[发明专利]一种构建基于碳效益的车削参数优化模型的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种构建车削参数优化模型的方法，属于低碳制造研究技术领域。

背景技术

2015年9月21日发表在《自然-地球科学》的论文《持续增长的二氧化碳排放总量对达成气候造成影响》显示，2013年，全球的二氧化碳排放量再创历史新高，达到361亿吨左右。其中，中国排放二氧化碳100亿吨，美国52亿吨，欧盟28国35亿吨，印度24亿吨。这意味着，当年中国的碳排放超过美国和欧盟的总和，占世界总排放量的近3成。根据美国能源情报署(EIA)的统计数据，2010年中国能耗为112.914×10¹⁵千焦，CO₂排放为8.38144×10⁹吨，其中工业能耗占比为71.3％；同比美国的能耗为103.703×10¹⁵千焦，CO₂排放为5.6006×10⁹吨，工业能耗占比为30％。可见，我国已成为全球能源消耗及二氧化碳排放大国，其中，根据2014年我国各个行业能源消耗情况统计，制造业能源消耗达57.55％，是我国碳排放的主要来源。因此，制造业的高速发展是造成我国整个工业领域的能源消耗与碳排放激增的主要原因，制造业亟需实现节能减排。

机械加工业作为制造业的基础行业，为制造业的其他部门提供装备基础，是整个国民经济的物质基础，也是整个制造业资源消耗与碳排放的主要源头。因此，积极推进机械制造业低碳化进程，是在应对全球气候变化新形势下，我国机械制造业的发展新趋势新挑战。

在全球气候变化压力以及各国纷纷提出碳排放减排具体承诺指标的背景下，低碳制造的研究已成为新的学术热点并受到国内外学术界的关注，关于工艺过程的能效及碳排放的定量计算、碳排放减量化理论及技术的研究尤为受到关注。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种构建基于碳效益的车削参数优化模型的方法，以解决我国工业领域能源消耗与碳排放激增的问题，实现节能减排。

本发明的技术方案：一种构建基于碳效益的车削参数优化模型的方法，其特征在于：基于车削加工切削碳排放和加工成本的情况分析，建立了一个涵盖碳排放估算目标、成本目标的多目标优化模型，并引入碳效益的概念作为度量指标，以实现车削参数碳效益优化，并针对该多目标问题，根据机械加工特征建立了一系列约束条件，以获得最优解。以工步为单元，其模型如下：

其中F_e为电能碳排放因子(kgCO2e/kWh)，P_u为空载功率(kw)，t_p为加工总时间(min)，b_m为附加载荷损耗系数，P_c为车削功率(kw)，t_c为车削加工时间(min)，N为刀具刃磨次数，T为刀具寿命(min)，为刀具材料碳排放因子(kgCO2e/kg)，为刀片质量(kg)，T_c为切削液更换周期(min)，为切削液碳排放系数(kgCO2e/L)，为切削废液处理碳排放系数(kgCO2e/L)，为加工过程切削液用量(L)，δ为切削液浓度，σ表示金属切屑回收率，为零件原材料碳排放系数(kgCO2e/kg)，为金属切屑回收过程的碳排放系数(kgCO2e/kg)，为切屑质量(kg)；e_m—机床折旧成本率，e_e—电能消耗成本率，e_l—劳动力成本率，c_t—刀具使用成本(元)；C表示被加工零件的售价或该工序对于被加工零件售价的贡献值(元)，CE表示车削加工总的碳排放(kgCO2e)，CT表示车削加工总的成本(元)；F_c.max为该工步所使用的刀具所承受的负载的最大允许值(N)；P_max为该工步所使用的机床的最大功率(W)，η为传动效率；v_cmin为最小允许切削速度(m/min)，v_cmax为最大允许切削速度(m/min)；f_min最小允许进给量(mm/r)，f_max最大允许进给量(mm/r)。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

提供一种构建基于碳效益的车削参数优化模型的方法，对于产品制造过程碳排放优化及节约成本都有着至关重要的作用，有利于减少工业生产中温室气体的排放，改善环境；