面向低碳的定位销生产过程中碳足迹核算及其加工参数优化

作     者：王杰 

作者单位：浙江理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李仁旺

授予年度：2022年

学科分类：083305[工学-城乡生态环境与基础设施规划] 08[工学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0833[工学-城乡规划学] 

主      题：碳足迹 定位销 碳足迹核算 参数优化 改进粒子群算法 

摘      要：在全球温室效应愈发严重的今天,由于历史发展原因,中国的碳排放量在世界范围内居高不下,低碳减排刻不容缓,我国在多次全球性会议中提出中国将于2030年达到碳达峰,2060年达到碳中和。出于对国家号召的响应以及对我国未来制造业发展的考虑,本文选用最常见的零件之一定位销作为研究对象,结合低碳制造思想,构建定位销生产碳足迹核算模型,同时结合改进粒子群算法针对定位销切削加工作出参数优化,降低定位销生产碳排放以及生产成本,提供定位销低碳制造可行解。首先,在低碳制造研究领域,国内外学者基于机械经典理论、全生命周期理论以及计算机技术,提供制造业未来发展的新思路;国内外碳足迹核算的研究主要集中于大数据量下的碳排放走势分析以及针对个体产品的碳排放优化两个模块;面向低碳的加工参数优化的主流方法为从产品影响因子角度出发建立优化模型后使用优化算法对加工参数进行求解。在上述研究内容基础上,归纳并总结定位销生产的碳排放体系结构,从原材料开采、生产、使用、回收四个阶段结合全生命周期评价法对定位销碳排放特性作出分析。其次,结合碳排放影响因素建立定位销生产过程碳足迹核算模型,根据定位销实例对其进行碳足迹核算,结合改进粒子群算法和优化目标函数对定位销切削加工作出参数优化。由于生产过程空间时间复杂度过高,划分定位销生产碳足迹核算边界为切削加工和磨削加工,从切削和磨削两个方面分析定位销生产过程中碳排放源及其影响因素,从能源和物料两个角度建立定位销切削加工碳足迹核算模型,引用数控磨床通用碳足迹核算模型作为定位销磨削加工碳足迹核算模型;结合核算模型以及定位销实例,对定位销加工过程中碳足迹进行核算,通过分析碳排放量组成比例及其特性,对定位销切削加工进行参数优化,将主轴转速、背吃刀量和进给量作为优化变量,结合碳足迹核算模型、成本函数和时间函数建立参数优化模型;针对易早熟、易陷入局部最优解和约束不等式适应性差三点对粒子群算法作出改进,并以该改进算法分析定位销切削加工参数优化模型,对比实验结果验证改进算法的可行性与准确性。最后,针对定位销碳足迹核算领域建立定位销加工碳足迹核算系统。通过需求分析和领域建模,将该系统架构划分为数据采集层、碳排放分析层、应用层和展示层四个层面。采用Greenplum、ETL等技术结合业务逻辑实现定位销加工碳足迹核算系统并作出展示,为企业定位销碳足迹管理提供合理方案。