機(jī)械加工系統(tǒng)能量效率評(píng)價(jià)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(jī)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(hù)等工作帶來較大壓力。為此，需要對(duì)機(jī)械加工存在問題進(jìn)行調(diào)查和分析，以發(fā)現(xiàn)機(jī)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(jī)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(jī)械加工類型呈現(xiàn)多樣化形式，導(dǎo)致能源消耗增多，對(duì)環(huán)境和生態(tài)發(fā)展帶來嚴(yán)重影響。所以，關(guān)注和加強(qiáng)機(jī)械加工系統(tǒng)能量效率評(píng)價(jià)體系，是降低能源消耗的基礎(chǔ)。

1 構(gòu)建機(jī)械加工體系能量效率評(píng)判系統(tǒng)

1.1 機(jī)械加工系統(tǒng)能量評(píng)判體系

（1）機(jī)械加工系統(tǒng)能量評(píng)判體系構(gòu)建，主要包括4大平臺(tái)，即客戶端板塊設(shè)計(jì)，引擎和計(jì)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(yùn)用，以及效率比能評(píng)判等。

（2）評(píng)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(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)和信息板塊，把具有實(shí)用性的信息和數(shù)據(jù)，運(yùn)用到機(jī)械加工系統(tǒng)能量評(píng)判體系數(shù)據(jù)庫中，作為數(shù)據(jù)和信息評(píng)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(jì)算板塊和引擎板塊是評(píng)估體系中心系統(tǒng)，涵蓋了能效指標(biāo)評(píng)判、能量運(yùn)用率，比能效率等單個(gè)不同體系，可進(jìn)行研發(fā)數(shù)學(xué)模型和評(píng)估策略；核心統(tǒng)計(jì)和計(jì)算方法板塊，主要是對(duì)數(shù)據(jù)和信息的研究和計(jì)算，得到機(jī)械加工期間能力周期指標(biāo)信息和數(shù)據(jù)，能量運(yùn)用率指標(biāo)信息和數(shù)據(jù)，以及比能效率指標(biāo)信息數(shù)據(jù)等。

（3）功能系統(tǒng)。展現(xiàn)評(píng)估體系評(píng)估結(jié)果，利用和數(shù)據(jù)中存在數(shù)據(jù)信息對(duì)比后，利用圖標(biāo)和曲線形式，把機(jī)械加工環(huán)節(jié)能效指標(biāo)展現(xiàn)出來，提供準(zhǔn)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(píng)判和評(píng)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(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)數(shù)據(jù)和高能效指標(biāo)信息等。為了保證數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)構(gòu)建的科學(xué)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(chǎng)實(shí)驗(yàn)，補(bǔ)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(jī)械加工的順利進(jìn)行奠定基礎(chǔ)。

圖1 機(jī)械加工系統(tǒng)能量評(píng)判體系構(gòu)建展示圖

1.2 能量評(píng)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(shí)，均可以利用系統(tǒng)軟件來開展?？梢越Y(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(jī)械加工環(huán)節(jié)。有利于檢測(cè)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(yùn)作率，結(jié)合數(shù)據(jù)開展對(duì)比工作，結(jié)合不同數(shù)據(jù)特點(diǎn)開展評(píng)估工作，把實(shí)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(qiáng)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(duì)機(jī)械加工環(huán)節(jié)，車間能源消耗量，能量運(yùn)作率，比能效率評(píng)判和智能化等，可以進(jìn)行計(jì)算和統(tǒng)計(jì)。

（4）實(shí)時(shí)將信息和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫中。能夠及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)庫中的信息進(jìn)行整理和補(bǔ)充，利于對(duì)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(biāo)等，可以進(jìn)行有效管理和監(jiān)測(cè)。

（5）支持大量評(píng)估信息和數(shù)據(jù)的導(dǎo)入。如具備打印能力，實(shí)現(xiàn)人機(jī)合一的運(yùn)作目標(biāo)，人機(jī)界面的合理性等，利于操作和管理。

2 能量評(píng)判體系發(fā)展和展望

（1）在機(jī)械加工和制造過程中能源評(píng)判體系的建立，主要是軟件系統(tǒng)的構(gòu)建，即利用機(jī)械加工系統(tǒng)能量軟件，對(duì)加工環(huán)節(jié)能量效率和能源利用效率等指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算和評(píng)價(jià)，以獲得能效指標(biāo)，降低誤差。機(jī)械加工系統(tǒng)能量評(píng)判軟件的發(fā)展空間較大，市場(chǎng)潛力不可預(yù)測(cè)。因?yàn)闄C(jī)械加工系統(tǒng)能源消耗具有分層特點(diǎn)，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(duì)整體的關(guān)注度。把不同要素結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工系統(tǒng)能量研究和評(píng)估的最大目標(biāo)。建立自上而下的分解監(jiān)測(cè)和評(píng)估模式，不斷加強(qiáng)和開展機(jī)械加工環(huán)節(jié)能量效率評(píng)判工作。

（2）由于機(jī)械加工環(huán)節(jié)能量效率評(píng)判具有特殊性和復(fù)雜性，所以系統(tǒng)能量評(píng)判體系的技術(shù)和方法還需要不斷地創(chuàng)新和完善。在對(duì)機(jī)械加工系統(tǒng)進(jìn)行能量評(píng)判時(shí)，需要眾多信息和數(shù)據(jù)作為支撐，對(duì)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(shí)現(xiàn)機(jī)械加工系統(tǒng)能量評(píng)判體系最大化的應(yīng)用目標(biāo)，必須要建立合理科學(xué)的工作目標(biāo)，構(gòu)建一個(gè)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(diǎn)、觀察系統(tǒng)運(yùn)作中產(chǎn)生的不同數(shù)據(jù)信息，為機(jī)械加工系統(tǒng)能量評(píng)判工作提供有效的數(shù)據(jù)保證。

3 結(jié)論

機(jī)械加工系統(tǒng)能量效率評(píng)價(jià)具有多樣化功能，包括采集、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、分析和優(yōu)化完善管理能力等。因此要想實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工的最大化目標(biāo)，需要做好機(jī)械加工系統(tǒng)的能量、效率評(píng)價(jià)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(jìn)行科學(xué)加工。在進(jìn)行實(shí)際工作分析時(shí)，應(yīng)保證分析能力、效率分析、能量利用率的有效性和科學(xué)性。

［1］謝俊.機(jī)械加工系統(tǒng)能量效率的可預(yù)測(cè)特性及預(yù)測(cè)方法研究［D］.重慶，重慶大學(xué)，2016.

［2］黃靜.機(jī)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(xué),2015.

［3］付秀琢.壓電自適應(yīng)微細(xì)電火花加工技術(shù)及機(jī)理研究［D］.濟(jì)南，山東大學(xué)，2012.