(3) 产品方面。产品是制造装备加工的对象。产品的能量效率研究主要是从产品的角度分析和研究制造设备和制造工艺在产品制造过程中的能量效率问题。如 RAHIMIFARD 等[38]从产品的生产过程角度对机械加工车间的能量流进行建模,提出了一种 EPE(Embodied product energy)模型;KARA 等[39]则从全球化制造的角度出发,研究了生产地、运输重量、运输距离及运输方式等因素对产品具体能量消耗的影响;周丽蓉等[40]提出一种基于设计特征的机械产品制造过程能耗关联建模方法,其中设计特征包括产品宏结构特征(空间位置关系与连接关系)和微结构特征(材料特征、形状特征、尺寸特征、技术特征);HU 等[41]对面向工件特征的机床加工能耗进行了研究,为工件的节能设计提供数据支持;TAO等[42]建立了一种面向产品制造过程能耗的产品材料选择模型和方法。
(4) 系统方面。系统方面的能效研究是指从制造系统的单机系统、生产线、车间、企业等各个层面和从生产管理、优化调度、系统优化等各个方面对能效问题进行研究。如:王秋莲等[43]研究了机械制造系统能量效率评价问题;HERRMANN 等[44-45]研究了制造系统的能耗建模与仿真问题;HE 等[46]提出了一种集成机床选择和工序排序的加工任务节能优化配置方法;MOUZON 等[47-48]从设备层面研究了以单个机床总能耗最低为目标的生产调度问题;CAP?N-GARC?A 等[49]从车间层面研究了配料车间节能调度优化策略;CHRISTIAN 等[50]从企业层面提出了制造企业节能调度的研究框架;CATERPILLAR 等[51]基于能源分布的方法研究了车间节能布局优化方法。
3 制造系统能效研究的内容体系框架。
总结与分析国内外现有研究(包括本课题组的研究),可建立制造系统能量效率研究内容的一种体系框架,如图 1 所示。对制造系统能量效率研究内容体系框架中难于清楚表达之处作如下说明。
图 1 制造系统能量效率研究内容体系框架
(1) 单机制造系统是由单台制造设备及相关系统和操作者组成的一个可独立运行和调节的输入输出系统。如,由一台金属切削机床、工件、工装夹具、刀具、压缩空气、空调、各种辅助系统(照明等)和操作者组成的机械加工系统就是一种典型的单机制造系统。单机制造系统是离散制造业特有的一种底层制造系统。现有的离散制造系统的能量效率研究大多从单机制造系统能量效率研究开始,如文献[52]等从普通机床的能效建模研究出发,研究了机械加工系统能量效率特性及其应用。
(2) 能耗组件包括制造系统能量消耗的各个实体能耗(设备系统能耗、物流系统能耗、空调系统和其它各种能耗),也包括从工艺和产品角度研究工艺过程和产品制造过程所关联的能耗。如:工艺过程的能耗是由设备和其它实体所消耗的,但为了研究工艺的特点和能效优化方法,需要从工艺的角度来分析工艺过程所关联的实体能量消耗(工艺种类关联能耗、工艺路线关联能耗以及工艺参数关联能耗)。产品制造能耗也是如此,包括零件制造过程、部件制造过程和整个产品制造过程所关联的实体能量消耗。