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双机器单缓冲区制造系统节能运行研究

王强 肖喜彬 于蒙 曹小华

王强, 肖喜彬, 于蒙, 曹小华. 双机器单缓冲区制造系统节能运行研究[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(4): 551-557. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180202
引用本文: 王强, 肖喜彬, 于蒙, 曹小华. 双机器单缓冲区制造系统节能运行研究[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(4): 551-557. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180202
Wang Qiang, Xiao Xibin, Yu Meng, Cao Xiaohua. Exploring Energy Conservation of Two-machine-one- buffer Manufacturing System[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(4): 551-557. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180202
Citation: Wang Qiang, Xiao Xibin, Yu Meng, Cao Xiaohua. Exploring Energy Conservation of Two-machine-one- buffer Manufacturing System[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(4): 551-557. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180202

双机器单缓冲区制造系统节能运行研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180202
基金项目: 

国家自然科学基金青年科学基金项目 61503291

国家自然科学基金面上项目 71672137

详细信息
    作者简介:

    王强(1984-), 副教授, 博士, 研究方向为多智能体协同、物联网协同技术, wangqiang@whut.edu.cn

    通讯作者:

    曹小华, 教授, 博士, Tomm_cao@163.com

  • 中图分类号: TP23

Exploring Energy Conservation of Two-machine-one- buffer Manufacturing System

  • 摘要: 为研究双机器单缓冲区系统节能运行情况,从而制定出相应节能运行策略,实现节能减排。利用马尔科夫链建立双机器单缓冲区制造系统工作模型,确定双机器单缓冲区系统在机器阻塞或饥渴条件下不同机器停机节能时间窗口及其表达式。在此基础上,利用MATLAB求解出不同情况下的停机节能时间。最后将所求时间运用至Plant Simulation模型中进行仿真并进行数据处理得到相关结论。仿真结果表明:在接受一定的产量损失下,系统采用最优的控制策略时其节能量可以达到10%以上。
  • 图  1  双机器单缓冲区制造系统

    图  2  机器i的状态转移图

    图  3  无控制情况下8 h内机器M1工作节奏图

    图  4  采用70%消耗时8 h内机器M1工作节奏图

    图  5  无控制情况下8 h内机器M2工作节奏图

    图  6  采用60%填充时8 h内机器M2工作节奏图

    表  1  机器功率数据

    机器 Pwork, i/kW Pidle, i/kW Psleep, i/kW Ptransit, i/kW
    M1 30 18 9 19.5
    M2 20 12 6 13
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    表  2  机器M1平均停机时间

    α 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
    启动时B2容量 6 5 4 3 2 0
    平均停机时间/s 234 273 312 351 390 468
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    表  3  M1停机休眠节能仿真运行结果对比

    指标 系统8 h平均产量 95%置信区间 产量损失百分比/% 系统8 h平均能耗/(kW·h) 95%置信区间 能耗减少百分比/%
    无控制运行 532.45 [513.11, 551.78] —— 242.86 [237.27, 248.46] ——
    50%消耗B2 519.78 [500.65, 538.90] 2.38 215.47 [210.25, 220.69] 11.28
    60%消耗B2 517.25 [497.18, 537.31] 2.85 214.46 [208.98, 219.94] 11.70
    70%消耗B2 508.47 [488.82, 528.11] 4.50 212.14 [206.59, 217.69] 12.65
    80%消耗B2 499.16 [478.64, 519.67] 6.25 210.46 [204.83, 216.08] 13.34
    90%消耗B2 496.37 [477.23, 515.50] 6.78 210.61 [205.39, 215.83] 13.28
    100%消耗B2 463.81 [445.51, 482.10] 12.89 205.11 [199.89, 210.32] 15.55
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    表  4  机器功率数据

    机器 Pwork, i/kW Pidle, i/kW Psleep, i/kW Ptransit, i/kW
    M1 20 12 6 13
    M2 30 18 9 19.5
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    表  5  机器M2平均停机时间

    β 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
    启动时B2容量 6 7 8 9 10 12
    平均停机时间/s 234 273 312 351 390 468
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    表  6  M2停机休眠节能仿真运行结果对比

    指标 系统8 h平均产量 95%置信区间 产量损失百分比/% 系统8 h平均能耗/(kW·h) 95%置信区间 能耗减少百分比/%
    无控制运行 546.51 [521.04, 571.98] 244.38 [236.93, 251.84]
    50%填充B2 529.56 [505.70, 553.41] 3.10 216.20 [209.47, 222.93] 11.53
    60%填充B2 521.66 [497.20, 546.12] 4.55 214.31 [207.43, 221.20] 12.30
    70%填充B2 520.58 [494.40, 546.76] 4.74 214.47 [207.14, 221.81] 12.24
    80%填充B2 518.05 [491.50, 544.59] 5.21 213.78 [206.34, 221.22] 12.52
    90%填充B2 512.97 [490.38, 535.56] 6.14 214.25 [207.98, 220.53] 12.33
    100%填充B2 479.27 [458.89, 499.64] 12.30 208.58 [202.72, 214.44] 14.65
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  • 收稿日期:  2017-04-10
  • 刊出日期:  2019-04-05

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