韩自强，莫 虎，林云姣，马灵秀，黄小琦

(1.湖南电气职业技术学院电梯工程学院，湖南 湘潭 411101)(2.湖南电气职业技术学院科研处，湖南 湘潭 411101)(3.湖南电气职业技术学院公共课部，湖南 湘潭 411101)

机械加工是利用合理的加工方法将毛坯转化为产品的过程，加工相同的产品可以采用不同的加工工艺方案，大量研究表明，工艺方案不同，机械加工过程的资源消耗和环境影响也不同，即资源环境属性也不同。对产品加工过程的资源环境属性进行分析和评价是绿色制造的重要内容，也是绿色制造亟需解决的关键技术之一，所以对加工过程资源环境属性问题进行研究具有重要的实际意义[1]。

近年来，很多学者对加工过程资源环境属性问题进行了研究。易敏[2]对锻造工艺的资源消耗和环境影响属性进行了分析，并利用层次分析法找出了锻造工艺中关键的影响因素。谢玉婷等[3]提出一种层次分析和模糊评价相结合的综合评价方法，找出了影响焊接工艺资源环境属性的最大因素。刘爱军等[4]分析了叶轮加工过程的资源环境属性，为矿用通风机的综合资源环境影响评价提供了条件。岳文辉等[5]提出一种基于区间数的加工过程资源环境属性评价模型，采用层次分析法确定指标权重，并利用该模型对发动机关键零部件加工过程资源环境属性进行评价。

以上文献对解决资源环境属性评价问题有积极的借鉴作用，但也有一定的局限性，尤其是在确定评价指标权重时大多采用主观赋权法。主观赋权法的缺点是主观随意性大，容易造成决策失误。而熵权法能减少人为主观性对评价过程的干扰，权重的确定相对客观准确。本文将熵权法与灰色关联分析法结合，提出了一种新的资源环境属性评价方法。

1 建立资源环境属性评价指标体系

资源环境属性主要包括资源消耗和环境影响2部分内容，但是在进行绿色工艺设计时还要考虑生产成本、生产时间和产品质量等因素。遵循决策指标体系建立的原则建立资源环境属性评价指标体系，如图1所示。

图1 资源环境属性评价指标体系

2 基于熵权灰色关联法的资源环境属性评价原理

2.1 利用熵权法确定指标的权重

熵权法是一种客观赋权法，介绍熵权法的原理及应用的文献比较多，该方法相对来说比较成熟，在此不再赘述，熵权法的具体计算步骤参考文献[6]。

2.2 建立基于熵权灰色关联法的资源环境属性评价模型

利用灰色关联分析法进行决策的步骤如下：

(1)

(2)

(3)

4)无量纲化处理，由于式(3)中的数列具有不同的量纲或数量级，为了保证分析结果的可靠性,需要对该数列进行无量纲化处理。通常采用均值化法进行无量纲化，无量纲化后的数据序列形成如下矩阵：

[X0,X1,…,Xm]=

(4)

式中：Xi=[xi(1),xi(2),…,xi(n)]T，为第i个方案中第n个评价指标无量纲化处理以后的数据，i=0,1,…,m；xm(n)为第m个方案中第n个评价指标无量纲化处理以后的数据。

均值化法计算公式如下：

(5)

5)计算比较数列与参考数列对应元素的绝对差值，即：

|x0(j)-xi(j)|

(6)

6)计算两级最大差和两级最小差：

(7)

(8)

7)计算关联系数[7]：

(9)

式中：ζi(j)为第i个方案对应的比较数列第j个指标与参考数列第j个指标之间的关联系数;ρ为分辨系数，0<ρ<1，ρ越大，表示关联性越强，ρ通常取0.5。

8)求加权关联度，加权关联度的大小反映了备选方案和理想方案关联性的强弱，即两者接近程度的大小。加权关联度越大，则两者关联性越强，说明两者越接近。根据加权关联度的大小对备选工艺方案进行排序，即可得出备选工艺方案的优劣次序[8]。

(10)

式中：r0i为第i个方案的加权关联度；wj为参考文献[6]中利用熵权法求出的第j个指标权重。

3 应用实例

为验证模型的实用性，以联接套的3种加工工艺方案为例，联接套的毛坯材料是40Cr圆钢直径φ85 mm，毛坯长度65 mm，其零件图如图2所示。

图2 联接套零件图

工艺方案1：在带锯床(GB4260)上锯断截取长65 mm的毛坯→在数控车床(CK1440A)上平端面，粗、精车外圆至φ80 mm→车φ40 mm预孔→粗、精钻φ50 mm孔，保证孔长度20 mm→车槽、倒角→调头，装夹牢固，车外圆并校正→平端面，保证联接套轴向长度60 mm→车外圆φ60 mm达到图纸精度要求→车内孔φ40 mm达到图纸精度要求→倒角→清理，去毛刺。

工艺方案2：在带锯床(GB4260)上锯断截取长65 mm的毛坯→在数控车床(CKD6140)上用三爪卡盘夹住工件外圆柱面，用中心钻在一个端面上打中心孔→用φ34 mm钻头钻通孔→用内孔车刀车φ40 mm和φ50 mm内孔达到零件图精度要求，并车内槽→车零件图上右端面并倒角→用专用三爪卡盘夹住工件φ50 mm内圆柱面，车φ80 mm外圆和φ60 mm外圆，车两个端面，并倒角，达到零件图精度要求→清理，去毛刺。

工艺方案3：在带锯床(GB4260)上锯断截取长65 mm的毛坯→在普通车床(CA6140)上车端面，外圆φ80 mm，保证其长度40 mm→调头车另一端面，保证联接套轴向总长60.5 mm，车外圆φ61 mm→钻孔φ38.5 mm→车端面，保证总长60 mm→车内孔分别为φ50 mm和φ40 mm达到零件图精度要求→车外圆φ60 mm达到零件图精度要求，车外台阶面长度35 mm→倒角→清理，去毛刺。

通过对3个工艺方案进行清单分析可得资源环境属性评价指标数据，建立评价指标判断矩阵A，见表1。

表1 评价指标判断矩阵A

参考文献[6]通过MATLAB编程利用熵权法可以计算评价指标的权向量wj：

wj=[0.069 2 0.257 3 0.329 4

0.184 5 0.098 2 0.041 7 0.019 7]T

(11)

表1的7个决策指标中，除产品合格率为效益型指标外，其余均为成本型指标，可得参考数列为：

1.3 2.9]T

(12)

由表1、式(2)可以得到比较数列和参考数列,由式(3)可以得到具有4个数列的矩阵如下：

(13)

由式(4)和式(5)可得到无量纲化后的矩阵:

[X0,X1,X2,X3]=

(14)

由式(6)计算比较数列与参考数列对应元素的绝对差值:

(15)

由式(7)和式(8)计算两级最大差和两级最小差：

(16)

(17)

由式(9)ρ=0.5计算关联系数，其结果可以用矩阵表示：

(18)

由式(10)求加权关联度，r01=0.116 8,r02=0.100 7,r03=0.122 4，有r03>r01>r02。

从以上数据可得3种工艺方案资源环境属性的优劣顺序(由优到劣)：方案3>方案1>方案2，这与采用层次分析法和TOPSIS法相结合得出的评价结果一致，说明了该模型具有可行性和实用性。而采用层次分析法确定指标权重时主观随意性大，容易使决策结果出现偏差，本文利用熵权法确定指标权重时能减少人为主观性对评价过程的干扰，权重的确定相对客观准确。

4 结束语

本文将熵权法求权重和灰色关联分析法相结合，对加工过程资源环境属性评价问题进行研究。提出了基于熵权灰色关联法的加工过程资源环境属性评价方法，该方法在确定指标的权重时采用熵权法，可以避免主观赋权法随意性大的缺点，所得的权重相对客观准确，最后通过加工实例验证了该方法的可行性和实用性。此方法可以为企业选择相对绿色的工艺路线提供理论依据，也为资源环境属性评价提供了一种新方法。