车间制造系统多能耗特征建模及任务节能优化配置方法研究

降低车间制造系统的能量消耗是我国制造业在全球低碳化新形势下面临的重要挑战。如何揭示车间制造系统运行过程的复杂能耗特性和规律，探索车间节能优化运行的方法是当前广泛关注及迫切需要研究的基础理论问题之一。大量前期试验研究发现，加工任务的合理优化配置可显著降低车间制造系统的能量消耗。为此，本项目面向车间制造系统生产运行过程中的复杂能耗特征，从系统节能的角度探讨合理的任务节能优化配置方法。首先，从系统生产运作的角度，研究车间制造系统复杂能耗过程的多特征性，揭示车间能耗随不同生产过程而产生的各种动态多变的能耗规律及特征；并建立车间制造系统的多能耗特征模型，全面系统地描述制造系统各能耗活动状态及其动态运行过程；在此基础上，研究加工任务在车间制造系统多能耗特征复杂环境下的节能优化配置模型及求解方法。本项目的研究成果可为实现车间制造系统的节能运行提供基础理论和方法的支持。

降低车间制造系统的能量消耗是我国制造业在全球低碳化新形势下面临的重要挑战。针对从生产运作层面开展的支持车间实施系统节能需要揭示车间系统运行过程的复杂能耗特征和规律的需求，对车间生产制造系统运行过程的复杂能耗特征进行了研究，并深入探讨了车间节能优化配置方法。具体包括：针对车间制造系统生产运行中能耗过程涉及的多能量源、多能耗环节复杂性问题，提出了一种车间制造系统的多能耗特性的分析框架，从机床设备层、任务流程层和辅助生产层等三个层次对车间制造系统多能耗特征进行描述，并从时间维和空间维对车间制造系统多能耗特征进行定量分析。结合上述能耗特征框架的三个层次进一步开展了能耗特征建模研究。针对机床设备层能耗特征，提出一种结合面向对象的着色petri网和虚拟部件方法的动态能耗特征建模方法，用于分析车间制造系统中机床设备层的能耗活动状态；对任务流程层，提出一种面向任务驱动的车间制造系统的能耗建模方法，用于分析车间制造系统能耗特征受生产过程影响的动态变化过程；从整个制造系统层角度，提出了一种面向对象的着色petri网的车间制造系统能耗行为建模方法，用于解决受多要素影响的车间制造系统复杂多能耗特征的建模问题。在此基础上，针对车间制造系统生产运行过程的能耗受加工任务的机床选择和工序加工顺序的影响的特性，提出了一种集成空载能耗和加工能耗的多目标节能优化配置方法。以上研究成果在全面、系统描述车间制造系统的复杂多能耗特征的基础上，通过对其能耗特征建模，实现了对车间制造系统能耗过程的评估和预测，为提高车间制造系统的能量效率，实现车间制造系统节能运行提供了基础理论和方法的支持。