CN109491323A - 面向节能减排的数控机床负荷-能量效率评估与监测方法 - Google Patents

面向节能减排的数控机床负荷-能量效率评估与监测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109491323A
CN109491323A CN201811305123.0A CN201811305123A CN109491323A CN 109491323 A CN109491323 A CN 109491323A CN 201811305123 A CN201811305123 A CN 201811305123A CN 109491323 A CN109491323 A CN 109491323A
Authority
CN
China
Prior art keywords
numerically
machine tool
controlled machine
load
energy efficiency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811305123.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109491323B (zh
Inventor
贾顺
郑玉洁
刘超
袁清和
王志强
马晓原
张利
王海洋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong University of Science and Technology
Original Assignee
Shandong University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong University of Science and Technology filed Critical Shandong University of Science and Technology
Priority to CN201811305123.0A priority Critical patent/CN109491323B/zh
Publication of CN109491323A publication Critical patent/CN109491323A/zh
Priority to PCT/CN2019/084939 priority patent/WO2020093666A1/zh
Priority to US17/260,744 priority patent/US11243511B2/en
Application granted granted Critical
Publication of CN109491323B publication Critical patent/CN109491323B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/4155—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by programme execution, i.e. part programme or machine function execution, e.g. selection of a programme
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/406—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by monitoring or safety
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/406—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by monitoring or safety
    • G05B19/4065—Monitoring tool breakage, life or condition
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/10—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation
    • G06K7/10009—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves
    • G06K7/10366—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves the interrogation device being adapted for miscellaneous applications
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/32—Operator till task planning
    • G05B2219/32021—Energy management, balance and limit power to tools
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/33—Director till display
    • G05B2219/33071—Self sufficient, agent responsible for own energy, tools
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/37—Measurements
    • G05B2219/37616—Use same monitoring tools to monitor tool and workpiece
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Abstract

本发明公开了一种面向节能减排的数控机床负荷‑能量效率评估与监测方法。该方法首先通过获得评估周期内数控机床实际加工零件数量和理论加工零件数量，计算得到数控机床负荷率。接着通过获得数控机床时间浪费值和机床待机功率，计算得到机床能量浪费值。进一步计算获得单件零件实际加工能耗，结合单件零件理想加工能耗，计算获得数控机床负荷‑能量效率。基于上述得到的数控机床负荷率模型和负荷‑能量效率模型，构建数控机床负荷‑能量效率与负荷率间的关系模型。基于上述评估模型对数控机床负荷‑能量效率进行监测和超限报警。本发明方法对数控机床负荷‑能量效率评估科学，且能够将负荷‑能量效率控制在要求范围内，是一种实用有效的方法。

Description

面向节能减排的数控机床负荷-能量效率评估与监测方法
技术领域
本发明涉及制造业数控机床能量效率评估与能效提升领域，尤其是一种面向节能减排的数控机床负荷-能量效率评估与监测方法。
背景技术
数控机床作为工业的“工作母机”，是制造业中应用广泛且十分关键的设备。数控机床能量效率的评估及提升对于制造业节能减排起着十分重要的作用。研究数控机床负荷-能量效率评估与监测方法对于制造业数控机床能量效率的提升具有重要意义。
数控机床负荷率受数控机床实际加工零件数量和理论加工零件数量的影响；数控机床负荷-能量效率受单件零件理想加工能耗和单件零件实际加工能耗的影响。进一步可建立数控机床负荷-能量效率与数控机床负荷率间的关系模型。当前仍然缺乏一种有效的综合考虑数控机床负荷率对数控机床能量效率影响的评估模型与方法。本发明方法通过综合考虑数控机床负荷率对数控机床能量效率的影响，构建数控机床负荷-能量效率与数控机床负荷率间的关系模型。进一步通过对数控机床负荷-能量效率的监测，实现数控机床负荷-能量效率的超限报警。本发明方法考虑机床速率损失对数控机床能量效率的影响，能够有效准确地评估制造业中数控机床的负荷-能量效率并能对数控机床负荷-能量效率进行超限报警，是一种有效实用的能量效率评估与监测方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够对制造业数控机床负荷-能量效率进行评估和监测的方法，将评估得到的数控机床负荷-能量效率与预先设定的数控机床负荷-能量效率报警下限值进行比较，从而实现数控机床负荷-能量效率的超限报警，使数控机床的负荷-能量效率始终控制在要求的范围之内，保证数控机床的高效节能运行。
面向节能低碳的数控机床负荷-能量效率评估与监测方法，包括如下步骤：
步骤1，通过在每个零件上安装RFID(无线射频识别)标签，零件加工完成后，RFID读写器自动感知被加工零件，零件数量自动加1，得到给定时间周期内数控机床实际加工零件数量，记为Oactual。
步骤2，通过给定时间周期内数控机床的可用时间和零件理想加工时间，计算得到数控机床理论加工零件数量。其计算模型如下：
其中：Otheory表示给定时间周期内数控机床理论加工零件数量，Tavailable表示给定时间周期内数控机床的可用时间，Tideal-CT表示单件零件理想加工时间。
步骤3，基于前述得到的给定时间周期内数控机床数控机床实际加工零件数量和数控机床理论加工零件数量，计算得到数控机床负荷率，其计算模型如下：
其中：ηperformance表示数控机床负荷率，Oactual表示定时间周期内数控机床实际加工零件数量，Otheory表示给定时间周期内数控机床理论加工零件数量。
步骤4，通过在数控机床空气开关处安装能耗测量装置，多次测量数控机床在给定的理想加工参数下加工单个零件的能耗值，求平均值得到单件零件理想加工能耗值，记为Eideal。
步骤5，通过给定时间周期内的数控机床的时间浪费及数控机床待机功率值，计算得到给定时间周期内的数控机床能量浪费值，计算模型如下：
Ewaste＝Twaste×Pstandby
其中：Ewaste表示给定时间周期内的数控机床能量浪费值，Twaste表示给定时间周期内的数控机床的时间浪费，Pstandby表示数控机床待机功率值。
步骤6，根据已得到的给定时间周期内的数控机床能量浪费值，结合给定周期内数控机床实际加工零件数量，获取得到单件零件实际加工能耗值，计算公式如下：
其中：Eactual表示单件零件实际加工能耗值，Oactual表示定时间周期内数控机床实际加工零件数量，Eideal表示单件零件理想加工能耗值，Ewaste表示给定时间周期内的数控机床能量浪费值。
步骤7，基于前述得到的单件零件理想加工能耗值和单件零件实际加工能耗值，计算得到数控机床负荷-能量效率，其计算模型如下：
其中：ηperformance_e表示数控机床负荷-能量效率，Eideal表示单件零件理想加工能耗值，Eactual表示单件零件实际加工能耗值。
步骤8，根据前述得到的数控机床负荷率计算模型和数控机床负荷-能量效率计算模型，推导运算得到数控机床负荷-能量效率与数控机床负荷率间的关系模型，其关系模型表达如下：
其中：ηperformance_e表示数控机床负荷-能量效率，Oactual表示给定时间周期内数控机床实际加工零件数量，Eideal表示单件零件理想加工能耗值，Tavailable表示给定时间周期内数控机床的可用时间，ηperformance表示数控机床负荷率，Pstandby表示数控机床待机功率值。
步骤9，将所得到的给定时间周期内的数控机床负荷-能量效率ηperformance_e与预先设定的数控机床负荷-能量效率报警下限值进行比较，若满足关系式则表明数控机床负荷-能量效率正常。若满足关系式则报警提示数控机床负荷-能量效率异常，同时将该评估周期的数控机床负荷-能量效率以及对应的数控机床负荷率、数控机床能量浪费值显示在显示屏上。
步骤10，生产人员根据步骤9的报警提示，对数控机床零件加工过程进行有针对性的调整，降低数控机床能量浪费值，从而使得数控机床负荷-能量效率提高至正常范围。
在步骤2中，给定时间周期内数控机床的可用时间Tavailable，通过给定时间周期内的计划加工时间减去数控机床停机时间得到，计算模型如下：
Tavailable＝Tplaned-Tdowntime
其中：Tavailable表示给定时间周期内数控机床的可用时间，Tplaned表示给定时间周期内的数控机床计划加工时间，Tdowntime表示给定时间周期内的数控机床停机时间。
在步骤5中，给定时间周期内的数控机床的时间浪费Twaste，通过给定时间周期内数控机床的可用时间减去零件加工总理想时间获得，其计算模型如下：
Twaste＝Tavailable-Oactual×Tideal-CT
其中：Twaste表示给定时间周期内的数控机床的时间浪费，Tavailable表示给定时间周期内数控机床的可用时间，Oactual表示定时间周期内数控机床实际加工零件数量，Tideal-CT表示单件零件理想加工时间。
在步骤5中，数控机床待机功率值Pstandby，通过在数控机床空气开关处安装功率测量装置，多次测量数控机床在待机状态下的功率值并求平均值获得。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明方法综合考虑数控机床速度损失对数控机床负荷率的影响，进一步考虑数控机床负荷率对数控机床能量效率的影响，构建了构建数控机床负荷-能量效率与数控机床负荷率间的关系模型。进一步通过对数控机床负荷-能量效率的监测，实现数控机床负荷-能量效率的超限报警。本发明方法考虑数控机床速率损失对数控机床能量效率的影响，能够有效准确地评估制造业中数控机床的负荷-能量效率。本发明方法能够有针对性地评估制造业数控机床负荷-能量效率，并能对数控机床负荷-能量效率进行超限报警，是一种有效实用的数控机床负荷-能量效率评估与监测方法。本发明方法科学实用且可以推广至其它机械装备的负荷-能量效率评估与监测，如：输送机等。
附图说明
图1为本发明方法的流程示意图；
图2为本发明方法的设备配置示意图。
具体实施方式
现结合实施例及附图对本发明进行详细解释。
本发明提出一种面向节能减排的数控机床负荷-能量效率评估与监测方法。本发明方法的流程示意图如图1所示，首先，借助附着在零件上的RFID标签及RFID读写器，感知获取得到给定时间周期内数控机床实际加工零件数量。接着，根据给定时间周期内数控机床的可用时间和零件理想加工时间，计算得到数控机床理论加工零件数量。基于所得到的数控机床实际加工零件数量和理论加工零件数量，计算得到数控机床负荷率。通过多次测量数控机床在理想加工参数下加工单个零件的能耗值，求平均值得到单件零件理想加工能耗值。通过给定时间周期内数控机床的时间浪费及数控机床待机功率值，计算得到给定时间周期内的数控机床能量浪费值。进一步根据已得到的给定时间周期内数控机床能量浪费值，并结合给定时间周期内数控机床实际加工零件数量，获取得到单件零件实际加工能耗值。根据得到的单件零件理想加工能耗值和单件零件实际加工能耗值，计算得到数控机床负荷-能量效率。基于已建立的数控机床负荷率模型和数控机床负荷-能量效率模型，构建数控机床负荷-能量效率与数控机床负荷率间的关系模型。基于上述关系模型进行数控机床负荷-能量效率监测并实现超限报警功能，使数控机床负荷-能量效率控制在要求的范围之内。
如图2所示，本发明所涉及的设备配置主要包括：功率分析仪、RFID标签、RFID读写器、安装Sql数据库的计算机和显示屏。功率分析仪用于测量得到数控机床待机功率和数控机床加工零件的能耗；RFID标签附着在零件上，用于标识零件；RFID读写器通过感知RFID标签，获取得到加工零件数量；安装Sql数据库的计算机，用于存储采集得到的数控机床加工零件数量信息以及数控机床功率、能耗及能量效率信息；显示屏与计算机相连，用于显示数控机床负荷-能量效率、负荷率及数控机床能量浪费信息。
本发明实施例以数控机床CK6153i为例，其加工的零件为批零加工圆柱形零件，采用本发明方法对其负荷-能量效率进行评估和监测，并对其负荷-能量效率超限情况进行报警提示。
1.获取数控机床实际加工零件数量
对数控机床负荷-能量效率每隔1小时评估一次，因此，给定时间周期为1小时。数控机床实际加工零件数量初始值设置为0(Oactual＝0)。在每个零件上都附着有RFID标签，当零件在数控机床上加工结束后，会经过RFID读写器，RFID读写器能够自动感知到经过的RFID标签，数控机床实际加工零件数量自动累加1(Oactual＝Oactual+1)。以7月28日上午9:00-10:00为例，数控机床CK6153i共加工零件24件，RFID感知到个RFID标签，得到数控机床实际加工零件数量Oactual＝24件。
2.获取数控机床理论加工零件数量
由于数控机床负荷-能量效率每隔1小时评估一次，因此，需要获取得到1小时内数控机床理论加工零件数量。
仍以7月28日上午9:00-10:00为例，在该时间周期内数控机床的计划加工时间为60分钟(Tplaned＝3600秒)，数控机床因调整而造成的停机时间为5分钟(Tdowntime＝300秒)。数控机床的可用时间计算模型为Tavailable＝Tplaned-Tdowntime。其中，Tavailable表示数控机床的可用时间，单位为秒(s)；Tplaned表示数控机床计划加工时间，单位为秒(s)；Tdowntime表示数控机床停机时间，单位为秒(s)。将7月28日上午9:00-10:00的数据Tplaned＝3600和Tdowntime＝300秒代入公式，可以得到该评估周期内数控机床的可用时间Tavailable＝Tplaned-Tdowntime＝3600-300＝3300秒。根据历史信息得到该零件的单件零件理想加工时间Tideal-CT＝120秒/件。数控机床理论加工零件数量计算模型为其中，Otheory表示给定时间周期内数控机床理论加工零件数量，单位为件；Tavailable表示给定时间周期内数控机床的可用时间，单位为秒(s)；Tideal-CT表示单件零件理想加工时间，单位为秒(s)。将已经得到的评估周期内数控机床的可用时间Tavailable＝3300秒和单件零件理想加工时间Tideal-CT＝120秒/件，代入公式计算得到数控机床理论加工零件数量Otheory＝27件。
3.获取数控机床负荷率
根据已获得的评估周期内的数控机床实际加工零件数量和理论加工零件数量，计算获得数控机床负荷率，其计算模型为其中，ηperformance表示数控机床负荷率，Oactual表示定时间周期内数控机床实际加工零件数量，单位为件；Otheory表示给定时间周期内数控机床理论加工零件数量，单位为件。仍以7月28日上午9:00-10:00为例，已获得该评估周期内数控机床实际加工零件数量Oactual＝24件，数控机床理论加工零件数量Otheory＝27件，将上述数据代入公式计算获得数控机床负荷率ηperformance＝88.9％。
4.获取单件零件理想加工能耗
在数控机床CK6153i空气开关处安装能耗测量装置，本实施例中所使用的的能耗测量装置为功率分析仪，功率分析仪器能够同时记录机床加工过程中的功率及能耗信息。多次测量数控机床在给定的理想加工参数下加工单个零件的能耗值，测量得到的30次在理想加工参数下单个零件的能耗值如表1所示。
表1
将表1中得到的30个能耗值计算平均值，可得到单件零件理想加工能耗值Eideal＝151.7(kJ)。
5.获取机床能量浪费值
在给定时间周期内的数控机床能量浪费值由数控机床的时间浪费及待机功率值共同决定。因此需要先获取数控机床的时间浪费和待机功率值。
5.1获取数控机床的时间浪费
仍以7月28日上午9:00-10:00为例，已得到该评估周期内数控机床的可用时间Tavailable＝3300秒，单件零件理想加工时间Tideal-CT＝120秒/件以及该周期内数控机床实际加工零件数量Oactual＝24件。给定时间周期内的数控机床的时间浪费Twaste的计算模型为Twaste＝Tavailable-Oactual×Tideal-CT。其中：Twaste表示给定时间周期内的数控机床的时间浪费，单位为秒(s)；Tavailable表示给定时间周期内数控机床的可用时间，单位为秒(s)；Oactual表示定时间周期内数控机床实际加工零件数量，单位为件；Tideal-CT表示单件零件理想加工时间，单位为秒/件。将已获取得到的Tavailable＝3300秒，Tideal-CT＝120秒/件和Oactual＝24件带入上述公式，计算得到该周期内数控机床的时间浪费为Twaste＝Tavailable-Oactual×Tideal-CT＝3300-24×120＝420(s)。
5.2获取数控机床的待机功率值
数控机床CK6153i空气开关处安装功率测量装置，本实施例中所使用的的功率测量装置为功率分析仪。启动数控机床CK6153i，不进行任何操作，使机床处于待机状态，测量50组机床待机功率值，如表2所示。
表2
将表2中得到的50个机床待机功率值计算平均值，可得到数控机床待机功率值Pstandby＝0.32(kW)。
给定时间周期内数控机床能量浪费值的计算模型为Ewaste＝Twaste×Pstandby。其中：Ewaste表示给定时间周期内的数控机床能量浪费值，单位为千焦(kJ)；Twaste表示给定时间周期内的数控机床的时间浪费，单位为秒(s)；Pstandby表示数控机床待机功率值,单位为千瓦(kW)。将已获得的Twaste＝420秒和Pstandby＝0.32千瓦，带入上述公式计算得到数控机床能量浪费值Ewaste＝420×0.32＝134.4(kJ)
6.获取单件零件实际加工能耗
仍以7月28日上午9:00-10:00为例，已获取得到数控机床能量浪费值Ewaste＝134.4kJ，该周期内数控机床实际加工零件数量Oactual＝24件，单件零件理想加工能耗值Eideal＝151.7kJ。单件零件实际加工能耗值的计算公式为：其中：Eactual表示单件零件实际加工能耗值，单位为千焦(kJ)；Oactual表示定时间周期内数控机床实际加工零件数量，单位为件；Eideal表示单件零件理想加工能耗值，单位为千焦(kJ)；Ewaste表示给定时间周期内的数控机床能量浪费值，单位为千焦(kJ)。将已得到的Ewaste＝134.4kJ，Oactual＝24件，Eideal＝151.7kJ带入上述公式，计算得到该周期内单件零件实际加工能耗值
7.获取数控机床负荷-能量效率
根据已获得的数控机床单件零件理想加工能耗和单件零件实际加工能耗，计算获取数控机床负荷-能量效率，其计算公式为：其中：ηperformance_e表示数控机床负荷-能量效率；Eideal表示单件零件理想加工能耗值，单位为千焦(kJ)；Eactual表示单件零件实际加工能耗值单位为千焦(kJ)。仍以7月28日上午9:00-10:00为例，已得到该周期内单件零件理想加工能耗值Eideal＝151.7kJ，单件零件实际加工能耗值Eactual＝157.3kJ。将上述数据带入公式计算得到该周期内数控机床能量-负荷效率为
8.获取数控机床负荷-能量效率与负荷率关系模型
根据建立的数控机床负荷率计算模型和数控机床负荷-能量效率计算模型，推导运算得到数控机床负荷-能量效率与数控机床负荷率间的关系模型，其关系模型表达为：其中：ηperformance_e表示数控机床负荷-能量效率；Oactual表示给定时间周期内数控机床实际加工零件数量，单位为件；Eideal表示单件零件理想加工能耗值，单位为千焦(kJ)；Tavailable表示给定时间周期内数控机床的可用时间，单位为秒(s)；ηperformance表示数控机床负荷率，Pstandby表示数控机床待机功率值，单位为千瓦(kW)。仍以7月28日上午9:00-10:00为例，已得到该周期内数控机床实际加工零件数量Oactual＝24件，单件零件理想加工能耗值Eideal＝151.7kJ，数控机床的可用时间Tavailable＝3300s，数控机床待机功率值Pstandby＝0.32kW。将上述数据带入关系模型中，数控机床负荷-能量效率与数控机床负荷率间的关系模型进一步表示为：
9.进行数控机床负荷-能量效率监测及超限报警
将所得到的评估周期内的数控机床负荷-能量效率ηperformance_e与预先设定的机床负荷-能量效率报警下限值进行比较。本发明中的数控机床负荷-能量效率报警下限根据数控机床负荷-能量效率历史数据统计分析并结合管理者的经验确定。若实施例中数控机床负荷-能量效率报警下限仍以7月28日上午9:00-10:00为例，已得到评估周期内的数控机床负荷-能量效率ηperformance_e＝96.4％，则满足关系式表明数控机床负荷-能量效率正常。承接前例，若将数控机床负荷-能量效率报警下限设为97％，则满足关系式此时报警提示数控机床负荷-能量效率异常，低于数控机床负荷-能量效率下限，同时将该评估周期内的数控机床负荷-能量效率(ηperformance_e＝96.4％)以及对应的数控机床负荷率(ηperformance＝88.9％)以及该评估周期内数控机床能量浪费值(Ewaste＝134.4kJ)显示在显示屏上。
10.根据报警提示，调整数控机床参数使其负荷-能量效率提高至正常范围
机床操作人员根据步骤9的报警提示，对数控机床加工参数进行有针对性的调整，使得数控机床负荷-能量效率提高至正常范围。
本发明方法可以用于制造业中数控机床负荷-能量效率的科学评估与监测，使得数控机床负荷-能量效率控制在要求的范围之内，实现数控机床高效节能运行。本发明方法为实现制造业节能减排提供有效的方法和技术支持。
最后说明的是，以上实施案例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明方法的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.面向节能减排的数控机床负荷-能量效率评估与监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，通过在每个零件上安装RFID(无线射频识别)标签，零件加工完成后，RFID读写器自动感知被加工零件，零件数量自动加1，得到给定时间周期内数控机床实际加工零件数量，记为Oactual。
步骤2，通过给定时间周期内数控机床的可用时间和零件理想加工时间，计算得到数控机床理论加工零件数量。其计算模型如下：
其中：Otheory表示给定时间周期内数控机床理论加工零件数量，Tavailable表示给定时间周期内数控机床的可用时间，Tideal-CT表示单件零件理想加工时间。
步骤3，基于前述得到的给定时间周期内数控机床数控机床实际加工零件数量和数控机床理论加工零件数量，计算得到数控机床负荷率，其计算模型如下：
其中：ηperformance表示数控机床负荷率，Oactual表示定时间周期内数控机床实际加工零件数量，Otheory表示给定时间周期内数控机床理论加工零件数量。
步骤4，通过在数控机床空气开关处安装能耗测量装置，多次测量数控机床在给定的理想加工参数下加工单个零件的能耗值，求平均值得到单件零件理想加工能耗值，记为Eideal。
步骤5，通过给定时间周期内的数控机床的时间浪费及数控机床待机功率值，计算得到给定时间周期内的数控机床能量浪费值，计算模型如下：
Ewaste＝Twaste×Pstandby
其中：Ewaste表示给定时间周期内的数控机床能量浪费值，Twaste表示给定时间周期内的数控机床的时间浪费，Pstandby表示数控机床待机功率值。
步骤6，根据已得到的给定时间周期内的数控机床能量浪费值，结合给定周期内数控机床实际加工零件数量，获取得到单件零件实际加工能耗值，计算公式如下：
其中：Eactual表示单件零件实际加工能耗值，Oactual表示定时间周期内数控机床实际加工零件数量，Eideal表示单件零件理想加工能耗值，Ewaste表示给定时间周期内的数控机床能量浪费值。
步骤7，基于前述得到的单件零件理想加工能耗值和单件零件实际加工能耗值，计算得到数控机床负荷-能量效率，其计算模型如下：
其中：ηperformance_e表示数控机床负荷-能量效率，Eideal表示单件零件理想加工能耗值，Eactual表示单件零件实际加工能耗值。
步骤8，根据前述得到的数控机床负荷率计算模型和数控机床负荷-能量效率计算模型，推导运算得到数控机床负荷-能量效率与数控机床负荷率间的关系模型，其关系模型表达如下：
其中：ηperformance_e表示数控机床负荷-能量效率，Oactual表示定时间周期内数控机床实际加工零件数量，Eideal表示单件零件理想加工能耗值，Tavailable表示给定时间周期内数控机床的可用时间，ηperformance表示数控机床负荷率，Pstandby表示数控机床待机功率值。
步骤9，将所得到的给定时间周期内的数控机床负荷-能量效率ηperformance_e与预先设定的数控机床负荷-能量效率报警下限值进行比较，若满足关系式则表明数控机床负荷-能量效率正常。若满足关系式则报警提示数控机床负荷-能量效率异常，同时将该评估周期的数控机床负荷-能量效率以及对应的数控机床负荷率、数控机床能量浪费值显示在显示屏上。
步骤10，生产人员根据步骤9的报警提示，对数控机床零件加工过程进行有针对性的调整，降低数控机床能量浪费值，从而使得数控机床负荷-能量效率提高至正常范围。
2.如权利要求1所述面向节能减排的数控机床负荷-能量效率评估与监测方法，其特征在于，在步骤2中，给定时间周期内数控机床的可用时间Tavailable，通过给定时间周期内的计划加工时间减去数控机床停机时间得到，计算模型如下：
Tavailable＝Tplaned-Tdowntime
其中：Tavailable表示给定时间周期内数控机床的可用时间，Tplaned表示给定时间周期内的数控机床计划加工时间，Tdowntime表示给定时间周期内的数控机床停机时间。
3.如权利要求1所述面向节能减排的数控机床负荷-能量效率评估与监测方法，其特征在于，在步骤5中，给定时间周期内的数控机床的时间浪费Twaste，通过给定时间周期内数控机床的可用时间减去零件加工总理想时间获得，其计算模型如下：
Twaste＝Tavailable-Oactual×Tideal-CT
其中：Twaste表示给定时间周期内的数控机床的时间浪费，Tavailable表示给定时间周期内数控机床的可用时间，Oactual表示定时间周期内数控机床实际加工零件数量，Tideal-CT表示单件零件理想加工时间。
4.如权利要求1所述面向节能减排的数控机床负荷-能量效率评估与监测方法，其特征在于，在步骤5中，数控机床待机功率值Pstandby，通过在数控机床空气开关处安装功率测量装置，多次测量数控机床在待机状态下的功率值并求平均值获得。
CN201811305123.0A 2018-11-05 2018-11-05 面向节能减排的数控机床负荷-能量效率评估与监测方法 Active CN109491323B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811305123.0A CN109491323B (zh) 2018-11-05 2018-11-05 面向节能减排的数控机床负荷-能量效率评估与监测方法
PCT/CN2019/084939 WO2020093666A1 (zh) 2018-11-05 2019-04-29 面向节能减排的数控机床负荷-能量效率评估与监测方法
US17/260,744 US11243511B2 (en) 2018-11-05 2019-04-29 Load-energy efficiency evaluation and monitoring method for achieving energy conservation and emission reduction of numerical control machine tool

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811305123.0A CN109491323B (zh) 2018-11-05 2018-11-05 面向节能减排的数控机床负荷-能量效率评估与监测方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109491323A true CN109491323A (zh) 2019-03-19
CN109491323B CN109491323B (zh) 2020-12-11

Family

ID=65693734

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811305123.0A Active CN109491323B (zh) 2018-11-05 2018-11-05 面向节能减排的数控机床负荷-能量效率评估与监测方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11243511B2 (zh)
CN (1) CN109491323B (zh)
WO (1) WO2020093666A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110111028A (zh) * 2019-05-23 2019-08-09 上海申瑞继保电气有限公司 产品生产线的单耗监测方法
CN110555608A (zh) * 2019-08-23 2019-12-10 山东科技大学 一种主井提升系统综合效率多级预警方法
WO2020093666A1 (zh) * 2018-11-05 2020-05-14 山东科技大学 面向节能减排的数控机床负荷-能量效率评估与监测方法
WO2024040702A1 (zh) * 2022-08-20 2024-02-29 山东科技大学 数控机床时间-能量效率评估与控制方法、系统及装置

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109753017B (zh) * 2019-01-29 2020-04-07 重庆大学 数控机床的固有能效要素函数获取系统与获取方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000061745A (ja) * 1998-08-17 2000-02-29 Ikuo Tanabe 加工途中で部品の中間組立を行う締結システム
JP2007234002A (ja) * 2006-02-06 2007-09-13 Citizen Holdings Co Ltd 数値制御工作機械、この数値制御工作機械におけるワークの加工方法
CN106249699A (zh) * 2016-09-23 2016-12-21 重庆大学 数控机床加工阶段节能运行方法、评估方法、装置及系统
CN107214525A (zh) * 2017-05-16 2017-09-29 合肥市瀚坤机械有限公司 一种节能式数控机床

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5286324B2 (ja) * 2010-04-28 2013-09-11 関東精機株式会社 加熱・冷却温度制御装置
DE102012016780B4 (de) * 2012-06-01 2021-07-22 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Fluidpumpe
US20200301408A1 (en) * 2017-05-25 2020-09-24 Johnson Controls Technology Company Model predictive maintenance system with degradation impact model
CN108665168B (zh) * 2018-05-14 2021-09-07 山东科技大学 一种精益生产用主井提升系统综合效率评估与监测方法
CN109491323B (zh) * 2018-11-05 2020-12-11 山东科技大学 面向节能减排的数控机床负荷-能量效率评估与监测方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000061745A (ja) * 1998-08-17 2000-02-29 Ikuo Tanabe 加工途中で部品の中間組立を行う締結システム
JP2007234002A (ja) * 2006-02-06 2007-09-13 Citizen Holdings Co Ltd 数値制御工作機械、この数値制御工作機械におけるワークの加工方法
CN106249699A (zh) * 2016-09-23 2016-12-21 重庆大学 数控机床加工阶段节能运行方法、评估方法、装置及系统
CN107214525A (zh) * 2017-05-16 2017-09-29 合肥市瀚坤机械有限公司 一种节能式数控机床

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
何彦等: "数控机床多能量源的动态能耗建模与仿真方法", 《机械工程学报》 *
赵平等: "基于数控机床载荷损耗特性的能耗在线监测方法的研究", 《机床与液压》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020093666A1 (zh) * 2018-11-05 2020-05-14 山东科技大学 面向节能减排的数控机床负荷-能量效率评估与监测方法
US11243511B2 (en) 2018-11-05 2022-02-08 Shandong University Of Science And Technology Load-energy efficiency evaluation and monitoring method for achieving energy conservation and emission reduction of numerical control machine tool
CN110111028A (zh) * 2019-05-23 2019-08-09 上海申瑞继保电气有限公司 产品生产线的单耗监测方法
CN110111028B (zh) * 2019-05-23 2023-05-02 上海申瑞继保电气有限公司 产品生产线的单耗监测方法
CN110555608A (zh) * 2019-08-23 2019-12-10 山东科技大学 一种主井提升系统综合效率多级预警方法
WO2021035893A1 (zh) * 2019-08-23 2021-03-04 山东科技大学 一种主井提升系统综合效率多级预警方法
WO2024040702A1 (zh) * 2022-08-20 2024-02-29 山东科技大学 数控机床时间-能量效率评估与控制方法、系统及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN109491323B (zh) 2020-12-11
US11243511B2 (en) 2022-02-08
WO2020093666A1 (zh) 2020-05-14
US20210247740A1 (en) 2021-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109491323A (zh) 面向节能减排的数控机床负荷-能量效率评估与监测方法
CN109634238A (zh) 一种数控机床加工过程质量-能量效率评估与监控方法
JP5099066B2 (ja) エネルギー監視装置およびその制御方法、ならびにエネルギー監視プログラム
CN111191878A (zh) 一种基于异常分析的台区及电能表状态评价方法及系统
TWI618018B (zh) 應用電力用量特徵之製造管理方法及其系統
TW201618010A (zh) 工具機耗電量預測系統與方法
CN108427841A (zh) 一种数控机床刀具剩余寿命实时预测方法
CN116542538B (zh) 一种工业设备能耗监测方法、装置、电子设备及存储介质
CN116184961A (zh) 基于工业物联网的注塑件自动化贴合生产线安全管控系统
CN103488169B (zh) 连续型化工装置及其控制回路性能实时评价方法、装置
RU2017134466A (ru) Встроенный регулятор технологического процесса, обладающий возможностью управления контуром и клапаном
CN110736957B (zh) 基于时钟同步的电能计量装置在线检测系统及方法
CN104503361B (zh) 基于多模式融合的齿轮加工过程换刀决策方法
CN104391479B (zh) 基于主轴功率监控的机床工作状态的自动统计方法及系统
CN102607399A (zh) 一种准确判断施工机械与高压带电体距离的方法
CN109240253B (zh) 一种在线设备诊断及预防性维护方法及系统
CN112418548B (zh) 一种基于人工智能技术的智能车间管理方法和系统
CN109856012B (zh) 铅酸蓄电池和膏过程中铅膏性能的在线监测方法
CN104281140A (zh) 制造企业能源监控系统
CN111398675A (zh) 电能表抄表方法、装置及系统
CN110926651A (zh) 一种配电柜检测方法与装置
CN108680870B (zh) 一种化成分容测试电源的可移动自动化标定系统及方法
CN111830912A (zh) 一种工业生产线设备智能优化节能系统和方法
AU2021103530A4 (en) Sensor System
CN204205916U (zh) 作用于变频器的校正电路和变频器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant