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机械加工过程多分辨率实体碳效率优化研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 选题背景

1.2 国内外研究现状

1.3.1 研究意义及目的

1.3.2 课题来源

1.4 研究内容及创新点

1.4.1 内容安排

1.4.2 创新点

第2章 机械加工过程多分辨率实体与多层级碳效率研究

2.1 概述

2.2 机械加工过程碳排放特性与多分辨率实体

2.2.1 碳排放源识别及其多源特性

2.2.2 加工过程层级结构及碳排放动态特性

2.2.3 机械加工过程多分辨率实体

2.3 多层级碳效率指标体系

2.4 碳效率指标的量化

2.4.1 加工利润量化模型

2.4.2 碳排放量化模型

2.5 案例分析

2.5.1 工艺链经济碳效率决策方法框架

2.5.2 案例描述

2.5.3 可行工艺链相关工艺信息与数据获取

2.5.4 基于经济碳效率的工艺链低碳决策

2.5.5 关键决策变量灵敏度分析与讨论

2.6 本章小结

第3章 机械加工过程多分辨率实体碳效率动态模型

3.1 概述

3.2 离散事件系统规范建模技术

3.3.1 DEVS原子模型

3.3.2 DEVS耦合模型

3.3 设备层HRE的DEVS碳效率动态模型

3.4 工艺链层与工艺单元层LRE的DEVS碳效率动态模型

3.5 案例分析

3.5.1 案例描述

3.5.2 MRE碳效率动态模型仿真设计

3.5.3 MRE碳效率仿真分析

3.6 本章小结

第4章 机械加工过程多分辨率实体碳效率优化

4.1 概述

4.2 问题描述

4.3 基于NSGA-Ⅱ的MRE作业分配碳效率优化方法

4.3.1 MRE作业分配碳效率优化模型

4.3.2 基于NSGA-Ⅱ与TOPISIS的优化模型求解

4.4 基于NGA遗传算法的MRE加工路线优化方法

4.4.1 MRE加工路线优化模型

4.4.2 基于NGA遗传算法的优化模型求解

4.5 案例分析

4.5.1 案例描述

4.5.2 优化结果分析

4.6 本章小结

第5章 机械加工过程MRE碳效率分析与优化支持系统

5.1 概述

5.2 系统开发架构

5.3 系统运行流程

5.4 系统功能模块

5.4.1 数据库模块

5.4.2 主功能模块

5.4.3 用户权限管理模块

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

致谢

参考文献

附录

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摘要

机械制造业为整个国民经济提供技术装备,是国民经济和社会发展的物质基础。随着经济规模与制造技术的进一步扩大,能源短缺、温室效应等环境问题与经济增长的矛盾日趋尖锐,必然会持续加大机械制造业的碳减排压力。因此,推广低碳制造模式,推动低碳制造技术发展,实施碳排放精细化管理,在提高产品质量和附加值的同时,提升资源能源利用效率,实现碳排放的有效控制,是解决中国机械制造业高能耗、高排放问题的重要手段,是未来中国机械制造业的主要发展趋势之一。
  机械加工过程作为机械制造中最主要的生产活动,是低碳制造技术发展、创新及应用的重要载体,在机械制造业节能减排中起着十分关键的作用。本论文以国家863计划项目“典型机床绿色生产工艺技术评估及应用支持系统研究”(NO.2014AA041504)与国家自然科学基金项目“基于工件能耗属性的制造系统能效提升方法研究”(NO.51275365)等课题为依托,围绕机械加工过程多分辨率实体碳效率优化方法进行研究。
  针对机械加工过程多工艺、多设备、且运行过程高度非线性等特点,通过系统地分析零件加工运行过程中资源流、能源流、信息流、环境排放流(“四流”),揭示机械加工过程的组成要素、运行规律及相互关系;分析机械加工过程碳排放的动态特性与多源特性,并确定碳排放源的构成;剖析加工过程的层级结构与碳排放动态特性,并构建机械加工过程多分辨率实体(Multiple Resolution Entity,MRE)模型;提出一套适应加工过程不同层级不同粒度碳排放精细化管理的碳效率指标体系,并构建相应的量化模型,为机械加工过程的碳效率管理与优化提供理论与方法基础。
  针对静态量化分析模型无法考虑加工过程的信息流,难以有效反映加工过程各层级的碳排放动态表现等问题。采用离散事件系统规范(Discrete Event System Specification,DEVS)的分层阶梯建模方法,构建机械加工过程MRE综合碳效率动态分析模型。并利用CD++Builder插件在Eclipse平台下开发相应的仿真程序,实现对机械加工过程各层级碳排放及碳效率等的动态获取与分析,为加工过程不同层级不同方面提供减少碳排放的优化方向。
  针对机械加工过程的调度优化问题进行研究,以企业低碳制造为出发点,在充分分析机械加工过程不同分辨率实体之间优化关系的基础上,提出一种综合考虑加工过程中产品合格率(加工质量)、加工利润、生产时间、碳排放等多个优化目标的碳效率调度优化方法,实现对机械加工过程低碳表现的优化控制。
  应用C++语言与SQL Server2008数据库开发工具,采用Browse/Sever(B/S)架构,在Visual Studio2010平台下开发机械加工过程MER综合碳效率分析与优化系统,以机床制造企业为对象,对软件系统的应用情况进行说明。

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