面向機(jī)械裝備節(jié)能設(shè)計(jì)的能耗信息描述與集成探究

梁 純（江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，221116）

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面向機(jī)械裝備節(jié)能設(shè)計(jì)的能耗信息描述與集成探究

梁 純
（江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，221116）

摘要：實(shí)施機(jī)械裝備節(jié)能設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是準(zhǔn)確描述出能耗構(gòu)成，表示能量信息與設(shè)計(jì)信息之間的映射關(guān)系是。在探究機(jī)械裝備運(yùn)行能耗因素的基礎(chǔ)上，提出了一種開(kāi)放的能量信息描述模型—能量分解結(jié)構(gòu)（Enery breakthrough structure，EBS）。它是有一系列相互關(guān)聯(lián)的能量要素構(gòu)成，也可以在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、損耗關(guān)系及能量變換等建立，能夠達(dá)到多方面的能耗分析需求。本文就詳細(xì)分析了這種方法的可行性。

關(guān)鍵詞：能量描述；EBS；信息集成

在當(dāng)今日益發(fā)展的社會(huì)，城市污染也是與日俱增，在此背景下，國(guó)家倡導(dǎo)低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。造成碳排放的主要來(lái)源是機(jī)械制造產(chǎn)品，它得到了國(guó)際上的普遍重視。所以我們必須要改進(jìn)設(shè)計(jì)原理、提高變量為科技手段，最終達(dá)到能耗水平和效益等因素的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。實(shí)施節(jié)能設(shè)計(jì)的先決條件就是描述設(shè)計(jì)信息對(duì)能耗的影響。本文的重點(diǎn)主要是：一是機(jī)械設(shè)備能耗結(jié)構(gòu)的分析，而是能耗信息與設(shè)計(jì)信息的反射。

1　機(jī)械裝備運(yùn)行過(guò)程的耗能因素

在制造過(guò)程、運(yùn)行過(guò)程的能耗、產(chǎn)品以及零部件工藝特征、設(shè)備、及車(chē)間的角度相結(jié)合是機(jī)械制造裝備的生命周期能耗的主題，可以減少機(jī)械裝備在運(yùn)行過(guò)程中的能量消耗從而要進(jìn)行進(jìn)一步的探究。

1.1機(jī)械裝備運(yùn)行過(guò)程所用功率方程

機(jī)械系統(tǒng)在運(yùn)行中會(huì)涉及到轉(zhuǎn)換與損耗過(guò)程、能量的傳遞、以及動(dòng)能定理，即是“物體動(dòng)能的變化等于合外力對(duì)物體所做的功

依據(jù)功能定理的公式，由此可以得出機(jī)械系統(tǒng)的功率方程

rE/dt=pi- po- pu（2）

（2）式中動(dòng)能變化率rE/d表示，輸入功率用pi來(lái)表示，有用功率用po表示，無(wú)用功率用pu表示，保證功能機(jī)械體統(tǒng)征程運(yùn)動(dòng)工作所必須輸入的功率用pi表示，包括系統(tǒng)外部輸入的功率，回收利用的功率，或其他系統(tǒng)傳遞輸入的功率等。Po是為達(dá)到系統(tǒng)功能所需要的功率用Po表示，用摩擦因等耗能的功率PQ代替系統(tǒng)動(dòng)能變化率dE/dt，機(jī)械輸入功率的方程可根據(jù)2式中計(jì)算得出

式中，伴隨實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生附加能量的核心功能用pB來(lái)表示。節(jié)能化產(chǎn)品設(shè)計(jì)是為了減少機(jī)械裝備過(guò)程中的能量輸入PI，po是相對(duì)恒定的，所以經(jīng)過(guò)分析可得

綜上可以清楚機(jī)械設(shè)計(jì)的因素。

1.2機(jī)械裝備運(yùn)行過(guò)程中的能耗構(gòu)成

根據(jù)制造過(guò)程中產(chǎn)生能量的不同可以分為直接能量和間接能量，如物料配送、裝配、機(jī)械加工等過(guò)程消耗的能量都是直接能量，它是完成預(yù)定工作所消耗的能量。圖1中的Ii.1≤i≤m對(duì)應(yīng)的是完成系統(tǒng)能間接的能量消耗也就是間接能量消耗，附加能量指的是圖1中的Ai和理論能量指的是圖1中的Ti，1≤i≤n，其中附加能量和理論能量都是直接能量。附加能量可以減小在核心能量過(guò)程中系統(tǒng)狀態(tài)所需摩擦等環(huán)節(jié)能量的和的能量。

2　EBS的機(jī)械裝備能量描述

2.1能量分解結(jié)構(gòu)（EBS）模型

在各個(gè)機(jī)械運(yùn)行所耗的能量情況下，想要更清楚地描述機(jī)械裝備運(yùn)行過(guò)程的能量構(gòu)成應(yīng)該進(jìn)行快速檢測(cè)機(jī)械系統(tǒng)，它對(duì)產(chǎn)品有效集成與能量信息發(fā)揮著有效的作用。我們發(fā)現(xiàn)了一種能量分解圖是根據(jù)系統(tǒng)圖的能量描述模型的分析（Enery breakthroughstructure，EBS）進(jìn)行提出的。對(duì)EBS的能量因素、以及EBS構(gòu)建方式等進(jìn)行描述與分析。

2.2EBS中的能量要素

EBS模型中設(shè)計(jì)的能量要素主要有兩種，在圖中，，一種是EBS模型中帶有標(biāo)識(shí)和另一種黑色方塊標(biāo)識(shí)分別表示能量元（Energy element ，EE）和能量控制點(diǎn)，（Enery control ，EC）。EBS模型中，能量元是不需要進(jìn)行再次分解的。能量控制點(diǎn)對(duì)應(yīng)于圖2中A 、B、C、D、J；E、F等其他能量要素對(duì)應(yīng)于能量元。

2.3EBS的構(gòu)建原則及方法

要提取能量要素和建立能量關(guān)系的過(guò)程就是構(gòu)建EBS的過(guò)程，建立能量關(guān)系需要遵守兩個(gè)原則

① 功率不變?cè)瓌t。在各子系統(tǒng)或者是構(gòu)件的功之和等于針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)所做的功（功率）即W=

② 動(dòng)能不變?cè)瓌t。機(jī)械系統(tǒng)在各子系統(tǒng)或者是構(gòu)件所具有的動(dòng)能之和等于整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)能，即滿(mǎn)足dT=。

3　設(shè)計(jì)信息與設(shè)計(jì)信息集成結(jié)構(gòu)

實(shí)現(xiàn)能量信息向設(shè)計(jì)信息的及時(shí)反饋，能夠?yàn)楝F(xiàn)代的低碳優(yōu)化設(shè)計(jì)建立信息基礎(chǔ)是建立能設(shè)計(jì)信息和能量信息的集成模型的重要影響之一，另一方面各工作狀態(tài)下系統(tǒng)或子系統(tǒng)的能耗情況、按照設(shè)計(jì)信息評(píng)價(jià)機(jī)械裝備運(yùn)行過(guò)程中各工況也對(duì)建立涉及信息和能量信息的集成模式產(chǎn)生了極大的影響。為了能夠更加清楚得設(shè)計(jì)信息之間的實(shí)質(zhì)與了解能量信息的，建立了如圖所示的信息集成模型。

為了能夠建立設(shè)計(jì)信息和能量信息的內(nèi)在聯(lián)系而引入的“中間變量”的目的是來(lái)自于以BOM為主體的產(chǎn)品信息管理環(huán)境是零部件性質(zhì)、根據(jù)能量類(lèi)型中提取的能量描述變量的能量特征，而設(shè)計(jì)圖中所示的“關(guān)聯(lián)空間”涉及四種類(lèi)型的信息：能力量現(xiàn)象和設(shè)計(jì)特征、零部件屬性、能量因素、能量特征都是來(lái)源于EBS模型，特征是與能量相關(guān)的設(shè)計(jì)變量能量信息與設(shè)計(jì)信息的集成模型。

4　結(jié)論

（1）機(jī)械裝備運(yùn)行過(guò)程中需要準(zhǔn)守的基本規(guī)律是能量守恒定律和動(dòng)能定理，動(dòng)能不變?cè)瓌t和功不變?cè)瓌t是相應(yīng)提出構(gòu)建EBS需要遵守的兩個(gè)基本原則。

（2）根據(jù)能量信息描述模型發(fā)現(xiàn)了一種開(kāi)放的能量分結(jié)構(gòu)模型，能量關(guān)系既可以能量變化及耗能關(guān)系，依據(jù)機(jī)械的工作狀態(tài)建立、也可以根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來(lái)多層次，多視角的能量描述。

（3）依據(jù)能量要素選擇出流能量與勢(shì)變量變量，并與能量阻性慣性效應(yīng)建立設(shè)計(jì)參數(shù)與能量特征映射關(guān)系相結(jié)合，這是集成設(shè)計(jì)信息與能量信息的重要環(huán)節(jié)

5　結(jié)束語(yǔ)

產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的工作決定著生命周期能耗的80%—90%，所以實(shí)施節(jié)能設(shè)計(jì)的原理很是有意義性的，設(shè)計(jì)人員應(yīng)積極探究各個(gè)設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)對(duì)各能量因素的影響，為節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)，最終達(dá)到能量損耗最低，使耗能水平得以提高，進(jìn)而減小空氣污染，提高人民的環(huán)境空氣質(zhì)量和能量損耗。

參考文獻(xiàn)

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Energy saving design of machinery and equipment， energy consumption， information description and integration

Liang Chun
（Career Technical College，Jiangsu，221116）

Abstract：Based on the energy saving design of mechanical equipment，it is an accurate description of the energy consumption structure，which indicates the mapping relationship between the energy information and the design information.On the basis of exploring the energy consumption factors of mechanical equipment，an open energy information description model，energy decomposition structure（breakthrough structure Enery，EBS），is proposed.It is composed of a series of interrelated energy elements，also can be in the product structure，loss relations and energy transformation and so on，to achieve a number of energy consumption analysis.The feasibility of this method is analyzed in detail in this paper.

Keywords：energy description；EBS；information integration

作者簡(jiǎn)介

梁純，男，江蘇徐州人，講師，工學(xué)碩士，江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院。