用于生产流水线中的能量需求管理的方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2012年9月5日提交的、名称为生产线中的能量需求管理的情况研宄 的、序列号为61/696, 944的美国临时申请的根据35U.S.C. § 119(e)的权益，其通过引用整 体并入本文并且本申请要求其优先权权益。
技术领域
[0003] 本发明涉及能量需求管理，并且更具体地涉及用于具有多个站的生产流水线中的 能量需求管理的方法，其中所述方法受到平均值分析技术和离散事件仿真的支持。
【背景技术】
[0004] 能量成本（包括电功率成本）近来已经急剧上升，并且预期在未来继续上升。那 些成本反应燃料和操作价格的增加，以及在发电和输电工厂中的增加的成本。许多制造工 厂包括消耗工厂中使用的总能量的极大量的生产操作。而且，该生产操作可以包括其性能 每个站变化的多个站。在这样的工厂中能量使用可以在短和中时间范围上剧烈地变化，导 致对配电系统下的额外需求。因此，期望优化制造工厂中的能量使用以便降低成本和能量 需求中的可变性。
【发明内容】
[0005] 公开一种用于具有多个站的生产流水线中的能量需求管理的方法。该方法包括： 计算生产流水线或选择的站的松弛时间（slacktime)并且确定操作模式灵活性的选项。此 外，该方法包括执行选项的可行性分析并且提供基于弹性度量的解决方案。
【附图说明】
[0006] 图1A是对于单阶段生产周期的速度与时间曲线图。
[0007]图1B描绘对于单阶段生产周期的功率消耗模型。
[0008] 图2描绘用于发现生产流水线中的能量需求管理的弹性的现有和潜在源的决策 树。
[0009] 图3描绘一般的连续生产流水线。
[0010]图4包括描绘对于汽车油漆车间流水线的计算机仿真的情况研宄结果的表1。
[0011] 图5包括描绘一般的连续生产流水线的计算机仿真的情况研宄结果的表2。
[0012] 图6包括描绘与表1和表2的情况研宄有关的决策树路径和访问的节点的表3。
[0013]图7是其中可以实现本发明的实施例的计算机系统的框图。
【具体实施方式】
[0014]在详细说明本发明的实施例之前，将要理解，本发明在其申请中不限于在以下描 述中阐述的或在以下附图中图示的组件的构成和安排的细节。本发明能够有其他实施例并 且以各种方式被实施或执行。而且，将要理解，本文使用的措辞和术语是用于描述的目的并 且不应当视为进行限制。"包括"、"包含"、或"具有"及其变体的使用在本文中意味着涵盖 其后所列项目及其等效物以及另外的项目。除了另有指定或限制，术语"安装"、"连接"、"支 撑"和"耦合"及其变体广义地使用并且涵盖直接和间接的安装、连接、支撑和耦合。而且， "连接"和"耦合"不限于物理或机械的连接或耦合。在以下的描述中，同样的参考标号和标 签用于描述图1-7的几个视图中的相同、类似或对应的部分。
[0015] 生产流水线可以包括其性能每个站变化的多个站（即，"多站生产流水线"）。一 个类型的多站生产流水线是汽车制造厂中的油漆车间。特别地，已经发现油漆车间使用高 达汽车制造厂中的大约60%的总能量。要理解本发明还可应用于其他类型的多站生产流水 线。
[0016] 在本发明的一方面，公开了一种用于发现生产流水线的能量需求管理的弹性的现 有和潜在源的方法。在实施例中，与离散事件仿真结合使用平均值分析技术以支持决策树 的计算引擎。在分析中考虑三种类型的弹性。第一类型的弹性是需求响应的弹性（即， "EDR")，其定义为生产系统能够如何有效响应来自电力网的需求响应（即，"DR"）信号。第 二类型的弹性是负载移动的弹性（即，"ELS"），其定义为生产系统能够如何有效将其负载 从峰时段移动到非峰时段。第三类型的弹性是能量效率的弹性（即，"EEE"），其定义为生 产系统能够降低其总体能量消耗到什么程度。
[0017] 已经发现EDR和ELS度量是正相关的，以便具有对DR的高弹性的生产系统基 本上对负载移动有弹性，或者反之亦然。然而，EDR受外部因素影响，S卩，来自电功率使用 (electricpowerutility)的DR信号的定时。这样，分析单独地基于ELS和EEE弹性度 量。而且，注意，较高EEE便于对需求响应和负载移动的有效解决方案。
[0018] 本文中使用的弹性度量考虑生产系统不变量，以及设计改变的经济和技术可行 性。按照系统松弛时间和操作模式灵活性定义弹性度量。操作模式灵活性是指生产进度表 的变化、机器速度或机器周期的变化以及站之间缓冲器存储的使用。例如，一旦站处的机器 完成对产品的工作，该产品可以存储在缓冲器存储位置。然后该机器可以置入另一操作模 式，直到再次需要该机器为止。可以使用的一个操作模式是睡眠模式，其中机器使用的能量 的量减少。
[0019] 而且，分析基于两个生产不变量的使用。这些是时间间隔（即，"T"），在该时间间 隔期间多个单元（即，"P"）必须被完成并且从生产线放出。在T内，包括用于维护的时间、 间歇和生产要求的任何另外的杂项活动时间。在这些任务之后任何剩下的额外时间被考虑 为松弛时间。此外，可以被认为是隐含变量的产品质量假定为在所有替代情况下不改变。进 一步假设关于产品的性能和质量不变量数量是最佳的，并且不变量数量不受新能量需求管 理度量的引入的影响。
[0020] 如果生产系统已经具有极大量的现有或正的松弛时间，并且在生产不变量的约束 内允许调度灵活性，则该系统对能量效率和负载移动二者有弹性。在不存在现有松弛时间 的情况下，可以能够加速正在妨碍生产（即，正在创建生产中的瓶颈）的一些或全部站和/ 或对进行中的工作（即，"WIP"）引入缓冲器存储以便创建松弛时间。在这样的情况下，生 产系统具有对负载移动和能量效率二者的潜在弹性。如果机器周期时间可以关于能量被优 化，而不改变生产不变量，潜在弹性也存在。
[0021] 方法
[0022] 根据本发明，描述平均值分析技术，其受离散事件仿真支持，以计算生产流水线中 诸如电功率消耗的能量消耗。本发明还提供使用平均值分析技术以确定ELS和EEE的现有 和/或潜在源的决策树结构。
[0023] 功率消耗计算
[0024] 对生产流水线中的各个站的功率消耗与整个生产流水线的功率消耗一起二者建 模。该方法还包括功率测定要求和采集数据的手