离散机床制造系统加工节能优化仿真.pdf

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1、第33卷第9期计算机仿真2016年9月文章编号：1006—9348(2016)09—0219一06离散机床制造系统加工节能优化仿真蔡磊，王艳，徐彬梓，纪志成(江南大学电气自动化研究所，江苏无锡214122)摘要：研究离散机床制造系统加工节能优化问题，针对离散机床制造系统能耗大，能效低的现状，通过优化加工参数，减少加工时间从而减少能量消耗。传统的一些方法在解决加工参数优化问题时，出现收敛速度慢，求解精度低等缺陷，导致得到的加工参数不是最优。为此提出一种随机游走多目标粒子群算法，以切削速度、进给量、切削深

2、度为优化变量，以能源效率为优化目标，经过迭代寻优计算得到Pare佃前沿解，并采用层次分析决策方法从Pareto前沿解中选择最优加工参数。仿真结果表明，提出的算法可平衡全局和局部寻优能力，提高收敛精度，求解的加工参数使得加工时间更少，效率更高，能耗更少，并与教学算法相比节能15．8％。关键词：多目标优化；粒子群算法；层次分析法；能效中图分类号：TP301．6文献标识码：BEnergySaVingOptimizationSimulationofDiscreteMacllineToolManufacturi

3、ngSystemCAILei，WANGYan，XUBin—zi，JIZhi—cheng(InstituteofElecmcalAutomation，JiangnanUniversity，Wuxi，Jiangsu，214l22，China)ABSTRACT：Arandomwalkmulti—objectiveparticleswarrnoptimizationalgorithmispmposed．Takingthecuttingspeed，f色edspeedandcuttingdepthastheopt

4、imizationvdables，theenergyemciencyastheoptimizationobjectiVe，theParetofrontsolu“onisobtainedbyiteI‘ativeoptimizationandtheanalytichierarchypmcessisadoptedtoselecttheoptimalpmcessingparametersfmmtheParetofront．Simulationresultsshowthattheproposedalgorith

5、mcanbalancetheglobalandlocaloptimizationability，improvetheconvergenceaccuracyandsolvethepmcessingparameterstomakelessprocessingtime，higheref矗ciency，lessenergyconsumption，andenergysaving15．8％comparedwiththeteaching—IeamingoptimizationaIgorithm．KEYwORDS：M

6、ulti—objectiveoptimization；Particleswa丌11algorithm；Analytichierarchyprocess(AHP)；Energye仿ciencvl引言目前，随着能源危机和环境问题越来越严重，许多国家已经将节能减排作为关键的国家战略。在制造业发展的今天，带来许多便利的同时也引起了巨大的能源消耗，尤其是离散制造业更是如此。作为离散机床制造系统的主要组成的机床在我国保有量世界第一，约700多万台，机床装备总额定功率达到3500—7000万kW，相当于三峡电站总装

7、机容量的1．5—3倍。然而，大量调查研究表明：机床能量利用率十分低，平均不足30％，有甚者仅达到10％左右，节能潜力巨大⋯。因此，对于离散机床制造系统如此巨大的能源消基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)(2014AA041505)，国家自然科学基金资助项目(61572238)收稿日期：2015一12—14修回日期：2016—0l—05耗，探究离散机床制造系统节能优化方法减少能源的?肖耗与提高能源的使用效率就显得尤为重要。为此，研究离散机床制造系统加工能耗与加工参数之间的关系，综合考虑对加工过

8、程中的工艺参数优化选择。有研究表明

9、21，在离散制造业中基于切削参数、刀具、刀具轨迹的优化选择可以节能达到6—40％。目前，国内外已有许多专家学者针对离散机床制造系统加工节能优化问题进行了研究。李建广等¨o基于遗传算法研究制造系统车削过程中时间和成本最小为优化目标的车削用量优化方法。李聪波¨’等以最小加工时间和最低碳排放为优化目标，应用复合形法对优化模型进行求解，并给出优化变量对目标函数的灵敏度分析。李新鹏”1等针对铣削参数优化问题，引入以最大生产率为优