机床产品制造系统的能效组合评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机床产品制造行业中制造系统的能效优化控制技术领域，具体的，涉 及一种面向机床产品制造系统的能效组合评价方法。
【背景技术】
[0002] 制造业作为国民经济的支柱产业，再创造巨大经济财富的同时，也消耗了大量制 造资源特别是能源，并且对环境造成了严重的影响。特别是像中国这样的发展中国家，制造 业的能耗量巨大，能量利用率更低。如作为离散加工制造系统主要组成的机床，我国的保有 量世界第一，机床装备总额定功率相当于三峡电站总装机量的3倍左右。并且大量调查研 宄表明：机床能量平均利用率低下，平均不到30%。因此，加强企业能效评价、提高制造系 统能量效率已成为制造业的党务之急。在这种环境下，需要一种良好的制造系统能效评估 方法。
[0003] 传感器技术、射频识别技术以及通信技术在企业制造过程的数据实时采集以及企 业内部数据共享的量化实现，为制造系统能效评估提供了基础数据支持。为了降低企业制 造系统的能耗，节能减排，提高经济效益，制造决策者必须对制造设备、制造工艺、任务流程 等的能效进行准确的理解。快速地、动态地分析制造过程数据，进行制造系统能效的量化分 析是制造过程正确决策的前提，也是降低能耗、节能减排的基础。
[0004] 到目前为止，对制造系统能效评价的研宄主要分为三类：一是制造系统总体能效 评价；二是产品能效评价；三是制造设备和工艺能效评价。近年来，随着机械制造业能源消 耗问题和环境影响问题的日益严峻，制造系统能效评价问题也引起了学术界和企业的广泛 重视。美国为此就专门成立了以提高制造业生产过程的能量效率作为首要目标的工业评价 中心。针对目前我国机床制造企业能效评估手段的匮乏，如何从节能减排、多角度多层次建 立机床制造行业的能效评估指标体系，提供可量化的能效考核标准，为企业在节能降耗方 面提供一个客观的业绩考核依据已成为一个热门研宄课题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于针对上述问题，提出一种面向机床产品制造系统的能效组合评 价方法，该方法以能源利用统计数据以及历史与当前生产数据为基础，主要针对无线传感 器技术、网络技术等采集的实时制造能耗，综合考虑制造系统各层级的能耗，对制造系统能 效进行动态准确的评估，为企业节能减排、提高经济效益提供支持。
[0006] 为了实现上述目的，本发明所述的机床产品制造系统的能效组合评价方法包括如 下步骤：
[0007] 步骤一、采集原始的能耗相关数据，建立机床产品制造系统能效评估A指标体系， 该指标体系的准则层包括能效经济指标&、产品能效指标B2、设备能效指标B3和任务流程 能效指标B4;
[0008] 具体的，对上述建立的机床广品制造能效评估指标进一步的具体化分解为指标 层，其中，能效经济指标具体化分解为万元产品能耗cn、万元增加值能耗c12;产品能效指标 具体化分解为单位产品综合能耗C21、产品节能量c22、产品用能水平c23;设备能效指标具体 化分解为机床设备能效C31、能源输送效率c32、能源加工转换设备c33;任务流程能效指标具 体化分解为生产工艺能效C41、生产资源调度能效c42。
[0009] 步骤二、确定能效评估指标体系下各评估指标的权重向量W，W= (Wi,w2，…，Wi，… ，wn)，则％满足
[0011] WiS步骤一中各个指标的权重；本步骤中采用层次分析法确定各评估指标的权 重，构建各评估指标的判断矩阵：
[0012]
[0013] 其中dij是指标i与指标j比较后的标度值，并满足dij= 1/d屯=1。计算矩 阵D的最大特征根A_，将判断矩阵归一化：
[0015] 将归一化后的判断矩阵按行相加：
[0017] 对其归一化，即可得到各指标的权重：
[0019] 计算判断矩阵的最大特征根A
[0021] W为权重向量，Wi为各个指标的权重，也即权重向量的第i个分量。
[0022] 则判断矩阵的一致性检验：
[0024] 其中，n为指标集中的指标数量也即是矩阵阶数。通过计算一致性比率CR，判定 矩阵的合理性：
[0026] 其中，RI为平均随机一致性指标，是足够多个随机发生的判断矩阵计算一致性指 标的平均值，如果CR< 0. 1，矩阵合理，认为一致性可以接受，如果CR多0. 1，则遍历上述评 估指标并进行两两对比，从而重新构建各评估指标的权重矩阵。
[0027] 由步骤一可知，采用多层模型，根据上述公式可计算出一级指标的权重向量W1以 及各二级指标分别对一级指标的权重向量W2。那么根据得到的一级指标的权重和二级指标 的权重，可以得出二级指标对目标层的综合权重矿=Wf。
[0028] 步骤三、采用灰色关联法确定最优指标集，并进行规范化处理，确定关联度系数和 关联系数矩阵。由于指标相互之间具有不同的量纲和数量级，一般不能进行直接比较，因此 要首先对原指标值进行规范化处理。本发明采用极值法对原指标进行规范化处理，如下：
[0029] 若性能指标j为效益型，则规范化转换公式为：
[0031] 若性能指标j为成本型，则规范化转换公式为：
[0033] 将经过规范化处理后的最优指标集{yj= [yea,ya，…，yj作为参考序列，本发 明将第j个指标在所有北平对象中的最优值作为的值：
[0034] 若性能指标j为效益型，则：
[0035] y〇j^mfxyij
[0036] 若性能指标j为成本型，则：
[0037] r()/
[0038] 将经规范化处理后的方案指标值{yd= [yn,yi2，…，yin]作为被比较数列，综合r 位专家对第i个指标的评价因素，可用如下关联度系数公式分别计算第i个指标与第j个 最优指标的关联系数0i(j):
[0040] 其中，minm丨n|乂,,-乃,|和max |)'n,-々I分别表示最小绝对值和最大绝对值，分 辨率pe[0，1]，一般取0.5。通过如上计算，得到关联系数矩阵0 :
[0042] 步骤四、采用模糊综合评价法得到最终评价结果。将步骤二中得到的权重向量W 和步骤三中得到的关联系数矩阵0进行复合运算得到综合评判矩阵，则模糊评价算子z:
[0043] Z=W? 0T
[0044] 确定评语等级论域，即确定等级矩阵V:
[0045] V= (v"v2,…vn)T
[0046] 隶属于集合M= {(优）1，（良）0.7,（中）0.5,（差）0.2}
[0047] 利用归一化将评价向量Z进行归一化处理得到Z#=(zz2，…，zn)，并对指标各评 价等级进行加权平均，得到综合评价结果：
[0049] 所述能效综合评价结果是各指标权重的量化，越是最近的评估值，其对目前产品 制造系统的能效评估指导意义越大，综合评价越尚，即能效越尚。
[0050] 本发明提出了基于层次分析法、灰色关联法和模糊综合评价法相结合的制造系统 能效评估方法。从能源资源角度建立机床产品制造能效综合评估的三层能效管理评价指标 体系，并建立机床产品制造能效动态评估的数学模型。由于受企业制造设备多样性、生产复 杂性和企业状态模糊性等因素的综合影响，制造系统能效的评价是一个涉及多因素、多目 标的决策过程，既要最大限度地完成加工任务，又要达到节能减排，收益最大。这些因素相 互关联，相互制约，同时由于某些指标的不确定性和不可预测性，使得评价本身具有较大的 模糊性。以往单一的能效评估方法如层次分析法、多目标优化、遗传算法等，通常通过主观 或客观对指标权重进行赋值。对于同一个评价对象，采用不同的评价方法所得到的评价结 果并不完全相同，且主观赋权法的评价结果具有较强的主观性，客观赋权法所得权重不能 完全体现各指标本身的重要性。因此单一的评价法的评价结果缺乏说服力和可靠性。本发 明为了保证评价结果的科学性和可靠性，采用组合评价法对制造系统能效进行评估。该技 术在能效评价的不同阶段选用不同的方法，层次分析法、灰色关联法和模糊综合评价法相 结合，各种方法扬长避短，有效地解决了制造业能效综合评价问题。
【附图说明】
[0051] 图1是本发明能效评价流程。
[0052] 图2是机床广品制造系统能效评价指标体系。
【具体实施方式】
[0053] 以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0054] 本发明设计的机床产品制造系统的能效组合评价方法，首先对制造系统能效的构 成要素进行归纳分析，建立制造系统能效综合评价指标体系，然后建立制造系统能效评估 的数学模型，最后针对数学模型利用层次分析法、灰色关联法和模糊综合评价法相结合对 制造系统能效进行评价。
[0055] 如图1所示，本发明总体包括如下步骤：
[0056] 1.确定机床广品制造系统能效数据不同评估指标权重约束；
[0057] 2.设定机床产品制造系统能效评估数学模型中的评估目标；
[0058] 3.利用层次分析法确定综合评价指标体系下，各指标的权重；
[0059] 4.利用灰色关联法确定关联度系数和关联系数矩阵；
[0060] 5.利用模糊综合评价法确定机床产品制造系统能效综合评估值。
[0061] 本发明的具体步骤如下：
[0062] 步骤一：米集原始的能耗相关数据，建立机床广品制造系统能效评估A指标体系， 如图2所示，该指标体系的准则层包括能效经济指标&、产品能效指标B2、设备能效指标B3 和任务流程能效指标B4;
[0063] 对上述建立的机床广品制造能效评估指标进一步的具体化