基于绿色制造的刀具选择决策模型及应用探究
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【摘 要】合理选择道具有利于实现切削和加工的绿色化。目前，绿色制造能够为解决环境问题带来新的方法。在绿色制造的基础上,确立了时间、质量、成本、能源消耗和环境影响这五个目标的刀具选择决策模型，并结合实例，对其模型以及应用进行了探讨。
【关键词】绿色制造；刀具选择；决策模型；应用探究
绿色制造技术也叫寿命循环的工程，它在产品制造的整个过程中都采用了绿色措施，从源头开始将对环境的影响控制在最低限，提高了人类的健康水平，很好地协调了环境、人口以及资源之间的关系。这种具有可持续发展意义的生产技术探究成了当前的一个新课题。
切削加工是在制造领域中的基础工艺，随着技术的进步，切削加工也不断发展。目前已经开发出很多具有新性能的刀具，大大提高了切削的速度，比传统的刀具更廉价和环保，实现了绿色制造。在绿色制造中，合理选择刀具有利于提高切削的绿色性能。本文以切削加工的时间、质量、成本以及消耗资源的量、对环境产生的影响等五个方面进行分析，建立起刀具选择的决策模型，并对其应用进行了分析。
刀具选择的决策中，主要是尽量优化使用的方案，也就是从不同的方案中选择最佳的一种。在各种方案中，将其中的所有变量采用多维向量来表示，也就是： X=[x1，x2，…，xn]T其中，n是加工的方案总数，而1、2、3...则代表具体的加工方案。当xi为等于零的时候，不能采用该方案，等于1则可以。
从上述的分析中，建立起基于绿色制造刀具的决策模型，将时间的决策目标定为T(X),将环境的决策目标定为E(X),将质量的决策目标定为Q(X),将成本的决策目标定为C(X),将资源的决策目标定为R(X),在刀具的最优决策模型中，总是: X=[x1，x2，…，xn]T，求: X*=[x*1，x*2，…，x*n]T，其中gu(x)≤0(u=1，2，…，k)， hv(x)=0(v=1，2，…，p
但是由于在实际的生产中，刀具切削的进给量以及速度是不能随意选择的，它会受到如表面的平滑度，强度等各因素的影响，因此，这个模型必须有一定的约束因素，其中gu(X)为模型的不等式约束条件， hv(X)为模型的等式约束条件。
在对该模型进行求解的时候，由于基于绿色制造的刀具选择具有一定的复杂性，因此在计算过程中很难进行定量。必须结合定量与定性分析的方法来模糊求解。而模糊聚类综合评价中，采用了专家打分的定性分析方法，并结合了定量分析，因此，这一评价能够较好地进行方案的选择。该方法的主要步骤为：
第一，创建起用于评价的指标集U={u1，u2，…，ui，…，um},其中的m是评价的数目，1、2、3...为评价指标中具体为评价中具体包含的要素个数;
第二，要对一个指定的评价指标，在其所有包含的元素中建立起模糊的评价等级V,V=(v1，v2，…，vj， …，vm)
每一个因素可以可以选择数目相同的用于评价的等级个数，然后就可以得到以下矩阵：
第三，对距离进行标定，也就是将各个分类因素之间的相似度统计出来，记为rij，并在此基础上建立起模糊的相似关系矩R，采用以下公式进行计算
很明显，其中x'ij∈[0，1]，从而建立矩阵X'[x'ij]。每个x'ij的是代表评价指标和集合意Xi的隶属度。用贴近度t(Xi，Xj)确定xi和xj的相似程度rij，即rij=t(Xi，Xj)，贴近度可以采用最大最小的贴近度，也可以采用海绵贴近度来表示。然后可以得到相似矩阵R=[rij];
第四，对聚类进行分析，在分析中一般是运用模糊等价关系的最大树法和聚类法，需先将像素关系给成等价关系，再进行分析;
第五，权重集的建立。在评价结果的基础上，有关专家对其进行打分，并建立起定性的分析方法，权重集为：A=(a1，a2，…，aj，…，am)，其中
最后再进行模糊变换和归一化处理，其公式分别为B=A?R=(b1，b2，…，bk，…，b1)和一直重复以上的步骤，最终得到综合的评价结果。
某个制造工厂中，一般是采用由普通的高速钢铁制成的刀具来进行切削和加工，在整个加工过程中，发现生产出来的产品的表面不光滑，并且生产效率普遍较低，刀具使用的年限也很短，且造成了很大的磨损，在整个加工过程中由于产生较大的噪音以及各种油烟和碎屑，从而对环境带来了较大的污染。该制造工厂为了改善这种生产状况，对一般的、TiN涂层以及进口的TiN涂层的刀具采用顺、逆铣两种不同的切削方法在相同条件下对一种钢件进行切削加工，并参照相关标准对这三种刀具的切削结果做出分析。结果表明，进口的基于绿色制造的刀具选择决策模型进行分析，将其在全封闭的数控机床YKX31320上利用(全封闭式)，分别采用逆铣和顺铣的不同切削方式，在近似相同的加工参数条件下，对同一工件碎火45钢件0903201加工，刀具后刀面磨损试验遵循ISO3685～1977(E)国际标准，从面向绿色制造的角度对此问题作出系统决策。
最终的综合评价结果表明:进口的TiN涂层刀具性能最佳，且顺铣的切削方式效果更好，其次是国内的TiN涂层刀具，性能最差的是一般刀具。如果将磨损的标准设定为0.105毫米，那么国内的TiN涂层刀具比普通刀具的寿命提高两倍，而进口的则提高五倍。并且采用TiN涂层刀具能够将产品表面的粗糙程度降低一般左右，虽然土层刀具的成本较高，但是由于他能够提高生产的效率，减少了加工中的其他费用，从而降低了整体的生产成本，因此，该厂最终采用进口的TiN涂层刀具来进行切削加工，大大提高了生产的综合效益。
参考文献
[1]刘飞.21世纪制造业的绿色变革与创新[J].机械工程学报,2004, 36( 1)
[2]谭显春,刘飞,曹华军,张鹏.面向绿色制造的刀具选择决策模型及其应用[J].重庆大学学报,2005（16）