機械加工工藝能效優(yōu)化方法國家標準化管理委員會 I 2規(guī)范性引用文件 l3術語和定義 4機械加工工藝能效優(yōu)化總則 5確定可行工藝路線 26工藝參數能效優(yōu)化方法 27工藝路線能效優(yōu)化方法 38工藝能效優(yōu)化的評審與改進 附錄A(資料性)應用正交試驗法進行工藝參數能效優(yōu)化的流程 附錄B(資料性)應用正交試驗法進行工藝參數能效優(yōu)化的示例 I本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由全國綠色制造技術標準化技術委員會(SAC/TC337)提出并歸口。本文件起草單位：重慶大學、中機生產力促進中心、意特利(滁州)智能數控科技有限公司、西南大學、海瑞恩精密技術(太倉)有限公司、重慶郵電大學、合肥工業(yè)大學、重慶機床(集團)有限責任公司、東方電氣集團科學技術研究院有限公司、重慶小康動力有限公司、東莞駿科儀器設備有限公司、中機研標準技術研究院(北京)有限公司、青島濱海金成鑄造機械有限公司、廣東仕誠塑料機械有限公司、中山市易路美道路養(yǎng)護科技有限公司、清遠市鈦美鋁業(yè)有限公司、青島雙星裝備制造有限公司。1機械加工工藝能效優(yōu)化方法本文件規(guī)定了機械加工工藝能效優(yōu)化總則、工藝參數能效優(yōu)化、工藝路線能效優(yōu)化以及工藝能效優(yōu)化的評審與改進。本文件適用于機械加工工藝設計或工藝改進設計過程中的工藝能效優(yōu)化。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T4863機械制造工藝基本術語GB/T40799機械加工過程能效基礎數據檢測方法3術語和定義GB/T4863、GB/T40799界定的以及下列術語和定義適用于本文件。工藝過程總能耗totalenergyconsumptionofmachiningprocess產品或零件按照某一工藝路線進行生產所需的總能耗。4機械加工工藝能效優(yōu)化總則4.1基本原則機械加工工藝能效優(yōu)化應遵循以下基本原則：——在滿足生產需求的情況下，應基于經濟效益和節(jié)能效果確定優(yōu)化方法；——在機械加工工藝能效優(yōu)化過程中，應滿足產品加工質量、效率和成本等約束性要求。4.2重點內容機械加工工藝能效優(yōu)化的重點內容應包括：——工藝路線優(yōu)化；——工藝參數優(yōu)化。4.3主要依據機械加工工藝能效優(yōu)化的主要依據應至少包括：——GB/T40799等節(jié)能標準、規(guī)范、技術管理文件和質量保證文件；——零件設計和技術文件；——工藝技術水平和企業(yè)生產能力。25確定可行工藝路線5.1基本原則機械加工工藝路線在設計過程中應滿足可行性、可靠性以及產品質量、生產周期、安全指標的達到——根據企業(yè)機構設置和車間條件，確定企業(yè)內部分工原則，明確車間分工；——根據企業(yè)生產能力、產品生產性質和生產批量，確定自制件與外協(xié)件的具體項目；——根據零件的形狀、精度要求、材料性能、熱處理等特殊工藝要求確定毛坯形式；備、工裝條件，選擇加工方法，確定工序集中與分散原則、工序順序(機加工、熱處理、輔助工序等),劃分加工階段(粗加工、半精加工、精加工、光整加工等),并在該過程中縮短工藝流程、采用現有節(jié)能工藝技術。5.2確定方法確定可行工藝路線應以加工質量、效率、成本組成的綜合評價指標作為依據，具體方法為：a)對其零件加工質量進行評價，主要包括零件的加工精度(尺寸精度、形狀精度、位置精度)和表面質量(如表面粗糙度),判斷零件的加工質量是否高于企業(yè)要求的最低質量要求；b)對其零件加工成本進行評價，主要包括加工設備成本、人工成本、輔助物料消耗成本和能源消耗成本，判斷零件的加工成本是否低于企業(yè)要求的最大加工總成本；c)對其零件加工時長進行評價，主要包括機加工、熱處理、輔助工序等過程的時間，判斷零件的總加工時長是否低于企業(yè)要求的最大總加工時長；d)若某工藝路線加工質量、總加工時長、成本均滿足企業(yè)要求，則將該工藝路線作為可行工藝路線。6工藝參數能效優(yōu)化方法機械加工工藝參數能效優(yōu)化的程序應包括：a)列出零件可行工藝路線下每個工序的工藝參數；b)分析各工序中各工藝參數對能耗和生產效率等指標的影響，獲得對指標有顯著影響的工藝參數；c)選取對指標有顯著影響的工藝參數作為優(yōu)化變量，確定其常用的取值范圍；d)選定試驗設計方法，進行工藝參數能效優(yōu)化試驗設計，得到試驗方案并開展試驗，記錄各試驗方案下的能耗和生產效率等目標值。常用的試驗設計方法包括：——正交試驗法；——響應曲面分析；——田口法。e)基于試驗，獲得該工序能耗最低和生產效率最高的工藝參數組合；f)重復上述步驟，對零件可行工藝路線的所有工序開展工藝參數能效優(yōu)化。應用正交試驗法進行金屬切削加工工藝參數能效優(yōu)化的流程和示例分別參見附錄A和附錄B。37工藝路線能效優(yōu)化方法機械加工工藝路線能效優(yōu)化的程序應包括：a)對各可行工藝路線能效進行評價，主要包括機加工、熱處理、輔助工序等過程消耗的能源，判斷工藝過程總能耗是否滿足企業(yè)所允許的最高能耗水平要求；b)對滿足要求的各可行工藝路線按照工藝過程總能耗大小排序，選出工藝過程總能耗最小的工8工藝能效優(yōu)化的評審與改進8.1評審周期企業(yè)應在工藝技術水平和生產能力發(fā)生改變后對優(yōu)化的工藝運行效果進行評審。8.2評審形式企業(yè)可先對優(yōu)化的工藝進行內部審核，當內部審核出現分歧時，可邀請有資質的第三方機構對工藝的運行效果進行外部評審。8.3評審內容評審內容應包括：——產品工藝方案及工藝路線的正確性、先進性、經濟性、節(jié)能性、可靠性和可檢驗性；——工藝能效優(yōu)化方法的可行性和有效性。當評審結果顯示能效優(yōu)化后的工藝不符合或偏離工藝設計的目標時，應采取整改措施，并對整改的效果進行驗證，提供證據驗證已采取措施的有效性，實現工藝能效優(yōu)化持續(xù)改進。4GB/T41516—2022(資料性)應用正交試驗法進行工藝參數能效優(yōu)化的流程A.1確定優(yōu)化目標確定能耗、加工時間、成本目標，并為每個目標確定權重。A.2確定優(yōu)化變量進行工藝參數能效優(yōu)化時，宜確定對優(yōu)化目標有顯著影響且可控的變量，并對其優(yōu)化。A.3確定優(yōu)化變量范圍確定的各優(yōu)化變量范圍應滿足使用要求，符合實際。A.4確定各優(yōu)化變量的水平數根據確定的優(yōu)化變量范圍，劃分水平數，可劃分為三個或四個水平。A.5試驗方案確定根據確定的變量數目和水平數，確定正交表并安排試驗。A.6記錄試驗結果并進行同向化和無量綱處理試驗時，應記錄試驗結果，并應對試驗結果進行同向化和無量綱處理。當優(yōu)化目標同時存在極大和極小問題時，應將極大問題取負轉換為極小問題，并應對各指標進行無量綱化處理，以消除計量單位對原數據的影響，將優(yōu)化目標按公式(A.1)標準化。Xg=[X;—Xmin(k)]/[Xmx(k)—Xmin(k)]…(A.1)式中：X;——第i組試驗的實際數值；Xmn(k)——第k個指標在試驗中的最小值；Xmax(k)——第k個指標試驗中的最大值。A.7計算綜合優(yōu)化評價指標值優(yōu)化的綜合優(yōu)化評價指標值和每組試驗下的目標值信噪比值分別按公式(A.2)、公式(A.3)計算：Y;=2wX………………(A.2)式中：w——第k個指標的影響權重；Y;——第i組試驗的綜合評價指標。式中：S/N——某組試驗安排下的信噪比值；m——每組試驗測量次數；y;——各組試驗第i次測量后計算得的綜合能效優(yōu)化評價指標。5GB/T41516—2022A.8計算信噪比均值及繪制關系圖S/N;——工藝參數i在j水平的信噪比均值；kw——試驗組合中滿足要求的信噪比值；n——試驗中工藝參數i在有j水平下的總數。A.9選擇最優(yōu)工藝參數最優(yōu)工藝參數應選取各優(yōu)化變量最大信噪比均值對應的水平值?！?A.4)6(資料性)應用正交試驗法進行工藝參數能效優(yōu)化的示例B.1工藝參數能效優(yōu)化目標的確立以某銑削工序為例，選取能效、加工時間為優(yōu)化目標。取能效目標權重為0.5,時間目標權重為0.5.選取主軸轉速n、每齒進給量f?、背吃刀量a。以及側吃刀量a。作為優(yōu)化變量。B.3工藝參數能效優(yōu)化范圍的選取各工藝參數范圍宜選取為：n=(2200-4200)r/min,f?=(0.015-0.027)mm/z,ap=(0.3-0.5)mm,工藝參數能效優(yōu)化水平數劃分時，各工藝參數可設定三個水平，見表B.1。表B.1可控因素及水平因素水平nr/minmm/z122334B.5試驗方案設計試驗方案設計時，宜選用試驗次數較多的Lz(313)正交表進行試驗設計。B.6開展試驗并記錄試驗結果按照表B.2開展試驗并記錄試驗結果。7GB/T41516—2022編號nfa切削W切削s切削W切削S切削W切削S122334445263738492423342234342234423B.7能效優(yōu)化目標值計算每組試驗的比能值按公式(B.1)計算，計算結果填入表B.3。8式中：Especife——比能，單位為瓦秒每立方毫米(W·s/mm3);Pcu——切削功率，單位為瓦(W);tcu——切削時間，單位為秒(s);Vremoal——材料切除體積，單位為立方毫米(mm3)。表B.3比能計算結果編號n比能12233444526373849242417.18417.26416.0933422343422344239B.8同向化和無量綱化處理對各指標按公式(A.1)進行無量綱化處理，結果填入表B.4。注：由于以時間為目標的工藝參數優(yōu)化是極小問題，而以比能為目標的工藝參數優(yōu)化也是極小問題，因此不需要同向化處理。表B.4指標無量綱化處理結果編號比能(無量綱化)時間(無量綱化)第1次測量第2次測量第3次測量第1次測量第2次測量第3次測量120.3720.3720.3740.3680.3670.36530.1530.1530.1550.1370.1390.13740.2870.2870.2880.2480.2480.24950.4080.4080.4060.4040.4050.40560.1420.1420.1410.1240.1220.12270.3020.3020.3020.2640.2620.26380.0900.0900.0910.0550.0530.05390.1830.1830.1820.1730.1700.1710.3070.3070.3060.4180.4160.4140.4370.4370.4350.6360.6340.6340.1560.1560.1550.2400.2400.2390.2890.2890.2900.3870.3880.3860.0820.0820.0800.1210.1180.1170.1760.1750.1720.2690.2680.2680.3570.3570.3560.4810.4810.4810.0910.0910.0900.1300.1290.1280.0000.0000.0000.0000.0000.0000.3410.3390.3360.6100.6120.6100.1060.1080.1090.2340.2330.2320.2100.2100.2110.4450.4430.4430.3740.3740.3750.6670.6660.6670.0970.0990.1000.2150.2140.2130.0030.0030.0040.0510.0500.0480.0760.0760.0750.1570.1560.1550.1340.1340.1340.2780.2770.2770.0090.0090.0090.0600.0580.056B.9能效優(yōu)化目標的信噪比計算按公式(A.2)和公式(A.3)計算綜合能效優(yōu)化評價指標值和信噪比值，計算結果填入表B.5。表B.5綜合能效優(yōu)化評價指標和信噪比計算結果編號綜合能效優(yōu)化評價指標信噪比值第1次測量第2次測量第3次測量10.000020.3700.3690.3698.651630.1450.1460.14640.2680.2670.26850.4060.4070.4067.822360.1330.1320.1317