CN113807617B - 确定工业设备的最佳使用时长的方法、计算设备和介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种确定工业设备的最佳使用时长的方法、计算设备和计算机可读存储介质。该方法包括：获取所述工业设备的标准性能曲线；对所述工业设备的标准性能曲线进行拟合以获得所述工业设备的线性耗电量关系；基于所述工业设备的线性耗电量关系确定所述工业设备从初始使用时刻到所述使用时间的平均能耗成本；基于所述平均能耗成本确定所述工业设备单位时间的能耗成本，其中所述能耗成本随着使用时间的增大而增大；确定所述工业设备单位时间的硬件成本，其中所述硬件成本随着使用时间的增大而减小；以及基于所述工业设备单位时间的硬件成本和能耗成本确定所述工业设备单位时间的运行成本，以用于确定所述工业设备的最佳使用时长。

Description

确定工业设备的最佳使用时长的方法、计算设备和介质

技术领域

本发明概括而言涉及工业控制领域，更具体地，涉及一种确定工业设备的最佳使用时长的方法、计算设备和计算机可读存储介质。

背景技术

各种工业设备在出厂时通常具有各种性能指标，包括额定使用寿命等。工业设备的额定使用寿命是指在标准情况下，设备运行至功能不能满足需求的使用时长。

当前，工业设备通常以其额定使用寿命作为更换时间。然而，在实际使用过程中，考虑到工业设备随着使用时间而性能下降，在工业设备达到其额定使用寿命时通常其综合使用成本会非常高，因此其额定使用寿命通常并不是其最佳使用时长。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种通过确定工业设备的硬件成本和能耗成本来确定工业设备的综合运行成本，从而确定工业设备的最佳使用时长的方案。

根据本发明的一个方面，提供了一种确定工业设备的最佳使用时长的方法。该方法包括：获取所述工业设备的标准性能曲线；对所述工业设备的标准性能曲线进行拟合以获得所述工业设备的线性耗电量关系；基于所述工业设备的线性耗电量关系确定所述工业设备从初始使用时刻到所述使用时间的平均能耗成本；基于所述平均能耗成本确定所述工业设备单位时间的能耗成本，其中所述能耗成本随着使用时间的增大而增大；确定所述工业设备单位时间的硬件成本，其中所述硬件成本随着使用时间的增大而减小；以及基于所述工业设备单位时间的硬件成本和能耗成本确定所述工业设备单位时间的运行成本，以用于确定所述工业设备的最佳使用时长。

在一些实施例中，确定所述工业设备单位时间的运行成本包括：基于所述工业设备的价格、所述使用时间时的压差、初始压差、能耗提高率和初始电费成本来确定所述工业设备到所述使用时间的单位时间运行成本。

在一些实施例中，基于所述工业设备单位时间的运行成本确定所述工业设备的最佳使用时长包括：确定所述工业设备单位时间的运行成本与所述使用时间之间的函数关系；基于所述函数关系将所述工业设备单位时间的运行成本对所述使用时间求导数；以及确定所述导数为零时的使用时间作为所述最佳使用时长。

在一些实施例中，所述工业设备包括与气体产生和传输有关的工业设备。

在一些实施例中，所述工业设备包括过滤器、空压机、冷干机、吸干机中的任何一种。

在一些实施例中，所述方法还包括：在所述最佳使用时长之前的预定时间，确定备件库中是否存在所述工业设备的备件；如果确定所述备件库中存在所述工业设备的备件，将所述备件标记为已占用；以及如果确定所述备件库中不存在所述工业设备的备件，向所述备件库的运营方发送备件需求，以提醒所述备件库的运营方补充所述备件。

根据本发明的另一个方面，提供了一种计算设备。该计算设备包括：至少一个处理器；以及至少一个存储器，该至少一个存储器被耦合到该至少一个处理器并且存储用于由该至少一个处理器执行的指令，该指令当由该至少一个处理器执行时，使得该计算设备执行根据上述方法的步骤。

根据本发明的再一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序代码，该计算机程序代码在被运行时执行如上所述的方法。

附图说明

通过参考下列附图所给出的本发明的具体实施方式的描述，将更好地理解本发明，并且本发明的其他目的、细节、特点和优点将变得更加显而易见。

图1示出了用于实现根据本发明的实施例的用于确定工业设备的最佳使用时长的系统的示意图。

图2示出了根据本发明的一些实施例的确定工业设备的最近使用时长的方法的流程图。

图3示出了根据本发明一些实施例的用于确定工业设备的单位时间的能耗成本的步骤的流程图。

图4示出了一种精密过滤器的标准性能曲线的示意图。

图5示出了根据本发明一些实施例的基于该工业设备单位时间的运行成本确定该工业设备的最佳使用时长的步骤的流程图。

图6示出了适合实现本发明的实施例的计算设备的结构方框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在下文的描述中，出于说明各种发明的实施例的目的阐述了某些具体细节以提供对各种发明实施例的透彻理解。但是，相关领域技术人员将认识到可在无这些具体细节中的一个或多个细节的情况来实践实施例。在其它情形下，与本申请相关联的熟知的装置、结构和技术可能并未详细地示出或描述从而避免不必要地混淆实施例的描述。

除非语境有其它需要，在整个说明书和权利要求中，词语“包括”和其变型，诸如“包含”和“具有”应被理解为开放的、包含的含义，即应解释为“包括，但不限于”。

在整个说明书中对“一个实施例”或“一些实施例”的提及表示结合实施例所描述的特定特点、结构或特征包括于至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个位置“在一个实施例中”或“在一些实施例”中的出现不一定全都指相同实施例。另外，特定特点、结构或特征可在一个或多个实施例中以任何方式组合。

此外，说明书和权利要求中所用的第一、第二等术语，仅仅出于描述清楚起见来区分各个对象，而并不限定其所描述的对象的大小或其他顺序等。

图1示出了用于实现根据本发明的实施例的用于确定工业设备的最佳使用时长的系统1的示意图。如图1中所示，系统1可以包括一个或多个工业设备10、计算设备20和网络30。工业设备10和计算设备20可以通过网络30进行数据交互。这里，每个工业设备10可以是与气体产生和传输有关的工业设备，如过滤器、空压机、冷干机、吸干机等。这些工业设备在使用过程中随着使用时间的增加，由于气密性降低等原因，实现相同的效果将消耗更多的电量。计算设备20可以基于工业设备10的各项数据执行相应的操作。计算设备20可以包括至少一个处理器22和与该至少一个处理器22耦合的至少一个存储器24，该存储器24中存储有可由该至少一个处理器22执行的指令26，该指令26在被该至少一个处理器22执行时执行如下所述的方法200的至少一部分。计算设备20的具体结构例如可以如下结合图6所述。

图2示出了根据本发明的一些实施例的确定工业设备10的最近使用时长的方法200的流程图。方法200可以由图1中所示的系统1中的计算设备20执行。以下结合图1至图6对方法200进行描述。

如图2中所示，方法200包括步骤210，其中计算设备20可以确定该工业设备10单位时间的能耗成本，其中该能耗成本随着使用时间的增大而增大。

图3示出了根据本发明一些实施例的用于确定工业设备10的单位时间的能耗成本的步骤210的流程图。

如图3中所示，在子步骤212，计算设备20可以获取该工业设备10的标准性能曲线。

对于每种工业设备10，其性能随着使用时间而下降，在设备出厂之前的实验中，会根据实验结果获得该设备的标准性能曲线。

图4示出了一种精密过滤器的标准性能曲线的示意图。如图4中所示，该精密过滤器在初始使用时刻0的初始压差为0.1bar（巴），随着使用时间t的增加，压差逐步增大（性能降级），并且在使用时间达到8000小时（即额定使用寿命）时，压差达到0.7bar，此时该精密过滤器完全失效，不再能够过滤出油、水、尘等杂质。

在子步骤214，计算设备20可以对该工业设备10的标准性能曲线进行拟合以获得该工业设备10的线性耗电量关系。

如前所述，对于每种工业设备10，其性能随着使用时间而下降（即，压差随着使用时间而增加），因此，为了维持同样的产出（如产气量、滤气量等），该工业设备10必须增大运行功率，从而耗电量随之上升。为了保持同样产出，工业设备10的耗电量与其使用时间的关系可以是非线性的，然而在大多数情况下，使用线性拟合就足以很好地体现二者的关系。因此，在本文中，为了简化起见，可以对工业设备10的标准性能曲线进行线性拟合来产生该工业设备10的线性耗电量关系。

对于一种工业设备10，假设其每增加单位压差的能耗提高率为α，初始压差为b。在产出保持不变的情况下，其耗电量上升(y-b)*α，其中y表示使用时间为t时的压差。因此，使用时间t时的耗电量e₁可以基于使用时间t时的压差y、初始压差b、能耗提高率α和初始耗电量e₀来确定，如下面的公式（1）所示：

e₁=((y-b)*α+1)* e₀。 （1）

例如，对于如图4所示的精密过滤器，其压差每增加1公斤，能耗需要提高7%才能维持相同的性能。因此，在用气量保持不变的情况下，其耗电量上升(y-0.1)*7%，从而使用时间为t时的耗电量e₁可以表示为：

e₁=((y-0.1)*7%+1)* e₀。 （2）

在子步骤216，计算设备20可以基于该工业设备10的线性耗电量关系确定该工业设备10从初始使用时刻到使用时间t的单位时间的平均能耗成本。

如前所述，使用时间为t时的耗电量e₁可以表示为e₁=((y-b)*α+1)* e₀，因此使用时间为t时的电费成本可以表示为n₁=((y-b)*α+1)* n₀，这样，从初始使用时刻0到使用时间t的平均能耗成本可以基于使用时间t时的压差y、初始压差b、能耗提高率α和初始电费成本n₀来确定，如下面的公式（3）所示：

(n₀+n₁)/2=((y-b) *α/2+1) * n₀， （3）

其中n₀表示初始电费成本，即初始使用时刻0时的电费成本，其可以直接读出，也可以通过初始耗电量e₀与电费单价的乘积得到。

在子步骤218，计算设备20可以基于该平均能耗成本确定该工业设备10单位时间的能耗成本。

如前所述，假设工业设备10的耗电量使用线性关系拟合，在这种情况下，使用时间为t时该工业设备10的单位时间能耗成本等于该工业设备10从初始使用时刻0到该使用时间t的能耗成本的算数平均值，即单位时间的能耗成本可以基于使用时间t时的压差y、初始压差b、能耗提高率α和初始电费成本n₀来确定，如下面的公式（4）所示：

C1=((y-b) *α/2+1)* n₀， （4）

在一些其他实施例中，工业设备10的耗电量使用更加复杂的函数关系进行拟合，因此单位时间的能耗成本可以表示为从初始使用时刻0到使用时间t的能耗成本的积分平均值。

继续图2，在步骤220，计算设备20可以确定工业设备10单位时间的硬件成本，其中该工业设备10的硬件成本随着使用时间的增大而减小。

在一些实施例中，硬件成本与使用时间成严格反比关系。例如，假设一个工业设备10的价格为m元，使用时间为t时，单位时间的硬件成本可以表示为该工业设备10的价格m与使用时间t的商，如下面公式（5）所示：

C2=m/t。 （5）

在另一些实施例中，硬件成本与使用时间成近似反比关系，即除了严格反比关系的分量之外还包括常数分量（或其他分量）。例如，假设一个工业设备10的价格为m元，每单位时间需要消耗的耗材的成本为c元，在这种情况下，当使用时间为t时，该工业设备10的单位时间的硬件成本的一个分量是该工业设备10的价格m与使用时间t的商，另一个分量是常数分量，如下面公式（6）所示：

C2=(m+ct)/t=m/t+c。 （6）

在步骤230，计算设备20可以基于该工业设备10的单位时间的硬件成本和能耗成本确定该工业设备10单位时间的运行成本。

例如，在使用上述公式（1）表示工业设备10单位时间的硬件成本的情况下，该工业设备10单位时间的运行成本C可以表示为：

C=C1+C2=m/t+((y-b) *α/2+1) * n₀ （7）

在对工业设备10的标准性能曲线进行线性拟合时，使用时间为t时的压差y可以表示为y=a*t+b，其中b为初始压差，a为性能斜率，其可以根据标准性能曲线确定。例如如图4中所示，初始压差b为0.1bar，额定使用寿命为8000小时时压差为0.7bar，因此可以确定a=(0.7-0.1)/8000(bar/小时)。

在这种情况下，上述公式（7）也可以表示为：

C= m/t+((a*t+b-b) *α/2+1) * n₀= m/t+ (a*α*n₀/2) *t+n₀ （8）

可以看出，工业设备10单位时间的运行成本C可以基于该工业设备10的价格m、使用时间t时的压差y、性能斜率a、能耗提高率α和初始电费成本n₀来确定。

在步骤240，计算设备20可以基于该工业设备10单位时间的运行成本C确定该工业设备10的最佳使用时长。

图5示出了根据本发明一些实施例的基于该工业设备10单位时间的运行成本C确定该工业设备10的最佳使用时长的步骤240的流程图。

如图5中所示，在子步骤242，计算设备20可以确定工业设备10单位时间的运行成本与使用时间t之间的函数关系。

如前所述，该函数关系可以表示为：

C = m/t+ (a*α*n₀/2) *t+n₀ （9）

可以看出，工业设备10的单位时间运行成本C包括两个与使用时间t相关的分量，一个分量与使用时间t成反比，另一个分量与使用时间t成正比。因此，要确定运行成本C最小时的使用时间t，可以对该运行成本C针对使用时间t求导数。

在子步骤244，计算设备20可以基于该工业设备10单位时间的运行成本C与使用时间t之间的上述函数关系将该运行成本C对使用时间t求导数，

dC/dt= [m/t+ (a*α*n₀/2) *t+n₀]/dt=-m/t²+a*α*n₀/2 （10）

在子步骤246，计算设备20可以确定导数dC/dt为零时的使用时间t作为最佳使用时长。

根据上述公式（10）可以确定，当dC/dt=0时，

，此时的使用时间t即为从初始使用时刻0开始的最佳使用时长。

这里，m为工业设备10的价格；a为对该工业设备10的标准性能曲线进行拟合得到的性能斜率；α为该工业设备10的能耗提高率，其是工业设备10的固有参数；n₀是初始电费成本，其可以直接读出，也可以通过初始耗电量e₀与电费单价的乘积得到。工业设备10的这些数据可以在工业设备10运行时从工业设备10获取或者通过其他方式取得。

通过这种方式，可以在系统1中的每个工业设备10投入使用之初即可确定不同于额定使用寿命的最佳使用时长，从而在计算设备20处或者在后台服务器处，可以对每个工业设备10的使用时间进行监控以及时进行更换。

在一些进一步的实施例中，计算设备20还可以在该工业设备10的最佳使用时长之前的预定时间，确定备件库中是否存在该工业设备10的备件。

取决于工业设备10的种类不同，该预定时间可以不同，例如可以为一周或一个月等。例如，对于大型工业设备或者不常用的工业设备，该预定时间可以较长，对于小型工业设备或者常用的工业设备，该预定时间可以较短。此外，备件库可以是系统1的运营方自己的备件库，也可以是由单独的第三方运营方运营的备件库。

如果确定备件库中存在该工业设备10的备件，计算设备20可以将该备件标记为已占用。通过这种方式，可以防止该备件被用来替换其他相同类型的工业设备。

如果确定该备件库中不存在该工业设备10的备件，计算设备20可以向备件库的运营方发送备件需求，以提醒该备件库的运营方补充备件。通过这种方式，备件库的运营方能够及时得知前台或者客户的需求，从而及时补充系统所需备件。

图6示出了适合实现本发明的实施例的计算设备600的结构方框图。计算设备600例如可以是如上所述的系统1中的计算设备20。

如图6中所示，计算设备600可以包括一个或多个中央处理单元（CPU）610（图中仅示意性地示出了一个），其可以根据存储在只读存储器（ROM）620中的计算机程序指令或者从存储单元680加载到随机访问存储器（RAM）630中的计算机程序指令，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 630中，还可存储计算设备600操作所需的各种程序和数据。CPU 610、ROM 620以及RAM 630通过总线640彼此相连。输入/输出（I/O）接口650也连接至总线640。

计算设备600中的多个部件连接至I/O接口650，包括：输入单元660，例如键盘、鼠标等；输出单元670，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元680，例如磁盘、光盘等；以及通信单元690，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元690允许计算设备600通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。

上文所描述的方法200例如可由一个或多个计算设备600的CPU 610执行。例如，在一些实施例中，方法200可被实现为计算机软件程序，其被有形地包括于机器可读介质，例如存储单元680。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 620和/或通信单元690而被载入和/或安装到计算设备600上。当计算机程序被加载到RAM 630并由CPU610执行时，可以执行上文描述的方法200的一个或多个操作。此外，通信单元690可以支持有线或无线通信功能。

本领域技术人员可以理解，图6所示的计算设备600仅是示意性的。在一些实施例中，计算设备600可以包含比图6所示的更多或更少的部件。

以上结合附图对根据本发明的确定工业设备的最佳使用时长的方法200以及可用来实现该方法200的计算设备600进行了描述。然而本领域技术人员可以理解，方法200的步骤的执行并不局限于图中所示和以上所述的顺序，而是可以以任何其他合理的顺序来执行。此外，计算设备600也不必须包括图6中所示的所有组件，其可以仅仅包括执行本发明中所述的功能所必须的其中一些组件，并且这些组件的连接方式也不局限于图中所示的形式。

本发明可以是方法、装置、系统和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于执行本发明的各个方面的计算机可读程序指令。

在一个或多个示例性设计中，可以用硬件、软件、固件或它们的任意组合来实现本发明所述的功能。例如，如果用软件来实现，则可以将所述功能作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上，或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码来传输。

本文公开的装置的各个单元可以使用分立硬件组件来实现，也可以集成地实现在一个硬件组件，如处理器上。例如，可以用通用处理器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑、分立硬件组件或用于执行本文所述的功能的任意组合来实现或执行结合本发明所描述的各种示例性的逻辑块、模块和电路。

本领域普通技术人员还应当理解，结合本发明的实施例描述的各种示例性的逻辑块、模块、电路和算法步骤可以实现成电子硬件、计算机软件或二者的组合。

本发明的以上描述用于使本领域的任何普通技术人员能够实现或使用本发明。对于本领域普通技术人员来说，本发明的各种修改都是显而易见的，并且本文定义的一般性原理也可以在不脱离本发明的精神和保护范围的情况下应用于其它变形。因此，本发明并不限于本文所述的实例和设计，而是与本文公开的原理和新颖性特性的最广范围相一致。

Claims (8)

1.一种确定工业设备的最佳使用时长的方法，包括：

获取所述工业设备的标准性能曲线；

对所述工业设备的标准性能曲线进行拟合以获得所述工业设备的线性耗电量关系e₁=((y-b)*α+1)* e₀，其中e₁是使用时间t时的耗电量，y是使用时间t时的压差、b是初始压差、α是所述工业设备的能耗提高率，e₀是初始耗电量；

基于所述工业设备的线性耗电量关系确定所述工业设备从初始使用时刻到所述使用时间的平均能耗成本；

基于所述平均能耗成本确定所述工业设备单位时间的能耗成本，其中所述能耗成本随着使用时间的增大而增大；

确定所述工业设备单位时间的硬件成本，其中所述硬件成本随着使用时间的增大而减小；以及

基于所述工业设备单位时间的硬件成本和能耗成本确定所述工业设备单位时间的运行成本，以用于确定所述工业设备的最佳使用时长，

其中所述最佳使用时长表示为

，

其中m为所述工业设备的价格，a为对所述工业设备的标准性能曲线进行拟合得到的性能斜率，α为所述工业设备的能耗提高率，其是所述工业设备的固有参数，n₀是初始电费成本。

2.如权利要求1所述的方法，其中确定所述工业设备单位时间的运行成本包括：

基于所述工业设备的价格、所述使用时间时的压差、初始压差、能耗提高率和初始电费成本来确定所述工业设备到所述使用时间的单位时间运行成本。

3.如权利要求1所述的方法，其中确定所述工业设备的最佳使用时长包括：

确定所述工业设备单位时间的运行成本与所述使用时间之间的函数关系；

基于所述函数关系将所述工业设备单位时间的运行成本对所述使用时间求导数；以及

确定所述导数为零时的使用时间作为所述最佳使用时长。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述工业设备包括与气体产生和传输有关的工业设备。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述工业设备包括过滤器、空压机、冷干机、吸干机中的任何一种。

6.如权利要求1所述的方法，还包括：

在所述最佳使用时长之前的预定时间，确定备件库中是否存在所述工业设备的备件；

如果确定所述备件库中存在所述工业设备的备件，将所述备件标记为已占用；以及

如果确定所述备件库中不存在所述工业设备的备件，向所述备件库的运营方发送备件需求，以提醒所述备件库的运营方补充所述备件。

7.一种计算设备，包括：

至少一个处理器；以及

至少一个存储器，所述至少一个存储器被耦合到所述至少一个处理器并且存储用于由所述至少一个处理器执行的指令，所述指令当由所述至少一个处理器执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序代码，所述计算机程序代码在被处理器运行时执行如权利要求1至6中任一项所述的方法。

Images