《物聯環境下離散製造系統主動節能生產機理和方法研究》是依託華中科技大學，由王峻峰擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：物聯環境下離散製造系統主動節能生產機理和方法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王峻峰
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
高效低碳和互聯互通是對未來一代離散生產製造系統提出的新要求。本項目針對物聯互通條件下信息豐富的離散生產和製造系統，圍繞該系統的要素主體模型、節能時間窗模型和節能行為仿真決策，研究該類系統工作過程中的主動節能生產機理和方法，揭示系統實時運行中隱藏的節能時機。研究機器設備的多粒度工作能耗狀態圖模型，構建物聯環境下、具有系統狀態自我感知和自身工作能耗狀態調節機制的機器主體模型；分析製造系統工作過程中的暫態現象所形成的節能運行事件，採用離散時間馬爾科夫過程方法，建立以系統片段為基礎的機器主動節能生產時間窗模型，實現節能事件驅動下、機器設備工作能耗狀態的自主回響調節；提出離散製造系統的主動節能生產運行模式，研究該類系統節能生產的節拍決策，通過數據驅動的仿真方法分析機器的節能行為對系統生產效率和工作能耗的影響。研究成果能夠為未來一代物聯製造系統的能耗仿真、評估和節能生產決策提供支持，具有重要的現實意義和廣闊的套用前景。
結題摘要
社會可持續發展使量大面廣的離散製造業擔負巨大的節能減排任務，物聯技術發展促使了以感知、計算、控制為特徵的新一代物聯製造系統的產生。通過製造要素對系統狀態的主動感知和回響實現製造系統主動節能生產是物聯製造環境下急需解決的問題。本項目以物聯互通環境下的離散製造系統為對象，以節能生產為目標，從離散製造系統主動節能生產總體框架、製造系統要素主體模型、機器節能時機/節能時間窗決策方法和節能行為性能仿真等四個方面開展了研究工作。提出了一個事件驅動、基於實時生產數據的三視圖（數據、模型、服務）節能生產製造數字孿生框架。分析了機器、緩衝區和產品三類製造要素主體模型及其相互協作關係。利用機器阻塞、饑渴和失效狀態，提出了顯性定量節能時間窗決策的馬爾科夫鏈預測方法和極大代數決策方法。以系統中緩衝區實時水平為依據，提出了基於模糊邏輯和Petri網推理的隱性節能時機決策方法。利用不同類型的離散製造系統進行了節能行為性能仿真，驗證了方法的有效性。採用基於馬爾科夫鏈的顯性節能時間窗預測方法進行仿真，可將機器短暫頻繁不容易控制的無效待機時間集聚為較長的可控制的節能休眠時間。針對隱性節能時機決策，採用基於模糊邏輯的主動節能決策方法，對串列、串並行、裝配拆卸串並行三種類型製造系統的仿真表明，系統總能耗成本有效降低，案例顯示整個系統的能耗平均降低了15.62%，而產量損失僅為5.16%，單件產品能耗降低了11.03%。採用基於Petri網的節能決策方法，對串列製造系統進行機器聯合節能仿真，系統產量僅有0.1%的損失，總能耗節省了25.6%。採用基於極大代數的主動節能決策方法，相同的案例顯示系統總能耗成本下降58.17%，單件產品能耗降低了57.23%，系統產量損失為2.2%。本項目的科學意義在於從高度動態、不確定的離散製造系統實時工作過程中尋找機器的節能時機，通過對系統狀態的實時感知，機器主動採取節能運行行為，充分揭示了生產製造系統物聯化背景下，以自主智慧型決策為基礎的綠色化發展方向。
