1.2国内外研究现状
机械加工系统主要由机床、刀具和工件构成,其中最重要的组成部分为机床, 而机械加工过程实质上是工件通过机床进行材料去除的过程,这一过程中消耗了大量能量并伴随着多种废弃物的排放,因此机械加工系统中的资源消耗和环境影响成 为了国内外学者的重点研究方向。当下在机械制造业领域大规模的推广和实施绿 色制造技术可以有效的应对该领域的能耗和环境污染等问题,与世界范围内的可 持续发展战略不谋合而。早在2011年8月,CIRP召开的第18届会议上就再次强 调了能量优化在可持续发展中的重要地位。目前,世界上许多国家或者高校科研机 构己对机械加工系统中的资源消耗和环境影响开展了大量研宄,并取得了一定成 果。如:
美国希望通过颁布能源新法案鼓励企业和个人更多的使用节能和清洁能源产 品,并在其能源部门下设了以提高国内企业生产过程能量效率为目标的专门研宄 机构“制造业评估中心” [8],着重对制造企业的能耗状况进行评估和改善,该机 构主要依托于佐治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)、密歇根大学 (University of Michigan)等多所世界级名校;还成立了能效委员会来推动国内能 效政策法案的实施[9]。
欧盟将提高能源利用率定为能源政策四大目标之一,相继发布了如EuP/ErP 等节能和提高能效的指令,近年来欧盟也推出了新型制造计划[1()],期望改善目前 制造业能耗高的现状;日本则通过建立节能管理体系,促使企业不断开发新的节 能技术。美国麻省理工大学、美国加州大学伯克利分校、美国乔治亚理工学院、 德国斯图加特大学、英国罗浮堡大学等著名高校对绿色设计、产品生命周期评价、 制造过程建模仿真、产品循环再利用、再制造等方面进行了研宄[1()_14];
Yingying Seow教授[15]等人提出了一种机械加工产品能耗仿真模型,在该模型 中可以对机械加工过程中的多种参数进行预设,从而方便人们了解加工过程中各种 参数对能耗的影响,大大降低了实验成本。美国麻省理工学院的Timothy Gutows ki教授[16_18]所在的环境友好型团队,重点对机械加工制造过程中的能量消耗以及 碳排放等问题做了较为详细的研宄工作,特别是在机械加工工艺领域中的能耗特 性方向。美国加州伯克利大学的Bauer D J[19]教授团队也是长期针对机加工过程 能量状况做了十分细致的研宄工作,建立了多个能耗模型,在该文献中基于数控 磨削加工能耗作者建立了一个机床磨削集成模型,该模型可以较为准确的评估机 床加工不同工件材质表面和机床在不同加工参数下的磨削能量消耗值。德国C,Her rmarni教授[2()]等人在第18届CIRP国际工程会议出版的论文集中指出可利用能效 分析的手段实现可持续性制造,该方法主要包括工艺过程能效、机床能效等方面的 内容,该理论的提出为后续机床能效等方面的研宄提供了很有价值的参考。
早在2008年,英国布鲁内尔大学的K.Cheng[21]W宄团队就对制造过程的能耗 问题提出了以下建议:机床加工过程中能耗主要包括有效能耗和辅助能耗,必须
降低机床辅助能耗,提高机床加工能效,减少机床闲余空置时间,提高机床负载 率。德国斯图加特大学的Verl[22]教授的研宄团队在优化制造系统能量消耗方面也 做了较为细致的研宄工作,该研宄团队利用仿真技术提出了一种制造系统能耗建 模的新方法。
目前在国内,清华大学在电子产品绿色拆解,重庆大学在机床能源消耗,上 海交通大学在汽车零部件再制造,装甲兵工程学院在废旧发动机绿色再制造,合 肥工业大学在产品全生命周期绿色设计,浙江大学在制造过程碳排放的建模与算 法,中国科技大学在批调度节能优化,华中科技大学在机电产品绿色设计与评 价,山东大学在绿色产品方案设计与建模,南昌大学在机电产品节能设计等方面 展开研宄;另外,哈尔滨工业大学、大连理工大学、安徽工程大学、也包括武汉科 技大学等也纷纷组建了绿色制造研宄团队。这些研宄团队从加工设备能耗、制造 过程能耗、制造系统能效评估与优化等方面展开对制造系统能耗问题的研究,也 取得了多项研宄成果。
重庆大学刘飞[23]团队先后承担了多项国家课题,经过细致严谨的研究搭建起 了绿色制造的理论框架和技术,并建立了多源能量流的机械加工系统能耗模型; 清华大学与国外从事相关研宄的著名研宄团队建立了长期合作关系,期间主要对 产品进行LCA建模,系统的分析产品的各项资源消耗属性[24]。
国内其他各大院校和科研机构,都在各自特色研究领域长期开展机械加工系 统资源消耗属性的技术研宄工作,目前国内形成了多支科学严谨,技术骨干年 轻化的研究团队,为我国机械加工系统能耗领域培养了众多青年人才,也为 绿色制造技术在我国的持续发展奠定了坚实的基础[25]。
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