機械加工系統節能降噪型綜合任務分配模型及其應用

柳鐵非

（河源技師學院，河源 517000）

如何在機械制造過程中，節省資源消耗并減少環境影響，是目前社會普遍關注的問題[1]。近年來，國內外圍繞這一問題制定了一系列機械制造標準和規定，逐步規范了機械制造過程中的環境保護行為。機械制造產業在國民經濟中占有很大比例，汽車、家電等行業均離不開機械制造產業，而在相關設備制造過程中，能耗和噪聲污染就是機械制造系統對環境最為突出的影響表現。

1 機械加工系統節能降噪工作的現實意義

加工系統是機械制造系統的基礎組成部分，主要完成設備加工任務。機械加工系統通常由機床、夾具、工具以及工件等部件組成，機床是機械加工系統的主要部件。根據機械加工系統中機床的數量，機械加工系統可分為單機機械加工系統和多機機械加工系統，而在實際生產過程中，機械加工系統可以是一臺機床、一個制造單元、一個車間或者一條生產線。

能量消耗和噪聲是伴隨機械加工的兩個基本物理現象，只要加工任務開始，就意味著大量的能源消耗，同時伴隨著產生噪音的出現，不僅影響工人的身心健康，而且會對工作人員的語言交流能力、生理功能產生影響。而在機械加工系統中，機床是能源消耗和噪聲污染產生的主要部件，所以想要降低機械加工系統的能源消耗和噪音污染，就必須優化機床設計，或者直接購買新機床，但會導致成本增加。

在實際生產中，機械加工系統能源消耗和噪聲污染不僅與機床有關，而且與機械加工技術也有關系。機械加工系統往往由多套機床組成，加工系統生產任務包含多項工件，因此要想降低能源消耗和噪音污染，應充分考慮機床與工件以及機床之間的連接，優化機械加工工藝要求，實現降低機械加工系統的能耗和噪音污染的目的。

2 新時期機械加工系統節能降噪的具體操作方法

綠色制造是以降低資源消耗和環境污染為主要目標的現代制造模式，它是人類社會可持續發展戰略在現代制造業中的體現，也是世界工業化國家機械制造產業的主要技術發展目標。機械加工系統的生產過程不僅有大量能源消耗，還會排放污染物，如本文提到的噪音污染，給工作人員職業健康及安全造成影響[2]。所以，如何降低制造過程中的能源消耗和環境污染是機械綠色制造的主要內容。

2.1 確定數據

首先要確定好機床機械加工系統在不同轉速下的具體參數，包括空載功率、建立機床的速度、空載噪音、旋轉速度等，并對上述的數據建立數據庫。機械加工系統的加工過程是非常復雜的，通過上述參數確定，機械加工系統將原材料或半成品轉換成不同形狀、尺寸的成品，在這個過程中，不同參數會改變具體的工藝，使能源消耗以及噪聲排放量存在差異。因此通過數據調整，可以有效降低能源消耗與噪聲污染。

2.2 優化加工工藝

目前，國內外眾多學者對機械加工系統的能源消耗和噪聲排放問題進行了大量的研究，從產品設計和工藝方法方面提出了良好的解決方法。從優化加工工藝角度來看，能夠通過較少的投資，取得較好的節能減排效果。企業可以根據各機床能耗特性和噪聲特性的差異，對具體生產過程設置不同加工工藝要求，并進行合理的測試。通過對機床和工件之間的調度和安排，得出最優組合方案，這樣就可以達到明顯的節能效果，對機械加工系統的降噪工作也會有所幫助。

2.3 建立合理的加工系統模型

要根據機械加工的過程中的各種數據，對工件加工速度和相應的處理時間進行分析，再根據機空載功耗矩陣和等效連續空載噪聲矩陣，詳細的計算工件的加工效率[3]。最后根據最優調度方案，建立機械加工系統過程的數學模型，得出最優節能、降噪調度方案。

3 機械加工系統節能降噪型綜合任務分配模型的應用

3.1 綜合任務分配模型建立的思想

在機械加工系統資源屬性和環境屬性的基礎上，建立起面向綠色制造加工系統的優化調度總體模型。首先，要建立機械加工系統總體模型基本框架，該框架主要由綠色制造的資源環境屬性分析和調度模型分析兩部分組成；其次，對資源環境屬性進行分析，建立起完整的調度方法，實現資源環境屬性優化目標。

另外，通過構建機械加工系統理想模型和應用模型，組建起多模型層次結構框架，可以實現面向綠色制造的調度模型設計目標[4]。其中，最常見的一種方法就是引入資源環境系數矩陣，將各種資源環境優化目標集成到調度模型中，然后建立相應的應用模型。

3.2 綜合任務分配模型的應用——遺傳算法

遺傳算法是一種模擬達爾文進化自然選擇和遺傳生物進化過程的綜合型計算模型，通過模擬自然進化過程來搜索最優解的方法。在機械加工系統綜合任務分配問題處理中，利用遺傳算法可以快速查找問題可能存在的解集，而每一種解法均是由一個基因編碼組成（個體是具有一定數目的，但通常不唯一）。每個個體解集實際上都是一個實體，由于模擬機械加工系統綜合任務分配問題的基因編碼工作非常復雜，學者傾向于對整體編碼過程進行簡化。所以在機械加工系統綜合任務分配模型中，利用遺傳算法進行數據分析求得的解，都是最優解的近似解，也成為“近似最優解”。由“近似最優解”產生的新解決方案集解碼后，就可以用于機械加工系統綜合任務分配模型當中。

例如利用遺傳算法，對機械加工系統綜合任務分配問題中的加工時間、加工質量、加工任務參數、加工成本、加工優先級以及加工工藝參數進行處理，最終得到不同的“基因”子集，而機械加工系統綜合任務分配問題中結構設計、機床成本、噪音性能、機床空閑時間、機床質量、輔助裝備、切削溶液耗量和能耗特征等是約束基因編碼重組的約束條件，兩者都是機械加工系統綜合任務分配問題中的各種問題的組成。通過遺傳算法，程序計算出所有的可能情況，然后在這些可能情況中尋找最優解。

4 結語

隨著科學技術的飛速發展，機械加工行業也取得了前所未有的發展，經濟全球化更是提升了機械加工技術的發展速度。目前，我國的機械加工行業加工精度和誤差控制都已經能夠滿足各種行業的要求，但仍舊存在很多難題，需要相關人員投入大量時間精力進行研究和探討，例如上述提到的能源節約以及噪音污染控制問題。總之，本文對機械加工系統的能耗問題和噪音問題進行了相應的研究，并且通過計算機編程技術對機械加工系統綜合任務分配問題進行優化，希望可以為我國機械加工產業實現綠色制造做出貢獻。