一种基于工件几何特征优化的能耗模型及应用 易 敏 张 华 鄢 威 （武汉科技大学机械自动化学院，湖北武汉４３００８１） 摘要：制造过程中能耗的影响因素很多，加工工艺、工艺路线、工件加工特性等都会影响制造系统能耗。 针对工件Ｊｊ￣－ｒ制造过程能耗优化问题。首先在工件加工特征层面。提出特征能耗单元概念。并建立 特征能耗单元模型。然后利用物元法。结合工件几何特征类树。构建了以特征能耗单元为基础的工 件几何特征能耗物元模型。从该模型中提取能耗影响因子ｋ，优化工件几何特征，直观地达到控制 工件特征来优化Ｊｊ￣＇ｒ制造过程能耗的目的。为控制需加工实现的工件几何特征的目标能耗提供理 论参考。最后。以轴类工件外圆特征车削加工为例验证分析了该模型的有效性。 关键词：特征类树；特征能耗单元；能耗影响因子；物元模型 中图分类号：ＴＨ一３９ 文献标识码：Ａ ＤｏＩ：１０．１９２８７／ｊ．ｃｎｋｉ．１００５—２４０２．２０１６．１２．００１ Ａ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ ｇｅｏｍｅｔｒｙ ｆｅａｔｕｒｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ＹＩ Ｍｉｎ，ＺＨＡＮＧ Ｈｕａ，ＹＡＮ Ｗｅｉ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００８ １，ＣＨＮ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍａｎｙ ｆａｃｔｏｒｓ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｓｕｃｈ ａｓ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｐｒｏｃｅｓｓ ｒｏｕｔｅ ａｎｄ ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｗｈｉｃｈ ｗｉｌｌ ａｌｌ ａｆｅｃｔ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ ｍａ— ｃｈｉｎｉｎｇ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｆｉｒｓｔｌｙ，ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ ｆｅａｔｕｒｅ ｅｎｅｒｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｇｉｏｎ ｕｎｉｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｆｅａｔｕｒｅ ｅｎｅｒｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｇｉｏｎ ｕｎｉｔ ａｔ ｔｈｅ ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｆｅａｔｕｒｅ ｌｅｖｅ１．Ｔｈｅｎ，ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｍａｔｔｅｒ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅ ｏｆ ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ ｇｅｏｍｅｔｒｙ ｃｌａｓｓ ｔｒｅｅ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔ ｗｏｒｋ— ｐｉｅｃｅ ｇｅｏｍｅｔｒｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｔｔｅｒ——ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｆｅａ— ｔｕｒｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｕｎｉｔ．Ｅｘｔｒａｃｔ ｅｎｅｒｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｇｉｏｎ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｆａｃｔｏｒ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ，ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ ｇｅｏｍｅｔｒｙ ｆｅａｔｕｒｅｓ，ｉｎｔｕｉｔｉｖｅｌｙ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｐｕｒｐｏｓｅ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｎｕｆａｃ— ｔｕｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｂｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｔｈｅ ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ，ｗｈｉｃｈ ｗｉｌｌ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｇｏａｌ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｆｏｒ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ ｇｅｏｍｅｔｒｙ ｆｅａｔｕｒｅｓ．Ａｔ ｌａｓｔ，ａｎ ｅｘａｌｎ— ｐｌｅ ｆｏｒ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｏｆ ｓｈａｆｔ ｐａｒｔｓ ｉｓ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ｔｏ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｅ１． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｅａｔｕｒｅ ｔｒｅｅ；ｆｅａｔｕｒｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｕｎｉｔ；ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｆａｃｔｏｒ；ｍａｔｔｅｒ— ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄＰ１ 近年来，随着制造业资源消耗和环境影响问题的 日益严峻，与绿色制造、低碳制造、可持续制造、再制造 相关的制造系统及制造过程的能耗问题研究非常活 跃。国内很多研究人员针对工件加工特征的能耗特性 展开了研究，并取得了一定的成果。文献［１］从节能 优化、产品绿色性评估、企业资源配置、机床绿色设计 ４方面对机床能耗模型的应用进行了详细的论述。文 献［２］提出一种基于能量守恒原理的数控车削能耗模 型。文献［３］针对数控机床能耗类型复杂，建模难等 问题，提出一种数控机床能耗通用模型。该模型将定 ｝国家自然科学基金项目（５１２７５３６５）；国家８６３计划资助项目（２０１４ＡＡ０４１５０４）；武汉科技大学青年科技骨干培育计划项目（２０１５Ｘ２０４９） 型 整 兰 ２０１６年第１２期 性的能耗描述转化为能耗的定量方程，为预测和实时 监测机床能耗提供依据。文献［４］建立数控车床切削 参数能量消耗和加＿Ｔ效率模型，设计了一种基于多目 标教与学优化算法来求解切削能量效率优化模型。文 献［５］提出一种利用几何信息的加工特征识别方法， 建立加工资源、加工表面和加工方法３类信息模型。 文献［６］利用能量模块划分的方法，以此来阐述工件 制造系统过程中的能耗情况。文献［７］详细分析了机 床切削过程的固定能耗和变动能耗，建立了机床切削 过程能量消耗模型，并基于钻削加工实验指出了工艺 参数对机床能耗的影响关系。文献［８］进行了面向产 品能量优化的能量设计因子研究，分析产品使用阶段 能耗中，即完成改变工件几何特征而进行的切削活动 所产生的能耗。本文将重点阐述通过对工艺特征能耗 的控制来体现对加工制造过程能耗模型的优化。 １．２建立特征能耗单元模型 ｌ特征能耗单元Ｉ ／ｌ—＼ ．制造资源特征能耗Ｉ Ｉ工艺特征能耗 Ｉ Ｉ其他损耗能耗 ——一． ——一 、换刀能耗 具装夹能耗 、 鸱 ● Ｉ几何特征（ｃ）改变Ｉ ★ 的能量因素与能量消耗之间的关系，并建立能量消耗 模型。文献［９］在面向机械装备节能设计的能耗信息 描述与集成的基础上，提出一种开放的能量信息描述 Ｉ 材料去除 Ｉ ————————／— ＝ ————一 Ｉｌ耗影ｋ 酹１ Ｉ能耗岛酹ｌＬ口ｌ—＿ｊ １ 图１特征能耗单元梗型 ｌＩ 模型——能量分解结构（ＥＢＳ），并建立设计能量信息 Ｊ几 征ｌ Ｉ几 征 ’Ｉ Ｉ几 征Ｉ 工艺特征能耗以集合的形式描述工件加工过程的 能耗表达途径。工艺特征＝｛切削用量，加工余量，加 工次数，…｝，切削用量、加工余量等为能耗控制单元， 均反映在对工件几何特征的改变状态上，即材料的去 除。ｋ反映工件加工能耗属性的控制要素。工件的原 集成模型以表达设计信息的能量特征，以此来实现能 量信息和设计信息的本质关联。文献［１Ｏ］搭建基于 支持向量机数控机床能耗与切削参数的模型，为数控 机床节能，能耗定额问题提供理论依据。文献［１１］基 于ＢＰ神经网络搭建数控机床能耗与切削参数的模 型，并利用遗传算法对切削参数进行优化。文献［１２］ 针对数控机床能量源多、加工参数动态变化等特点，提 出一种数控机床多能量源的动态能耗建模与仿真 方法 始几何特征＝｛Ｃ。，ｃ：，…，ｃ ｝，添加能耗影响因子ｋ 后的工件目标几何特征：｛ｋ。Ｃ。， Ｃ ，…， Ｃ， ｝。 能耗影响因子ｋ作为辅助能耗参数，是对工件几 何特征进行优化，即控制工件的外形尺寸或性能发生 改变，有利于目标工件在满足几何特征需求的基础上 以上研究所探讨的重点主要围绕以切削参数、加 ｌ丁资源、多能量源等为优化目标来建立机床能耗模型， 少部分涉及到面向工件特征的制造过程能耗优化模型 的研究。本文通过以工件几何特征为切入点，特征能 选择能耗最少的工件几何特征，从而进行加工；工件的 加工方式不同，其产生的能耗也存在明显差异。在轴 的一种几何特征单元——外圆特征的基础上，结合车 削材料去除率来具体阐述能耗影响因子ｋ的运用。 车削材料去除率ＭＲＲ为 ＭＲＲ＝１『（ｄ毛坯・口ｐ一口ｐ ） ・，ｌ ｏ ＝ｋ・ｄ毛坯（ｋ ｊ ≤ ≤ ） （１） （２） 耗单元为基础，建立基于工件几何特征优化的能耗模 型。通过引入能耗影响因子ｋ来控制工件几何特征的 改变，即材料去除的量，促使机床加＿Ｔ各个几何特征的 能耗发生相应变化，能够直观地反映出工件制造过程 能耗优化 ÷（ｄ毛坯一ｄＨ￣ｆａ） ｋ・ｄ毛坯 ｚ＝ １特征能耗单元模型 １．１特征能耗单元的概念 （３） （４） （５） 特征能耗单元作为一个１二件加工的某一特征能耗 表达的基本单元，主要包括３大部分：制造资源特征能 耗、工艺特征能耗及其他损耗能耗。制造资源能耗体 现在机床装夹刀具、工件等所产生的能耗，工艺特征能 耗主要表现在Ｔ件从毛坯到目标成品的整个切削过程 ：ｒ．三．６０ Ｊ‘ｎ Ｅ＝Ｐ・Ｔ （６） 综合式（１）～（６）可得 脚ｐ。肚． ．’ ｍ ㈩ （７） 所产生的能耗，其他损耗能耗如加工噪音、振动等。 特征能耗中的绝大部分能耗主要集中在工艺特征 ・ ２２ ・ 、 ０． ￡ｕＩＯ平弗Ｉ 删 式中：ｋ为能耗影响因子；ｄ毛坯表示毛坯轴段的外圆特 ３所示。 征直径；口。为背吃刀深度；／为每转走刀量；ｎ为转速； ｄ｝｛标信表示轴段的外圆特征目标直径；ｒ表示吃刀次数， Ｚ 表示毛坯轴段的长度；Ｐ表示在线测试的功率；ｔ表 示每次纵走刀时间；Ｔ为加工总时间；Ｅ表示一种特征 单元的能耗值。 ２面向工件几何特征能耗物元模型 ２．１物元理论基础 物元是描述实物的基本元，它以有序的三元组来 处理在某些条件下用通常方法无法达到预期目标的不 相容问题。描述方式如下式： Ｒ＝（ ，Ｃ， ） （７） ｌ Ｆ乍 嚣 式中： 为物元； 为描述的实物；Ｘ为 关于Ｃ所取 的量值；Ｃ为特征的名称。以上三者称为物元的三 要素。 一个事物可以由多个特征，设Ｒ＝（Ｍ，Ｃ， ）是一 个物元，Ｃ＝［ｃ。ｃ：…ｃ ］是特征向量，Ｘ：［ 。 … ］是特征向量Ｃ的量值，则物元定义为 Ｒ。］ ｒ Ｒ２ ｒ－－斟 车削 Ｉ 嚣 Ｅ专 Ｉ１ Ｒ＝（Ｍ Ｃ Ｘ）＝ ● （８） ： Ｒ 其中，Ｒ ＝（Ｍ ｃ Ｙ ）（ １，２，…，ｎ）被定义为 的 分物元。 卜＿＿一钻削 钻削 ２．２建立工件几何特征类树 根据ＣＡＤ模型中集成的加工特征信息对工件 ＣＡＤ模型拆分建立几何特征类树，所述特征类树用于 表示各几何特征类及其层次关系和结构。建立工件几 何特征类树的具体方法为： 将工件几何特征分为简单特征和复杂特征，其中 简单特征是特征的最小单元；然后再将复杂特征按加 工要求分为基本特征和组合特征，将简单特征分为主 特征和辅特征两种，并以特征类树的结构形式将所有 特征递进排列，每个结点代表一个特征类。建立如图 ２所示的工件几何特征类树。 ｒ曩 ］ ｒ ｌ Ｉ琴 加工设备ｈ ｌ ｌ 主轴电机 ｌ『加工击珐 加工设鲁ｈ ｖ 加工设鲁ｃ．１机械传稿薯坑ｖ－］ 在几何实体造型信息中，简单特征是组成工件形 体结构的基本单元，复杂特征可以含有一个简单特征， 也可以含有不同的简单特征，或者可以包含相同的简 【 舡 ｊＪ【 黼 单特征但是数目不同。在工件工艺特征能耗中涉及的 首要问题是工件几何特征（Ｃ）的改变，同时工件几何 特征也是工件全生命周期的开端部分。优化工件几何 特征是控制工件在加工过程中产生能耗的关键。通过 特征能耗单元建立工件几何特征能耗物元模型，如图 曩 琴 ｊｔ＿＾＝■ ■ ＿—－一●‘付 ●ｈＪｈ 上ｈ●ｔ●．‘．— Ｊ●｝＿ 】 运用可拓学并结合能耗特征单元，将有序三元组 Ｒ＝（Ｍ，ｋＣ， ）作为描述工件从装夹加工开始到所有 几何特征加工完成的整个生命周期能耗模型的基本逻 辑单元。其中 表示待加Ｔ工件，Ｃ表示待加ｌＴ工件 几何特征，Ｊ｝Ｃ表示在参数ｋ（能耗影响因子）作用下而 分析。先给出轴类工件的几何特征结构组成图，如图 ４所示。几何特征层是工件模型结构组成中的核心部 分，每个几何特征反映工件制造型面需要经过一系列 的加工过程才能形成。 优化后的待加工工件几何特征， 表示待加工工件特 征能耗。特征能耗信息主要包含待加工工件各几何特 征对应采取的加工方法，以及加ｌＴ方法中选用的加工 设备和相应的加工参数。此外， 可代表不同层面的 物元，即可表示工件加工过程中不同的生命周期阶段、 某一种加工工艺过程、加工中所采用的某一套加工设 备，或者具体到加工中的加工参数等。 ２．３调节能耗影响因子ｋ 能耗影响因子ｋ的作用是优化工件几何特征（直 图４轴类工件几何特征组成图 以轴段的外圆特征加工优化为例，现给出该轴段 的毛坯直径为５４ ｍｍ，长度为１００ ｍｍ，需加工得到目 径、长度等），以此调节机床每加工完单个几何特征的 所需能耗值。在ｋ（ｋ ≤ ≤ｋ ）的可调范围内，选取 标直径为５０ ｍｍ，长度为１００ ｅｍ的轴段。本次选择 能 ＣＫ６１３６ｉ数控车床，１～６组为一类，进给量为定值０．０８ 耗 不同的ｋ值，由式（２）可知，刀具每次背吃深度ａ。发生 相应变化（机床切削参数约束范围内）；由式（３）可知， 完成单特征毛坯尺寸到目标尺寸的总吃刀次数ｒ发生 相应变化；因为ｒ变化，又由式（４），导致完成该单特征 ｍｍ／ｒ，主轴转速为定值４００ ｒ／ｍｉｎ；７～１２为一类，进给 ３ Ｏ ７ ４●８ ５ ２ 鹏鹏 ９ ６ ３ 量为定值０．１２ ｍｍ／ｒ，主轴转速为定值４００ ｒ／ｍｉｎ；１３一 ｏ ０ ０ ｏ ｏ ０ ０ ｏ ｏ ｏ ｏ ｌ８为一类，进给量为定值０．０８ ｍｍ／ｒ，主轴转速为定值 ４５０ ｒ／ｍｉｎ等。得到如表１的实验测试数据记录。 ①进给量０．０８ ｍｍ／ｒ＋主轴转速４００ ｒ／ｍｉｎ （外圆特征） 加工的时间ｔ发生变化；最后，由式（６）可知，加工完单 特征的能耗将发生变化。 螋一ｔ，一 ■ ■ 一 当ｋ值增大，ａ。增大，在去除同等材料量时，ｒ将 减少；当ｋ值减小，ａ 减小，在去除同等材料量时，ｒ将 增大。二者情况相互制约，于是存在合适的能耗影响 因子ｋ，导致完成单特征的加工能耗出现最少能耗临 界趋势。通过应用分析，验证了参数ｋ对该能耗模型 的优化作用。某种轴类工件包含内外圆柱面，端平面， 台阶面，键槽，内孔等几何特征。 则优化后的轴类几何特征表示为： ｛内外圆柱面，台阶面，内孔…｝ ＝～ｉ 笙一一‘ 匝 一 一 （９） （１０） ②进给量０．１２ｍｍ，什主轴转速４００ ｒ／ｍｉｎ ÷．：寸：寸：≮：叶 ③进给量０．０８ ｍｍ／ｒ＋主轴转速４５０ ｒ／ｍｉｎ ｒ 一 ～ ■…■…０…．０…．■…ｊ……。＂…．； ～～ ～ 垒～～ ０．５ ０．８ １．１ １．４ １．７ ２．０ ２．３ ２．６ ２．９ ３．２ ｛ｋ１ Ｃ ，ｋ２Ｃ２，ｋ３Ｃ３，…｝ ｛Ｅ １ｃｌ，Ｅ ２ｃ２，Ｅ ３ｃ ，…｝ 能耗设计因子 ％） 则各个几何特征加工能耗表示为： 图５能耗值分布图 由以上测试数据和能耗值分布图５可知，当ｋ取 ０．９３％～１．４％时，背吃刀深度逐渐增大，加工次数减 那么加工该种轴类工件的所有几何特征后的总能 耗可以表达为 Ｅ ：Ｅ １ｃｌ＋ 少，车削加工时间减少，能耗值的分布呈下降趋势；当 ２ｃ２＋Ｅｂｃ］＋Ｅ＾４ｃ４＋…Ｅ＾ ｃ ｋ取１．４％一２．５％时，背吃刀深度增加，外圆车削功率 其中：Ｅ 表示加工整个轴的目标能耗值；Ｅ ．表示加 工几何特征内外圆的目标能耗值；Ｅｈｃ，表示加工几何 特征台阶面的目标能耗值；同理， 几何特征的目标能耗值。 ，表示加工第ｎ个 逐渐增大，导致加工过程的能耗发生变化，且能耗值的 分布呈上升趋势；当ｋ取１．２％～１．５％时，即每次的 背吃刀深度为０．６～０．８ ｍｍ，车削次数为５次或者６ 次时，完成该外圆特征的加工，呈现最少能耗临界趋 势。由此可见，选取合适的能耗影响因子ｋ，进行几何 特征优化，对加工过程能耗优化的实现有着重要的影 响作用。 ３应用分析 下面以轴类工件为例对该能耗物元模型进行应用 ・ ２４ ・ 表１测试数据 序列 组号 ｌ ２ 能耗影响 因子ｋ／（％） ２．５ １．８５ 吃刀 次数ｒ ３ ４ 背吃刀深 度ｔｌｐ／ｍｍ １．３３ １．００ 进给量 ∥（ｍｍ／ｒ） Ｏ．Ｏ８ ０．０８ 主轴转速 （ｒ／ｍｉｎ） ４ＯＯ ４００ 切削时间 ｔ／ｓ ５６２．５ ７５０．０ 外圆车削 功率ｐ／ｋＷ ０．４９９ １ ０．３１４ ３ 能耗值 Ｅｌ（ｋＷ・ｈ１ ０．０７８ Ｏ．Ｏ６５ ３ ４ ５ ６ ７ １．４８ １．２３ Ｉ．Ｏ６ Ｏ．９３ ２．５ ５ ６ ７ ８ ３ Ｏ．８０ Ｏ．６７ ０．５７ Ｏ．５Ｏ １．３３ ０．Ｏ８ ０．Ｏ８ ０．０８ Ｏ．Ｏ８ Ｏ．１２ ４ｏ０ ４ｏ０ ４０ｏ ４ｏｏ ４０ｏ ９３７．５ １ １２５．０ ｌ ３ｌ２．５ ｌ ５０ｏ．Ｏ ３７５．０ ０．２４１ ４ ０．２２３ ９ ０．２０７ ８ Ｏ．１８６ ９ ０．５１６ ９ ０．Ｏ６３ ０．０７０ Ｏ．Ｏ７６ ０．０７８ ０．０５４ ８ ９ １０ ｌｌ ｌ２ ｌ３ １４ ｌ５ ｌ６ １７ ｌ８ １９ １．８５ １．４８ １．２３ １．ｏ６ Ｏ．９３ ２．５ １．８５ １．４８ １．２３ １．０６ Ｏ．９３ ４ ５ ６ ７ ８ ３ ４ ５ ６ ７ ８ １．ｏ０ Ｏ．８Ｏ ０．６７ Ｏ．５７ ０．５０ １．３３ １．ｏｏ ０．８０ ０．６７ Ｏ．５７ Ｏ．５Ｏ ０．１２ ０．１２ ０．１２ Ｏ．１２ Ｏ．１２ ０．Ｏ８ Ｏ．０８ Ｏ．０８ ０．０８ ０．Ｏ８ ０．Ｏ８ ４｜Ｄ０ ４００ ４００ ４００ ４０ｏ ４５０ ４５０ ４５０ ４５０ ４５０ ４５０ ５０ｏ．Ｏ ６２５．０ ７５０。０ ８７５．０ １ Ｏ０ｏ．０ ５０ｏ．０ ６６６．７ ８３３．４ １ Ｏ０ｏ．Ｏ ｌ １６６．７ ｌ ３３３．４ ０．３８２ ９ ０．２９８ ６ ０．２６０ ９ ０．２４８ ９ ０．２２０ ９ Ｏ．５２０ １ ０．３５６ ９ ０．２８１ ３ ０．２３０ ９ ０．２Ｏ９ ８ Ｏ．１８９ ２ ０．０５３ Ｏ．Ｏ５２ ０．０５４ Ｏ．Ｏ６Ｏ Ｏ．Ｏ６ｌ ０．Ｏ７２ ０．０６６ ０．０６５ ０．０６４ ０．Ｏ６８ ０．０７０ ４结语 （１）针对工件ＣＡＤ模型特点，建立工件几何特征 类树，并给出其描述方式，用于表示各几何特征类及其 层次关系和结构。 （２）基于物元理论，构建了以特征能耗单元为基 ［５］汤岑书，褚学宁，孙习武，等．基于几何与公差信息的加工特征识别 方法［Ｊ］．计算机集成制造系统，２０１０，１６（２）：２５６—２６０． ［６］Ｗｅｉｎｅｒｔ Ｎ，Ｃｈｉｏｔｅｌｌｉｓ Ｓ，Ｓｅｌｉｇｅｒ Ｇ。Ｍｅｔｈｏｄｏｌｇｙ ｆｏｒ ｐｌａｎｎｉｎｇ ｎｄ ａｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｅｎｅ￣，ｙ—ｅｆｉｆｃｉｅｎｔ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．ＣＩＲＰ Ａｎｎａｌｓ—Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１ｌ，６０（１）：４１—４４． ［７］Ｓｃｈｌｏｓｓｅｒ Ｒ，Ｋｌｏｅｋｅ Ｆ，Ｌｕｎｇ Ｄ．Ｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ ｉｎ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ—ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｆ ｃｕｔｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ［ｃ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ８ ＣＩＲＰ Ｇｌｏｂａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，２０１０，（１１）：２２—２４． 础的工件几何特征能耗物元模型。从该模型中提取能 耗影响因子ｋ，优化工件几何特征，直观的达到控制工 件特征来优化加工制造过程能耗的目的，为控制需加 工实现的工件几何特征的目标能耗提供理论参考。 （３）本文只提供了从工件几何特征角度获取目标 能耗的思路框架，如何具体的实现以加工特征为切入 点的工件加工能效优化是下一步研究重点。 参考文献 ［１］李涛，孔露露，张洪潮，等．典型切削机床能耗模型的研究现状及发 展趋势［Ｊ］．机械工程学报，２０１４，５０（７）：１０２—１０７． ［２］黄拯滔，张超勇，罗敏，等．一种基于能量守恒原理的数控车削能耗 模型［Ｊ］．中国机械工程，２０１５，２６（１８）：２４１９—２４２２． ［３］胡韶华．数控机床通用能耗模型及应用［Ｊ］．组合机床与自动化加工 技术。２０１３（１Ｏ）：１１３—１１５． ［８］何平，刘光复，周丹，等．面向产品能量优化的能量设计因子研究 ［Ｊ］．机械科学与技术，２０１２，３１（６）：９５８—９６２． ［９］孙清超，魏静，孙伟，等．面向机械装备节能设计的能耗信息描述与 集成［Ｊ］．机械工程学报，２０１４，５０（１）：Ｉｌｌ一１１５． ［１０］陈薇薇，张华，向琴，等．基于支持向量机数控机床切削能耗预测方 法研究［Ｊ］．机械设计与制造，２０１４，Ｉ１（１１）：５４—５６． ［１１］谢东，陈国荣，施金良，等．基于ＢＰ神经网络数控机床切削能耗的 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