机械加工系统工件能耗限额的制定方法研究

摘要

产品能耗限额对于加强产品制造过程能量消耗管理、监控和提高能量效率均十分重要。目前，流程制造行业的产品能耗限额研究已有比较成熟的方法，但对于量大面广的离散制造业，由于其能耗规律的复杂性和动态变化性，其能耗限额制定非常困难，且过去重视与研究不够，致使离散制造业产品能耗限额问题在国际上至今尚未解决。 机械加工制造业作为最典型的离散制造业之一，具有数量多，涉及面广的特点，其能量消耗巨大、能量效率低，节能减排潜力很大。为此本文结合国家自然科学基金和国家高技术研究发展计划（863 计划）课题等项目，对机械加工系统工件能耗限额的制定方法进行了研究，以期为机械加工制造业工件能耗限额的制定提供技术支持。 首先，分析了机械加工系统工件能耗限额特性，并对工件能耗限额的制定方法概述。阐述了机械加工系统能耗规律的复杂性，包括机械加工系统的多能耗构成特性、动态变化性和多层次性；并从企业管理层和加工过程层分析了工件能耗限额的层次特性；同时也分析了机械加工系统工件能耗限额与工艺及设备的关联特性，包括工件能耗限额与机械加工系统的关联特性、与加工设备的关联特性以及与加工工艺的关联特性。在此基础上，分析了工件能耗限额种类的多样性，并提出了面向不同生产需求的多种工件能耗限额的概念。针对多种工件能耗限额概念，概述了机械加工系统工件能耗限额制定方法。 其次，提出了基于预测的机械加工系统工件能耗限额制定方法。对机械加工过程能耗进行了分析，建立了面向能耗限额制定的工件加工过程的能耗预测模型，以及能耗基础数据库、能耗参数和时间参数模型的获取方法。在此基础上，提出了具有历史加工信息的工件能耗限额制定方法和具有加工信息的新工件能耗限额制定方法；并通过案例研究验证了该方法在实际加工过程中工件能耗限额制定的应用。 再次，提出了机械加工系统工件精细能耗限额及制定方法。阐述了工件精细能耗限额的内涵，建立了工件精细能耗限额的构成体系，提出了工件精细能耗限额的制定方法以及精细能耗限额信息卡的思想；并通过案例研究验证了工件精细能耗限额制定方法在实际加工过程中的应用。 然后，提出了机械加工系统工件多目标能耗限额及制定方法。阐述了工件多目标能耗限额的内涵，概述了工件多目标能耗限额制定过程，建立了能耗基础数据库与评价数据模型。在此基础上，提出了基于TOPSIS的多目标综合评价的能耗限额制定方法；并通过案例研究验证了工件多目标能耗限额制定方法在实际加工过程中的应用。 最后，提出了机械加工系统工件动态能耗限额及制定方法。阐述了工件动态能耗限额内涵，提出了动态能耗限额的核心概念——限额比，以及工件动态能耗限额的制定方法，包括提出了基于限额比的工件动态能耗限额评级系统和基于限额比的工件动态能耗限额优化评级系统。通过案例研究验证了工件动态能耗限额制定方法在实际加工过程中的应用。 通过每种方法的实际案例研究初步显示上述制定方法的可行性和实用性，为机械加工系统工件能耗限额制定提供了初步的方法，也为机械加工过程能耗管理、监控以及能效提升提供了有效措施。

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