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面向绿色制造的刀具选择决策模型及应用

环境、资源、人口是当今人类社会面临的三大主要问题。特别是环境问题，其恶化程度与日俱增，正在对人类社会的生存与发展造成严重威胁。制造业是创造人类财富的支柱产业，但同时又大量消耗掉人类社会的有限资源，并且是造成当前环境污染问题的主要根源， 为此制造业实施可持续发展战略已势在必行。绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式， 其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中，对环境的影响(负作用)尽可能小，资源消耗尽可能少，并使企业经济效益和社会效益协调优化。 切削加工是作为制造技术的主要基础工艺， 随着制造技术的发展，进入了以发展高速切削、开发新的切削工艺和加工方法、提供成套技术为特征的发展新阶段。诸如高速切削是切削加工的发展方向已成为切削加工的主流，它的发展和推广应用(包括机床和刀具技术的全面发展和提高)将带动整体制造业水平、效益、环境友好性的进步与提高。而在现代切削加工工艺中，刀具是切削加工中保证加工质量、提高生产效率的一个重要因素，同时也影响着切削加工过程中的能量消耗、切削液的使用、生产的安全性， 即影响切削加工的绿色性。近年来，环保型的高性能刀具材料(含表面涂层材料)、刀具制造工艺技术、刀具安全技术及刀具使用技术的发展， 大大改善了切削加工性能，使得高速切削、干切削等绿色切削加工技术得以实现，传统切削加工的加工质量、切削效率、加工成本、能耗以及切削液的使用等也得到了改善， 有利于实现绿色制造。在面向绿色制造的工艺规划中， 刀具的合理选择直接决定着刀具对切削加工过程的绿色性能影响。从加工时间、加工质量、成本、资源消耗、环境影响五个方面，分析了刀具对切削加工的影响，建立了刀具选择的多目标评价体系;并建立了一种面向绿色制造的刀具选择决策框架模型，采用模糊聚类综合评价的定量分析和专家系统的定性推理相结合的方法， 对模型进行求解。 1 面向绿色制造的刀具综合选择模型的建立作者们从80年代初以来已对绿色制造直接相关的制造系统中的资源问题和能源问题进行了长期研究，并提出了绿色制造的T(时间)、Q(质量)、C(成本)、E(环境影响)、R(资源消耗)等5大决策目标变量的决策目标体系以及相应的决策框架模型。绿色制造中的任何一个决策问题都或多或少与上述5个决策目标变量中的某些或全部有关。结合刀具选用的具体问题，提出了面向绿色制造的刀具决策目标体系，并在此基础上建立刀具的可操作性综合选择模型及相应的模型求解方法。 面向绿色制造的刀具决策问题的目标体系 面向绿色制造的刀具的综合选择问题实际上是一个多目标的、定性与定量相结合的复杂决策问题。通常，对刀具选择，切削过程的优化以最高生产率(或最短生产时间)、最低单件成本和最高利润率作为判据。随着21 世纪制造业可持续发展的要求，刀具制造业将由主要追求经济效益的单一目标模式转变为追求经济效益与社会效益、环境效益协调发展的多目标模式。影响刀具产业发展的要素将由传统刀具产业的功能、质量、成本、服务拓展为功能、质量成本、时间、环境和资源。面向绿色制造的刀具选择决策目标体系把时间(T)、质量(Q)、成本(C)、资源(R)、环境(E)作为重要因素加以考虑，相应的目标函数为加工时间T(X)、加工质量Q(X)、生产成本C(X)、资源消耗R(X)、环境影响E(X)。对这五个目标变量追求的变化结果，即加工时间希望越少越好，加工质量希望越高越好，生产成本希望越低越好，资源消耗越少越好，环境影响希望越小越好。以上五个决策目标之间存在着密切的联系，它们共同构成了面向绿色制造的刀具决策目标体系。相应的决策目标向量分解如图1所示:

图1 面向绿色制造的刀具决策多目标体系

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