基于工件能耗属性的制造系统能效提升方法研究

In manufacturing systems, parts and manufacturing process result in the complex and volatile space-time characteristic. The dynamic synergetic relationship between parts and manufacturing process influences the energy efficiency of manufacturing systems, and is a critical factor to enhance the efficiency of manufacturing systems. However, the fundamental and systematic research is random. The outline of the project is based on the parts' manufacturing process which is supported by Green Manufacturing (GM), the multi-energy-flow theory of manufacturing systems, and independent information technology. To establish the systematic structure of the parts energy consumption attributes, the characteristics of complicated process and energy consumption are analyzed during the parts fabrication process, systematically. To make the energy efficiency model of the manufacturing system, the multi-synergetic rule between the parts energy consumption attributes and manufacturing energy systematic consumption are discussed. To setup the enhanced applicant support system of manufacturing efficiency, the energy efficiency enhanced mechanism and optimization strategy of manufacturing system are studied. The research results could provide not only the energy optimization strategy and applicant technology for manufacturing enterprises to carry out GM, but also the corresponding fundamental theories and technologies for manufacturing enterprises to achieve the goal of national energy conservation and emission reduction. Meanwhile, the research results based on the energy enhanced method, would lead to the development of GM disciplinary system.

制造系统中工件与制造过程形成复杂多变的时空特性，其动态协同关系影响制造系统的能效，是制造系统能效提升的关键因素，但目前缺乏比较基础和系统的研究。本项目将以工件制造过程为主线，以绿色制造、制造系统多源能量流理论及能耗信息分离技术为支撑，从系统的角度分析制造系统中工件在制造过程中复杂多样的工艺特性和能耗特性，建立工件能耗属性体系结构；研究工件能耗属性与制造系统能耗间的多元协同规则，建立制造系统能效模型；研究制造系统能效提升机理和优化策略，形成制造系统能效提升应用支持系统。研究成果不仅可为制造企业实施绿色制造提供能量优化策略与应用技术，也可为制造业实施国家节能减排的目标提供相关的基础理论和技术支撑，同时，基于能效提升方法的理论成果，有利于进一步完善绿色制造的学科体系。

针对工件与制造过程动态协同关系对制造系统能效的影响缺乏系统研究的问题，本项目的研究工作主要围绕合同书的研究内容和指标展开，主要研究内容包括：（1）针对工件制造过程中工艺特性和能耗特性的复杂多样性问题，分析了工件加工特征信息与制造系统能耗信息的关联，提出了基于物元理论的工件能耗属性描述方法，构建了工件能耗属性体系；（2）分析了制造系统及其能耗单元的能耗规律，提出了一种基于离散事件规范（DEVS）的工件能耗属性与制造系统及其能耗单元的动态协同机制，构建了制造系统能效模型；（3）研究了工件能耗属性变量调整对降低系统总能耗、增加系统有效能耗，以及降低辅助能耗和损耗的影响，提出了制造系统能效提升优化策略；（4）围绕上述工作，开发了2套适用于制造系统及其能耗单元能耗动态分析及能效提升等功能的软件支持系统；（5）以上模型和方法均在实验室搭建的制造系统加工过程参数采集实验平台，以及调研企业中进行了实施应用，并取得以下研究成果：1）发表和录用论文18篇，其中，在《Journal of Cleaner Production》、《计算机集成制造系统》等绿色制造领域权威SCI/EI检索期刊发表和录用论文8篇；2）授权国家发明专利3项，实用新型1项，登记软件著作权2项，在科学出版社出版著作1部；3）项目负责人及课题组成员积极参与学术交流，主办学术会议5次，参加国内外学术会议共13次，做学术报告11次；4）以本项目为主要支撑，培养博士研究生2名，硕士研究生6名，博士后1名；5）以项目研究成果为重要支撑，“典型机械零部件绿色制造技术及应用”项目获2014年湖北省科技进步二等奖1项，获行业协会优秀论文奖2项。本项目已按计划完成了合同书规定的研究内容和考核指标，研究结论和相应的研究成果可为制造企业节能减排目标的达成提供方法指导和技术支撑，并有助于绿色制造学科体系的进一步完善。