機械加工系統(tǒng)能量效率評價的探討

呂敬倫，孫建明

（北控（洛陽）水務(wù)發(fā)展有限公司，河南洛陽 471000）

0 前言

制造業(yè)是我國發(fā)展較快產(chǎn)業(yè)，也是目前國家能源消耗的主要產(chǎn)業(yè)之一，特別是在機械加工環(huán)節(jié)，能源消耗率較大，給生態(tài)能源發(fā)展和環(huán)境保護等工作帶來較大壓力。為此，需要對機械加工存在問題進行調(diào)查和分析，以發(fā)現(xiàn)機械加工系統(tǒng)能量消耗的主要問題，并加以解決和完善。主要包括單機加工制造體系，生產(chǎn)線制造加工體系，加工車間、跨區(qū)域車間加工體系，不同層次和環(huán)節(jié)加工體系等。隨著制造產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，機械加工類型呈現(xiàn)多樣化形式，導致能源消耗增多，對環(huán)境和生態(tài)發(fā)展帶來嚴重影響。所以，關(guān)注和加強機械加工系統(tǒng)能量效率評價體系，是降低能源消耗的基礎(chǔ)。

1 構(gòu)建機械加工體系能量效率評判系統(tǒng)

1.1 機械加工系統(tǒng)能量評判體系

（1）機械加工系統(tǒng)能量評判體系構(gòu)建，主要包括4大平臺，即客戶端板塊設(shè)計，引擎和計算板塊構(gòu)建，功能板塊構(gòu)建和數(shù)據(jù)信息板塊構(gòu)建（圖1）。軟件體系構(gòu)建涵蓋了能力分析、效率分離、能量利用率控制和運用，以及效率比能評判等。

（2）評判體系中的不同板塊和體系發(fā)揮著不同作用，如客戶板塊利于使用人員在數(shù)據(jù)和信息環(huán)節(jié)查詢，可方便得到歷史數(shù)據(jù)信息；標準數(shù)據(jù)和信息板塊，把具有實用性的信息和數(shù)據(jù)，運用到機械加工系統(tǒng)能量評判體系數(shù)據(jù)庫中，作為數(shù)據(jù)和信息評判參數(shù)。如總能量，切削消耗能量，切削結(jié)構(gòu)和面積大小，輔助體系能源消耗等；計算板塊和引擎板塊是評估體系中心系統(tǒng)，涵蓋了能效指標評判、能量運用率，比能效率等單個不同體系，可進行研發(fā)數(shù)學模型和評估策略；核心統(tǒng)計和計算方法板塊，主要是對數(shù)據(jù)和信息的研究和計算，得到機械加工期間能力周期指標信息和數(shù)據(jù)，能量運用率指標信息和數(shù)據(jù)，以及比能效率指標信息數(shù)據(jù)等。

（3）功能系統(tǒng)。展現(xiàn)評估體系評估結(jié)果，利用和數(shù)據(jù)中存在數(shù)據(jù)信息對比后，利用圖標和曲線形式，把機械加工環(huán)節(jié)能效指標展現(xiàn)出來，提供準確的數(shù)據(jù)信息，分析和優(yōu)化加工過程，選擇合理化的技術(shù)和加工工藝，以利于加工工作的順利開展。

（4）數(shù)據(jù)系統(tǒng)。為評判和評估體系提供數(shù)據(jù)理論支持，涵蓋了歷史信息和數(shù)據(jù)，標準化指標數(shù)據(jù)和高能效指標信息等。為了保證數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)構(gòu)建的科學和合理性，可以利用整理的方法。收集形式和要求是調(diào)查研究和現(xiàn)場實驗，補充和完善數(shù)據(jù)系統(tǒng)內(nèi)容以及保證數(shù)據(jù)庫的完善等，為后續(xù)機械加工的順利進行奠定基礎(chǔ)。

圖1 機械加工系統(tǒng)能量評判體系構(gòu)建展示圖

1.2 能量評判體系軟件功能

（1）支持終端系統(tǒng)。終端系統(tǒng)中，傳感器在采集信息、數(shù)據(jù)或用手工信息、數(shù)據(jù)錄入環(huán)節(jié)時，均可以利用系統(tǒng)軟件來開展?？梢越Y(jié)合現(xiàn)場實際情況，得到不同加工環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)和信息，分析和判斷不同數(shù)據(jù)。

（2）機械加工環(huán)節(jié)。有利于檢測和觀察加工期間的能量效率，建立在一定加工周期基礎(chǔ)上，顯示能源利用率和能量運作率，結(jié)合數(shù)據(jù)開展對比工作，結(jié)合不同數(shù)據(jù)特點開展評估工作，把實際工作中具有的應(yīng)用性信息保存到數(shù)據(jù)庫中，以增強系統(tǒng)能效及工作效率。

（3）系統(tǒng)軟件具有智能化功能。例如，對機械加工環(huán)節(jié)，車間能源消耗量，能量運作率，比能效率評判和智能化等，可以進行計算和統(tǒng)計。

（4）實時將信息和數(shù)據(jù)存儲于數(shù)據(jù)庫中。能夠及時對數(shù)據(jù)庫中的信息進行整理和補充，利于對特殊技術(shù)和工藝加工環(huán)節(jié)的管理，如特殊工件加工環(huán)節(jié)的能效指標等，可以進行有效管理和監(jiān)測。

（5）支持大量評估信息和數(shù)據(jù)的導入。如具備打印能力，實現(xiàn)人機合一的運作目標，人機界面的合理性等，利于操作和管理。

2 能量評判體系發(fā)展和展望

（1）在機械加工和制造過程中能源評判體系的建立，主要是軟件系統(tǒng)的構(gòu)建，即利用機械加工系統(tǒng)能量軟件，對加工環(huán)節(jié)能量效率和能源利用效率等指標進行計算和評價，以獲得能效指標，降低誤差。機械加工系統(tǒng)能量評判軟件的發(fā)展空間較大，市場潛力不可預測。因為機械加工系統(tǒng)能源消耗具有分層特點，在不同環(huán)節(jié)均存在能源消耗的現(xiàn)象，所以應(yīng)結(jié)合系統(tǒng)不同層次，增加對整體的關(guān)注度。把不同要素結(jié)合在一起，實現(xiàn)機械加工系統(tǒng)能量研究和評估的最大目標。建立自上而下的分解監(jiān)測和評估模式，不斷加強和開展機械加工環(huán)節(jié)能量效率評判工作。

（2）由于機械加工環(huán)節(jié)能量效率評判具有特殊性和復雜性，所以系統(tǒng)能量評判體系的技術(shù)和方法還需要不斷地創(chuàng)新和完善。在對機械加工系統(tǒng)進行能量評判時，需要眾多信息和數(shù)據(jù)作為支撐，對不同工藝和設(shè)備的數(shù)據(jù)和信息需求量大。因此，為了實現(xiàn)機械加工系統(tǒng)能量評判體系最大化的應(yīng)用目標，必須要建立合理科學的工作目標，構(gòu)建一個完整、便于操作的數(shù)據(jù)庫，能夠結(jié)合不同技術(shù)和工藝特點、觀察系統(tǒng)運作中產(chǎn)生的不同數(shù)據(jù)信息，為機械加工系統(tǒng)能量評判工作提供有效的數(shù)據(jù)保證。

3 結(jié)論

機械加工系統(tǒng)能量效率評價具有多樣化功能，包括采集、運輸、儲存、分析和優(yōu)化完善管理能力等。因此要想實現(xiàn)機械加工的最大化目標，需要做好機械加工系統(tǒng)的能量、效率評價工作。不斷克服加工弊端、優(yōu)化加工過程，選擇現(xiàn)代化的技術(shù)和工藝進行科學加工。在進行實際工作分析時，應(yīng)保證分析能力、效率分析、能量利用率的有效性和科學性。

［1］謝俊.機械加工系統(tǒng)能量效率的可預測特性及預測方法研究［D］.重慶，重慶大學，2016.

［2］黃靜.機床能耗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建模及獲取方法研究［D］.重慶,重慶大學,2015.

［3］付秀琢.壓電自適應(yīng)微細電火花加工技術(shù)及機理研究［D］.濟南，山東大學，2012.