段。该模型使用关注平均度量并且忽略隐 含（undrlying)过程的方差的平均值分析技术。当站周期时间中的可变性低时，期望平均 值分析合理地得出精确结果。估计和真实值之间的任何偏差随着站周期、空闲和其他停止 时间的方差的扩大而扩大。此外，当过程可变性显著时，仿真将提供更精确的结果。在以下 的描述中，E()和Var〇用于表示平均和方差算子。
[0025] 单站模型
[0026] 在本发明中考虑单周期阶段（即，"单阶段"）和多周期阶段（即，"多阶段"）生产 站。每零件或工件定义生产周期。单阶段生产周期包括斜坡上升（rampup)(加速）时段、 恒定速度时段和斜坡下降（rampdown)(减速）时段。多阶段生产周期包括多个斜坡上升、 恒定速度和斜坡下降时段。在斜坡上升和斜坡下降时段期间比在恒定速度时段中消耗更多 的能量。因此，多阶段生产周期与具有相同总持续时间的单阶段生产周期相比消耗更多功 率。因此，减少周期数量或运行具有不同斜坡上升或斜坡下降功能的生产阶段显著改变功 率消耗。
[0027] 参考图1A，示出速度与单阶段生产周期的时间的曲线图10。速度是指任何过程的 速度并且可以按照离散单元/时间单位、或每分钟转数（rpm)来测量。曲线图10包括斜坡 上升部分12、恒定速度部分14和斜坡下降部分16,其分别在表不为TpTjPT3的第一、 第二和第三时间段期间出现。每个时间段Tl、T2、T3进一步通过速度的变化率（例如，生 产率）和持续时间定义。功能表格用于描述这些变化。
[0028] 图1B示出功率与时间的曲线图18并且描绘单阶段生产周期的功率消耗模型。基 于加速率（a)、恒定速度（v)和减速率（S)参数地定义功率消耗。注意，图1B中所示的 曲线图18可以取决于各个站的能量概况（energyprofile)而不同。特别地，图1B描绘典 型的直流（即，"DC"）电动机的功率消耗。
[0029] 多阶段生产周期通过由非活动时间分隔的多个单周期（如图1A中描绘的单阶段 生产周期）的序列来表征。该安排的示例是在机器人应用中，其中机器人执行之间具有非 活动时段的移动（加载和卸载）与操作（例如，上油漆）的序列。总功率消耗是在不同周 期上所有项目的相加。
[0030] 定义以下状态变量：
[0031]
【主权项】
1. 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，包括步骤： 计算用于生产流水线或选择的站的松弛时间； 确定用于操作模式灵活性的选项； 执行选项的可行性分析；以及 提供基于弹性度量的解决方案。
2. 如权利要求1所述的方法，进一步包括步骤： 确定生产线是否关于平均站周期时间平衡。
3. 如权利要求1所述的方法，进一步包括步骤： 确定各站之间是否存在显著的过程可变性。
4. 如权利要求1所述的方法，其中，操作模式灵活性包括控制灵活性选项和调度灵活 性选项。
5. 如权利要求4所述的方法，其中，控制灵活性选项包括关闭选项和睡眠模式选项。
6. 如权利要求4所述的方法，进一步包括步骤： 执行调度灵活性选项的可行性分析。
7. 如权利要求1所述的方法，其中，如果用于生产流水线的松弛时间没有显著地大于 零，则在选择的站上利用控制选项。
8. -种用于具有多个站的平衡生产流水线中的能量需求管理的方法，其中至少一个站 是瓶颈，该方法包括步骤： 确定各站之间是否存在显著的过程可变性； 计算用于生产流水线或选择的站的松弛时间； 确定用于操作模式灵活性的选项； 执行选项的可行性分析；以及 如果各站之间显著的过程可变性不存在，松弛时间没有显著地大于零，并且经济上可 行的操作模式灵活性选项存在，则提供基于对负载移动度量的弹性或对能量效率度量的弹 性的解决方案。
9. 如权利要求8所述的方法，其中，操作模式灵活性选项包括加速瓶颈站。
10. 如权利要求8所述的方法，其中，当各站之间显著的过程可变性存在时，操作模式 灵活性包括控制灵活性选项和调度灵活性选项。
11. 如权利要求10所述的方法，其中，控制灵活性选项包括关闭选项和睡眠模式选项。
12. 如权利要求10所述的方法，进一步包括步骤： 执行调度灵活性选项的可行性分析。
13. 如权利要求10所述的方法，其中，如果用于生产流水线的松弛时间没有显著地大 于零，则在选择的站上利用控制选项。
14. 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，包括步骤： 提供生产不变量； 确定生产线是否关于平均站周期时间平衡； 确定各站之间是否存在显著的过程可变性； 计算用于生产流水线或选择的站的松弛时间； 确定用于操作模式灵活性的选项； 执行选项的可行性分析；以及 提供基于弹性度量的解决方案。
15. 如权利要求14所述的方法，其中，生产不变量包括在其期间多个单元必须被从生 产线放出的时间间隔。
16. 如权利要求14所述的方法，其中，松弛时间通过下式计算： Slacttimei = T-T「E ( ε J X E (Θ J 〇
17. 如权利要求14所述的方法，其中，松弛时间通过下式计算：
18. 如权利要求14所述的方法，其中，操作模式灵活性包括控制灵活性选项和调度灵 活性选项。
19. 如权利要求18所述的方法，其中，控制灵活性选项包括关闭选项和睡眠模式选项。
20. 如权利要求18所述的方法，进一步包括步骤： 执行调度灵活性选项的可行性分析。
【专利摘要】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：计算用于生产流水线或选择的站的松弛时间，并且确定用于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。该方法得到平均值分析技术和离散事件仿真的支持。该方法提供生产系统中的自动能量审计和分析工具。
【IPC分类】G05B13-02, G05D7-06
【公开号】CN104756022
【申请号】CN201380054155
【发明人】H.I.古尔特金, D.魏, Y.卢, M.A.贾法里
【申请人】西门子公司
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2013年8月23日
【公告号】EP2893407A2, US20150227138, WO2014039290A2, WO2014039290A3