CN109377074A - 一种减速机弧形齿圆柱蜗轮机械加工工艺绿色评价方法 - Google Patents
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Abstract
一种减速机弧形齿圆柱蜗轮机械加工过程的绿色评价方法，涉及减速机弧形齿圆柱蜗轮的机械加工技术领域。首先针对弧形齿圆柱蜗轮绿色制造要求，建立其制造过程相对应的资源环境绿色属性指标，基于模糊综合评价法对定性指标数据进行量化统一，用非期望数据包络分析法进行单道工序的绿色度评价，接着整合各工序的输入和输出量，用投入产出法从整体工艺角度分析蜗轮制造的整个过程资源消耗和环境影响的关系，最后根据结果制定相应的措施来提高该弧形齿圆柱蜗轮加工过程中资源利用率，减少环境负面影响，提高蜗轮的工艺绿色度。
Description
技术领域
本发明涉及减速机弧形齿圆柱蜗轮的机械加工技术领域。
背景技术
减速机弧形齿蜗轮加工过程中消耗了大量的原材料和能源，以及产生大量的废弃物造成严重的环境污染。为了改善这些问题，在蜗轮制造过程中综合考虑环境影响和资源消耗，想出切实可行的方法来尽可能有效利用资源，减少污染和废物,实现蜗轮的绿色制造。而其中绿色评价技术是实现绿色制造的重要基础，分析和评价制造过程中的资源环境属性的种类、特性及相关信息，以及明确制造过程中资源消耗和环境的影响。
目前绿色评价评价方法主要有模糊综合评价法、层次分析法、灰色关联分析法等方法，但这些方法适合评价蜗轮的加工工艺路线的优劣，无法准确判断蜗轮的制造过程是否达到了绿色制造的要求，以及不能指出指标改善的方向。
发明内容
针对上述现有问题，本发明提出一种减速机弧形齿圆柱蜗轮机械加工工艺绿色评价方法。
本发明具体：
1）建立蜗轮的资源环境属性指标体系；
2）采集统计蜗轮加工各指标的数据，然后基于模糊综合评价法按照量化规则对定性数据进行统一规划；
3）用非期望数据包络分析法进行单道工序的绿色度评价，整合各工序的输入和输出量，用投入产出法从整体工艺角度分析蜗轮制造的整个过程资源消耗和环境影响的关系，以提高蜗轮的工艺。
其中，步骤1）中，绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效益的现代化制造模式，对环境的影响最小，资源利用率最高。根据此要求，建立弧形齿蜗轮的资源环境属性指标体系，这其中粉尘/油雾、漏油、操作安全性都属于定性指标，无法通过相关的仪器设备获得，先用模糊综合评价法做定量化处理，为后面数学模型评价提供数据支持。对于这些定性指标请工艺、技术、生产人员专家进行打分，权重各自为{0.3,0.3,0.4}。具体评分表如表1所示：
表1
步骤2中，数据包络分析法（DEA）用于评价相同类型的多投入、多产出决策单元相对有效性的方法，把蜗轮机械加工过程中的每一道工序视为DEA方法的一个决策单元（DMU），评价机械加工过程中的相对绿色有效性。本方法尤其适合多投入、多产出的效率模型，该模型优点在于不仅可以给出各工序的绿色度，也可以指出各工序的绿色改进方向。
假设有n个决策单元，每个决策单元都有m种资源输入以及s种指标输出，其形式为：
x j =(x 1j ,x 2j ,…,x mj )T
y j =(y 1j , y 2j ,…,y sj )T
v=(v 1,v 2,,…, v m )T
u=(u 1,u 2,,…, u s )T
其中，x ij 为第j个决策单元对第i种输入的投入量，x ij ≥0；y rj 为第j个决策单元对r种输出的产出量，y rj ≥0；v i 为第i种输入的权；u r 为对第r种输出的权，i=1,2,…,m，r=1,2,…,s，j=1,2,…,n。
决策单元j的效率评价指数为：
当对第j 0(1≤j 0≤n)个决策单元的效率进行评价时，以j 0个决策单元的效率评价指数最大为目标，约束所有决策单元的效率指数h j ≤1，j=1,2,…,n，以权系数v和u为变量，就可以构造基本C2R模型：
在基本的DEA模型中是通常输出指标希望越大越好，但是蜗轮机械加工过程中排放的废物和污染物等不是期望输出的，生产过程又不可避免。因此需要构造一种非期望输出的DEA数学模型，考虑加工过程的废物和污染物等非期望产出。
非期望输出指标为
z j =(z 1p ,z 2p ,…,z kp )T
在模型（2）的基础上把非期望指标考虑进去，并加入松弛变量s -、t -和剩余变量s +后得到（D′）
该模型中λ表示决策单元线性组合的系数。θ的含义是在保持输出不变的条件下，包括期望指标和非期望指标，所需的最优投入与实际投入的比例，这是一个介于0、1之间的值，称之为绿色度。根据求得的θ值判断各各工序的绿色有效性，若θ<1则该工序无效，若θ=1则该工序有效。该模型优点在于不仅可以给出各决策单元的绿色度，也可以指出各决策单元的改进方向。
步骤3）中，研究蜗轮整个制造工艺物料资源的消耗与产生的环境影响之间的关联性，把投入产出法应用到蜗轮的整体制造过程中，对优化其绿色制造具有重要作用。下表2表示蜗轮工艺的输入输出关系。
表2
表中第一列表示m个输入量，第一行表示输出量，M 1 *到M m *加工过程中保持原来的物质形态，Y 1至Y n 是制造过程中生成的新物质。
其中x i (i=1,2,…,m)表示制造单元输入量，y i (i=1,2,…,n)表示在制造单元中以新的物质形式出现的输入量，Z ij 是从材料i到材料j的物料流，W ij 是材料i到新物质j的物料流，a ij ,b ij 是技术系数。在生产条件不变的情况下，a ij ,b ij 值不变，可得
写成矩阵形式：
本发明首先针对弧形齿圆柱蜗轮绿色制造要求，建立其制造过程相对应的资源环境绿色属性指标，基于模糊综合评价法对定性指标数据进行量化统一，用非期望数据包络分析法进行单道工序的绿色度评价，接着整合各工序的输入和输出量，用投入产出法从整体工艺角度分析蜗轮制造的整个过程资源消耗和环境影响的关系，最后根据结果制定相应的措施来提高该弧形齿圆柱蜗轮加工过程中资源利用率，减少环境负面影响，提高蜗轮的工艺绿色度。
附图说明
图1表示本发明的流程示意图。
具体实施方式
减速机弧形齿圆柱蜗轮的零件材质为铸锡青铜ZQSn10-1，其加工工艺路线为：铣轮齿两端面、上端面->粗扩、精扩、铰孔->插键槽->校正蜗轮->滚齿加工齿轮->热处理->剃齿加工齿轮。
通过收集和计算现场的数据，得到各工序的清单分析表，以第一道工序铣为例，如下表3所示：
表3
指标中定性指标请工艺、技术、生产人员专家进行打分，评分结果如下表4所示。
表4
根据加权平均原则，构造矩阵计算工序1铣的三个指标隶属度：
其他工序计算方法一样，即可得到蜗轮各工序的输入量和输出量数据表，如下表5所示。
表5
表中x 1,x 2,x 3,x 4分别表示输出指标原材料消耗、刀具磨损、切削液用量、电能，y 1，y 2 ，y 6分别表示期望输出粉尘/油雾、漏油、操作安全性，y 3，y 4，y 5分别表示非期望输出切削废液、铁屑量、噪声。
将表5中数据代入数学模型（3）中
然后用MATLAB编写程序对上述线性规划模型求解，相应的求解结果如表6所示。
表6
以上，s-0 1、s-0 2、s-0 3、s-0 4分别表示原材料消耗、刀具磨损、切削液用量、电能的松弛量，s+0 1、s+0 2、s+0 3分别表示粉尘/油雾、漏油、操作安全性的剩余量，t-0 1、t-02、t-0 3分别表示切削废液、铁屑量、噪声的剩余量。θ 0表示各工序的绿色度，从表求解结果分析,工序2、4、6、7的制造过程绿色度θ 0=1，这些工序是DEA有效的，但不是说明它们已经达到最佳的状态不需改进，而是在企业现有条件下代表着参考集的最优水平。工序1绿色度值θ 0=0.7，工序1问题主要体现在噪声、操作安全性上，可以在机床设备加上封闭的防护装置既能防噪声又能保护操作者的安全性。工序5的绿色度值θ 0=0.8280，该工序基本上符合绿色制造的要求，只是加工过程中切削液用量偏多，需要控制合理用量即可。工序3的绿色度明显偏低，主要是机床老旧加工噪声大，漏油现象严重，应该定期维护机床，并检查机床的润滑油使用情况。
结合表5数据和蜗轮的实际生产情况，列出蜗轮从毛坯到成品整个工艺过程的输入输出数据，如表7所示。
表7
将表7中数据代入式（4）、（5）、（6）中可得蜗轮整体制造工艺的技术系数矩阵和方程式，如下所示：
在上述方程中可以找出蜗轮整个制造过程减少废弃物的方法，现在输出量Y[0.1,0.02,33,10.09] 中铁屑量y 4偏大，想降低10%左右，即变为Y[0.1,0.02,33,9.081]，原来输入量
X[18.024,0.0302,33.04,0.1005]变为X[16.2252,0.0282,33.04,0.0954]，可以改变毛坯的生产方法，通过降低毛坯输入量来减少铁屑量。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的基本方法下，本发明可以作任何形式的修改。
Claims (3)
1.一种减速机弧形齿圆柱蜗轮机械加工工艺绿色评价方法，其特征在于：
1）建立蜗轮的资源环境属性指标体系；
2）采集统计蜗轮加工各指标的数据，然后基于模糊综合评价法按照量化规则对定性数据进行统一规划；
3）用非期望数据包络分析法进行单道工序的绿色度评价，整合各工序的输入和输出量，用投入产出法从整体工艺角度分析蜗轮制造的整个过程资源消耗和环境影响的关系，以提高蜗轮的工艺。
2.根据权利要求1所述的一种减速机弧形齿圆柱蜗轮机械加工工艺绿色评价方法，其特征在于：所述的蜗轮的资源环境属性指标体系包括原材料、辅助材料和能源的消耗属性值，以及废水、废气、噪声、固体废弃物的排放。
3.根据权利要求1所述的一种减速机弧形齿圆柱蜗轮机械加工工艺绿色评价方法，其特征在于：所述的非期望数据包络分析法是指考虑了蜗轮制造过程的特殊性，把每道工序当作一个决策单元，建立各工序的多投入和多产出的数学模型，此模型不但给出各工序的绿色度，而且指出影响绿色度的主要因素，接着在各工序的输入输出集成的基础上用投入产出法进行蜗轮从毛坯到成品的整个制造过程的资源环境进行分析，最终提出工艺绿色改进的方法。
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