[发明专利]基于元胞自动机的瓷砖抛光能耗建模的方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械抛光工艺领域，尤其涉及一种基于元胞自动机的瓷砖抛光能耗建模的方法。

背景技术

21世纪，随着能源的过度消耗、资源的不断枯竭、生态环境的日益恶化，特别是全球气候变暖的局势日益严峻，可持续制造越来越受到人们的重视。在过去，大多数的制造企业忽略了人的福利、生态的平衡和未来的生活。而可持续制造的应用旨在于有效并高效地利用能源、自然资源，维持能源资源的守恒，减少浪费以及降低制造对生态环境的负面影响。所以，为了降低工业能耗、减少自然资源的消耗、控制温室效应、保护生态环境，世界的各个国家都开始致力于寻找实现低碳发展和可持续制造发展的途径。

目前国家越来越重视节能减排的工作。陶瓷是一个高能耗的行业，许多生产环节需要大量的煤、电、气。其中，抛光环节能耗占了其中的三分之一，有非常大的节能潜力。目前，对于陶瓷生产企业来说，抛光线成为唯一一个无法完全实现自动化的环节，大量的人力被消耗在对瓷砖的检测、瓷砖的反抛上。对于抛光线，急需一套量化标准规则去代替现有的“粗放”生产，科学指导抛光生产的进行。从而降低抛光线的能耗支出、人力投入，同时提高产能与产出质量。

抛光过程当中，影响抛光能耗的因素很多，比如抛光盘的压强与转速、时间、速度、抛光液的浓度、加工环境的温度、抛光盘的运动方式、磨料的性质和粒度等。关于在抛光过程中与能耗相关因素的研究，中外学者有很多的讨论。早在上世纪40年代(1945)，来自美国俄亥俄州的老一辈学者代表Merchant和M.Eugene等人大力研究了金属切削工艺与材料去除的机理，论述了金属切削的基本原理并建立了金属切削力和切削功率的理论模型，且通过典型的观察和计算值测试，提出了一系列的经验计算公式。然而依据后来世界各国众多专家学者的实验结果，该切削力经验计算公式的计算值与实际测量值的差别较大。1995年，美国California大学伯克利分校的A.A.Munoz等人提出了一种在切削加工工艺过程中定量分析环境影响的模型，该分析模型结合了磨损特性、机械加工过程的方面，包括工件材料的消耗、刀具消耗、切削液消耗、能量消耗等，以材料去除速度矢量和切削力为基础建立了切削能量模型和计算方程，并该研究认为切削能耗与材料去除量、切削液、刀具后角、材料属性等切削参数密切相关，而与转速、进给量和切深等切削参数无关。2011年，日本森精机公司(Mori Seiki Co.,Ltd)的Mori M等人提出机床制造业可以通过开发有先进功能的机器来实现减少能源的消耗，并在一台立式加工中心上测量了不同条件下的能源消耗量，通过正交试验法测试获知，随着材料去除率的变化，铣削过程消耗的电量比值在5％～333％间变化，说明了如材料去除率参数的优化对能耗有显著的影响。

在陶瓷墙地砖模具加工的过程中，表面抛光是当中极为重要的工序，其作用是消除定厚(刮平或粗磨)过程中瓷砖表面留下的凹坑、沟痕、裂纹等缺陷，使瓷砖表面光亮，抛光质量决定瓷质抛光砖的表面光洁度，因此本发明综合考虑加工参数对加工功率的影响以及简化切削功率模型的计算量，认为抛光过程的能耗与材料去除率和磨盘转速两项工作参数有关。

在抛光过程的建模方面，研究者在很长的一段时间里都致力于研究加工参数和材料去除率之间的关系。其中，得到普遍认可和采纳的当属1972年Preston提出的著名的Preston方程。借助半经验公式的Preston方程，化学机械抛光过程可以得到准确的预测。即Preston方程的形式为：

MRR＝kpv

Preston方程虽不能反映研磨抛光过程的局部信息，却对工艺有着很强的指导意义，对研磨抛光加工起着重要影响，是广泛应用在磨削加工中的经验公式。由Preston提出的假设所建立的数学模型大大简化了抛光过程，光学加工理论在很大程度上都是建立在Preston假设的基础之上，计算机控制小工具抛光技术也是以此为理论基础，除了这些方面，近几年来，Preston方程的基础作用也应用在微晶玻璃、机器人气囊、磁流变等抛光技术方面。