集成设计参数和制造参数的工件机加工能耗建模及优化研究

摘要

制造业作为国民经济的支柱产业的同时也消耗了大量的能源。从机加工工件的角度出发，减少其机加工过程的能耗，是实现制造业可持续发展的重要途径。工件机加工过程的能耗本质上是受设计参数和制造参数共同影响的，而目前工件机加工能耗的研究集中在分析特定设计参数及制造参数对工件机加工能耗的影响，缺少设计参数及制造参数协同作用下的工件机加工能耗特性研究。为此，本文针对工件机加工过程能耗受多参数影响的特性，提出了一种集成设计参数及制造参数的工件机加工能耗预测及优化。主要工作如下：　　首先，针对工件机加工过程多能耗组成的特点，从时间维和空间维的角度对工件机加工过程能耗特性进行了分析，在此基础之上对影响工件机加工能耗的设计参数及制造参数进行了分析，并构建了工件设计参数及制造参数指标体系。　　其次，在上述基础上，提出了一种集成设计参数及制造参数的工件机加工能耗预测方法。首先在分析车削特征的形状特点基础上，构建了车削特征的特征识别规则，提取工件的设计参数，以及生成了包括工件各特征加工工序刀具路径在内的工件制造参数。工件的设计参数以工件特征字典的形式存储，工件制造参数以token集的形式集成。进一步，采用HOONet模型构建了工件机加工过程动态能耗模型，通过token集驱动HOONet模型对工件机加工过程能耗预测。　　其次对工件机加工过程能耗受工件特征工序执行顺序和走刀策略协同影响的特性进行分析，提出了一种集成工件特征工序执行顺序和走刀策略的工件机加工能耗优化方法，以特征工序执行顺序及走刀策略为优化变量，建立工件机加工能耗优化模型，并通过遗传算法对优化模型进行求解。

目录

1 绪 论

1.1 论文选题背景

1.1.1 节能减排是我国制造业发展的重要规划

1.1.2 减少工件机加工能耗效率是实现节能减排的有效途径

1.2 国内外研究现状

1.3.1 论文研究目的和意义

1.3.2 论文课题来源

1.4 论文研究内容安排

2 工件机加工过程能耗分析及设计参数与制造参数指标体系建立

2.1 工件机加工过程能耗特性分析

2.2 工件设计参数及制造参数能耗影响分析及指标体系建立

2.2.1 设计参数能耗影响因素分析及指标体系建立

2.2.2 工件制造参数能耗影响分析及指标体系建立

2.3 本章小结

3 集成工件设计参数及制造参数的工件机加工能耗预测方法

3.1 集成工件设计参数及制造参数的工件机加工能耗预测方法流程

3.2 工件特征识别

3.2.1STEP AP203文件条目解析

3.2.2 工件特征识别决策规则制定

3.3 工件设计参数集成

3.3.1 工件尺寸结构相关的设计参数提取

3.3.2 工件特征字典生成

3.4 工件制造参数集成

3.4.1 面向特征加工工序的刀具路径生成

3.4.2 工件token集生成

3.5.1 HOONet基本结构介绍

3.5.2 工序层HOONet能耗模型

3.5.3 刀具路径层HOONet能耗模型

3.5.4 能耗系统层HOONet模型

3.6 基于MATLAB的工件机加工能耗预测系统

3.6.1 设计参数集成模块

3.6.2 制造参数集成模块

3.6.3 能耗预测模块

3.7 案例分析

3.7.1 盘类工件案例

3.7.2 轴类工件案例

3.8 本章小结

4 集成工件特征工序执行顺序和走刀策略的工件机加工能耗优化

4.1 问题描述

4.2.1 优化变量及目标函数的确定

4.2.2 约束条件

4.3 基于遗传算法的模型求解

4.4.1 案例条件

4.4.2 优化结果及分析

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 研究不足与展望

参考文献

附录

A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文

B.作者在攻读硕士学位期间从事的主要研究工作

C.作者在攻读硕士学位期间所获奖励

D.学位论文数据集

致谢