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面向綠色制造的切削液綜合選擇模型及其應用實例

時間：2007-12-26瀏覽：1470次收藏
摘要：根據綠色制造原理，建立了包括質量(Q)、成本(C)、環境影響(E)三大決策目標的切削液多目標決策體系，并據此提出了面向綠色制造的切削液綜合選擇模型及相關約束條件，并通過應用實例驗證了該模型的可行性。
1 引言

環境、資源、人口是當今人類社會面臨的三大主要問題。人類活動引起的環境惡化正對人類社會的生存與發展構成嚴重威脅。近年來，國際標準化組織相繼頒布了質量管理體系標準(ISO9000 系列)、環境管理體系標準(ISO14001)和職業安全與衛生管理體系標準(OHSAS18001)，將質量管理、環境管理和職業安全與衛生管理納入企業綜合管理，為企業全面提高管理水平、加強綜合實力提供了管理手段和工具。在制造業引起的環境問題日趨尖銳之際，一種適應可持續發展戰略的先進制造模式——綠色制造開始嶄露頭角。綠色制造是一種綜合考慮環境影響和資源效率的現代制造模式，其目標是使產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個產品生命周期中對環境的影響(負作用)為零或最小，使資源消耗盡可能小，并使企業經濟效益和社會效益得到協調優化。
在切削加工過程中，切削液是造成環境污染的主要污染源之一。采用綠色切削液、減少切削液的環境污染等問題已成為綠色制造領域的研究熱點之一。美國密執安技術大學對切削加工中切削液的適當用量問題進行了研究，試圖在滿足加工要求的情況下使切削液用量最少，以期將與切削液有關的費用降至最低。美國Thyssen 制造公司正全力研究“最小潤滑”加工技術，使切削液的液流或氣霧通過刀具作用于加工區域，切削液的流量由CNC 程序控制，效果比較理想。山東工業大學孫建國等基于產品生命周期對切削液的綠色性進行了研究。
生產實踐證明，合理選擇切削液可充分發揮切削液的性能，節約加工成本，并減少切削液對環境的污染，因此，對切削液進行優化選擇是減少加工過程中切削液污染的重要途徑之一。本文在綜合考慮切削液質量、成本及環境影響等決策目標的基礎上，建立了面向綠色制造的切削液綜合選擇模型及其約束條件，并結合生產實例對該模型的應用方法及可行性進行了分析驗證。
2 面向綠色制造的切削液綜合選擇模型的建立
筆者從20世紀80年代初以來對與綠色制造直接相關的制造系統中的資源和能源問題進行了長期研究，并提出了基于綠色制造的T(時間)、Q(質量)、C(成本)、E(環境影響)、R(資源消耗)等五大決策目標變量的決策目標體系以及相應的決策框架模型。綠色制造中的任何一個決策問題都與上述五個決策目標變量中的某些(或全部)因素有關。
上述模型只是針對制造系統而言，并未建立具體的切削液綜合選擇模型。本文在綠色制造目標體系和決策模型的基礎上，結合切削液選用中的具體問題，提出了面向綠色制造的切削液決策目標體系和決策目標分解框架變量組，并在此基礎上建立了具有可操作性的切削液綜合選擇模型。
  1. 面向綠色制造的切削液決策問題目標體系
  2. 面向綠色制造的切削液決策問題的變量描述
  3. 模型選擇及約束條件
    4.
    面向綠色制造的切削液綜合選擇問題是一個多目標的、定性與定量相結合的復雜決策問題。要建立決策模型，首先需要確定決策變量，即決策活動追求的目標。按傳統方式選擇切削液時，人們追求的目標變量主要為質量(Q)和成本(C)。其中，質量主要指切削液的潤滑、冷卻和清洗性能及其使用周期和利用率；成本則包括經濟成本(材料成本、設施和設備成本、勞動力成本、能源成本)、用戶成本(使用成本、維護成本)及其它雜項成本。工業發達國家的制造業在選擇切削液時，除需滿足切削加工工藝要求外，更注重考慮切削液對人身健康的危害、廢液處理和綜合成本等因素。這一觀點正逐漸被國內切削加工業所接受。面向綠色制造的切削液選擇決策目標體系是將環境影響(E)作為一個重要因素加以考慮，即面向綠色制造的切削液決策目標變量為質量(Q)、成本(C)和環境(E)三個因素，對這三個目標變量的追求結果為質量最高、成本最低、環境影響最小。Q、C、E 三個決策目標之間存在密切聯系，它們共同構成面向綠色制造的切削液決策目標體系。該體系中決策目標向量的分解內容如圖1所示。

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