随着数控机床普及率的迅速攀升，以各类数控机床为主体的数控加工系统能耗总量巨大、能效低下的问题日益突显，引起社会各界的广泛关注。探索数控加工系统能量消耗的特性与规律，形成能效提升的方法和技术是制造业完成节能减排战略目标、实现可持续发展的重要保障。　　纵观国内外研究现状，对数控加工系统能耗和能效的研究主要围绕设备、工艺和基于智能算法的能耗建模、预测等方面，从工艺路线和工艺参数两个层面展开。动态特性是数控加工系统能耗和能效的重要影响因素，其定量化和系统化描述是该领域的研究热点和难点问题，本文在国家自然科学基金项目“基于工件能耗属性的制造系统能效提升方法研究(项目编号:51275365)”和国家863计划课题“典型机床绿色生产工艺技术评估及应用支持系统研究(课题编号:2014AA041504)”等项目的资助下，对数控加工系统能耗动态特性建模及能效优化方法展开系统研究。　　针对数控加工系统能耗动态特性量化困难的问题，提出一种基于能耗单元工作状态的能耗动态特性分析方法。依据数控加工系统耗能部件功率曲线将其划分为时变能耗单元和非时变能耗单元，对能耗单元在加工过程中的工作状态进行分析，依据工作状态与设备、加工工艺等的关联，构建数控加工系统设备层能耗分析模型;围绕工件加工特征所对应的系列工艺活动，以及活动中能耗单元工作状态流程和工作状态耦合关系与工艺活动中设备、工艺等的关联，构建数控加工系统过程层能耗分析模型。通过设备层和过程层能耗分析模型，对数控加工系统各能耗单元工作状态和工作状态变化对应的能耗情况进行定量化的描述，揭示数控加工系统能耗动态变化的机理与原因。　　针对数控加工系统能耗动态特性系统化描述困难的问题，提出了基于BPMN(Business Process Model and Notation)的数控加工系统动态能耗模型构建方法。对BPMN元素符号的表义进行定义，使之适用于能耗单元工作状态及其变化过程的描述;基于能耗单元工作状态、工作状态流程及工作状态耦合关系的表述，构建数控加工系统BPMN能耗框架模型;基于数控加工系统设备层和过程层能耗分析模型，通过其与框架模型的有机集成，构建数控加工系统BPMN动态能耗模型。通过BPMN框架模型和动态能耗模型，对数控加工系统的能耗以及能量消耗的动态行为进行描述，实现数控加工系统能耗动态特性的系统化、可视化表达。　　针对能效优化影响因素多、层次关联复杂的问题，提出一种基于能耗单元工作状态的数控加工系统能效优化建模方法，并提出自适应进化梯度小生境遗传算法（Self-adaptive and Evolutionary Gradient Niche Genetic Algorithm,SEGNGA）的优化求解方法。基于数控加工系统BPMN动态能耗模型，构建了以能耗和加工时间为目标，综合工艺参数和工艺路线要素的数控加工系统能效优化目标函数;基于数控加工系统的加工质量、切削力、切削功率等约束函数，构建数控加工系统能效多目标优化模型;提出SEGNGA算法对该带约束的多目标优化问题进行求解，并结合案例对优化结果、算法性能进行了验证。　　围绕上述工作，开发数控加工系统能效优化支持系统，实现了上述模型和方法的集成应用。该系统适用于机械制造行业，可实现对数控加工系统动态能耗评估和能效提升，有助于生产人员对设备、工件和工艺等相关因素进行综合决策。对系统的体系结构、功能模块和运行流程等进行研究，并结合案例对系统的应用情况进行说明。