TWI646413B - 加工機台之效能與能耗同步優化方法與裝置 - Google Patents
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Abstract
一種加工機台之效能與能耗同步優化方法，包括下列步驟。取得加工機台之馬達的加工參數與耗電資訊，以建立加工參數與該耗電資訊的特性曲線。根據特性曲線，利用曲線擬合法，建立加工參數與用電量的藕合模型。取得馬達的加工切削指令、單位電費與工時成本。根據馬達的加工切削指令、單位電費、工時成本與藕合模型，計算加工機台的加工時間、用電成本及綜合成本，以對加工機台進行優化處理。
Description
本發明有關於一種優化方法與裝置，特別是一種加工機台之效能與能耗同步優化方法與裝置。
一般來說，機械加工是一種最為廣泛和基本的產品或零部件的製造過程，其中又以電腦數字控制(Computer Numerical Control, CNC)工具機為主要的精密製造設備。CNC工具機通過消耗電能完成對工件的加工，其加工量大且時間長，因而能耗總量巨大。因此，過去企業在追求降低生產成本改善時，主要是聚焦在縮短加工時間的方式，提升機台的稼動率和產能。
然而，隨著能源匱乏危機與能源價格高漲越來越惡化，若可以在縮短加工時間的同時也能讓能源(用電)使用成本降低，便是各家廠商所欲研究的一項課題。
有鑒於此，本發明提供一種加工機台之效能與能耗同步優化方法與裝置，藉以有效地提升加工效率並降低能耗的效果，進而使得工廠能達到節能減碳的效果能增加生產效益。
本發明提供一種加工機台之效能與能耗同步優化方法，包括下列步驟。取得加工機台之馬達的加工參數與耗電資訊，以建立加工參數與該耗電資訊的特性曲線。根據特性曲線，利用曲線擬合法，建立加工參數與用電量的藕合模型。取得馬達的加工切削指令、單位電費與工時成本。根據馬達的加工切削指令、單位電費、工時成本與藕合模型，計算加工機台的加工時間、用電成本及綜合成本，以對加工機台進行優化處理。
本發明提供一種加工機台之效能與能耗同步優化裝置，包括建立模組、取得模組與處理模組。建立模組取得加工機台之馬達的加工參數與耗電資訊，以建立加工參數與耗電資訊的特性曲線，且根據特性曲線，利用曲線擬合法，建立加工參數與用電量的藕合模型。取得模組取得馬達的加工切削指令、單位電費與工時成本。處理模組耦接建立模組與取得模組，根據馬達的加工切削指令、單位電費、工時成本與藕合模型，計算加工機台的加工時間、用電成本及綜合成本，以對加工機台進行優化處理。
根據本發明所揭露的加工機台之效能與能耗同步優化方法與裝置，藉由取得加工機台之馬達的加工參數與耗電資訊，建立加工參數與耗電資訊的特性曲線，並根據特性曲線，利用曲線擬合法，建立加工參數與用電量的藕合模型，且取得馬達的加工切削指令、單位電費與工時成本，再根據馬達的加工切削指令、單位電費、工時成本與藕合模型，計算加工機台的加工時間、用電成本及綜合成本，以對加工機台進行優化處理。如此一來，可以在不影響加工精度前提下，有效地提升加工效率並降低能耗的效果，進而使得工廠能達到節能減碳的效果能增加生產效益。
以上之關於本發明內容之說明及以下之實施方式之說明用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。
以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。
如在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定元件。本領域技術人員應可理解，硬體製造商可能會用不同名詞來稱呼同一個元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。如在通篇說明書及申請專利範圍當中所提及的“包含”或“包括”為一開放式用語，故應解釋成“包含但不限定於”或者“包括但不限定於”。“大致”是指在可接收的誤差範圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差範圍內解決所述技術問題，基本達到所述技術效果。此外，“耦接”一詞在此包含任何直接及間接的電性耦接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接於一第二裝置，則代表所述第一裝置可直接電性耦接於所述第二裝置，或通過其他裝置或耦接手段間接地電性耦接至所述第二裝置。說明書後續描述為實施本申請的較佳實施方式，然所述描述乃以說明本申請的一般原則為目的，並非用以限定本申請的範圍。本申請的保護範圍當視所附申請專利範圍所界定者為准。
還需要說明的是，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、商品或者系統不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、商品或者系統所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、商品或者系統中還存在另外的相同要素。
在以下所列舉的各實施例中，將以相同的標號代表相同或相似的元件或物件。
圖1是本發明一實施例所揭露的加工機台之效能與能耗同步優化裝置的示意圖。加工機台之效能與能耗同步優化裝置100包括建立模組110、取得模組120與處理模組130。
建立模組110取得加工機台之馬達的加工參數與耗電資訊，以建立加工參數與耗電資訊的特性曲線。在本實施例中，馬達例如包括主軸馬達和三軸伺服馬達等，且加工參數例如包括主軸馬達轉速與伺服進給速度。
進一步來說，在取得加工機台之馬達的加工參數與耗電資訊之前，需要給予馬達不同的加工參數來觀察馬達的耗電情形，以瞭解馬達的性能與耗電關係。假設主軸馬達轉速分別設定為500、1000、2000、3000 RPM，並在這些主軸馬達轉速下對主軸馬達進行耗電量測，以取得主軸馬達的主軸馬達轉速與對應的耗電資訊。並且，建立模組110根據所取得的主軸馬達轉速與對應的耗電資訊，建立主軸馬達轉速與耗電資訊的特性曲線。
同樣地，假設伺服進給速度分別設定為200、500、1000、1500、2000、2500、3000、3500、4000、4500、5000、5500、6000 mm/min，並在這些伺服進給速度下對三軸伺服馬達進行耗電量測，以取得根據三軸伺服馬達的伺服進給速度與對應的耗電資訊，並且，建立模組110根據所取得的伺服進給速度與對應的耗電資訊，建立伺服進給速度與耗電資訊的特性曲線。進一步來說，伺服進給速度例如為 V = R x Pb，其中R為馬達轉速(RPM)，Pb為伺服軸滾珠螺桿節距(mm)，V為伺服進給速度。
在建立特性曲線之後，建立模組110會據特性曲線，利用曲線擬合法，建立加工參數與用電量的藕合模型。也就是說，建立模組110根據前述所獲得的主軸馬達轉速與耗電資訊的特性曲線和伺服進給速度與耗電資訊的特性曲線，利用曲線擬合法建立加工參數(即主軸馬達轉速、伺服進給速度)與用電量的藕合模型，以便進行後續的處理。
取得模組120取得馬達的加工切削指令、單位電費與工時成本。在本實施例中，馬達的加工切削指令例如為NC程式碼，即G01、G02、G03等。單位電費例如為加工機台每度電的費用(NTD/度)。工時成本例如為加工機台的單位工時成本(NTD/hr)乘上加工時間(hr)。
處理模組130耦接建立模組110與取得模組120，根據馬達的加工切削指令、單位電費、工時成本與藕合模型，計算加工機台的加工時間、用電成本及綜合成本，以對加工機台進行優化處理。
也就是說，處理模組130可以對馬達的加工切削指令、單位電費、工時成本與藕合模型進行分析，並根據分析結果計算出加工機台的加工時間、用電成本及綜合成本，以便對加工機台進行優化處理。如此一來，可以在不影響加工精度前提下，有效地提升加工效率並降低能耗的效果，進而使得工廠能達到節能減碳的效果能增加生產效益。
在本實施例中，前述的用電成本例如為用電量(KW)乘上加工時間(hr)與單位電費(NTD/hr)，並且綜合成本例如為耗電成本加上工時成本。加工效率可將時間節省之工時成本轉換為加工成本，例如Mcr = Mt x Hr，其中Mcr為加工效率提升節省之加工成本，Mt為節省的加工時間(hr)，Hr為加工工時成本(NTD/hr)。並且，還可利用P = I x V和1度電= 1000 W*hr，將用電效率提升量轉化為節省下之用電成本(=省下電度數x 電價/度)，其中，P為耗電功率(W)、I為馬達電流(A)、V為馬達電壓(V)。接著，將加工成本和用電成本加總即為加工與節能的綜合效益，製程優化需為綜合效益達到較原製程佳即為協同優化設計的目標。
進一步來說，處理模組130更接收調整指令，其中調整指令用於調整加工參數、單位電費、加工時間、用電成本與綜合成本。也就是說，使用者可以視其需求調整加工參數、單位電費、加工時間、用電成本與綜合成本，並透過人機介面產生上述內容的調整指令給處理模組130。接著，處理模組130可根據調整指令、藕合模型，計算加工機台的更新加工時間、更新用電成本及更新綜合成本，以對加工機台進行優化處理。如此一來，可以使用者所預期修改的參數調整下，有效地提升加工效率並降低能耗的效果，進而使得工廠能達到節能減碳的效果能增加生產效益。
由上述實施例的說明，可以歸納出一種加工機台之效能與能耗同步優化方法。圖2是本發明一實施例所揭露的加工機台之效能與能耗同步優化方法的示意圖。
在步驟S210中，取得加工機台之馬達的加工參數與耗電資訊，以建立加工參數與耗電資訊的特性曲線。在步驟S220中，根據特性曲線，利用曲線擬合法，建立加工參數與用電量的藕合模型。在步驟S230中，取得馬達的加工切削指令、單位電費與工時成本。在步驟S240中，根據加工切削指令與藕合模型，計算加工機台的加工時間、用電成本及工時成本，以對加工機台進行優化處理。
圖3是本發明一實施例所揭露的加工機台之效能與能耗同步優化方法的另一示意圖。在步驟S210中，取得加工機台之馬達的加工參數與耗電資訊，以建立加工參數與耗電資訊的特性曲線。在步驟S220中，根據特性曲線，利用曲線擬合法，建立加工參數與用電量的藕合模型。在步驟S230中，取得馬達的加工切削指令、單位電費與工時成本。在步驟S240中，根據加工切削指令與藕合模型，計算加工機台的加工時間、用電成本及工時成本，以對加工機台進行優化處理。
在步驟S310中，接收調整指令，其中調整指令用於調整加工參數、單位電費、加工時間、用電成本與綜合成本。在步驟S320中，根據調整指令、藕合模型，計算加工機台的更新加工時間、更新用電成本及更新綜合成本，以對加工機台進行優化處理。
綜合上述，本發明實施例所揭露的加工機台之效能與能耗同步優化方法與裝置，藉由取得加工機台之馬達的加工參數與耗電資訊，建立加工參數與耗電資訊的特性曲線，並根據特性曲線，利用曲線擬合法，建立加工參數與用電量的藕合模型，且取得馬達的加工切削指令、單位電費與工時成本，再根據馬達的加工切削指令、單位電費、工時成本與藕合模型，計算加工機台的加工時間、用電成本及綜合成本，以對加工機台進行優化處理。如此一來，可以在不影響加工精度前提下，有效地提升加工效率並降低能耗的效果，進而使得工廠能達到節能減碳的效果能增加生產效益。
另外，還可以接收調整指令，其中調整指令用於調整加工參數、單位電費、加工時間、用電成本與綜合成本，再根據調整指令、藕合模型，計算加工機台的更新加工時間、更新用電成本及更新綜合成本，以對加工機台進行優化處理。如此一來，可以使用者所預期修改的參數調整下，有效地提升加工效率並降低能耗的效果，進而使得工廠能達到節能減碳的效果能增加生產效益。
雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。
100‧‧‧加工機台之效能與能耗同步優化裝置
110‧‧‧建立模組
120‧‧‧取得模組
130‧‧‧處理模組
此處所說明的圖式用來提供對本申請的進一步理解，構成本申請的一部分，本申請的示意性實施例及其說明用於解釋本申請，並不構成對本申請的不當限定。在圖式中： 圖1是本發明一實施例所揭露的加工機台之效能與能耗同步優化裝置的示意圖。 圖2是本發明一實施例所揭露的加工機台之效能與能耗同步優化方法的示意圖。 圖3是本發明一實施例所揭露的加工機台之效能與能耗同步優化方法的另一示意圖。
Claims (10)
- 一種加工機台之效能與能耗同步優化方法，包括：取得一加工機台之一馬達的一加工參數與一耗電資訊，以建立該加工參數與該耗電資訊的一特性曲線，其中該加工參數包括一主軸馬達轉速與一伺服進給速度，該特性曲線包括該主軸馬達轉速與該耗電資訊的特性曲線及該伺服進給速度與該耗電資訊的特性曲線，該主軸馬達轉速與該耗電資訊的特性曲線是根據該主軸馬達轉速與對應的該耗電資訊而建立，該伺服進給速度與該耗電資訊的特性曲線是根據該伺服進給速度與對應的該耗電資訊而建立；根據該特性曲線，利用一曲線擬合法，建立該加工參數與一用電量的一藕合模型；取得該馬達的加工切削指令、一單位電費與一工時成本；以及根據該馬達的加工切削指令、該單位電費、該工時成本與該藕合模型，計算該加工機台的一加工時間、一用電成本及一綜合成本，以對該加工機台進行優化處理。
- 如請求項1所述的加工機台之效能與能耗同步優化方法，還包括：接收一調整指令，其中該調整指令用於調整該加工參數、該單位電費、該加工時間、該用電成本與該綜合成本；以及根據該調整指令、該藕合模型，計算該加工機台的一更新加工時間、一更新用電成本及一更新綜合成本，以對該加工機台進行優化處理。
- 如請求項1所述的加工機台之效能與能耗同步優化方法，其中該馬達包括主軸馬達和三軸伺服馬達。
- 如請求項1所述的加工機台之效能與能耗同步優化方法，其中該用電成本為該用電量乘上該加工時間與該單位電費。
- 如請求項1所述的加工機台之效能與能耗同步優化方法，其中該綜合成本為該耗電成本加上該工時成本。
- 一種加工機台之效能與能耗同步優化裝置，包括：一建立模組，取得一加工機台之一馬達的一加工參數與一耗電資訊，以建立該加工參數與該耗電資訊的一特性曲線，且根據該特性曲線，利用一曲線擬合法，建立該加工參數與一用電量的一藕合模型，其中該加工參數包括一主軸馬達轉速與一伺服進給速度，該特性曲線包括該主軸馬達轉速與該耗電資訊的特性曲線及該伺服進給速度與該耗電資訊的特性曲線，該主軸馬達轉速與該耗電資訊的特性曲線是根據該主軸馬達轉速與對應的該耗電資訊而建立，該伺服進給速度與該耗電資訊的特性曲線是根據該伺服進給速度與對應的該耗電資訊而建立；一取得模組，取得該馬達的加工切削指令、一單位電費與一工時成本；以及一處理模組，耦接該建立模組與該取得模組，根據該馬達的加工切削指令、該單位電費、該工時成本與該藕合模型，計算該加工機台的一加工時間、一用電成本及一綜合成本，以對該加工機台進行優化處理。
- 如請求項6所述的加工機台之效能與能耗同步優化裝置，其中該處理模組更接收一調整指令，其中該調整指令用於調整該加工參數、該單位電費、該加工時間、該用電成本與該綜合成本，且該處理模組根據該調整指令、該藕合模型，計算該加工機台的一更新加工時間、一更新用電成本及一更新綜合成本，以對該加工機台進行優化處理。
- 如請求項6所述的加工機台之效能與能耗同步優化裝置，其中該馬達包括主軸馬達和三軸伺服馬達。
- 如請求項6所述的加工機台之效能與能耗同步優化裝置，其中該用電成本為該用電量乘上該加工時間與該單位電費。
- 如請求項6所述的加工機台之效能與能耗同步優化裝置，其中該綜合成本為該耗電成本加上該工時成本。
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Citations (5)
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2018
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Patent Citations (5)
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