[发明专利]一种面向低碳制造的加工中心刀具决策方法

说明书

本发明涉及一种面向低碳制造的加工中心刀具决策方法，以单台加工中心制造系统为应用对象。具体步骤为：1.确定每一刀具个体剩余寿命；2.确定每一工件各工步可用刀具类型及对应切削参数；3.逐次计算每一工步可用刀具类型的加工时间、加工功率与刀具损耗率，得到工步‑刀具类型匹配表；4.运用考虑刀具寿命约束的多目标遗传算法求解，计算在不同刀具使用方案及工件加工顺序下的生产成本及碳排放，获得最优染色体；5.依据最优染色体信息得出各工步的加工刀具、各加工区间的装载刀具集，付诸生产。依据本发明的方法可对生产现场刀具的选择及装载顺序进行快速决策，生成成本与碳排放协同优化的加工方案，指导刀具准备与实际生产。

技术领域

本发明属于低碳制造与智能制造技术领域，具体涉及一种面向低碳制造的加工中心刀具决策方法。

背景技术

随着制造业高能耗、高排放问题日益凸显，低碳制造作为产业变革的主要方向逐渐引起重视。低碳制造体系包括产品设计方法、制造加工工艺、零部件回收利用等多个方面。机械加工过程是制造过程的关键环节，对加工过程的能源优化利用及碳排放控制是低碳制造体系不可或缺的组成部分。

在现代制造过程中，加工中心由于其机床刀库的存在大大节省了辅助过程的时间，获得了大范围应用。作业人员可将多把刀具同时装入刀库，由机床自动换刀系统进行快速换刀，满足不同工步的加工需求。由于刀库容量的限制，一批工件往往划分为多个区间进行加工。加工中心的生产规划决定了工件间的加工顺序、刀具的装载顺序等，对生产资源的有效组织与生产活动的顺利进行意义重大。

作为制造过程的关键要素，数控刀具种类繁多、数量庞大。刀具类型的增多满足了多品种生产的需要，也带来了生产管理与资源组织的不便。实际生产中，同一工步往往可选择多种类型刀具，且使用不同类型刀具加工参数上的不同导致在加工时间、成本及碳排放上存在差异。因此，刀具选择及生产现场的组织调配需要生产人员进行综合考虑，对生产效益与环境影响进行更多地权衡。

现有生产过程加工刀具决策过程，多存在以下问题：

(1)生产规划刀具决策时，缺少对刀具可用数量及剩余寿命的考虑。刀具在不同机床之间争用、磨损报废等实时事件易导致规划刀具实时占用或报废缺失，从而造成刀具规划与实际生产的脱节，拖慢生产节奏，造成成本提升。

(2)刀具决策往往以生产时间或生产成本为优化目标，缺少了对生产碳排放的综合考虑。由此导致高效的生产以恶劣的环境影响为牺牲，不符合低碳制造的发展需求。

基于以上问题，需要一种更为贴近实际生产现场、平衡效益与环境的加工刀具决策方法。

发明内容

本发明提出了一种面向低碳制造的加工中心刀具决策方法，结合工件的工艺规划信息，以生产现场实时可得刀具为输入，来得出生产成本、碳排放优化的刀具使用方案。本发明针对单台加工中心加工环境，可以解决以下两方面的具体问题：(1)考虑剩余寿命对生产现场的有限刀具进行组织管理；(2)从生产成本与生产碳排的角度对刀具使用方案进行决策，最终得到每个区间的待加工工件及所需装载刀具信息。

本发明采用如下的技术方案：

一种面向低碳制造的加工中心刀具决策方法，该方法适用情境为单台加工中心制造系统，该单台加工中心制造系统中包括n个分配到加工中心上的工件和m种可用刀具类型，每个工件由多个工步组成，每种刀具类型有多把刀具个体且不同个体剩余可用寿命不同，用uⁱ表示第i个工件包含的工步数，c^d表示第d种刀具类型包含的刀具个体数，该方法包括如下步骤：

步骤1：确定每一可用刀具个体的剩余寿命；

步骤2：确定每个工件各工步的可用刀具类型及使用不同刀具类型加工对应的切削参数：

v_c^ij(d)---工件i的工步j使用刀具类型d的切削速度；