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1、產(chǎn)品制造過(guò)程中的節(jié)能潛力很大,在大力加強(qiáng)技術(shù)節(jié)能、依靠技術(shù)進(jìn)步降低單位產(chǎn)品能耗的同時(shí),還需要對(duì)能源消耗進(jìn)行精細(xì)管理,以保證節(jié)能效果發(fā)揮到最大程度。目前,離散制造業(yè)的能源管理方式還很不完善,需要由經(jīng)驗(yàn)管理向現(xiàn)代化管理轉(zhuǎn)變。通過(guò)建立產(chǎn)品制造過(guò)程的能源消耗模型,可以理清能耗的來(lái)源及組成,在此基礎(chǔ)上減少或消除不必要的能源消耗;還可以指導(dǎo)能耗數(shù)據(jù)與加工過(guò)程相對(duì)應(yīng),從而為基于知識(shí)的能耗預(yù)測(cè)打下基礎(chǔ);在能耗模型指導(dǎo)下開(kāi)發(fā)能源管理系統(tǒng),可以使能源管理工
2、作更具有科學(xué)性、合理性和實(shí)用性。另一方面,對(duì)于難以用數(shù)學(xué)方法精確估算產(chǎn)品制造過(guò)程中能耗值的問(wèn)題,隨著人工智能及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,用基于知識(shí)的方法來(lái)解決成為可能。能耗估算結(jié)果是能源管理的基礎(chǔ),同時(shí)可以為工藝方案評(píng)價(jià)及調(diào)度等決策活動(dòng)提供支持,也是綠色制造等研究中能源消耗研究的基礎(chǔ),因此,本文進(jìn)行了產(chǎn)品制造過(guò)程能耗模型及基于知識(shí)的能耗預(yù)測(cè)的研究。全文的研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)部分:
建立了產(chǎn)品制造過(guò)程的能耗模型。通過(guò)對(duì)制造過(guò)程中幾個(gè)
3、概念的分析,明確本文面向能耗的研究體系。接著分析了產(chǎn)品制造過(guò)程中的能源消耗,并建立了產(chǎn)品制造過(guò)程中能耗的數(shù)據(jù)模型,包括提出能耗模型要解決的問(wèn)題;對(duì)能源消耗方面的一些術(shù)語(yǔ)進(jìn)行定義;對(duì)術(shù)語(yǔ)及能耗控制的規(guī)則進(jìn)行形式化等內(nèi)容。其中術(shù)語(yǔ)定義包括機(jī)械加工工藝過(guò)程中工序能耗的各個(gè)定義,零件機(jī)械加工過(guò)程中的能耗及產(chǎn)品制造過(guò)程中的能耗等的定義。分析了產(chǎn)品制造過(guò)程能耗模型的作用,它可以為能耗的精細(xì)管理提供支持。
提出了產(chǎn)品制造過(guò)程能耗知識(shí)的語(yǔ)義模
4、型及其表示方法。能耗信息采集后,與工藝實(shí)例及切削參數(shù)等結(jié)合后形成為能耗知識(shí),通過(guò)明確與能源消耗有關(guān)的各種概念及其關(guān)系,建立了產(chǎn)品制造過(guò)程和機(jī)械加工過(guò)程能耗知識(shí)的語(yǔ)義模型。通過(guò)對(duì)幾種承載語(yǔ)義模型的語(yǔ)義表示語(yǔ)言的比較之后,以 OWL語(yǔ)言為基礎(chǔ)來(lái)表示與能耗相關(guān)的概念實(shí)體集、概念實(shí)體屬性集及關(guān)聯(lián)集。對(duì)能耗相關(guān)概念體系中的公理和約束,以制造對(duì)象為例,進(jìn)行了一階邏輯表示的研究。接著提出了機(jī)械加工工藝過(guò)程中能耗相關(guān)信息的層次結(jié)構(gòu)。
提出了基
5、于實(shí)例推理的工藝過(guò)程能耗預(yù)測(cè)方法。首先建立了基于 CBR的零件機(jī)械加工工藝過(guò)程能耗預(yù)測(cè)的過(guò)程模型。接著針對(duì)能耗預(yù)測(cè)的特點(diǎn),提出了基于所屬產(chǎn)品的檢索、面向零件的檢索和基于機(jī)床設(shè)備的匹配檢索三個(gè)主要步驟的實(shí)例檢索過(guò)程,并采用應(yīng)用事務(wù)特性表技術(shù)的利用相似零件加工能耗結(jié)果的估算方法。以汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子加工為例,驗(yàn)證了上述方法的可行性及有效性。
提出了工序?qū)哟紊匣谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的能耗預(yù)測(cè)方法。首先,通過(guò)對(duì)單位體積金屬去除量的能耗公式的分析,知道能
6、源消耗與很多具體條件相關(guān),很難精確計(jì)算出,而且機(jī)床和刀具等一經(jīng)確定,切削用量的選擇就成為影響能源消耗的關(guān)鍵。在分析了 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)后,建立了能耗預(yù)測(cè)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,說(shuō)明了輸入變量及輸出變量的選取及其歸一化處理,并進(jìn)行了隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)和傳遞函數(shù)的選取。以各切削用量組合及其對(duì)應(yīng)能源消耗的歷史數(shù)據(jù)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的樣本集,建立切削用量組合方案輸入和能源消耗輸出間的非線性關(guān)系,從而對(duì)新的切削用量參數(shù)組合進(jìn)行能耗值的預(yù)測(cè)。以導(dǎo)葉片的粗銑加工為
7、例,驗(yàn)證了該能耗預(yù)測(cè)方法的有效性。
在能耗模型和能耗知識(shí)語(yǔ)義模型的指導(dǎo)下進(jìn)行了離散制造業(yè)能耗管理原型系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。在分析了離散制造企業(yè)在能源管理方面的特點(diǎn)后,根據(jù)功能的獨(dú)立化、模塊化的設(shè)計(jì)思想,提出了包括數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)管理層、用戶(hù)服務(wù)層三個(gè)層次的系統(tǒng)總體層次結(jié)構(gòu)。指明了軟件系統(tǒng)的工作流程,并從產(chǎn)品能耗管理、設(shè)備能耗管理、能耗信息管理、能源消耗的預(yù)測(cè)和系統(tǒng)管理五個(gè)方面進(jìn)行系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)有利于理清能源消耗的脈絡(luò),找出降低能源消
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