面向低碳的激光清洗过程工艺参数多目标优化方法

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随着社会经济的高速发展,低碳经济已成为世界各国应对碳排放问题的迫切需求。制造业的碳排放占全球碳排放的30%,是碳排放的重要来源之一。而激光清洗技术由于其对环境污染较小、对基材损伤小、清洗效果好等优点被广泛应用于航空航天、汽车制造等领域,激光清洗是依靠激光束的高能量破除附着物与基材间的作用力使之发生物理或化学反应以达到清洗的目的,在清洗过程中由于子系统众多及电能的不完全转化导致大量碳排放产生。因此,降低激光清洗过程碳排放对我国激光清洗产业具有重要意义。基于此,本课题以QZ2425型激光清洗装备为研究对象,探究激光清洗装备碳排放特性,构建激光清洗过程碳排放模型,深入分析工艺参数对激光清洗过程碳排放的影响规律及工艺参数优化方法,主要研究内容如下:(1)针对激光清洗装备子系统复杂,工艺参数众多导致碳排放模型构建困难等问题,深入分析激光清洗装备系统构成,搭建激光清洗碳排放监测平台,进一步探究激光清洗过程碳排放特性及工艺参数对碳排放的影响规律,在此基础上,建立激光清洗过程碳排放模型,为后续构建激光清洗过程多目标工艺参数优化模型奠定基础。(2)针对激光清洗过程碳排放与质量协同优化冲突等问题,构建以碳排放为优化目标,综合考虑粗糙度及碳、氧元素含量的激光清洗多目标工艺参数优化模型,提出一种基于佳点集与协同进化框架多目标进化算法,解决基础进化算法在求解此类问题时初始解质量差、小可行域下约束和目标平衡难导致种群多样性差、易陷入局部最优等缺点,获取优化工艺参数组合,实现绿色低碳的激光清洗工艺。(3)为验证优化工艺参数组合的可行性与有效性,采用QZ2425型激光清洗装备进行激光清洗实验,从碳排放、表面形貌、粗糙度等方面对比分析优化工艺参数组合与经验工艺参数组合,结果表明优化后的工艺参数组合可以有效降低激光清洗过程碳排放,提高清洗质量。
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