面向绿色制造的产品过程不确定性分析与多目标稳健决策

本项目以某汽车发动机现有生产工艺和装备展开，重建其加工工艺资源环境属性数据库；考虑生产过程中客观存在的随机不确定性，提出产品生产过程资源环境属性定量分析模型；分析生产过程中材料、工艺要素、工艺参数等生产要素的随机不确定性特征，研究产品生产过程中资源环境属性随机不确定性传递规律，提出产品生产过程资源环境属性稳健性综合定量评价方法；依据建立的资源环境属性定量分析模型和稳健性综合定量评价方法，分析产品生产过程中对资源环境属性影响较为严重的关键零部件以及加工工艺、工艺要素、工艺参数等生产要素；综合考虑产品生产时间、质量、成本、资源消耗与环境影响等多个目标属性及其稳健性，发展不确定性环境下面向绿色制造的产品生产过程多目标稳健决策模型与方法，并提出若干绿色工艺规划优化方案，以利于企业逐步实施，为遍及全国量大面广的机械制造企业生产过程降低资源消耗、减少环境污染、实现清洁化生产等提供理论基础和借鉴。

根据研究计划和研究目标，项目着重于某汽车发动机现有生产工艺与装备，通过现场调研、数据采集和生产资料分析，重建了发动机关键零部件加工工艺资源环境属性数据库，建立了以物料流、能量流、信息流和环境排放流为主的多功能分析模型。分析了发动机生产过程中加工工艺、工艺要素、工艺参数等生产要素的随机不确定性，构建了产品生产过程的不确定性分析模型；通过试验与数据统计，研究了生产要素在产品生产过程中的传递规律，重点探讨了工件材料、刀具、机床的不确定性对发动机关键零部件加工质量的影响。构建了基于Leopold矩阵、不确定性环境下基于熵权法和TOPSIS、区间数的资源环境属性综合定量分析和评价模型，找出了发动机生产过程中对资源环境影响较为严重的关键零部件。综合考虑生产时间、质量、成本、资源消耗与环境影响等多个决策目标属性，提出了产品绿色生产过程的多目标决策定量分析模型；发展了基于密切值法、层次分析法的产品生产过程多目标决策模型与方法；特别是考虑到决策目标属性信息通常不是一个确定值的情况，提出了不确定性环境下基于区间数的多目标稳健决策模型与方法，并对决策的稳健性进行了探讨。根据对生产现场的调研，针对发动机关键零部件生产过程中的材料、工艺、设备、废物排放与回收处理、管理诸因素提出了若干可行的绿色工艺规划优化方案，并与企业一起对提出的方案进行了深入分析。此外，为有效实施绿色制造和和发展不确定性分析计算方法，通过试验设计与实验，设计了基于LabVIEW的高速干切削工艺参数优化系统；在制造车间物料配送路径优化、装配线缓冲区容量等方面进行了初步探讨；同时，还提出了一种大规模定制下多平台参数化产品族双层多目标并行协同优化方法和一种具有唯一解的用于计算和分析噪声的边界元法算法。研究成果有利于遍及全国量大而面广的机械制造企业对产品的生产工艺规划进行绿色优化、降低资源消耗、减少环境污染和实施绿色制造和清洁生产。发表相关国际国内期刊、会议论文11篇，出版专著1部，获得和申请实用新型专利2项，培养研究生3名，按研究内容、研究计划圆满完成了研究任务和预期研究成果，实现了预期研究目标。