摘要
制造业的高速发展在给人类生产生活带来便利的同时，也造成了严重的环境影响问题，低碳制造模式成为当代制造业发展的迫切需要。机械产品机加工工艺方案是影响机加工过程碳排放的重要因素，但由于工艺方案制定阶段，碳排放源的多样性以及零件加工信息存在一定不确定性，如何在该阶段进行工艺方案碳排放评估、低碳决策优化将有力提升制造企业节能减排能力，也是该领域研究中待解决的难点问题。 本文将全生命周期评价思想与工艺方案制定过程结合，建立了面向机加工工艺方案的评估、决策和优化流程，并基于此分别对工艺碳排放评估方法和参数优化方法进行了重点研究，具体如下: (1)针对工艺方案碳排放的量化问题，结合全生命中周期评价方法建立了机加工工艺方案碳排放评估流程。 已有相关研究绝大多数面向的是已经投入生产的制造过程，且对于加工设备的功率数据的获取往往采用取额定功率值或现场测量获取的方法，由于设备能耗特性曲线是根据机床运行状态呈动态变化的，因此采用额定功率值的量化方法在准确性上有待提升。本文结合生命周期评价方法建立了工艺方案碳排放评估流程，对机加工系统碳排放的系统边界进行了界定并确定了机加工系统碳排放的主要来源及主要表现形式，并针对目前已有的工艺碳排放量化模型实用性不强的特点进行了优化改进，建立了基于碳排放因子的工艺方案碳排放量化模型以支持机加工工艺过程碳排放的量化。最后以CA6140法兰盘为例对机加工工艺方案的碳排放评估、决策、参数优化过程进行了说明，并对其结果进行了分析。 (2)针对工艺方案切削参数的低碳优化问题，结合比能耗法和工艺单元能耗法，建立了机床系统碳排放参数化量化模型。 已有相关研究，功率建模方法主要有单元过程建模法、切削力功率模型建模法和比能耗法，但在实施条件和精确性上难以平衡。本文结合比能耗法和工艺单元能耗法，考虑了铣削过程中主轴转速对材料去除功率的影响，建立了以铣削四要素为变量的铣削过程碳排放量化函数模型，并介绍了获取模型参数的实验条件的简易性和模型的准确性;最后，采用遗传算法以碳排放和机加工时间为目标进行多目标优化求解得出最优的加工参数组合。 (3)针对当前针对机加工工艺的碳排放评估与优化软件工具系统的相对缺乏的问题，开发了机加工工艺方案碳足迹评估系统。 基于上述理论评估模型，分析了软件系统的设计需求，构建了系统架构，规划了各模块内容与功能。采用Visual studio2010软件基于ASP.Net对软件进行了开发，实现对机械产品机加工工艺方案的碳排放评估，并以变速箱体为例介绍了软件使用流程。
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