我国是制造业大国,而制造业仍处于以高能耗、高污染、高排放为主要特征的粗放型发展模式,制造业能耗占全国能耗总量比例相当大;能耗量大、能量效率低、碳排放量大是我国制造业当前面临的严峻问题。数控加工系统是由数控机床、工件、刀具、工装夹具以及各种辅助设施构成的典型制造系统,在数控加工过程中涉及大量能量和物料消耗。随着我国制造业数控化率的进一步提升,迫切需要从系统的层面对数控加工系统的能量消耗特征以及优化模型展开研究,实现系统能效的提升。本论文结合国家高技术研究发展计划(863计划)课题“机床产品机械加工制造系统能效优化提升技术及应用”(2014AA041506)和国家自然科学基金面上项目“面向广义能量效率的数控加工工艺规划理论与方法研究”(51475059)等课题,从广义能量效率的角度出发,对数控加工系统优化模型及方法展开研究。首先,在分析数控加工系统能量消耗特点的基础上,提出数控加工系统广义能量消耗的概念,并从直接能耗和间接能耗两个方面对数控加工系统能量消耗进行分类与计算,建立数控加工系统的广义能耗模型;进而,提出广义能量效率的概念,并通过能量利用率和比能两种形式来进行表达;基于所提出的数控加工系统广义能耗模型,从工艺参数、工艺路线和车间作业调度三个层次出发,建立面向广义能量效率的数控加工系统能效优化框架模型。其次,针对数控加工系统工艺参数选择对能量消耗的影响,构建面向工艺参数的数控加工系统广义能效模型;基于此,以加工过程时间和能效作为优化目标,建立集成数控加工系统广义能效与加工时间的工艺参数多目标优化模型,采用改进的非支配遗传算法对该模型进行求解,并采用仿真实验的方式揭示工艺参数与数控加工系统广义能效的映射关系。以某长传动轴的工艺参数优化过程,对所建立的模型进行应用,以验证面向广义能量效率的工艺参数优化模型的节能性。再次,在采用特征元素对数控加工工艺路线进行表达的基础上,针对工艺路线与能量消耗的关系,建立面向数控加工工艺路线的广义能效模型,并考虑以实现能效提升、时间效率提升为优化目标,建立集成广义能量效率与时间效率的数控加工系统工艺路线多目标优化模型,并采用遗传算法对该模型进行求解;以圆柱齿轮加工为例,对其数控加工工艺路线进行优化分析,以实现能效提升。然后,针对数控加工车间作业调度问题对能量消耗的影响,建立面向车间作业调度的数控加工系统广义能效模型;以车间作业调度的广义能量效率与最小完工时间为目标,建立面向广义能效的数控加工车间作业调度问题的多目标优化模型,并采用遗传算法进行求解。最后,介绍了一种面向广义能量效率的数控加工系统能效优化支持系统。该系统可以辅助用户查询、收集、管理零件加工工艺信息以及加工过程中能效信息,为相关人员提供一套加工过程工艺参数、工艺路径和调度管理的优化方案。