(高清版)GBT 41516-2022 機(jī)械加工工藝能效優(yōu)化方法

機(jī)械加工工藝能效優(yōu)化方法國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會 I 2規(guī)范性引用文件 l3術(shù)語和定義 4機(jī)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(shù)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(jìn) 附錄A(資料性)應(yīng)用正交試驗(yàn)法進(jìn)行工藝參數(shù)能效優(yōu)化的流程 附錄B(資料性)應(yīng)用正交試驗(yàn)法進(jìn)行工藝參數(shù)能效優(yōu)化的示例 I本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由全國綠色制造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC337)提出并歸口。本文件起草單位：重慶大學(xué)、中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心、意特利(滁州)智能數(shù)控科技有限公司、西南大學(xué)、海瑞恩精密技術(shù)(太倉)有限公司、重慶郵電大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)、重慶機(jī)床(集團(tuán))有限責(zé)任公司、東方電氣集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司、重慶小康動力有限公司、東莞駿科儀器設(shè)備有限公司、中機(jī)研標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院(北京)有限公司、青島濱海金成鑄造機(jī)械有限公司、廣東仕誠塑料機(jī)械有限公司、中山市易路美道路養(yǎng)護(hù)科技有限公司、清遠(yuǎn)市鈦美鋁業(yè)有限公司、青島雙星裝備制造有限公司。1機(jī)械加工工藝能效優(yōu)化方法本文件規(guī)定了機(jī)械加工工藝能效優(yōu)化總則、工藝參數(shù)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(jìn)。本文件適用于機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)或工藝改進(jìn)設(shè)計(jì)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(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)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(yīng)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(jī)械制造工藝基本術(shù)語GB/T40799機(jī)械加工過程能效基礎(chǔ)數(shù)據(jù)檢測方法3術(shù)語和定義GB/T4863、GB/T40799界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。工藝過程總能耗totalenergyconsumptionofmachiningprocess產(chǎn)品或零件按照某一工藝路線進(jìn)行生產(chǎn)所需的總能耗。4機(jī)械加工工藝能效優(yōu)化總則4.1基本原則機(jī)械加工工藝能效優(yōu)化應(yīng)遵循以下基本原則：——在滿足生產(chǎn)需求的情況下，應(yīng)基于經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能效果確定優(yōu)化方法；——在機(jī)械加工工藝能效優(yōu)化過程中，應(yīng)滿足產(chǎn)品加工質(zhì)量、效率和成本等約束性要求。4.2重點(diǎn)內(nèi)容機(jī)械加工工藝能效優(yōu)化的重點(diǎn)內(nèi)容應(yīng)包括：——工藝路線優(yōu)化；——工藝參數(shù)優(yōu)化。4.3主要依據(jù)機(jī)械加工工藝能效優(yōu)化的主要依據(jù)應(yīng)至少包括：——GB/T40799等節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、技術(shù)管理文件和質(zhì)量保證文件；——零件設(shè)計(jì)和技術(shù)文件；——工藝技術(shù)水平和企業(yè)生產(chǎn)能力。25確定可行工藝路線5.1基本原則機(jī)械加工工藝路線在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)滿足可行性、可靠性以及產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)周期、安全指標(biāo)的達(dá)到——根據(jù)企業(yè)機(jī)構(gòu)設(shè)置和車間條件，確定企業(yè)內(nèi)部分工原則，明確車間分工；——根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)能力、產(chǎn)品生產(chǎn)性質(zhì)和生產(chǎn)批量，確定自制件與外協(xié)件的具體項(xiàng)目；——根據(jù)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(jī)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(xiàn)有節(jié)能工藝技術(shù)。5.2確定方法確定可行工藝路線應(yīng)以加工質(zhì)量、效率、成本組成的綜合評價(jià)指標(biāo)作為依據(jù)，具體方法為：a)對其零件加工質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)，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(zhì)量(如表面粗糙度),判斷零件的加工質(zhì)量是否高于企業(yè)要求的最低質(zhì)量要求；b)對其零件加工成本進(jìn)行評價(jià)，主要包括加工設(shè)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(shí)長進(jìn)行評價(jià)，主要包括機(jī)加工、熱處理、輔助工序等過程的時(shí)間，判斷零件的總加工時(shí)長是否低于企業(yè)要求的最大總加工時(shí)長；d)若某工藝路線加工質(zhì)量、總加工時(shí)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(shù)能效優(yōu)化方法機(jī)械加工工藝參數(shù)能效優(yōu)化的程序應(yīng)包括：a)列出零件可行工藝路線下每個(gè)工序的工藝參數(shù)；b)分析各工序中各工藝參數(shù)對能耗和生產(chǎn)效率等指標(biāo)的影響，獲得對指標(biāo)有顯著影響的工藝參數(shù)；c)選取對指標(biāo)有顯著影響的工藝參數(shù)作為優(yōu)化變量，確定其常用的取值范圍；d)選定試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行工藝參數(shù)能效優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)，得到試驗(yàn)方案并開展試驗(yàn)，記錄各試驗(yàn)方案下的能耗和生產(chǎn)效率等目標(biāo)值。常用的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法包括：——正交試驗(yàn)法；——響應(yīng)曲面分析；——田口法。e)基于試驗(yàn)，獲得該工序能耗最低和生產(chǎn)效率最高的工藝參數(shù)組合；f)重復(fù)上述步驟，對零件可行工藝路線的所有工序開展工藝參數(shù)能效優(yōu)化。應(yīng)用正交試驗(yàn)法進(jìn)行金屬切削加工工藝參數(shù)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(jī)械加工工藝路線能效優(yōu)化的程序應(yīng)包括：a)對各可行工藝路線能效進(jìn)行評價(jià)，主要包括機(jī)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(jìn)8.1評審周期企業(yè)應(yīng)在工藝技術(shù)水平和生產(chǎn)能力發(fā)生改變后對優(yōu)化的工藝運(yùn)行效果進(jìn)行評審。8.2評審形式企業(yè)可先對優(yōu)化的工藝進(jìn)行內(nèi)部審核，當(dāng)內(nèi)部審核出現(xiàn)分歧時(shí)，可邀請有資質(zhì)的第三方機(jī)構(gòu)對工藝的運(yùn)行效果進(jìn)行外部評審。8.3評審內(nèi)容評審內(nèi)容應(yīng)包括：——產(chǎn)品工藝方案及工藝路線的正確性、先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能性、可靠性和可檢驗(yàn)性；——工藝能效優(yōu)化方法的可行性和有效性。當(dāng)評審結(jié)果顯示能效優(yōu)化后的工藝不符合或偏離工藝設(shè)計(jì)的目標(biāo)時(shí)，應(yīng)采取整改措施，并對整改的效果進(jìn)行驗(yàn)證，提供證據(jù)驗(yàn)證已采取措施的有效性，實(shí)現(xiàn)工藝能效優(yōu)化持續(xù)改進(jìn)。4GB/T41516—2022(資料性)應(yīng)用正交試驗(yàn)法進(jìn)行工藝參數(shù)能效優(yōu)化的流程A.1確定優(yōu)化目標(biāo)確定能耗、加工時(shí)間、成本目標(biāo)，并為每個(gè)目標(biāo)確定權(quán)重。A.2確定優(yōu)化變量進(jìn)行工藝參數(shù)能效優(yōu)化時(shí)，宜確定對優(yōu)化目標(biāo)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(yīng)滿足使用要求，符合實(shí)際。A.4確定各優(yōu)化變量的水平數(shù)根據(jù)確定的優(yōu)化變量范圍，劃分水平數(shù)，可劃分為三個(gè)或四個(gè)水平。A.5試驗(yàn)方案確定根據(jù)確定的變量數(shù)目和水平數(shù)，確定正交表并安排試驗(yàn)。A.6記錄試驗(yàn)結(jié)果并進(jìn)行同向化和無量綱處理試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)記錄試驗(yàn)結(jié)果，并應(yīng)對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行同向化和無量綱處理。當(dāng)優(yōu)化目標(biāo)同時(shí)存在極大和極小問題時(shí)，應(yīng)將極大問題取負(fù)轉(zhuǎn)換為極小問題，并應(yīng)對各指標(biāo)進(jìn)行無量綱化處理，以消除計(jì)量單位對原數(shù)據(jù)的影響，將優(yōu)化目標(biāo)按公式(A.1)標(biāo)準(zhǔn)化。Xg=[X;—Xmin(k)]/[Xmx(k)—Xmin(k)]…(A.1)式中：X;——第i組試驗(yàn)的實(shí)際數(shù)值；Xmn(k)——第k個(gè)指標(biāo)在試驗(yàn)中的最小值；Xmax(k)——第k個(gè)指標(biāo)試驗(yàn)中的最大值。A.7計(jì)算綜合優(yōu)化評價(jià)指標(biāo)值優(yōu)化的綜合優(yōu)化評價(jià)指標(biāo)值和每組試驗(yàn)下的目標(biāo)值信噪比值分別按公式(A.2)、公式(A.3)計(jì)算：Y;=2wX………………(A.2)式中：w——第k個(gè)指標(biāo)的影響權(quán)重；Y;——第i組試驗(yàn)的綜合評價(jià)指標(biāo)。式中：S/N——某組試驗(yàn)安排下的信噪比值；m——每組試驗(yàn)測量次數(shù)；y;——各組試驗(yàn)第i次測量后計(jì)算得的綜合能效優(yōu)化評價(jià)指標(biāo)。5GB/T41516—2022A.8計(jì)算信噪比均值及繪制關(guān)系圖S/N;——工藝參數(shù)i在j水平的信噪比均值；kw——試驗(yàn)組合中滿足要求的信噪比值；n——試驗(yàn)中工藝參數(shù)i在有j水平下的總數(shù)。A.9選擇最優(yōu)工藝參數(shù)最優(yōu)工藝參數(shù)應(yīng)選取各優(yōu)化變量最大信噪比均值對應(yīng)的水平值?！?A.4)6(資料性)應(yīng)用正交試驗(yàn)法進(jìn)行工藝參數(shù)能效優(yōu)化的示例B.1工藝參數(shù)能效優(yōu)化目標(biāo)的確立以某銑削工序?yàn)槔?，選取能效、加工時(shí)間為優(yōu)化目標(biāo)。取能效目標(biāo)權(quán)重為0.5,時(shí)間目標(biāo)權(quán)重為0.5.選取主軸轉(zhuǎn)速n、每齒進(jìn)給量f?、背吃刀量a。以及側(cè)吃刀量a。作為優(yōu)化變量。B.3工藝參數(shù)能效優(yōu)化范圍的選取各工藝參數(shù)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(shù)能效優(yōu)化水平數(shù)劃分時(shí)，各工藝參數(shù)可設(shè)定三個(gè)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(yàn)方案設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)時(shí)，宜選用試驗(yàn)次數(shù)較多的Lz(313)正交表進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)。B.6開展試驗(yàn)并記錄試驗(yàn)結(jié)果按照表B.2開展試驗(yàn)并記錄試驗(yàn)結(jié)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(biāo)值計(jì)算每組試驗(yàn)的比能值按公式(B.1)計(jì)算，計(jì)算結(jié)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(shí)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(jì)算結(jié)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(biāo)按公式(A.1)進(jìn)行無量綱化處理，結(jié)果填入表B.4。注：由于以時(shí)間為目標(biāo)的工藝參數(shù)優(yōu)化是極小問題，而以比能為目標(biāo)的工藝參數(shù)優(yōu)化也是極小問題，因此不需要同向化處理。表B.4指標(biāo)無量綱化處理結(jié)果編號比能(無量綱化)時(shí)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(biāo)的信噪比計(jì)算按公式(A.2)和公式(A.3)計(jì)算綜合能效優(yōu)化評價(jià)指標(biāo)值和信噪比值，計(jì)算結(jié)果填入表B.5。表B.5綜合能效優(yōu)化評價(jià)指標(biāo)和信噪比計(jì)算結(jié)果編號綜合能效優(yōu)化評價(jià)指標(biāo)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