[发明专利]一种面向加工工艺过程的智能制造单元能耗量化方法

说明书

本发明公开了一种面向加工工艺过程的智能制造单元能耗量化方法，定义智能制造单元工件成型过程中的车间运载能耗、车间装载能耗和车间切削能耗；设计智能制造单元基于加工制造过程的零件工艺流程，分析智能制造单元的加工工作流程，完成智能制造车间面向加工工艺过程的动作结构和工艺流程部分，根据智能制造单元的动作结构和工艺流程部分结合定义的车间运载能耗、车间装载能耗和车间切削能耗，得到智能制造单元加工设备在加工工件所产生的的运载能耗、装载能耗和切削能耗。本发明方法能准确、实时、快速地计算出智能制造单元的总能耗、各个设备的能耗、每个动作元的能耗、工件成型各阶段的能耗。

技术领域

本发明属于先进制造与自动化技术领域，具体涉及一种面向加工工艺过程的智能制造单元能耗量化方法。

背景技术

近年来，全球气候恶化、能源短缺、原油危机和环境污染等问题不断加剧，已对世界工业化和再工业化进程提出了巨大挑战，节能减排已成为全球制造业技术及产业发展的重要方向。2019年国家统计局的统计数据显示，装备制造业增长值为6.7％，占规模以上工业增加值的比重为32.5％。可见，机械装备行业越来越成为能源消耗的主要领域，加工车间的能源实时监控对机械装备行业设备运行过程中的电能消耗和节能分析、控制提供了平台支持和数据支持。因此对制造单元各个设备运行阶段的能源实时监测的理论和方法研究，已成为急需解决的问题和亟待突破的领域。

当前，很多学者聚焦在基于制造特征对机床系统设备进行能耗量化，或者是基于广义边界形式对单机床加工系统进行能耗量化，亦或是基于传统机加工工艺(下料、锻造、机加工、热处理等)建立典型工艺碳排放量化模型，而这些对能耗的量化研究仅停留在只对机床设备或者是提出一个广义的量化计算方法，面向加工工艺过程的智能制造单元能耗量化方法仍是一个有待解决的关键科学问题，开展相关方面的研究对于减少设备运行过程的电能消耗具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种面向加工工艺过程的智能制造单元能耗量化方法，通过以智能制造为能耗实时能耗计算的对象，在制造单元整个运行阶段中，根据加工流程和电能消耗的特点，提供制造单元整个运行过程中的能耗数据实时在线采集、计算，为制造单元管理人员提供平台支撑和决策依据，有助于提高制造单元现有设备的加工效率，实现节能减排、高效生产。

本发明采用以下技术方案：

一种面向加工工艺过程的智能制造单元能耗量化方法，定义智能制造单元工件成型过程中的车间运载能耗、车间装载能耗和车间切削能耗；设计智能制造单元基于加工制造过程的零件工艺流程，分析智能制造单元的加工工作流程，完成智能制造车间面向加工工艺过程的动作结构和工艺流程部分，根据智能制造单元的动作结构和工艺流程部分结合定义的车间运载能耗、车间装载能耗和车间切削能耗，得到智能制造单元加工设备在加工工件所产生的运载能耗、装载能耗和切削能耗，通过优化AGV小车的运输距离减少运输能耗，通过优化机械手的装夹运动路径优化装载能耗，通过优化机床加工工件的加工路线优化切削能耗，实现对车间的加工工艺过程能耗优化。

具体的，车间运载能耗为制造单元加工过程中工件往返于机床与仓库之间、机床与机床之间运输所产生的电能消耗；车间装载能耗为制造单元加工过程中工件从仓库到AGV小车、AGV小车到机床过程中机械手所消耗的电能消耗；车间切削能耗为制造单元加工过程中切削工件材料、主轴电机旋转、点亮操作面板、排屑等机床相关操作的部件运行所消耗的电能。

进一步的，车间运载能耗E_tra-mw包括制造单元中的运输设备所消耗的电能，具体为：

E_tra-mw＝∑E_e-agv

其中，E_e-agv表示AGV小车在机床与仓库之间运输工件所产生的AGV小车能耗。