一种机床能效实时监测与在线评价方法技术

本发明专利技术公开了一种机床能效实时监测与在线评价方法，包括以下内容：首先，提出了机床能效实时监测系统框架；其次根据所采集机床设备参数与加工工艺参数，分析机床加工能耗特性，建立机床能效监测指标；然后制作机床能耗监测可视化显示界面，并通过代码对参数进行处理与调用，实现了监测系统的实时数据通信；最后，基于聚类与组合赋权的研究方法，构建机床能效等级评价流程框架，实现机床能效实时监测与在线评价

【技术实现步骤摘要】
一种机床能效实时监测与在线评价方法
[0001]技术邻域：
[0002]本专利技术涉及机械加工能源管理
，具体涉及一种机床能效实时监测与能效等级评价方法
。

技术介绍

：
[0003]随着工业化进程快速推进，对能源的需求日益增加
。
据统计我国工业部门二氧化碳排放量占总量的
80
％以上，制造业占整个工业领域的
85
％以上
。
机床作为制造业的工作母机，量大面广，能源消耗占据整个制造业的
70
％以上
。
因此，如何通过适当的机床能效监测机制，识别能耗热点是机床能耗管理和能效提高的关键基础
。
[0004]目前，现有技术中的能效等级评价已广泛应用于空调
、
电灯
、
电机等制造业邻域，并已有相应的国家标准
。
但针对机床的能效等级评价评价指标体系与评价方法依旧研究不足
。
由于，机床自身存在种类众多
、
耗能组件繁多
、
加工工况多变等困境，对其进行能效等级评价难度较大
。
因此，为解决机床能效等级评价过程中遇到的问题，亟需建立一种机床能效等级评价方法
。

技术实现思路

：
[0005]本专利技术提供了一种机床能效实时监测与能效等级评价方法
。
[0006]为实现本专利技术目的而采用的技术方案是这样的，即机床能效实时监测与能效等级评价方法，包括以下内容：
[0007]步骤1：构建机床能效实时监测系统框架；
[0008]步骤2：根据采集的机床设备参数
、
加工工艺参数，分析机床能耗特性，制定机床能效监测指标；
[0009]步骤3：基于步骤2所采集的能耗数据制作机床能耗监测可视化显示界面，通过代码进行监测系统的实时数据通信；
[0010]步骤4：基于步骤2所采集的能耗数据构建机床能效等级评价流程框架
。
[0011]优选地，步骤1中机床能效实时监测系统框架的具体构建过程如下：
[0012](1)
如图1所示，机床能效实时监测系统框架主要由四大层级：物联网层
(Internet of Things,IoT)、
设施层
(Infrastructure as a Service,IaaS)、
中台层
(Platform as a Service,PaaS)
以及业务层
(Software as a Service,SaaS)
组成，其中：
[0013]①
IoT
层
。IoT
层是能效监测系统中的物联网层，该层主要由功率传感器
、NC
系统
、
网卡
、PLC、
终端以及车间耗能设备等组成，负责感知和集成生产设备和辅助设备的能耗与运行数据
。
[0014]②
IaaS
层
。IaaS
层是能效监测系统中的基础设施层，其中包括服务器
、
防火墙
、
数据库
、
路由器等网络设施
。
该层主要为
IoT
层采集的工艺数据
、
刀具数据以及处理后的能耗数据等提供存储数据库，为数据传输提供路由器
、
光纤等设施，为机床能效监测系统部署提供服务器软硬件安全支持
。
[0015]③
PaaS
层
。PaaS
层包含数据中台
、
数据库服务中台以及能耗数据模型
。
数据中台为业务中台提供相应的数据支持；数据库服务中台提供数据调取
、
访问
、
存储途径
。
能效数据模型是为采集的数据建立的数据结构和能效监测指标计算提供算法模型
。
[0016]④
SaaS
层
。SaaS
层是能效监测系统中面向车间管理者的人机交互服务层
。
机床能效监测界面分为车间级和设备级，从单个机床与整个车间所有机床两个层级实现机床能效监测和可视化
。
[0017]优选地，步骤2分析机床能耗特性，制定机床能效监测指标体系，具体过程如下：
[0018](1)
机床加工过程能耗主要受待机能耗
、
空切能耗
、
切削能耗
、
磨损刀具更换能耗的影响，针对机床在加工过程中会表现出的时段特性，相同的阶段表现为相似的规律，如图2所示，依据时段特性又可将机床分为停机状态
、
启动状态
、
待机状态
、
主轴加
/
减速状态
、
空切状态
、
切削加工状态等阶段
。
但在实际加工过程中，机床开
/
关机
、
主轴加
/
减速的时间很短暂且频率低，从监测分析的角度将机床开
/
关机能耗并入待机能耗中，将主轴加
/
减速能耗并入空转能耗中，故机床能耗从时段特性分为待机能耗
Est、
空切能耗
Eac、
切削能耗
Ec
，机床总能耗计算公式为：
[0019]E
total
＝
E
st
+E
ac
+E
cut
[0020]机床功率按构成特性可分为待机功率
Pst、
加工关联类辅助系统功率
Pau、
空载功率
Pul、
附加载荷损耗功率
Padd
和物料去除功率
Pm。
从图3可以看出，切削功率为物料去除功率
、
附加载荷损耗功率和空载功率之和
。
附加载荷损耗功率是切削负载产生的电机和传动系统中的电气和机械损耗，与物料去除功率为二次函数关系：
[0021]P
cut
＝
P
m
+P
add
+P
ul
[0022]P
add
＝
c0P
m
+c1P
m2
[0023]依据上两式可得物料去除功率，公式为：
[0024][0025]式中
c0、c1
为附件载荷系数，通过实验拟合的方式获得
。
辅助设备能耗计算公式为：
[0026][0027]式中，
P
nequip
表示第
n
设备的功率，
t
nequip
表示第
n...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种机床能效实时监测与在线评价方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：构建机床能效实时监测系统框架；步骤2：根据采集的机床设备参数
、
加工工艺参数，分析机床能耗特性，制定机床能效监测指标；步骤3：基于步骤2所采集的能耗数据制作机床能耗监测可视化显示界面，通过代码进行监测系统的实时数据通信；步骤4：基于步骤2所采集的能耗数据构建机床能效在线评价流程框架
。2.
根据权利要求1所述一种机床能效实时监测与在线评价方法，其特征在于：步骤1中机床能效实时监测系统框架，主要包括物联网层
、
设施层
、
中台层以及业务层四大层级
。3.
根据权利要求1所述的一种机床能效实时监测与在线评价方法，其特征在于：步骤2中分析机床能耗特性，制定机床能效监测指标，制作机床能耗监测可视化显示界面，过程如下：
(1)
机床在加工过程中会表现出的时段特性，相同的阶段表现为相似的规律，依据时段特性机床能耗分为待机能耗
Est、
空切能耗
Eac、
切削能耗
Ec
；
(2)
根据机床加工机理特征，即物料去除能耗与切削能耗的比值，机床加工过程切削能耗与总能耗的比值，构建机床能效监测指标
。4.
根据权利要求1所述的一种机床能效实时监测与在线评价方法，其特征在于：步骤3机床能耗监测可视化显示界面制作与监测...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵继烜，李聪波，敬培锋，曹宝，刘会师，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：