機(jī)械零件綠色材料評(píng)價(jià)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
機(jī)械零件綠色材料評(píng)價(jià)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),機(jī)械零件,綠色,材料,評(píng)價(jià),軟件,設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)
機(jī)械零件綠色材料評(píng)價(jià)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要在當(dāng)今社會(huì)發(fā)展階段,環(huán)境污染越來越嚴(yán)重,人們對(duì)低碳環(huán)保也越來越關(guān)注,綠色制造這種全新的制造模式也被重視起來。 國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃(20062020)年明確將流程工業(yè)綠色化作為優(yōu)先主題的重要內(nèi)容;國(guó)家“十一五”科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃將“綠色制造關(guān)鍵技術(shù)與裝備”作為國(guó)家科技支撐計(jì)劃重大項(xiàng)目,這些都體現(xiàn)了國(guó)家對(duì)綠色制造的高度重視,所以綠色材料逐漸地成為了制造業(yè)研究的熱點(diǎn)。材料是人類生存的物質(zhì)基礎(chǔ),在綠色制造的過程中,綠色材料是必須解決的問題。在機(jī)械零件綠色材料的選擇時(shí)需要考慮到材料的機(jī)械性能、工藝性能、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境屬性。本課題從綠色設(shè)計(jì)的角度評(píng)價(jià)機(jī)械零件用的材料是否環(huán)保,采用模糊評(píng)價(jià)方法對(duì)材料進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),為綠色設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。通過建立機(jī)械零件綠色材料評(píng)價(jià)體系,結(jié)合材料的機(jī)械性能、工藝性能、經(jīng)濟(jì)性和綠色度要求,以二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)方式對(duì)幾種常見材料進(jìn)行評(píng)價(jià)。采用.NET 開發(fā)平臺(tái) C#語(yǔ)言為軟件開發(fā)工具進(jìn)行模糊評(píng)價(jià)系統(tǒng)開發(fā),軟件開發(fā)完畢后通過實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證。關(guān)鍵詞: 機(jī)械零件,綠色制造,綠色材料,模糊評(píng)價(jià)THE EVALUATION SOFTWARE DESIGN AND IMPLEMENTATION OF MECHANICAL PARTS GREEN MATERIALSABSTRACTNowadays , the environment pollution is more and more serious in social development stage. People are increasingly concerned about low-carbon environment,The new green manufacturing also pay attention to it. “The Long-term Scientific and Technological Development(20062020 )years” has determined the process industry green as an important part of the priority themes; “National “Eleventh Five-Year“ science and technology development plan” make the Green manufacturing technology and key equipment as any major projects in National Technology Support Program, it reflecting the state attaches great importance to green manufacturing, so green materials has become a hot research manufacturing gradually. Material is the material basis for human survival, in the process of green manufacturing, the green material is a problem that must be addressed. When we choose mechanical parts green material we should consider the mechanical properties, process performance, economic and environmental properties of the material. This topic is green design from the perspective of evaluation of mechanical parts whether is environmentally friendly, using fuzzy evaluation method to evaluate the material to lay the foundation for green design. Through the establishment of the mechanical parts of green material evaluation system,Bonding material mechanical properties, process performance, economy and green requirement,using fuzzy comprehensive evaluation methods to evaluate several common materials. Then using the .NET development platform C # language fuzzy evaluation system development tools for software developers,After the completion of the development software is verified by examplesKey words: Environmental Pollution, Green Manufacturing, Green Materials, Fuzzy Evaluation目 錄1 緒論 11.1 引言 .11.2 國(guó)內(nèi)外有關(guān)研究發(fā)展現(xiàn)狀 .21.2.1 國(guó)內(nèi)有關(guān)研究發(fā)展現(xiàn)狀 .21.2.2 國(guó)外有關(guān)研究發(fā)展現(xiàn)狀 .31.3 本文研究的主要內(nèi)容 .42 應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)的綠色材料評(píng)價(jià)方法 52.1 綠色材料的一般要求 52.2 建立二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)模型 .52.3 一級(jí)模糊模型綜合評(píng)價(jià) .72.3.1 材料機(jī)械性能及單因素評(píng)價(jià)矩陣 .82.3.2 材料工藝性能及單因素評(píng)價(jià)矩陣 .92.3.3 材料經(jīng)濟(jì)性及單因素評(píng)價(jià)矩陣 .92.3.4 材料綠色度及單因素評(píng)價(jià)矩陣 .102.4 二級(jí)模糊模型綜合評(píng)價(jià) .113 機(jī)械零件綠色材料評(píng)價(jià)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 123.1 機(jī)械零件綠色材料評(píng)價(jià)軟件的開發(fā)目標(biāo) 123.2 機(jī)械零件綠色材料評(píng)價(jià)軟件的開發(fā)原則 123.3 機(jī)械零件綠色材料評(píng)價(jià)軟件的需求分析 123.4 機(jī)械零件綠色材料評(píng)價(jià)軟件的開發(fā)環(huán)境 143.5 機(jī)械零件綠色材料評(píng)價(jià)軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì) 143.6 機(jī)械零件綠色材料評(píng)價(jià)系統(tǒng)軟件使用說明 163.6.1 用戶環(huán)境 .163.6.2 用戶登錄 .163.6.3 一級(jí)模糊評(píng)價(jià)的實(shí)現(xiàn) .173.6.4 二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)的實(shí)現(xiàn) .193.7 評(píng)價(jià)軟件技術(shù)的實(shí)現(xiàn) 193.8 實(shí)例驗(yàn)證 194 結(jié)論 24參考文獻(xiàn) 25致謝 27附錄 部分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)鏈接代碼及關(guān)鍵算法代碼 2811 緒論1.1 引言現(xiàn)如今隨著科技的不斷發(fā)展,環(huán)境的日趨惡化在一定程度上對(duì)人類以后的生存和發(fā)展空間構(gòu)成了威脅。1987年世界環(huán)境與發(fā)展委員會(huì)發(fā)表了一項(xiàng)研究報(bào)告,第一次提出了可持續(xù)發(fā)展的觀念。保護(hù)人類生存環(huán)境,實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略已經(jīng)成為國(guó)際社會(huì)普遍關(guān)注的問題。制造業(yè)作為文明社會(huì)的支撐產(chǎn)業(yè),為物質(zhì)文明和精神文明提供了基礎(chǔ),但制造業(yè)在產(chǎn)品的生產(chǎn)和處理過程中產(chǎn)生的廢棄物污染了環(huán)境。隨著一系列環(huán)境問題的出現(xiàn),比如臭氧層空洞、土地沙漠化以及淡水污染等,人們的環(huán)保意識(shí)也逐漸增強(qiáng),在購(gòu)買產(chǎn)品時(shí)也更加關(guān)心產(chǎn)品的環(huán)境屬性。在這種情況下,綠色材料必將成為制造業(yè)的重點(diǎn)選擇對(duì)象。對(duì)機(jī)械零件來說,在傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)中,零件材料的選擇主要是按照零件在產(chǎn)品中承擔(dān)的功能進(jìn)行選擇,主要考慮的是材料的力學(xué)性能和特點(diǎn)工作環(huán)境下的一些特殊性能,還考慮到材料的工藝性能,但沒有考慮到選材對(duì)資源的消耗和材料回收再利用的問題。在選材時(shí)設(shè)計(jì)師都是憑借一些經(jīng)驗(yàn)選材,缺少科學(xué)的選材方法。所以選擇機(jī)械零件綠色材料時(shí),不僅要考慮到材料的機(jī)械性能、工藝性能和經(jīng)濟(jì)性,還要考慮到環(huán)境屬性這一重要因素。綠色材料指的是具有良好的使用性能和環(huán)境協(xié)調(diào)性的材料,還具有環(huán)境凈化和治理污染功能的材料,它涉及到材料設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、銷售、使用處理等各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)材料及制成品的環(huán)境行為評(píng)價(jià)應(yīng)包括產(chǎn)品安全性能、產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)合理和重點(diǎn)突出等項(xiàng)目,并且要符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和使用慣例。概括起來講,綠色材料要達(dá)到的目標(biāo)是利用材料的先進(jìn)性。利用材料的環(huán)境適應(yīng)性來達(dá)到人類活動(dòng)范圍和外部環(huán)境的一致協(xié)調(diào)。2模糊綜合評(píng)價(jià)法可以作為一種綠色評(píng)價(jià)方法,也是實(shí)現(xiàn)能源科學(xué)管理決策和節(jié)能設(shè)計(jì)的技術(shù)基礎(chǔ),材料的各個(gè)方面屬性的數(shù)據(jù)是評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。本文的研究從理論上是對(duì)機(jī)械零件綠色材料評(píng)價(jià)理論的拓展,對(duì)評(píng)價(jià)工具上來說是理論與技術(shù)相結(jié)合的創(chuàng)新。采用模糊評(píng)價(jià)方法對(duì)材料進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),建立機(jī)械零件綠色材料評(píng)價(jià)體系,結(jié)合材料的機(jī)械性能、工藝性能、經(jīng)濟(jì)性和綠色度要求,在查詢相關(guān)資料的基礎(chǔ)上并做一些調(diào)查研究,對(duì)材料進(jìn)行綜合模糊評(píng)價(jià),得出的結(jié)果與理論實(shí)際相符,對(duì)綠色設(shè)計(jì)也有一定的設(shè)計(jì)參考價(jià)值,為綠色設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。采用C#.NET開發(fā)模式的評(píng)價(jià),將模糊評(píng)價(jià)和編程語(yǔ)言相結(jié)合,使得對(duì)零件做出模糊評(píng)價(jià)更為方便,也方便數(shù)據(jù)的存儲(chǔ),便于以后將多種材料進(jìn)行對(duì)比。1.2 國(guó)內(nèi)外有關(guān)研究發(fā)展現(xiàn)狀綠色文明已經(jīng)席卷全球,在利用自然的同時(shí)我們更應(yīng)該保護(hù)自然和節(jié)約能源。綠色材料是材料發(fā)展的必然,綠色意識(shí)的增加將提高產(chǎn)品的價(jià)值。隨著 21世紀(jì)的不斷發(fā)展, “綠色”逐漸成為衡量材料品質(zhì)的新標(biāo)準(zhǔn),綠色材料也已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和企業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)。目前在綠色材料方面的研究已經(jīng)取得一系列成果,并且在很多領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。1.2.1 國(guó)內(nèi)有關(guān)研究發(fā)展現(xiàn)狀在選擇綠色材料零件時(shí),毛文 1考慮到材料的機(jī)械性能、工藝性能和經(jīng)濟(jì)性以及環(huán)境屬性等重要因素,建立了機(jī)械零件綠色材料選擇評(píng)價(jià)體系,并且采用了二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)對(duì)減速器材料選擇進(jìn)行了驗(yàn)證,選出了幾種材料中最優(yōu)的材料。最后得出兩個(gè)結(jié)論:(1)在對(duì)機(jī)械零件綠色材料進(jìn)行選擇時(shí),在考慮傳統(tǒng)的機(jī)械性能、工藝性能和經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上,將環(huán)境屬性考慮在內(nèi)。由建立的二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型,可以從多種材料中選出最適用的一種,這對(duì)實(shí)際工作具有一定的指導(dǎo)意義;(2)評(píng)價(jià)時(shí),評(píng)價(jià)權(quán)重集和單因素評(píng)價(jià)矩陣的確立比較費(fèi)時(shí),需要查閱大量相應(yīng)的手冊(cè)和資料,從而從多種材料中客觀地、合理地選擇出最適用的一種材料。對(duì)此,李守澤、李曉松和余建軍 2闡述了綠色材料的概念內(nèi)涵,詳細(xì)評(píng)述了綠色材料評(píng)價(jià)與選擇方法,具體分析了綠色材3料應(yīng)用研究的現(xiàn)狀,提出了綠色材料研究存在的問題,并指出了今后發(fā)展的趨勢(shì)。他們指出在綠色材料的評(píng)價(jià)或決策模型方面,使用的模型方法比較有限,而且模型比較單一。常見到的模型有基于 Vague 集的評(píng)價(jià)方法、TOPSIS 法、多層次灰色綜合評(píng)價(jià)模型、模糊綜合評(píng)價(jià)法等,而且大多數(shù)采用傳統(tǒng)算法,缺乏創(chuàng)新性。因此今后在綠色材料研究方面,對(duì)于使用的決策模型或評(píng)價(jià)模型可以在原有的方法基礎(chǔ)上進(jìn)行合理的改進(jìn)和創(chuàng)新,使得所用的方法更具有科學(xué)性和實(shí)用性。宮清付 3等指出在選擇綠色材料時(shí)應(yīng)遵守如下原則:(1)材料的環(huán)境友好性,這是綠色設(shè)計(jì)和制造的內(nèi)在要求;(2)材料的節(jié)約化,這是綠色設(shè)計(jì)和制造的重要環(huán)節(jié);(3)材料的可循環(huán)性,這是綠色設(shè)計(jì)和制造的根本特征。向東等 4認(rèn)為材料的綠色特性評(píng)估就是針對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)流程進(jìn)行能源、資源、環(huán)保和勞保幾方面的信息收集、量化和評(píng)價(jià)。曹杰和趙立權(quán) 5通過對(duì)材料環(huán)境屬性的分析,建立了綠色材料生命周期的模型評(píng)價(jià)體系,運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)的求權(quán)和理想解的排序相集合的方法,求出一個(gè)加工零件多種材料方案的最優(yōu)解。孫奎洲和戴國(guó)洪 6在對(duì)金屬材料綠色設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)模型設(shè)計(jì)時(shí)提出要計(jì)算金屬材料環(huán)境負(fù)荷值,應(yīng)首先確定過程的輸入輸出參量,即生產(chǎn)中的資源、能源的消耗量和廢氣量。李兆堅(jiān) 7對(duì)塑料材料的生命周期能耗算法進(jìn)行分析研究,認(rèn)為在塑料材料生命周期能耗評(píng)價(jià)時(shí),其能耗應(yīng)包括生產(chǎn)原料的能量;多產(chǎn)品聯(lián)產(chǎn)過程的能耗應(yīng)按所有可用產(chǎn)品均攤;應(yīng)考慮回收再生率、加工成材率和加工能耗對(duì)塑料材料能耗的影響提出了塑料材料生命周期能耗的新算法并對(duì)國(guó)內(nèi)建筑常用塑料制品的材料生命周期能耗進(jìn)行了計(jì)算,得出了幾種材料的生命周期能耗。1.2.2 國(guó)外有關(guān)研究發(fā)展現(xiàn)狀能量消耗是一個(gè)重要的環(huán)境性能考核指標(biāo),可以通過材料能量含量表進(jìn)行判斷 8。荷蘭勞動(dòng)監(jiān)察部提出用 MAC 值來獲取一個(gè)總指標(biāo),用于考慮不同排放物合成空氣和水 9,這個(gè)方法能評(píng)價(jià)整個(gè)周期的材料性能。A . Jnsson 等通過全生命周期評(píng)價(jià)法評(píng)估并比較了油地毯、乙烯樹脂、固體木質(zhì)地板 3 種不同地板材料,結(jié)果表明固體木質(zhì)地板明顯最環(huán)保 11。4綠色材料在多個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)得到應(yīng)用,尤其是在建筑、包裝等行業(yè)的應(yīng)用相對(duì)較多,一些有利的成果也被不斷報(bào)道。Michael F 寫了一本面向工程專業(yè)的大學(xué)生在材料環(huán)境領(lǐng)域的著作,著作包含材料消耗、材料生命周期、面向環(huán)境的材料選擇、可再生材料、材料可持續(xù)性等多個(gè)方面,還展示了 60 多種廣泛使用的材料的環(huán)境性能。Zuoren Nie 和 Tieyong Zuo10認(rèn)為選擇綠色材料時(shí)應(yīng)該注意以下幾點(diǎn):(1)無(wú)毒無(wú)害,包括化學(xué)穩(wěn)定性和生物安全性,避免溫室效應(yīng)和臭氧層破壞等;(2)整個(gè)生命周期能量消耗和資源消耗都很低;(3)可循環(huán)、可重復(fù)利用、容易回收;(4)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠、利用率高;(5)減少環(huán)境污染、保護(hù)凈化環(huán)境等。1.3 本文研究的主要內(nèi)容本課題研究的中心是利用軟件實(shí)現(xiàn)綠色材料的評(píng)價(jià),為機(jī)械零件的綠色設(shè)計(jì)提供決策依據(jù)。具體內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:1)收集常用材料信息,從機(jī)械性能、工藝性能、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境屬性 4 個(gè)方面進(jìn)行具體分析,用這 4 種屬性構(gòu)筑成綠色材料評(píng)價(jià)體系框架,量化這些特征以便作為機(jī)械設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)依據(jù)。2)掌握模糊評(píng)價(jià)方法,采用模糊評(píng)價(jià)方法設(shè)計(jì)程序。模糊評(píng)價(jià)方法具體步驟:(1)構(gòu)建模糊綜合評(píng)價(jià)指標(biāo):進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)是要建立綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取會(huì)直接影響綜合評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性;(2)選用構(gòu)建好的權(quán)重向量:通過經(jīng)驗(yàn)法或者 AHP 層次分析法構(gòu)建好權(quán)重向量;(3)建立評(píng)價(jià)矩陣:要構(gòu)建出好評(píng)價(jià)矩陣就必須要構(gòu)造合適的隸屬函數(shù),保證結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性;(4)權(quán)重和評(píng)價(jià)矩陣的合成:合成適當(dāng)?shù)暮铣梢蜃樱⒔忉尳Y(jié)果向量 12。3)收集相關(guān)資料,使用開發(fā)軟件以及軟件工具的主要功能和運(yùn)行環(huán)境。C#是專門為 .NET 的應(yīng)用而開發(fā)的語(yǔ)言,C#擁有強(qiáng)大且邏輯結(jié)構(gòu)一致的程序設(shè)計(jì)環(huán)境。C# 不僅繼承了 C 語(yǔ)言的語(yǔ)法風(fēng)格,也繼承了 C+的面向?qū)ο蟮奶匦?13。54)使用.net 開發(fā)平臺(tái)并以 C#語(yǔ)言為軟件開發(fā)工具,完成材料信息等計(jì)算機(jī)管理分析計(jì)算并進(jìn)行編程。2 應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)的綠色材料評(píng)價(jià)方法2.1 綠色材料的一般要求對(duì)綠色材料的要求除了考慮具有一般材料的耐磨性、韌性、疲勞強(qiáng)度、工藝性和經(jīng)濟(jì)性外,還需要考慮環(huán)境因素,因此對(duì)綠色度還有一定的要求,例如環(huán)境污染度、資源消耗率和回收利用率,材料的環(huán)境屬性由綠色度直接反應(yīng),包括對(duì)資源的消耗,對(duì)環(huán)境造成的污染,和對(duì)材料回收再利用的處理,其中對(duì)環(huán)境造成的污染和對(duì)資源的消耗尤為關(guān)注。2.2 建立二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)模型 要建立模糊評(píng)價(jià)模型,需要先確定評(píng)價(jià)對(duì)象的因素集。本次課題在綠色材料選擇原則上從 4 個(gè)方面進(jìn)行考慮,即材料的工藝性能、 、機(jī)械性能、綠色度和經(jīng)濟(jì)性。由于評(píng)價(jià)體系涉及的因素較多,所以采用二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)對(duì)材料進(jìn)行評(píng)價(jià)。本次計(jì)算選取 45 鋼、40Cr、QT600、普通陶瓷和聚丙烯這 5 種材料作為實(shí)例進(jìn)行模糊評(píng)價(jià)并計(jì)算,并將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到軟件數(shù)據(jù)庫(kù),作為實(shí)例查詢。機(jī)械零件綠色材料選擇綜合評(píng)價(jià)體系框架圖如下所示。6圖 2-1 綠色材料綜合評(píng)價(jià)體系框架1)評(píng)價(jià)因素集:U = (2-1) 1,2 ,3 ,4 式中: 是機(jī)械性能因素集; 是工藝性能因素集; 是經(jīng)濟(jì)性因素集;1 2 3 是綠色度因素集。4對(duì)于式中的每個(gè) 又有:= =疲勞強(qiáng)度,塑性,韌性,耐磨性 1 11, 12, 13, 14= =熱處理性能,機(jī)加工性能性 2 21, 22= =回收成本,加工成本,材料成本 3 31, 32, 33= =回收利用,環(huán)境污染,能源消耗 4 41, 42, 43式中: 為每類因素集中的具體影響因素; 為第 i 組因素所含因素的個(gè) 數(shù)。2)評(píng)價(jià)集為:V = , ,V (2-2)1 2, , 式中: 分別代表可以選用的材料的等級(jí)。1 3)權(quán)重集為:A= , ,A (2-3)1 2, , 塑性耐磨性韌性疲勞強(qiáng)度 機(jī)加工性能 熱處理性能 材料成本加工成本回收成本 能源消耗環(huán)境污染回收利用機(jī)械零件綠色材料選擇評(píng)價(jià)機(jī)械性能 工藝性能 經(jīng)濟(jì)性 綠色度7且 A 滿足歸一化條件,即 =1=14)評(píng)價(jià)矩陣為:(2-4)=12m12m12nrrrr式中: (i =1,2,m;j=1,2,n;0 1)為 =元素對(duì) 元素 的隸屬度; (i=1,2,3,4)為因素集 的單因素評(píng)價(jià)矩陣。 5)綜合評(píng)價(jià):一級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為:= (2-5) 式中: 為 中各因素的權(quán)重,即: 1, 2, 3, 4=( , ) (i=1,2,3,4) (2-6) 12, , 二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)單因素評(píng)價(jià)矩陣為:R= = (2-7)1234B1234A二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為:B =AR (2-8)其中:B= ( ) ,模糊評(píng)價(jià)結(jié)果的選擇遵循最大隸屬度原則,1, 2, , (j=1,2,n)0= 2.3 一級(jí)模糊模型綜合評(píng)價(jià)對(duì)于多項(xiàng)因素決策時(shí),宜采用專家打分法得出單因素評(píng)價(jià)矩陣和評(píng)價(jià)權(quán)重集。專家打分法是由同行業(yè)專家和權(quán)威人士組成的評(píng)價(jià)專家組,按照專家們打分的統(tǒng)計(jì)結(jié)果確定單因素矩陣數(shù)值和權(quán)重值。專家組的決策者應(yīng)為長(zhǎng)期從事綠色材料研究的工作人員以及長(zhǎng)期從事綠色材料研究的評(píng)價(jià)專家。專家在某種原8則上給某種事物上打分,事實(shí)上是建立在事物間的相互比較的基礎(chǔ)上的,從而給出相對(duì)的系數(shù)。在分配權(quán)重系數(shù)時(shí),權(quán)重系數(shù)和為 1,專家填寫權(quán)重因子判斷表時(shí),具體做法是比較每個(gè)二級(jí)指標(biāo)對(duì)一級(jí)指標(biāo)的影響比重,用得出的分?jǐn)?shù)表示比重影響大小。影響比重大,得分大,影響比重小,得分小。2.3.1 材料機(jī)械性能及單因素評(píng)價(jià)矩陣查閱材料各項(xiàng)機(jī)械性能,得出常用材料單因素評(píng)價(jià)矩陣如表 2-1 所示。表 2-1 材料機(jī)械性能單因素評(píng)價(jià)矩陣表疲勞極限 屈服點(diǎn) 韌 性 硬 度材料名稱 /Mpa 1s/MPa AiK/j HB45 鋼 270 0.52 355 0.42 39 0.61 229 0.4440Cr 320 0.62 500 0.6 39 0.61 480 0.92QT600 261 0.5 370 0.44 / 0 270 0.52普通陶瓷 300 0.6 510 0.62 / 0 1000 1聚乙烯 40 0.08 20 0.02 120 0.95 70 0.15評(píng)價(jià)權(quán)重集為 =0.5,0.3,0.1,0.11所以評(píng)價(jià)矩陣為:= (2-9)10.52.60.5.60843421.9591 則一級(jí)模糊評(píng)價(jià)結(jié)果為:= =(0.5,0.3,0.1,0.1)1110.52.60.5.6084342.19591 =(0.494,0.643,0.434,0.586,0.156) (2-10)92.3.2 材料工藝性能及單因素評(píng)價(jià)矩陣采用專家打分法得出的材料工藝性能單因素評(píng)價(jià)矩陣如表 2-2 所示。表 2-2 材料工藝性能單因素評(píng)價(jià)矩陣表材料名稱 熱處理性能 機(jī)加工性能45 鋼 0.6 0.840Cr 0.6 0.6QT600 0.6 0.9普通陶瓷 0.7 0.9聚乙烯 0.5 0.6評(píng)價(jià)權(quán)重集為 =0.4,0.62所以評(píng)價(jià)矩陣為:= (2-11)2 0.6.07.5896則一級(jí)模糊評(píng)價(jià)結(jié)果為:= =(0.4,0.6)222 007.58696=(0.720,0.600,0.780,0.820,0.560) (2-12)2.3.3 材料經(jīng)濟(jì)性及單因素評(píng)價(jià)矩陣由專家打分法得出材料經(jīng)濟(jì)性單因素矩陣如表 2-3 所示。表 2-3 材料經(jīng)濟(jì)性單因素評(píng)價(jià)矩陣表材料名稱 材料成本 加工成本 回收處理成本45 鋼 0.9 0.8 0.840Cr 0.4 0.4 0.4QT600 0.9 0.8 0.8普通陶瓷 0.5 0.4 0.4聚乙烯 0.4 0.3 0.3評(píng)價(jià)權(quán)重集為 =0.3,0.4,0.3310所以評(píng)價(jià)矩陣為:= (2-13)30.94.05.483.則一級(jí)模糊評(píng)價(jià)結(jié)果為:= =(0.3,0.4,0.3)3330.94.05.483.=(0.680,0.400,0.680,0.400,0.330) (2-14)2.3.4 材料綠色度及單因素評(píng)價(jià)矩陣由專家打分法得出材料綠色度單因素矩陣如表 2-4 所示。表 2-4 材料綠色度單因素評(píng)價(jià)矩陣表材料名稱 能源消耗度 環(huán)境污染度 回收再利用度45 鋼 0.8 0.8 0.840Cr 0.2 0.4 0.3QT600 0.8 0.9 0.8普通陶瓷 0.1 0.1 0.8聚乙烯 0.4 0.9 0.9評(píng)價(jià)權(quán)重集為 =0.2,0.4,0.44所以評(píng)價(jià)矩陣為:= (2-15)40.82.01.49.3.8.則一級(jí)模糊評(píng)價(jià)結(jié)果為:= =(0.2,0.4,0.4)4440.82.01.449.3.8.=(0.800,0.320,0.840,0.380,0.800) (2-16)112.4 二級(jí)模糊模型綜合評(píng)價(jià)進(jìn)行二級(jí)綜合評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)該對(duì)機(jī)械零件綠色材料的機(jī)械性能、工藝性能、經(jīng)濟(jì)性和綠色度要求綜合考慮,由專家打分評(píng)定后,確定權(quán)重集為 A =0.4 ,0.3, 0.15,0.15二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)矩陣為:R= = (2-17)1234B0.9.64305860.1772.8.4.32得出二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為:B=AR=(0.4,0.3,0.15,0.15 ) 0.49.630.4.5860.17272.83 =(0.636,0.545,0.636,0.597,0.400) (2-18)=max = = =0.6360 13所以在這 5 種材料中進(jìn)行模糊評(píng)價(jià)并計(jì)算后比較得出 45 鋼和 QT600 作為材料選擇時(shí)最為綠色。123 機(jī)械零件綠色材料評(píng)價(jià)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.1 機(jī)械零件綠色材料評(píng)價(jià)軟件的開發(fā)目標(biāo)本系統(tǒng)的開發(fā)是通過計(jì)算實(shí)現(xiàn)對(duì)綠色材料的評(píng)價(jià),為制造業(yè)綠色材料設(shè)計(jì)人員和管理人員提供一個(gè)易于掌握的機(jī)械零件綠色材料評(píng)價(jià)支持軟件,為研究人員提供支持信息,給使用者提供有關(guān)評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)結(jié)果,為機(jī)械零件的綠色設(shè)計(jì)提供決策依據(jù)。系統(tǒng)能夠建立機(jī)械零件材料信息庫(kù),描述其機(jī)械性能、工藝性能、經(jīng)濟(jì)性和綠色度材料屬性,并建立指標(biāo)體系數(shù)據(jù)庫(kù),然后采用評(píng)價(jià)方法給出評(píng)價(jià)結(jié)果。3.2 機(jī)械零件綠色材料評(píng)價(jià)軟件的開發(fā)原則1)可行性原則。機(jī)械零件綠色材料評(píng)價(jià)軟件以指導(dǎo)綠色評(píng)價(jià)為目標(biāo),所以,系統(tǒng)設(shè)計(jì)要從實(shí)用性和可行性出發(fā),根據(jù)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的可行性設(shè)計(jì)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。2)系統(tǒng)協(xié)調(diào)性。機(jī)械零件綠色材料評(píng)價(jià)軟件由多個(gè)評(píng)價(jià)模塊構(gòu)成,系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果的正確性和模塊之間的協(xié)調(diào)工作機(jī)制有關(guān)。3.3 機(jī)械零件綠色材料評(píng)價(jià)軟件的需求分析機(jī)械零件綠色材料評(píng)價(jià)軟件的設(shè)計(jì)從實(shí)際使用流程出發(fā),根據(jù)評(píng)價(jià)需要,設(shè)計(jì)一級(jí)模糊評(píng)價(jià)窗口和二級(jí)模糊評(píng)價(jià)窗口,最后實(shí)現(xiàn)每一個(gè)評(píng)價(jià)的算法,采用軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合的層次結(jié)構(gòu),面向?qū)ο蟮拈_發(fā)方法和可視的開發(fā)工具。軟件功能圖和流程圖分別如下圖 3-1 和圖 3-2。13圖 3-1 軟件功能圖管理數(shù)據(jù)庫(kù)一級(jí)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)提交輸出結(jié)果一級(jí)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)是否全部輸入?二級(jí)評(píng)價(jià)輸出結(jié)果是否用戶登錄開始結(jié)束圖 3-2 軟件流程圖機(jī)械性能 綠色度經(jīng)濟(jì)性工藝性能143.4 機(jī)械零件綠色材料評(píng)價(jià)軟件的開發(fā)環(huán)境系統(tǒng)總體開發(fā)使用 Visual Studio 軟件為開發(fā)工具,以.NET Framework 4.0為框架,框架圖如下圖 3-3。VS 是完全面向?qū)ο罂梢暬木幊誊浖?,尤其是在開發(fā)界面上有很大的優(yōu)勢(shì)。在使用 C#進(jìn)行算法開發(fā)時(shí),容易實(shí)現(xiàn)算法中設(shè)計(jì)的矩陣運(yùn)算處理。此外,為了解決數(shù)據(jù)的查詢和存儲(chǔ)問題,本系統(tǒng)采用了 SQL 語(yǔ)言和.NET 語(yǔ)言相結(jié)合。后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)采用 SQL Server 2008 數(shù)據(jù)庫(kù),便于操作和管理。圖 3-3 .NET Framework 4.0 框架圖3.5 機(jī)械零件綠色材料評(píng)價(jià)軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)是整個(gè)綠色材料評(píng)級(jí)系統(tǒng)的基礎(chǔ),為評(píng)價(jià)的每個(gè)階段提供數(shù)據(jù)支撐。機(jī)械零件綠色材料的評(píng)價(jià)涉及到多方面的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的完整直接影響整個(gè)綠色材料評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí),必須注意數(shù)據(jù)的安全性和完整性,同時(shí)也要保證數(shù)據(jù)庫(kù)有一定的獨(dú)立性和擴(kuò)展性。數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)圖如下圖 3-4。本次數(shù)據(jù)庫(kù)在設(shè)計(jì)上采用先將 45 鋼、40Cr、QT600、普通陶瓷和聚乙烯 5種機(jī)械零件材料數(shù)據(jù)導(dǎo)入 SQL 數(shù)據(jù)庫(kù),作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)庫(kù)材料構(gòu)成信息如15下圖 3-5(以材料經(jīng)濟(jì)性表為例) 。在使用軟件時(shí),可以直接查找這 5 中材料的信息和評(píng)價(jià)結(jié)果,為了保證數(shù)據(jù)庫(kù)的獨(dú)立性和擴(kuò)展性,在此功能上還實(shí)現(xiàn)了輸入新的機(jī)械零件材料信息后可以計(jì)算出評(píng)價(jià)結(jié)果,并將其保存到數(shù)據(jù)庫(kù),這樣避免了一次性需要向數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)入大量材料信息的繁瑣。在評(píng)價(jià)過程中,數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)為評(píng)價(jià)過程的實(shí)施提供標(biāo)準(zhǔn)和參照的依據(jù),用戶在輸入數(shù)據(jù)后能與其它數(shù)據(jù)進(jìn)行比較、計(jì)算、分析后得到評(píng)價(jià)的結(jié)果。經(jīng)過對(duì)系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì),本系統(tǒng)模擬運(yùn)行基本實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。系統(tǒng)可以對(duì)零件做出一級(jí)模糊評(píng)價(jià)和二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià),系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果可靠性高,具有良好的可維護(hù)性和可擴(kuò)充性。MachinenameCol_1Col_2Col_3Machine WeightCol_1Col_2Col_3Col_4EconomynameCol_1Col_2Col_3Economy WeightCol_1Col_2Col_3TechnologynameCol_1Col_2Technology WeightCol_1Col_2GreennessnameCol_1Col_2Col_3Greenness WeightCol_1Col_2Col_3Synthetical WeightCol_1Col_2Col_3Col_4圖 3-4 數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)關(guān)系圖16圖 3-5 數(shù)據(jù)庫(kù)材料經(jīng)濟(jì)性表格3.6 機(jī)械零件綠色材料評(píng)價(jià)系統(tǒng)軟件使用說明3.6.1 用戶環(huán)境1)硬件要求:內(nèi)存1G;硬盤20G2)軟件要求:操作系統(tǒng):Windows 7 及以上(需安裝.NET FrameWork4.0)數(shù)據(jù)庫(kù):SQL20083.6.2 用戶登錄本系統(tǒng)采用了一般軟件的登錄界面,登錄窗口和登錄主界面分別如下圖 3-5 和圖 3-6。17圖 3-5 系統(tǒng)登錄窗口圖 3-6 系統(tǒng)運(yùn)行主界面3.6.3 一級(jí)模糊評(píng)價(jià)的實(shí)現(xiàn)在主界面上點(diǎn)擊一級(jí)模糊評(píng)價(jià)選項(xiàng)即進(jìn)入一級(jí)模糊評(píng)價(jià)界面,如下圖 3-7所示。圖 3-7 一級(jí)模糊評(píng)價(jià)界面系統(tǒng)初始數(shù)據(jù)為 45 鋼、40Cr、QT600、普通陶瓷和聚乙烯 5 種材料,若用戶需查詢數(shù)據(jù)庫(kù)某種材料的一級(jí)模糊評(píng)價(jià)結(jié)果,則可依次點(diǎn)擊圖 3-7 上方機(jī)械18性能 U1、工藝性能 U2、經(jīng)濟(jì)性 U3 及綠色度 U4 4 個(gè)選項(xiàng)進(jìn)入不同因素集的評(píng)價(jià)結(jié)果界面。例如,查詢普通陶瓷的機(jī)械性能評(píng)價(jià)結(jié)果如下圖 3-8 所示。圖 3-8 機(jī)械性能評(píng)價(jià)界面由于系統(tǒng)初始數(shù)據(jù)較少,所以增加了新材料輸入功能,如圖 3-6 下方 4 個(gè)選項(xiàng),機(jī)械性能(新輸入) 、工藝性能(新輸入) 、經(jīng)濟(jì)性(新輸入)和綠色度(新輸入) 。用戶若要向數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)入新的零件材料信息,只需分別輸入材料名稱和評(píng)價(jià)因素集系數(shù),再點(diǎn)擊計(jì)算即可得出結(jié)果,如下圖 3-9。計(jì)算完成后,數(shù)據(jù)將直接保存到本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)。待數(shù)據(jù)庫(kù)更新完成數(shù)據(jù)后,即可在系統(tǒng)中查找之前輸入的材料。 圖 3-9 新材料機(jī)械性能評(píng)價(jià)界面193.6.4 二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)的實(shí)現(xiàn)用戶在系統(tǒng)主界面點(diǎn)擊二級(jí)模糊評(píng)價(jià)即可進(jìn)入綜合評(píng)價(jià)界面,和一級(jí)模糊評(píng)價(jià)類似,用戶可以在材料名稱一欄選擇需查看的材料名稱,點(diǎn)擊計(jì)算即可得出材料的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果,如下圖 3-10 所示。若用戶需要加入新的材料,只需在一級(jí)模糊評(píng)價(jià)系統(tǒng)將新材料信息補(bǔ)充完整,即可保存到數(shù)據(jù)庫(kù),將數(shù)據(jù)庫(kù)更新之后,進(jìn)行二級(jí)綜合評(píng)價(jià)時(shí)也能對(duì)新輸入的材料進(jìn)行應(yīng)用。圖 3-10 二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)界面3.7 評(píng)價(jià)軟件技術(shù)的實(shí)現(xiàn) 在應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),需要與數(shù)據(jù)庫(kù)鏈接以便程序能夠訪問數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù),VS.NET 自身不具備對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作的功能,對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)處理需要通過 .NET Frame Work 中面向數(shù)據(jù)庫(kù)編程的類庫(kù)來實(shí)現(xiàn),詳細(xì)代碼請(qǐng)見附錄。3.8 實(shí)例驗(yàn)證要進(jìn)一步證明系統(tǒng)的正確性,需要收集樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。本節(jié)以 40SiMn為例進(jìn)行模糊計(jì)算并使用系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。 1)機(jī)械性能評(píng)價(jià)機(jī)械性能因素集:=疲勞強(qiáng)度,塑性,韌性,耐磨性=0.61,0.53,0.85,0.43,1評(píng)價(jià)權(quán)重集為 =0.5,0.3,0.1,0.11模糊評(píng)價(jià)結(jié)果為 0.59220由機(jī)械零件綠色材料評(píng)價(jià)系統(tǒng)得出 42SiMn 的機(jī)械性能模糊評(píng)價(jià)結(jié)果如下圖 3-11 所示。圖 3-11 42SiMn 機(jī)械性能模糊評(píng)價(jià)2)工藝性能評(píng)價(jià)工藝性能因素集:=熱處理性能,機(jī)加工性能性=0.6,0.62評(píng)價(jià)權(quán)重集為 =0.4,0.62模糊評(píng)價(jià)結(jié)果為 0.60由機(jī)械零件綠色材料評(píng)價(jià)系統(tǒng)得出 42SiMn 的工藝性能模糊評(píng)價(jià)結(jié)果如下圖 3-12 所示。21圖 3-12 42SiMn 工藝性能模糊評(píng)價(jià)3)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)性因素集:=回收成本,加工成本,材料成本=0.4,0.4,0.63評(píng)價(jià)權(quán)重集為 =0.3,0.4,0.33模糊評(píng)價(jià)結(jié)果為 0.46由機(jī)械零件綠色材料評(píng)價(jià)系統(tǒng)得出 42SiMn 的經(jīng)濟(jì)性模糊評(píng)價(jià)結(jié)果如下圖3-13 所示。圖 3-13 42SiMn 經(jīng)濟(jì)性模糊評(píng)價(jià)4)綠色度評(píng)價(jià)綠色度因素集:=回收利用,環(huán)境污染,能源消耗=0.6,0.4,0.44評(píng)價(jià)權(quán)重集為 =0.2,0.4,0.44模糊評(píng)價(jià)結(jié)果為 0.48由機(jī)械零件綠色材料評(píng)價(jià)系統(tǒng)得出 42SiMn 的綠色度模糊評(píng)價(jià)結(jié)果如下圖3-14 所示。22圖 3-14 42SiMn 綠色度模糊評(píng)價(jià)5)二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)權(quán)重集為 A=0.4,0.3,0.15,0.15模糊評(píng)價(jià)結(jié)果為 0.558由機(jī)械零件綠色材料評(píng)價(jià)系統(tǒng)得出 42SiMn 的二級(jí)綜合模糊評(píng)價(jià)結(jié)果如下圖 3-15 所示。圖 3-15 42SiMn 二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)通過評(píng)價(jià)軟件計(jì)算所得結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,得出該評(píng)價(jià)軟件能正確運(yùn)行并計(jì)算出模糊評(píng)價(jià)值。234.結(jié)論本文就機(jī)械零件綠色材料的相關(guān)研究進(jìn)行了分析和總結(jié),以幾種機(jī)械零件綠色材料為實(shí)例進(jìn)行模糊評(píng)價(jià)計(jì)算,并使用.NET C#語(yǔ)言開發(fā)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械零件綠色材料模糊評(píng)價(jià)軟件,通過實(shí)例驗(yàn)證了評(píng)價(jià)軟件的正確性。綠色材料逐漸成為研究熱點(diǎn),國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)取得一定的研究成果。在對(duì)機(jī)械零件綠色材料進(jìn)行選擇時(shí), 在考慮傳統(tǒng)的機(jī)械性能、工藝性能和經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上, 將環(huán)境屬性考慮在內(nèi)。由建立的二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型, 可以從多種可用材料中選出最適用的一種, 這對(duì)實(shí)際工作具有一定的指導(dǎo)意義。雖然目前在綠色材料方面的研究已經(jīng)取得了一系列成果,并且在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,但是綠色材料的研究依然是一個(gè)新的學(xué)科,還存在非常大的研究空間,需要相關(guān)研究人員共同努力,進(jìn)一步深入研究,來突破綠色材料研究中存在的一些問題。所以在今后的綠色材料研究方面,對(duì)使用評(píng)價(jià)模型和決策模型來說,可以在原有方法的基礎(chǔ)上做出合理的改進(jìn)和適當(dāng)?shù)膭?chuàng)新,這樣使所用方法更加科學(xué)和實(shí)用。24參考文獻(xiàn)1 毛文.機(jī)械零件綠色材料選擇的模糊評(píng)價(jià)體系J.機(jī)械研究與應(yīng)用.2004, 17(6):39-40.2 李守澤,李曉松,余建軍.綠色材料研究綜述J.中國(guó)制造業(yè)信息化.2010, 39(11):1-5.3 宮清付,鮑健強(qiáng)綠色設(shè)計(jì)中的材料選擇J.江漢大學(xué)學(xué)報(bào),2005,22(3):1-3.4 向東,張根寶,汪永超,等.材料綠色特性的壽命循環(huán)評(píng)價(jià)研究J.機(jī)械工程材料,1999,23(2):5-8.5 曹杰,趙立權(quán).綠色材料評(píng)價(jià)體系與方法研究J.華東船舶工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào).2003, 17(6):63-66.6 孫奎周,戴國(guó)洪.金屬材料綠色設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)模型軟件開發(fā)J.機(jī)床與液壓.2005,3(4):62-65.7 李兆堅(jiān).常用塑料材料生命周期能耗計(jì)算分析J. 應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào).2006, 14(1):40-49.8 Weaver P M , Ashby M F, Burgess S. 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