＝t_pgp_u+t_egp_e+(t_mgp_u+p_c+p_a)，其中P_u、P_c、P_a、P_e分別代表空載功率、負載功率、附件功率、換刀功率；其中：t_p、t_m、t_c分別為準備時間、切削時間、換刀時間，單位為s。