现代数控加工系统碳耗特性及其低碳运行支持技术研究

Systematically analysing carbon consumption characteristics of modern NC machining system is the important foundation to realize its low-carbon running and develop green NC machining equipments. Currently great attention is paid to the research on material or energy consumption for the specific NC machining processes, specific processing type and specific products, but there is less study on the low-carbon running of modern NC machining system and other complex manufacturing systems when material and energy consumption are systematically considered. Based on the comprehensive consideration of assistant systems and upstream and downstream production activities, the project establishes boundary model for the carbon consumption of modern NC machining system, and studies the detailed composition of multi-source carbon consumption. According to the great difference of complex degree for computing various types of carbon consumption and the difficulty in direct integration, the project researches the influencing factors of various carbon consumption, their incidence relation and action law, then builds the methods for the quantitative calculation, allocation and integration of various types of carbon consumption. Based on the studies above, the project establishes the optimization model for the low-carbon running of modern NC machining system, further researches the supporting technologies for its low-carbon running from the perspectives of energy management and process optimization, and fianally develops the support systems for energy consumption monitoring and energy-saving operation and the decision support system for process optimization. These research conclusions, methods and systems are applied in enterprises, and obtain application effects.

系统把握现代数控加工系统的碳耗特性是实现其低碳运行和开发绿色数控加工装备的重要基础。目前对特定数控加工过程、特定加工形式、特定产品的物料或能源消耗研究较多，而以现代数控加工系统等复杂制造系统为研究对象，将物料和能源消耗系统考虑，研究其碳耗规律的较少，制约了低碳加工技术的发展。本项目综合考虑现代数控加工系统各辅助功能系统及上/下游的相关生产活动，建立其碳耗边界模型，研究系统多源碳耗的详细构成；针对各项碳耗计算复杂程度差异大、直接集成困难等问题，研究各项碳耗影响因素及其关联关系对碳耗的作用规律，建立系统碳耗的定量计算与分摊集成方法；在以上研究基础上，建立现代数控加工系统低碳优化运行模型，从面向低碳制造的系统能耗集成管理与工艺优化的角度，研究现代数控加工系统低碳运行支持技术，开发系统能耗监测与节能运行支持系统及工艺低碳优化决策支持系统。上述研究结论、方法与系统在企业进行应用，取得明显应用效果。

系统把握现代数控加工系统的碳耗特性是实现其低碳运行和开发绿色数控加工装备的重要基础。项目以现代数控加工系统等复杂制造系统为研究对象，将物料和能源消耗系统考虑，研究其碳耗规律，以推动低碳加工技术的发展。项目研究建立了现代数控加工系统的碳耗边界模型和碳耗构成分析模型；建立了现代数控加工系统碳耗影响因素及其作用规律研究模型，构建了以关键影响因素为自变量的碳耗计算数学模型，以及基于多主体的现代数控加工系统多源碳耗分摊集成模型，形成了现代数控加工系统碳耗定量计算方法；建立了现代数控加工系统低碳优化运行模型以及现代数控加工系统能耗集成优化管理模型；针对不同现代数控加工系统碳耗优化重点，从以能耗为主线考虑物料消耗和以物耗为主线考虑能耗两个角度，分别研究了工艺参数对机械加工系统能耗和物耗的影响以及优化下料过程综合考虑物料消耗和加工能耗与加工时间，提出了面向绿色、低碳制造的滚齿工艺参数自学习优化决策方法、基于工艺实例网络的两阶段滚齿工艺相似实例检索方法、面向低碳制造的小样本滚齿工艺参数优化方法、基于SVR和MFO的高速滚齿加工工艺参数优化方法；提出了面向物料资源综合成本最少的优化下料方法、面向可加工性的矩形件优化下料方法等优化下料方法；开发完成了制齿机床绿色设计支持系统、面向低碳加工的工艺参数优化决策支持系统、齿轮加工自动生产线能效监控系统、齿轮加工自动生产线工艺参数优化系统等系统，相关技术和系统已经得到应用，取得了较好的应用效果。.围绕研究内容，在国内外重要刊物和国际会议上发表论文16篇，其中SCI/EI检索9篇；获得中国机械工业科学技术奖科技进步一等奖1项，授权国家发明专利5项，取得软件著作权4项；培养博士2人，硕士7人。项目研究成果对于我国制造企业实施绿色制造、降低资源消耗、发展低碳经济具有重要意义，研究成果具有很好的推广应用前景。