基于BPMN的CNC加工中心能耗多源動態(tài)特性建模及應用
海天精工 加工中心 鉆攻中心前言：面對日益加劇的能源危機和隨之帶來的環(huán)境惡化問題,，節(jié)能減排已成為社會各界的共識。制造業(yè)是造成能源消耗和碳排放的主要源頭之一,，據(jù)國際能源署(International Energy Agency,正A)統(tǒng)計數(shù)據(jù)：制造業(yè)已消耗了全球超過30%的能量,，產(chǎn)生約36%的C02排放[1]，且其能耗及C02排放仍會持續(xù)增長,，到2030年將分別達到2000年的1.3倍和1.5倍[22],。為此，我國在2016年4月簽署的氣候變化協(xié)定《巴黎協(xié)定》中提出了 INDCs (The intended nationallydetermined contributions)目標：C〇2 排放 2030 年左右達到峰值并爭取盡早達峰,、單位國內(nèi)生產(chǎn)總值C02排放比2005年下降60%?65%,非化石能源占一次能源消費比重達到20%的約束性指標[2],。可見,，現(xiàn)在及可以預見的未來,，節(jié)能減排仍是制約制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。 CNC加工中心作為制造業(yè)重要的生產(chǎn)設備,，量大面廣,，能量消耗和隨之帶來的002排放巨大，減少其能量消耗是實現(xiàn)制造業(yè)節(jié)能減排目標的重要保障[3],。為此,，對CNC加工中心能耗特性進行研究，找出其中能量消耗大和浪費嚴重的環(huán)節(jié)具有十分重要的意義,。能耗建模是分析CNC加工中心能耗特性的重要手段,但由于CNC加工中心能耗部件多,，且其能耗問題涉及機電液等學科領域，使得建立系統(tǒng)的CNC加工中心能耗多源動態(tài)特性模型十分困難,。有學者通過大量實驗數(shù)據(jù)擬合出加工中心運行過程的能耗模型,，如MORI等[4]建立了基于切削速度、進給量和切削深度的加工中心加工過程能耗經(jīng)驗模型,。VINCENT等[5]進一步將加工中心分為空載,、準備、加工不同運行狀態(tài),，依據(jù)實驗數(shù)據(jù)擬合加工中心不同階段的能耗模型,。DIETMAIR等[6]分析了加工中心在切削、磨削等不同工藝活動中的能耗,，建立了包括加工開始,、運行、結(jié)束等步驟的加工中心能耗模型,。HERRMANN等[7]從宏觀的角度分析了加工路線及加工參數(shù)下多加工中心配合關(guān)系對能耗的影響,，提出了一種基于加工鏈仿真的多加工中心能耗預測模型。以上研究將加工中心作為一個整體進行分析,，但由于相比于普通加工中心,，CNC加工中心具有更為復雜的能耗部件，使得這些模型難以適用于CNC加工中心的能耗動態(tài)性描述,。因此,，有學者從CNC加工中心的結(jié)構(gòu)出發(fā),，對不同子系統(tǒng)的能耗特性進行研究。如重慶大學劉飛教授團隊提出了CNC加工中心服役過程中主傳動系統(tǒng)時段能量模型及能量效率獲取方法[8_9],，并對進給傳動系統(tǒng),、冷卻系統(tǒng)等子系統(tǒng)的能耗特性進行研究.構(gòu)建了精工加工中心多源能量流數(shù)學模型[1W1]。浙江大學唐任仲教授團隊從人因工程動素角度出發(fā),，分析了加工過程中不同子系統(tǒng)動作情況,，建立CNC加工中心能量供給模型[12_13,16]。以上研究可為CNC加工中心能耗多源動態(tài)特性研究提供理論方法,，但上述研究多是側(cè)重某一個或某幾個子系統(tǒng)的能耗特性,，難以對CNC加工中心整體運行過程的能耗狀況進行描述。也有學者利用神經(jīng)網(wǎng)絡,、遺傳算法等智能算法,，通過挖掘CNC加工中心運行過程歷史數(shù)據(jù)中蘊含的能耗信息，建立能耗模型,。如宮運啟等[14]基于本體技術(shù)對加工中心加工過程能耗知識語義表達,，利用神經(jīng)網(wǎng)絡建立了加工中心能耗預測模型?；谥悄芩惴ǖ哪芎哪Ｐ涂赏ㄟ^不斷調(diào)節(jié)算法參數(shù)來提高預測精度,，但這種方法往往依賴大量的歷史數(shù)據(jù)，一旦加工環(huán)境改變,，如加工設備,、 參數(shù)等發(fā)生變化，這種基于歷史數(shù)據(jù)的能耗模型將難以適用,。綜上所述,，國內(nèi)外在CNC加工中心能耗特性建模方面己開展了大量的研究，取得了不少研究成果,，但目前仍缺乏能系統(tǒng)反應其能耗多源動態(tài)特性的方法和工具?；诖?，本文引入工業(yè)工程流程分析思想，提出了一種基于BPMN的CNC加工中心能耗多源動態(tài)特性建模方法,，利用BPMN2.0符號和語義對CNC加工中心及其能耗部件的工作狀態(tài)流程,、耦合關(guān)系進行規(guī)范化描述，建立能耗數(shù)據(jù)與BPMN模型的關(guān)聯(lián),，實現(xiàn)CNC加工中心加工過程能耗多源動態(tài)特性的系統(tǒng)化表達,。1CNC加工中心能耗多源動態(tài)特性分析CNC加工中心主要由主傳動系統(tǒng)、進給系統(tǒng),、冷卻系統(tǒng),、CNC系統(tǒng),、照明系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成[15]，具有多源性,。另外,，由于子系統(tǒng)的能量需求主要取決于其工作狀態(tài)，正是由于這些子系統(tǒng)工作狀態(tài)及工作狀態(tài)間的時序配合關(guān)系的變化導致了CNC加工中心能耗的變化,。因此,，構(gòu)建CNC加工中心能耗多源動態(tài)特性模型，不僅需要分析其子系統(tǒng)不同工作狀態(tài)的能量特性,，還需要研究子系統(tǒng)工作狀態(tài)的執(zhí)行流程及其間的耦合關(guān)系,。1.1CNC加工中心能耗多源性分析參考文獻[1〇1提出的能量源和能量流，本文將CNC加工中心能量源及相應的子系統(tǒng)視為一個能耗單元,并按•^事#沒將其劃分為時變能耗單元和非時變能耗單元,。其中,，非時變能耗單元指在加工過程中功率基本不變的單元；時變能耗單元指功率隨著加工過程階段變化而變化的單元,。如以CNC加工中心XK713為例,，其主要能耗單元如表1所示。海天精工 備注：為保證文章的完整度,，本文核心內(nèi)容都PDF格式顯示,，如未有顯示請刷新或轉(zhuǎn)換瀏覽器嘗試，手機瀏覽可能無法正常使用,！結(jié)束語： (1) 依據(jù)CNC加工中心能耗單元的能量消耗特性,，將其劃分為時變能耗單元和非時變能耗單元，并對能耗單元工作狀態(tài)及其耦合關(guān)系對CNC加工中心能量消耗的影響進行了研究,。(2) 利用BP_2.0提供的標準語義符號對CNC加工中心不同能耗單元的工作狀態(tài)流程進行描述,，并對工作狀態(tài)的能耗及工作狀態(tài)間的時序配合關(guān)系進行了研究，構(gòu)建了CNC加工中心運行過程的多源動態(tài)能耗模型,。(3) 案例分析結(jié)果表明,，上述模型和方法可較好的對CNC加工中心運行過程能量變化的時間節(jié)點和能耗值進行描述，可為CNC加工中心能量消耗的多源動態(tài)特性分析提供基礎支持,，具有較為廣闊的應用前景,。本研究的不足之處在于研究范圍僅限于單臺精工加工中心，對于多機多任務機械制造系統(tǒng),，可嘗試將加工中心視為時變能耗單元,，輔助設備及環(huán)境設施視為非時變能耗單元，加工任務視為工藝活動,，將該模型及方法擴展到復雜機械加工系統(tǒng)能耗特性研究中,。在今后的研究中，將針對這一問題進行深入的思考，以使本模型具備更好的擴展性和適用范圍,。海天精工是一家集銷售,、應用及服務于一體的公司。產(chǎn)品包括：CNC加工中心,、鉆攻中心,、龍門加工中心、雕銑機,、石墨機,、五軸加工中心、立式加工中心,、臥式加工中心等,。我們機床的生產(chǎn)工廠設在廣東省寧波市，目前其生產(chǎn)的加工中心70%出口,，其中出口到歐洲占到50%,。我們盡心、盡力,、盡意的服務,！聲明：本站文章均來自網(wǎng)絡，所有內(nèi)容不代表本站觀點,，本站不承擔任何法律責任,！