一种机械加工车间工件能耗定额制定方法技术

本发明专利技术针对机械加工制造业缺少工件能耗定额制定方法的现状，提出了一种基于车间设备、基础数据库和工艺方案的机械加工车间工件能耗定额制定方法。该方法需根据车间设备预先建立能量消耗基础数据库；在此基础上，根据工件工艺方案对加工工件所需的能耗工步进行分类及其数量确定，并获取各类工步与能耗有关的计算数据，然后对待机、启动、空载、切削、间停、转运等各类能耗工步的能耗以及车间辅助设备分摊能耗进行计算获取；最后对全部工步能耗及分摊能耗求和就可确定该工件加工全过程中所需的总能量，即为该工件的能耗定额。

【技术实现步骤摘要】
一种机械加工车间工件能耗定额制定方法
本专利技术涉及一种能耗定额制定方法，特别涉及一种机械加工车间工件能耗定额制定方法。
技术介绍
机械加工车间主要以机床为主体。机床及其机械加工系统量大面广，节能潜力和环境减排潜力大。工件能耗定额对于加强工件加工过程能量消耗过程管理、监控和提高能量效率均十分重要。目前关于机械加工工件能耗及其能耗预测已有一些研究。刘飞等人提出了数控机床服役过程的能量消耗的预测方法，该方法能够用于实际生产中的数控机床服役过程的能量预测；DietmairA等人提出了一种基于统计的离散时间制定的机床和工厂能源消耗通用建模方法，该方法可以直接用于规划过程中，对不同场景下不同配置的能源消耗进行预测；Gutowski等人也对加工环境因素进行了一系列分析，介绍了加工过程的理论能量消耗模型。但以上这些方法都并未完全考虑工件加工全过程的能量消耗或对相关参数定义不明确，并不知道模型中相关参数值。因此，上述等方法并不能用于机械加工车间工件能耗定额的制定。目前，在钢铁、化工等流程制造行业的产品能耗定额制定中已有不少成熟方法，但在量大面广的机械加工制造业中，由于其能耗规律的复杂性和动态变化性，其能耗定额制定非常困难，有关工件能耗定额制定的方法尚未找到，其能耗定额制定非常困难。因此，很难找到一个实用的工件能耗定额的制定方法。
技术实现思路
针对目前机械加工制造业缺少工件能耗定额制定方法的不足，本专利技术的目的是提出了一种基于车间设备、基础数据库和工艺方案的机械加工车间工件能耗定额制定方法，实现机械加工制造业工件加工全过程能耗定额的制定。为实现以上目的，本专利技术采用了如下的技术手段：一种机械加工车间工件能耗定额制定方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)根据车间设备预先建立能量消耗基础数据库,包括：待机功率数据库、启动能耗数据库、空载功率数据库、载荷损耗系数数据库、转运功率数据库和车间辅助设备功率数据库；(2)根据工件工艺方案对加工工件所需的能耗工步进行分类及其数量确定，并获取各类工步与能耗有关的计算数据，包括：待机能耗工步的机床待机时间，启动能耗工步的机床主轴转速，空载能耗工步的机床主轴转速及空载运行时间，切削能耗工步的机床主轴转速、进给量、背吃刀量及切削时间和工件材料等，间停能耗工步的机床间停时间，转运能耗工步的转运设备及转运时间，以及车间辅助设备的额定功率和工作时间等数据；然后对待机、启动、空载、切削、间停、转运等各类能耗工步的能耗以及车间辅助设备分摊能耗进行计算获取；(3)对全部工步能耗及分摊能耗求和确定该工件加工全过程中所需的总能量，即为该工件的能耗定额；该工件的能耗定额计算方法如下：其中：EQuota表示工件能耗定额，Esbi、Esui、Euni、Emai、Epai、Etri和Eap分别表示第i个待机、启动、空载、切削、间停、转运能耗工步的能耗和单位工件的车间辅助设备分摊能耗，NSB、NSU、NUN、NMA、NPA、和NTR分别表示待机、启动、空载、切削、间停、转运能耗工步的数量，i表示能耗工步的序号。进一步，所述切削能耗工步的总能耗EMA由工件加工全过程涉及的多个机床、多个切削能耗工步的能耗组成；其中，单个切削能耗工步的能耗Emai是由切削能耗工步中的空载能耗Euni、切削能耗Eci和附加载荷能量消耗Eai三部分组成，则工件加工全过程的切削能耗工步的总能耗由公式：计算获取，其中，附加载荷功率Pai与切削功率Pci采用一次函数关系Pai＝αiPci，Pci＝Fci×vci，载荷损耗系数αi和空载功率Puni通过与之对应的数据库中查找获取，切削时间tmai可从工艺方案获取，可根据工艺方案数据对切削力Fci、切削速度vci计算并获取Pci。进一步，确定该加工车间后，从车间辅助设备功率数据库中查找与之对应车间辅助设备的各额定功率Papi,并通过工艺方案获取该批工件在车间内的加工的时间，即为车间内辅助设备的工作时间tap，车间所有工作的辅助能耗设备的额定总功率通过公式Eap_n＝Pap_n×tap可计算出车间辅助设备的总能耗；该车间有多种工件同时在车间里面加工，其车间辅助设备的总能耗由多种工件共同分摊，其能耗分摊则按照其中一种工件加工时间占所有工件总加工时间的比例进行分摊，根据该工件的生产计划,获取该工件在该车间的加工总时间为tap和加工的工件数量nap，并获取该工件加工总时间tap内其他每种类工件的加工总时间ti'和加工工件数量Ni'，则车间内辅助能耗设备的能耗分摊到该批单位工件上的分摊能耗(称车间辅助设备分摊能耗)为相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术只需预先建立能耗基础数据库，和知道工件加工过程中的切削用量及每个工步运行时间或车间设备工作时间，就可实现机械加工制造业工件加工全过程能耗定额的制定，该方法简单易行，且对现有机械加工车间普遍适用。2、本专利技术为机械加工制造业工件加工能耗定额制定这一难题提供了一种解决方法。对于加强工件加工过程能量消耗过程管理、监控和提高能量效率具有十分重要的作用。3、对于工件加工全过程切削能耗工步总能耗获取难的问题，本专利技术提供了一种将工件加工全过程的切削能耗工步总能耗分为多个切削能耗工步能耗，并将切削能耗工步能耗分为空载能耗、切削能耗和附加载荷能量消耗分别进行计算获取，该方法简单易行，对所有机床均适用。4、本专利技术提供了一种车间辅助设备的能耗分摊方法，该方法对于工件的车间辅助设备的分摊能耗提供了新的计算方法，该计算方法简单、实用。附图说明图1为本专利技术机械加工车间工件能耗定额制定方法——流程图。图2为本专利技术实例1中齿轮的结构示意图。图3a、图3b为本专利技术实例1中齿轮的毛坯的主视图和俯视图。图4为本专利技术实例1中齿轮的毛坯余料图。图5为本专利技术实例1中齿轮的齿坯图。图6为本专利技术实例1中机床启动能耗函数曲线。图7为本专利技术实例1中机床空载能耗函数曲线。具体实施方式本专利技术提出了一种机械加工车间工件能耗定额制定方法，该方法将工件加工全过程分为待机能耗工步、启动能耗工步、空载能耗工步、切削能耗工步、间停能耗工步、转运能耗工步和车间辅助设备能耗的分摊，分别对这六类工步和车间辅助设备的分摊能耗进行计算，以此来得到工件的能耗定额。该方法的具体实施方法如下：1.能耗基础数据库的建立：根据车间能耗设备预先建立能量消耗基础数据库，包括：待机功率数据库、启动能耗数据库、空载功率数据库、载荷损耗系数数据库、转运功率数据库和车间辅助设备功率数据库；该车间以后制定其他工件的能耗定额将不需再建立能量消耗基础数据库，若该车间购置有新设备，只需对新进设备建立能量消耗基础数据库，该能量消耗基础数据库一次建立供以后长期使用。能耗基础数据库的建立方法如下：1.1待机功率数据库的建立：将功率分析仪安装到机床上，测出待机功率Psb，将所述每一台机床的待机功率Psb以及每一机床的唯一标识进行存储以建立待机功率数据库。1.2启动能耗数据库的建立：启动能耗数据库分为普通机床启动能耗数据库和数控机床启动能耗函数数据库。1.2.1普通机床启动能耗数据库的建立：将功率分析仪安装到机床上，测得每一台机床不同档位转速值n所对应的启动能耗Esu，将所述的启动能耗Esu对应该机床档位的转速值n以及每一普通机床的唯一标识建立普通机床启动能耗数据库。本文档来自技高网...

【技术保护点】
机械加工车间工件能耗定额制定方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据车间设备预先建立能量消耗基础数据库,包括：待机功率数据库、启动能耗数据库、空载功率数据库、载荷损耗系数数据库、转运功率数据库和车间辅助设备功率数据库；(2)根据工件工艺方案对加工工件所需的能耗工步进行分类及其数量确定，并获取各类工步与能耗有关的计算数据，包括：待机能耗工步的机床待机时间，启动能耗工步的机床主轴转速，空载能耗工步的机床主轴转速及空载运行时间，切削能耗工步的机床主轴转速、进给量、背吃刀量及切削时间、工件材料等，间停能耗工步的机床间停时间，转运能耗工步的转运设备及转运时间，以及车间辅助设备的额定功率和工作时间等数据；然后对待机、启动、空载、切削、间停、转运等各类能耗工步的能耗以及车间辅助设备分摊能耗进行计算获取；(3)对全部工步能耗及分摊能耗求和确定该工件加工全过程中所需的总能量，即为该工件的能耗定额；该工件的能耗定额计算方法如下：EQuota=Σi=0NSBEsbi+Σi=0NSUEsui+Σi=0NUNEuni+Σi=0NMAEmai+Σi=0NPAEpai+Σi=0NTREtri+Eap]]>其中：EQuota表示工件能耗定额，Esbi、Esui、Euni、Emai、Epai、Etri和Eap分别表示第i个待机、启动、空载、切削、间停、转运能耗工步的能耗和单位工件的车间辅助设备分摊能耗，NSB、NSU、NUN、NMA、NPA、和NTR分别表示待机、启动、空载、切削、间停、转运能耗工步的数量，i表示能耗工步的序号。...

【技术特征摘要】
1.机械加工车间工件能耗定额制定方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据车间设备预先建立能量消耗基础数据库,包括：待机功率数据库、启动能耗数据库、空载功率数据库、载荷损耗系数数据库、转运功率数据库和车间辅助设备功率数据库；(2)根据工件工艺方案对加工工件所需的能耗工步进行分类及其数量确定，并获取各类工步与能耗有关的计算数据，包括：待机能耗工步的机床待机时间，启动能耗工步的机床主轴转速，空载能耗工步的机床主轴转速及空载运行时间，切削能耗工步的机床主轴转速、进给量、背吃刀量及切削时间和工件材料，间停能耗工步的机床间停时间，转运能耗工步的转运设备及转运时间，以及车间辅助设备的额定功率和工作时间数据；然后对待机、启动、空载、切削、间停、转运各类能耗工步的能耗以及车间辅助设备分摊能耗进行计算获取；(3)对全部工步能耗及分摊能耗求和确定该工件加工全过程中所需的总能量，即为该工件的能耗定额；该工件的能耗定额计算方法如下：其中：EQuota表示工件能耗定额，Esbi、Esui、Euni、Emai、Epai、Etri和Eap分别表示第i个待机、启动、空载、切削、间停、转运能耗工步的能耗和单位工件的车间辅助设备分摊能耗，NSB、NSU、NUN、NMA、NPA、和NTR分别表示待机、启动、空载、切削、间停、转运能耗工步的数量，i表示能耗工步的序号；车间辅助设备分摊能耗为车间辅助能耗设备的能耗分摊到单位工件上的分摊能耗。2.根据权利要求1所述机械加工车间工件能耗定额制定方法，其特征在于：切削能耗工步...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞，蔡维，周晓娜，谢俊，黄静，刘霜，施金良，徐韶华，
申请(专利权)人：重庆大学，重庆科技学院，
类型：发明
国别省市：重庆;85