GB/T 41516-2022 機(jī)械加工工藝能效優(yōu)化方法（正式版）

ICSCCS25.080J30機(jī)械加工工藝能效優(yōu)化方法國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)GB/T41516—2022 I 4機(jī)械加工工藝能效優(yōu)化總則 26工藝參數(shù)能效優(yōu)化方法 7工藝路線能效優(yōu)化方法 3 3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 4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 6IGB/T41516—2022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(qǐng)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(shí)別專利的責(zé)任。本文件由全國(guó)綠色制造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(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(cāng))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(dòng)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(chéng)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。1GB/T41516—2022機(jī)械加工工藝能效優(yōu)化方法1范圍本文件適用于機(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。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，注日期的引用文本文件。GB/T4863機(jī)械制造工藝基本術(shù)語(yǔ)GB/T40799機(jī)械加工過程能效基礎(chǔ)數(shù)據(jù)檢測(cè)方法GB/T4863、GB/T40799界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。工藝過程總能耗totalenergyconsum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：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： —工藝參數(shù)優(yōu)化。機(jī)械加工工藝能效優(yōu)化的主要依據(jù)應(yīng)至少包括： ——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。2GB/T41516—20225確定可行工藝路線5.1基本原則用現(xiàn)有節(jié)能工藝技術(shù)。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；加工時(shí)長(zhǎng)是否低于企業(yè)要求的最大總加工時(shí)長(zhǎng)；d)若某工藝路線加工質(zhì)量、總加工時(shí)長(zhǎng)、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(duì)能耗和生產(chǎn)效率等指標(biāo)的影響，獲得對(duì)指標(biāo)有顯著影響的工藝c)選取對(duì)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；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：f)重復(fù)上述步驟，對(duì)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。3GB/T41516—20227工藝路線能效優(yōu)化方法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(duì)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(duì)優(yōu)化的工藝運(yùn)行效果進(jìn)行評(píng)審。的運(yùn)行效果進(jìn)行外部評(píng)審。——工藝能效優(yōu)化方法的可行性和有效性。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(duì)優(yōu)化目標(biāo)有顯著影響且可控的變量，并對(duì)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(wú)量綱處理試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)記錄試驗(yàn)結(jié)果，并應(yīng)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行同向化和無(wú)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(duì)各指標(biāo)進(jìn)行無(wú)量綱化處理，以消除計(jì)量單位對(duì)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。X,=[X,—Xmin(k)]/[Xmax(k)—Xmin(k)]………………(A.1)式中：X;——第i組試驗(yàn)的實(shí)際數(shù)值；Xmin(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(píng)價(jià)指標(biāo)值優(yōu)化的綜合優(yōu)化評(píng)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,=ZwX…………(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(píng)價(jià)指標(biāo)?！?A.3)式中：S/N——某組試驗(yàn)安排下的信噪比值；m——每組試驗(yàn)測(cè)量次數(shù)；y;——各組試驗(yàn)第i次測(cè)量后計(jì)算得的綜合能效優(yōu)化評(píng)價(jià)指標(biāo)。5GB/T41516—2022A.8計(jì)算信噪比均值及繪制關(guān)系圖根據(jù)公式(A.4)計(jì)算每一列試驗(yàn)各水平的信噪比均值，并繪制關(guān)系圖。式中：S/N——工藝參數(shù)i在j水平的信噪比均值；km——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(duì)應(yīng)的水平值?！?A.4)6GB/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ap以及側(cè)吃刀量ae作為優(yōu)化變量。B.3工藝參數(shù)能效優(yōu)化范圍的選取工藝參數(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/zmmmm10.015220.0213342000.0274試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)時(shí)，宜選用試驗(yàn)次數(shù)較多的L27(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7GB/T41516—2022表B.2試驗(yàn)安排和試驗(yàn)結(jié)果編號(hào)n切削功率1W切削時(shí)間1S切削功率2W切削時(shí)間2S切削功率3W切削時(shí)間3s122334445263738492423342234342234423B.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。8GB/T41516—2022式中：Espeifi——比能，單位為瓦秒每立方毫米(W·s/mm3);Pcut——切削功率，單位為瓦(W);tcut——切削時(shí)間，單位為秒(s);表B.3比能計(jì)算結(jié)果編號(hào)na比能第1次測(cè)量第2次測(cè)量第3次測(cè)量122000.0152842.95846.43849.0120.0153368.19368.05369.65342000.0154202.57202.87204.36422000.0214304.19303.92304.6250.0212395.34395.23393.86642000.0213722000.0273315.46315.43315.0680.0274942000.0272225.37225.35224.2922000.0154319.03319.06318.600.0152417.18417.26416.0942000.0153204.96205.00204.2222000.0213305.68305.65306.220.021442000.0212220.30219.02217.1122000.0272356.59356.59356.280.027342000.027487.10386.28485.69722000.0153344.87343.03340.930.015442000.0152246.14245.64246.6122000.0212369.51369.48370.480.021342000.021489.48189.71089.82122000.02740.027242000.027393.75693.58994.109B.8同向化和無(wú)量綱化處理對(duì)各指標(biāo)按公式(A.1)進(jìn)行無(wú)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，因此不需要同表B.4指標(biāo)無(wú)量綱化處理結(jié)果編號(hào)比能(無(wú)量綱化)時(shí)間(無(wú)量綱化)第1次測(cè)量第2次測(cè)量第3次測(cè)量第1次測(cè)量第2次測(cè)量第3次測(cè)量123456789GB/T41516—2022B.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(píng)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(píng)價(jià)指標(biāo)和信噪比計(jì)算結(jié)果編號(hào)綜合能效優(yōu)化評(píng)價(jià)指標(biāo)信噪比值第1次測(cè)量第2次測(cè)量第3次測(cè)量10.000020.3700.3690.3698.651630.1450.1460.14640.2680.2670.26850.4060.4070.4067.822360.1330.1320.13170.2830.2820.28280.0720.0710.07222.893590.1780.1770.1760.3630.3610.3608.84180.5360.5360.5355.42210.1980.1980.1970.3380.3380.3389.42170.1020.1000.0980.2230.2210.2200.4190.4190.4187.56260.1100.1100.1090.0000.0050.00150.621.50.4750.4750.4736.47830.1700.1700.1710.3280.3270.3279.70020.5200.5200.5215.67440.1560.1560.1560.0270.0270.02631.47930.1170.1160.1150.2060.2060.2060.0340.0330.03329.5416B.10繪制工藝參數(shù)水平與能效優(yōu)化目標(biāo)信噪比的關(guān)系圖GB/T41516—20