针对绿色制造的机械加工体系的改进优化

徐伟+许培磊

摘要：在生产车间中，机械的运用是绿色制造的关键组成部分，而绿色制造的机械加工系统的优化和改善，对于环境和资源又有重要的作用，不仅能够减少对周围环境的污染，还能很大的节约资源，对于优化机械加工的绿色化具有重要的作用。在对于这个问题的研究中，首先要对目标的各个组成要素进行大概的了解，构建出数学和框架模型对其进行描述。在此基础上，对于机械加工对于环境和资源的影响，设计体系的优化目标及所涉及的优化模型的各个子目标，最后通过具体的实例演示，对于优化系统进行分析和调度。

关键词：机械加工 绿色制造 优化

1 机械加工和绿色制造概述

机械加工是指有机床和所有工件组成的一种进行机械加工的体系。在这个系统中，机床是其重要的组成部分，但是机床对环境的影响很大，并且资源消耗也很大。而绿色制造理论解决了这些问题，绿色制造是针对于环境和资源的合理利用的一种现代生产制造模式，对机械加工提出了更高的要求，在节约资源，保护环境，生产安全等方面有了巨大的飞跃性发展。

目前，国内外对于机械加工的绿色制造进行了研究，但是一般机构致力于机械加工工艺的研究，很少从绿色化的方面出发，经一些研究表明，在对机械加工系统的绿色制造性能方面进行优化，在很大程度减少的能源的消耗，同时减小了对环境的污染，特别是在噪音污染方面有很大的发展。

在上述研究的基础上，本文从机械制造绿色化的方向出发，对机械制造的体系进行优化和调度，通过构建框架模型和数学模型，对机械制造要素进行了全面的分析，结合其对环境和资源的特性，对机械制造做出了分析，并通过实例进行了应用和进一步的分析和改善。

2 绿色机械制造加工的优化模型

对机械加工的体系的调度是对生产目标在机械加工的时间上进行简单的优化。而传统的机械调度是将任务分配在各个机床上，将生产次序和加工时间合理分配，这种层面的优化只是在生产成本，时间和质量方面进行了优化，没有考虑到机械生产的绿色制造性。

（1）调度框图模型

正如前面说过的，在机械加工的生产过程中，将原料转变为产品是一定会有原料的浪费，还会造成环境的污染，如果对与生产系统进行合理的优化调度，就可以避免机械制造对环境的污染和对资源的浪费。

在对机械加工体系做出框图模型后，以加工集中任务的相关参数以及加工系统中机床的特性参数为调度问题的输入，以生产时间，成本，质量以及资源的损耗和环境的污染作为调度的目标，获得合理的调度方案，合理安排生产时间，减少资源消耗和环境影响，做出框图模型。

做出框图模型，与传统的机械优化调度进行对比，可以看出绿色制造的优化调度解决了资源消耗与环境污染的问题，而所列除的调度目标并不是相互独立的，而在优化调度中相互联系，相互影响。

（2）调度数学模型

进行数学模型构建时，可以利用传统的三元组描述机械加工的绿色制造优化调度模型。

对资源消耗和环境影响进行决策时，优化调度模型中的变量参数集会更为复杂，除了传统的任务参数子集和机床参数子集外，还加入了加工任务的基本参数对机械加工的绿色制造进行说明。

调度模型的约束集是对系统中的相关因素进行约束和限制，通常与任务，人员，设备和计划有关，而绿色制造的调度模型的约束集基本与传统的调度模型一致，包括加工时间的约束，加工任务的约束等。

此外，还有调度模型的目标函数集，主要包括时间，成本，质量，资源消耗和环境影响5个子目标。分为与加工时间有关的函数如成本，任务量等和与加工时间无关的函数如产品质量，废弃物排放等。

（3）优化模型的构建

模型的构建应该顾及到传统调度和绿色优化两方面，一方面包括生产时间，生产成本以及产品质量，另一当面包括资源消耗和环境影响，这是绿色制造优化调度的基本依据。

在机械加工绿色制造的优化调度中，资源消耗主要是指机床在工作过程中的能源消耗，包含机床的空载消耗，切削消耗和附加能耗。而对于环境的影响主要是切屑，包括切屑本身和其带走的切削液对于环境的影响。切屑不作为优化目标，主要是切削液对于环境的影响，而采用机床对带有切削液的切屑的过滤程度进行描述。

3 实际示例

根据实际需要，进行目标函数的建立，以能量消耗最小和加工时间最少为例，进行应用和分析。根据调度模型进行模型描述，确定调度模型的参数集，然后采用禁忌算法对模型求解得到结果可知，与传统调度模型相比，在最大加工完成时间相差不大的基础上，减少了加工过程中的能量消耗，同时表明本文提出的绿色制造调度模型符合所提出的绿色制造目标。

4 结论

通过对机械加工的绿色制造优化调度的框图模型以及数学模型的构建，对加工过程中的相关要素之间的联系进行描述，再结合机械加工的绿色化特性，建立相关的函数，并进行应用分析。最后以能量消耗最小和完成时间最短的目标为例，进行分析表明通过进行机械加工的绿色制造任务的优化调度可以在很大程度上减少资源消耗和环境影响。

在对机械加工绿色制造优化调度的下一步研究中，应致力于建立符合加工系统绿色性的目标函数以及进一步完善体系中的约束条件。这就需要研究人员和企业不断地收集绿色制造的有关数据，进而创新和完善机械加工的绿色制造任务优化调度。

参考文献

刘飞 曹华军 张华 绿色制造的理论与技术 北京：科学出版社 2005

胡仕成 徐晓飞 战德臣 一种面向成本优化的生产计划调度算法

计算机集成制造系统 2003 9（9）：735-739

王凌 车间调度及其遗传算法 北京 清华大学出版，2003

李卫星 现代生产管理 北京 中国商业出版社 1997

刘飞 徐宗俊 但斌 机械加工系统能量特性及其应用 北京 机械工业出版社 1995

曹华军 刘飞 阎春平等 制造过程环境影响评价方法及其应用 机械工程学报 2005 41（6）：163-167

作者简介：

徐伟（1994—），男，汉族，安徽省铜陵市人，学生，郑州大学力学与工程科学学院，工程力学。