面向绿色制造的机械加工系统任务优化调度模型

摘 要 随着社会经济的发展，制造业对环境的负面影响越来越大。绿色制造，是提高资源利用率，降低对环境负面影响的现代制造模式，机械加工系统是通过加工资源转变为半成品或成品的过程，将绿色制造的理念应用于机械加工系统中，需要对加工系统任务进行优化调度，从而减少对环境的影响，降低资源消耗，最终实现绿色制造。本文针对绿色制造的机械加工系统，提出建立任务优化调度的框图模型及数学模型，并对模型的内容与目标进行了分析，旨在推动机械加工系统更好的向绿色制造方向进行转变，提高生产效率，降低对环境的负面影响。

关键词 调度模型；优化；绿色制造

中图分类号：TH186 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）11-0000-00

1 建立机械加工系统任务优化调整模型

1.1 面向绿色制造的机械加工系统任务优化调度框图模型的内容与目标

由于机械加工系统是通过对资源的加工转化为半成品或成品的过程，在整个机械加工过中，会伴随着出现资源、能源的消耗，生产中废弃物对环境带来负面影响。经过研究发现，对机械加工系统任务通过合理调度，可以减少对环境造成的负面影响，例如：

如在车间中，存在两台卧式车床，分别为01号、02号，需要对A、B两批工件进行车削外圆作业，但由加工工艺的要求不同，在进行A工件车削外圆作业时，主轴转速需要达到600 r/min，在进行B工件车削外圆作业时，主轴转速需要达到185 r/min，车削的时间为15 min。在进行A、B两批工件加工时，面对两种调度方案，第一种为使用01号卧式车床进行A工件车削外圆作业，使用02号卧式车床进行B工件车削外圆作业；第二种为使用01号卧式车床进行B工件车削外圆作业，使用02号卧式车床进行A工件车削外圆作业，调度方案如图1所示。

通过上述两种对比方案，根据实测获得数据，第一种调度方案下，空载总能耗值为0.79 kW/h，采用第二种调度方案，空载总能耗值为0.65 kW/h，综合对比可以发现，采取第二种调度方案进行一组工件的加工，就可以节约电能0.14 kW/h。如果是批量加工，每天进行切削20个小时的话，采取第二调度方案比第一调度方案每年可节约点能3360 kW。可见采用第二种调度方案，可以节约能源。

根据这一案例，可以对面向绿色制造的机械加工系统任务优化调度模型进行阐述，那就是以机械加工系统中机床的基本参数、绿色特性等参数与加工任务的工艺参数、生产计划等相关参数作为调度问题进行输入，选择成本、时间、质量、资源消耗与环境影响作为机械加工的优化目标，通过合理安排获取优化调度方案，最终使机械加工系统在生产过程中降低资源的消耗，减少对环境的负面影响，建立的绿色制造的机械加工系统任务优化调度框图模型如图2。

图2中，机械加工系统实物流以黑色箭头表示，在进行产生作业的过程中，会伴随出现资源消耗及对环境的影响问题，调度问题的参数流以白色箭头来表示，通过对加工时间、加工质量、加工成本、加工环境目标、加工资源目标等参数进行优化，最终完成绿色制造的机械加工任务优化调整。

1.2 面向绿色制造的机械加工系统任务优化调度的数字模型的内容与目标

首先，建立三元组数字模型，三元组数字模型为：α|β|γ。

其中α为调度模型中的变量参数集，包括加工任务参数子集，设为J，机床参数子集，设为M，α={J，M}。其中，J子集之中包含了加工时间、加工优先级、加工任务参数、加工工艺参数、交货期；M子集中包含了结构设计、辅助装备、机床成本、机床质量、噪音性能、能耗特征、机床空闲时间、切削溶液耗量。

三元组数字模型中β代表的是调度模型的约束集，β内容主要包括机床负荷均衡约束、加工任务工艺要求的约束、加工任务最早开工时间约束、加工方式约束等。

三元组数字模型中γ主要包含质量、成本、时间、资源消耗与环境影响，属于调度模型中的目标函数集。

2 面向绿色制造的机械加工系统任务优化调度模型的目标

主要包含了加工时间、加工成本、加工质量、加工资源消耗与加工环境影响等五个目标。在整个模型之中，每个目标存在着自身的特性，相互之间也存在着紧密的联系。根据调度模型的特征，可以分为传统调度问题的优化与绿色性优化两个方面。

3 结束语

面向绿色制造的机械加工系统任务优化调度模型可以有效的对机械加工系统任务优化调度进行较为直观的描述，从而以调度模型为基础，对机械加工系统中的加工质量、加工时间、加工成本、资源消耗及环境影响等因素进行优化，最终提高生产效率，降低资源消耗，减少机械加工对环境的负面影响，获得良好的经济效益与生态效益。

参考文献

[1]赵刚，张华，江志刚，等.通用机械加工车间绿色制造系统工程方法[J].制造业自动化，2012，34（22）：16-20，57.

[2]赵刚，张华，江志刚，等.通用机械加工车间绿色制造系统工程方法[C].全国先进制造技术高层论坛暨第十一届制造业自动化与信息化技术研讨会论文集.2012：48-56.

[3]陈京平.面向机械加工工艺规划的绿色制造技术研究[D].南昌大学，2010.