机械加工系统能量效率评价研究

发布时间：2018-10-15 19:18

【摘要】：机械加工系统量大面广,能量消耗总量巨大,并且能量效率很低,节能潜力和环境减排潜力很大。机械加工系统能量效率评价是对机械加工系统能量消耗状态和能量消耗过程及其能量效率的系统评价。它是机械加工系统降低能量消耗、提高能量效率的基础。能量效率评价技术是目前国际上研究的热点技术,也是我国机械制造行业自身可持续发展所急需的技术。由于机械加工系统能耗主体构成的多样性及复杂性,能量消耗状态及能量消耗过程的动态变化性及随机性等多方面原因,使得机械加工制造系统能量效率评价研究相对于其它制造系统特别是流程制造系统的能量效率评价研究相对复杂得多和困难得多。本文结合国家高技术研究发展计划(863计划)课题和国家自然科学基金等项目,对机械加工系统能量效率模型、能量效率评价指标体系和评价方法进行了研究。首先,分析了机械加工系统能量效率的广义内涵,建立了机械加工系统能量模型,包括数控机床多源能量流的系统数学模型、面向工艺过程的机械加工工件能量模型和基于固定功率和可变功率的车间系统能量模型,然后基于此提出了机械加工系统能量效率模型,包括加工设备的能量效率模型、工件的能量效率模型以及车间系统的能量效率模型。其次,分析了机械加工系统能量效率评价的特性,包括分布特性和变化特性,提出一套基于能量效率评价特性的机械加工系统能量效率评价指标体系,构建了基于能量效率模型并集成了能量利用率和比能效率的机械加工系统能效评价指标,并给出了一种集成化的能效指标获取方法。然后,对机械制造系统能效评价方法进行了概述并提出了机械加工系统能量效率评价方法,包括机械加工系统能量效率评价流程、机械加工过程能量效率评价标准和基于仿真技术的机械加工系统能量效率动态评价方法。论文提出了机械加工系统能量效率评价流程,对其六个步骤进行了分析,即能量效率评价边界划分、能量效率评价指标确定、能量效率数据收集、能量效率评价工具选择、能量效率评价结果输出和能量效率评价报告生成;建立了机械加工过程能量效率评价标准,该标准规定了机械加工过程能量效率评价标准的数学模型和指标体系,并给出离线基础数据获取与在线输入功率获取相结合的能效评价指标的获取方法,实现生产现场只需获取机械加工输入功率即可获得符合一般精度要求的机械加工过程能效指标,能够为机床能效评价、工件能效评价和能效优化提供支持;建立了一种基于仿真技术的机械加工系统能量效率动态评价方法,通过运用Petri网理论建立了机械加工系统的能量消耗模型,并借助Petri网仿真软件对能量消耗模型进行仿真,得到了机械加工系统运行过程中的能量效率,实现了能量效率的动态评价。最后,设计了机械加工系统能效评价支持系统的总体框架及其主要业务流程。以上研究为实际机械加工系统的能效评价提供了理论基础和具体方法。
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【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH16

【参考文献】