机械加工制造系统固有能效属性及其优化创建方法研究

项目来源

国家自然科学基金(NSFC)

项目主持人

张华

项目受资助机构

武汉科技大学

立项年度

2017

立项时间

未公开

项目编号

51775392

项目级别

国家级

研究期限

未知 / 未知

受资助金额

60.00万元

学科

工程与材料科学-机械设计与制造-制造系统与智能化

学科代码

E-E05-E0510

基金类别

面上项目

关键词

固有能效属性 ; 机械加工制造系统 ; 当量工件 ; 低碳设计与制造 ; 能量消耗 ; Energy consumption ; Low carbon design and manufacturing ; Inherent energy efficiency attributes ; Equivalent workpiece ; Mechanical manufacturing system

参与者

刘飞;马峰;鄢威;刘培基;龚青山;庹军波;蔡维;潘媛;丁成

参与机构

重庆大学

项目标书摘要:机械加工制造系统量大面广、能量消耗总量巨大,但能量效率普遍很低,因此,对机械加工制造系统能效问题的研究正在全球迅速兴起,现有研究主要集中在制造系统服役阶段的能效方面。本项目以产生于机械加工制造系统设计和组建阶段的能量消耗特性研究为切入点,提出综合考虑机械加工制造系统的固有能量消耗属性和固有能量效率潜力的“固有能效属性”概念;通过研究固有能效属性的内涵和特性,建立反映固有能量消耗属性的固有能耗参数、能耗函数和反映固有能量效率潜力的当量能量效率的函数模型和分析方法;通过建立面向确定型任务和不完全确定型任务的机械加工制造系统固有能量效率潜力优化决策模型,提出高能效机械加工制造系统的优化创建方法;在此基础之上,研究上述理论的应用模式。研究成果将为高能效机械加工制造系统的创建、低能效制造系统的提升改造等提供理论和方法支持,具有较广阔的应用前景。

Application Abstract: Mechanical manufacturing system is in enormous quantity and covers a wide range of aspects,as well as,consumes great amount of energy,but energy efficiency is very low.Therefore,the research on energy efficiency of mechanical manufacturing system is developing rapidly in the world.The present research has focused on the energy efficiency in the service stage of the manufacturing system,so the objective of this project is to analyze the characteristics of energy consumption,which are born in the design and formation phases of the mechanical manufacturing system,and proposes a concept of inherent energy efficiency attributes which takes into account the inherent energy consumption attributes and inherent energy efficiency potential.Based on the connotation and characteristics of the inherent energy efficiency attributes,the inherent energy consumption parameters and function which reflecting the inherent energy consumption attributes,and the equivalent energy efficiency function model which reflecting the energy efficiency potential,are established respectively.An optimization approach of high efficiency mechanical manufacturing system is proposed based on an optimization model of inherent energy efficiency potential for deterministic task and incomplete deterministic tasks.And on the base of that,research the application mode of the above theory.The research achievements can provide theoretical and technical support to establish a high efficiency mechanical manufacturing system and promote the low energy efficiency system,and will have a good prospect of application.

项目受资助省

湖北省

项目结题报告(全文)

机械加工制造系统能效优化与提升是制造系统领域的重要学术热点问题,但目前以制造系统服役阶段为载体的能效研究,受制于加工系统设计结构、参数、工艺路线等客观约束,可对其进行的能效优化潜力有限。为此,本项目以典型机械加工制造系统为研究对象,对产生于机械加工制造系统设计和组建阶段的能量效率属性展开了系统研究,表征了包含机械加工制造系统固有能量消耗属性和固有能量效率潜力的“固有能效属性”的内涵,构建了以当量比能、当量能量利用率两个当量能量效率指标和待机功率、启动能耗函数、空载功率函数、载荷损耗系数函数等特征函数组成的机械加工制造系统固有能效属性体系结构;基于提出的一种用于反映机械加工制造系统未来服役阶段所有可能加工过程的能耗环节、能耗特点和能量效率特性的虚拟工件,建立了反映机械加工制造系统固有能量消耗属性的固有能耗参数及能耗函数和反映固有能量效率潜力的当量能量效率的函数模型和分析方法;进一步结合“固有能效属性”的函数模型,提出了一套基于能效比的机械加工制造系统能效等级量化方法,该方法不仅可以对加工系统的能效等级进行评定,还可以对加工系统的高能效区间进行评定,有效的弥补了加工系统缺少能效等级评定量化方法的问题;在此基础上,创建了一种专门针对加工系统组建阶段的能效潜力评估模型,实现对加工系统各个组建方案能量效率的量化评估,以支持高能效加工系统的定制、选择以及改造;最后,基于固有能效属性的函数模型、算法理论与业务流程,开发了一套机械加工制造系统固有能效属性评价系统,通过运行实例验证了系统的可行性和有效性。本项目部分研究成果已在企业开展了应用,对高能效机械加工制造系统的创建和低能效机械加工制造系统的提升改造具有理论与实践的双重意义。

  • 排序方式:
  • 6
  • /
  • 1.混合灰色关联和有限元法的铝合金三明治板轻量化设计

    • 关键词:
    • 轻量化设计三明治板灰色关联法全局响应面法可行方向法基金资助:国家自然科学基金(51775392,51705043);汽车动力传动与电子控制湖北省重点实验室开放基金项目(ZDK1201802);湖北汽车工业学院博士基金(BK202001);湖北省自然科学基金资助项目(2019CFB384);教育部人文社科(20YJCZH150);工信部工业互联网创新发展工程项目(TC200A00W,TC200802C);湖北省重点研发计划项目(2020BAA005);DOI:10.19356/j.cnki.1001-3997.20230825.004专辑:基础科学 工程科技Ⅰ辑 工程科技Ⅱ辑专题:数学 金属学及金属工艺 工业通用技术及设备分类号:TG146.21TB115中国知网独家网络首发,未经许可,禁止转载、摘编。手机阅读
    • 龚青山;吴东雨;张光国;孙章栋
    • 2023年
    • 期刊

    汽车轻量化设计是实现节能减排的重要途径,为设计出性能优良的铝合金三明治货车防滑踏板,针对不同芯层结构的铝合金三明治板展开研究;建立了I型、V型、U型三种芯层结构的铝合金三明治板结构模型;应用有限元法对实际工况下I型、V型、U型三种芯层结构的铝合金板的应力、位移值进行分析,并基于灰色关联法建立以质量m、最大挠度ymax、最大应力σmax为变量的综合性能评价函数,得出V型铝合金三明治板为优选结构;以上、下板以及芯层厚度为优化变量,质量最小化为优化目标,分别采用全局响应面法及可行方向法对V型铝合金板进行尺寸优化,并对优化结果进行对比分析,发现两种方法优化方式均有较好的优化结果,但基于可行方向法的迭代时间更短、效率更高,优化后铝合金板减重约29.5%,具有很好的应用价值。

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  • 2.数据与模型混合驱动的箱体零件加工能耗预测

    • 关键词:
    • 箱体零件;能耗预测;数据与模型混合驱动;特征;特征耦合
    • 张华;李曙光;鄢威;江志刚;朱硕;马峰
    • 《机械工程学报》
    • 2023年
    • 期刊

    箱体零件是机械产品与部件的载体和安装基础件,其制造过程耗费了大量的资源和能源。加工能耗预测作为能效评估与优化的前置技术,具有积极的意义。然而,由于箱体零件往往具有复杂的加工特征,且特征间耦合关系复杂,导致现有基于加工特征的方法难以准确预测其加工能耗。基于此,提出一种数据与模型混合驱动的箱体零件加工能耗预测方法。首先,基于箱体零件结构组成,对其加工特征及其间耦合关系、以及加工能耗特性进行分析;其次,针对箱体零件加工特征的相交与非相交关系,分别构建数据驱动的非相交特征加工能耗预测模型与模型驱动的相交特征加工能耗预测模型,进而实现箱体零件加工能耗的准确预测;最后,以某箱体零件加工为例对所提方法的有效性进行验证,并通过与纯数据驱动和纯模型驱动能耗预测方法的横向对比,说明所提方法的优越性。

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  • 3.面向再制造激光熔覆工艺参数多目标优化策略

    • 关键词:
    • 再制造激光熔覆工艺参数优化回归型支持向量机多目标粒子群算法基金资助:国家自然科学基金资助项目(51775392);DOI:10.14128/j.cnki.al.20224209.023专辑:信息科技 工程科技Ⅰ辑专题:金属学及金属工艺分类号:TG174.4TG665手机阅读
    • 施毅;王贤琳;张华;黄松勇;张豪
    • 期刊

    激光熔覆技术具有环保、性价比高等特点,在工件再制造领域得到广泛的应用。但由于激光熔覆工艺参数与熔覆层质量有着复杂的非线性关系,在再制造过程中难以控制熔覆层质量。针对上述问题,提出一种面向再制造,以显微硬度、热影响区深度和孔隙率三者为优化目标的激光熔覆工艺参数多目标优化策略。该方法采用回归型支持向量机(SVR)构建激光熔覆工艺参数与优化目标之间的非线性映射关系,基于多目标粒子群优化算法(MOPSO)对激光熔覆工艺参数进行优化,在得到Pareto解集的基础上,将层次分析法(AHP)和优劣解距离法(TOPSIS)方法相结合构建决策分析模块,从Pareto解集中找出最优参数取值方案。最后以汽轮机阀座零件再制造案例,验证了该方法可以提高再制造产品的整体质量。

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  • 4.面向低能耗高质量的数控加工参数优化与决策方法

    • 关键词:
    • 数控加工系统;低能耗;表面粗糙度;多目标优化
    • 武煜航;张华;鄢威
    • 《制造技术与机床》
    • 2022年
    • 7期
    • 期刊

    为了实现数控加工系统的绿色制造,提出了一种面向低能耗高质量的数控加工参数优化方法。首先对数控加工系统能耗子系统在不同工作状态下的能量消耗特性进行分析;然后以低能耗和低表面粗糙度为目标,选择铣削速度和进给量为优化变量,建立

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  • 5.Disassembly task planning for end-of-life automotive traction batteries based on ontology and partial destructive rules

    • 关键词:
    • Automotive traction battery; Disassembly task planning; Partialdestructive disassembly rules; Ontology model;ELECTROMECHANICAL PRODUCTS; SEQUENCE; SYSTEMS
    • Yu, Jianping;Zhang, Hua;Jiang, Zhigang;Yan, Wei;Wang, Yan;Zhou, Qi
    • 《JOURNAL OF MANUFACTURING SYSTEMS》
    • 2022年
    • 62卷
    • 期刊

    Disassembly is an essential step for the cascade utilization of end-of-life automobile power batteries. The diversity in types and structures of end-of-life automobile power batteries has led to much waste in time and cost in manual disassembly processes. With the incoming large-scale retirement of automobile power batteries, it is urgent to use artificial intelligence technology to enable the automation of battery disassembly planning. In order to establish a complete and open product information model to realize the automatic disassembly task planning of end-of-life automobile power battery, a disassembly task planning method of automobile power batteries is proposed based on ontology and partial destructive rules. This presented approach is in combination with case based reasoning/rule-based reasoning, which is utilized as the mechanism for disassembly knowledge reuse and reasoning. Firstly, a disassembly information ontology of automobile power batteries is constructed to describe the components information and assembly relation. Then, a set of partial destructive rules are formulated to guide the dismount of parts with destructive connection. Thirdly, a disassembly sequence generation method is presented to infer feasible planning schemes from the rule base. Finally, the effectiveness of the method is tested with a case study of a power lithium-ion battery pack. The case study has indicated that this presented method can generate the disassembly task schemes quickly and effectively, when applied to the disassembly of large-scale heterogeneous automobile power batteries.

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  • 6.多维特征数据驱动的数控车削加工过程碳排放预测研究

    • 关键词:
    • 多维特征数据;数据驱动;碳排放预测;岭回归;果蝇-差分进化优化
    • 张华;王正;鄢威;史梦成
    • 《机械设计与制造》
    • 2022年
    • 11期
    • 期刊

    针对数控车削加工过程碳排放影响要素繁多、动态特性复杂的特点,提出了一种基于多维特征数据驱动的数控车削加工过程碳排放预测方法。首先,对数控车削加工过程碳排放特性进行分析,建立了包含原材料消耗、辅助材料消耗、能源消耗和废弃

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  • 7.多特征数据驱动的数控铣削加工能耗预测研究

    • 关键词:
    • 数据驱动;能耗分析;特征选择;ABC-BPNN算法
    • 张华;史梦成;鄢威;王正
    • 《机械设计与制造》
    • 2022年
    • 9期
    • 期刊

    针对数控加工过程能耗现场采集困难,难以实现精确预测的难题,提出了一种多特征数据驱动的数控铣削加工能耗预测方法。首先,对影响数控铣削加工过程能耗的特征属性进行分析,提出了多特征数据采集及处理方法;其次,运用ReliefF的特征选择算

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  • 8.基于熵权可拓理论的弧面凸轮减速机构综合性能评价

    • 《计算机集成制造系统》
    • 2021年
    • 期刊

    为评价弧面凸轮减速机构的综合性能,提出了基于熵权可拓理论的弧面凸轮减速机构综合性能评价模型。基于可拓理论设计出点、线啮合两种类型8种弧面凸轮减速机构创新方案,从结构设计、加工制造、动态特性和静态特性四个方面提取10个评价指标建立弧面凸轮减速机构综合性能评价体系,基于熵权可拓理论建立综合性能评价模型,融合定性指标和定量指标数据,并通过AHP-熵权法进行指标权重组合赋值,采用可拓评价方法得出综合评价结果。该评价方法同时考虑主观性和客观性评价,对线啮合型和点啮合型两种啮合类型的弧面凸轮减速机构进行综合性能评价分析,在通用设计参数相同、运动条件相同和负载相同条件下对弧面凸轮减速机构综合性能进行排序选优,为后续弧面凸轮减速机构应用提供理论支持。

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  • 9.绿色制造的理论与技术体系及其新框架

    • 关键词:
    • 绿色制造;理论体系;技术体系;基础理论;体系框架
    • 刘培基;刘飞;王旭;尹震飚;曹华军;李聪波
    • 《机械工程学报》
    • 2021年
    • 19期
    • 期刊

    绿色制造相关研究已有20多年,有必要对绿色制造的内涵、理论与技术体系进行归纳总结,以支持绿色制造下一阶段的研究与发展。为此,在分析和总结绿色制造现有研究的基础之上,更新和完善了绿色制造的定义,提出由三个基础理论(新"三度"理论、资源主线理论以及生命周期理论)和六个主要特性组成的绿色制造理论体系,建立了由6R技术原则、三条技术主线、五类专项技术以及多项产品生命周期管理技术组成的绿色制造技术体系;最后,通过对绿色制造的根本问题、根本目标、根本途径、根本路线以及技术主线等进行梳理和总结,建立了绿色制造理论与技术体系的综合框架。

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  • 10.基于改进卷积神经网络的数控铣床能效等级预测

    • 关键词:
    • 数控铣床;多维数据;改进卷积神经网络;能效等级预测
    • 瞿华;张华;鄢威;马峰
    • 《机床与液压》
    • 2021年
    • 8期
    • 期刊

    针对数控铣床能效影响要素多、要素间关联关系复杂而导致的机床能效等级预测问题,提出一种基于卷积神经网络的数控铣床能效等级预测方法。通过数控机床运行过程能效影响要素分析,从设备、工艺、工件、刀具的维度对影响要素进行了分类;

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  • 排序方式:
  • 6
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