面向机械装备节能设计的能耗信息描述与集成探究

梁 纯（江苏建筑职业技术学院，221116）



面向机械装备节能设计的能耗信息描述与集成探究

梁 纯
（江苏建筑职业技术学院，221116）

摘要：实施机械装备节能设计的基础是准确描述出能耗构成，表示能量信息与设计信息之间的映射关系是。在探究机械装备运行能耗因素的基础上，提出了一种开放的能量信息描述模型—能量分解结构（Enery breakthrough structure，EBS）。它是有一系列相互关联的能量要素构成，也可以在产品结构、损耗关系及能量变换等建立，能够达到多方面的能耗分析需求。本文就详细分析了这种方法的可行性。

关键词：能量描述；EBS；信息集成

在当今日益发展的社会，城市污染也是与日俱增，在此背景下，国家倡导低碳经济的发展。造成碳排放的主要来源是机械制造产品，它得到了国际上的普遍重视。所以我们必须要改进设计原理、提高变量为科技手段，最终达到能耗水平和效益等因素的协调统一。实施节能设计的先决条件就是描述设计信息对能耗的影响。本文的重点主要是：一是机械设备能耗结构的分析，而是能耗信息与设计信息的反射。

1　机械装备运行过程的耗能因素

在制造过程、运行过程的能耗、产品以及零部件工艺特征、设备、及车间的角度相结合是机械制造装备的生命周期能耗的主题，可以减少机械装备在运行过程中的能量消耗从而要进行进一步的探究。

1.1机械装备运行过程所用功率方程

机械系统在运行中会涉及到转换与损耗过程、能量的传递、以及动能定理，即是“物体动能的变化等于合外力对物体所做的功

依据功能定理的公式，由此可以得出机械系统的功率方程

rE/dt=pi- po- pu（2）

（2）式中动能变化率rE/d表示，输入功率用pi来表示，有用功率用po表示，无用功率用pu表示，保证功能机械体统征程运动工作所必须输入的功率用pi表示，包括系统外部输入的功率，回收利用的功率，或其他系统传递输入的功率等。Po是为达到系统功能所需要的功率用Po表示，用摩擦因等耗能的功率PQ代替系统动能变化率dE/dt，机械输入功率的方程可根据2式中计算得出

式中，伴随实现产生附加能量的核心功能用pB来表示。节能化产品设计是为了减少机械装备过程中的能量输入PI，po是相对恒定的，所以经过分析可得

综上可以清楚机械设计的因素。

1.2机械装备运行过程中的能耗构成

根据制造过程中产生能量的不同可以分为直接能量和间接能量，如物料配送、装配、机械加工等过程消耗的能量都是直接能量，它是完成预定工作所消耗的能量。图1中的Ii.1≤i≤m对应的是完成系统能间接的能量消耗也就是间接能量消耗，附加能量指的是图1中的Ai和理论能量指的是图1中的Ti，1≤i≤n，其中附加能量和理论能量都是直接能量。附加能量可以减小在核心能量过程中系统状态所需摩擦等环节能量的和的能量。

2　EBS的机械装备能量描述

2.1能量分解结构（EBS）模型

在各个机械运行所耗的能量情况下，想要更清楚地描述机械装备运行过程的能量构成应该进行快速检测机械系统，它对产品有效集成与能量信息发挥着有效的作用。我们发现了一种能量分解图是根据系统图的能量描述模型的分析（Enery breakthroughstructure，EBS）进行提出的。对EBS的能量因素、以及EBS构建方式等进行描述与分析。

2.2EBS中的能量要素

EBS模型中设计的能量要素主要有两种，在图中，，一种是EBS模型中带有标识和另一种黑色方块标识分别表示能量元（Energy element ，EE）和能量控制点，（Enery control ，EC）。EBS模型中，能量元是不需要进行再次分解的。能量控制点对应于图2中A 、B、C、D、J；E、F等其他能量要素对应于能量元。

2.3EBS的构建原则及方法

要提取能量要素和建立能量关系的过程就是构建EBS的过程，建立能量关系需要遵守两个原则

① 功率不变原则。在各子系统或者是构件的功之和等于针对整个系统所做的功（功率）即W=

② 动能不变原则。机械系统在各子系统或者是构件所具有的动能之和等于整个系统的动能，即满足dT=。

3　设计信息与设计信息集成结构

实现能量信息向设计信息的及时反馈，能够为现代的低碳优化设计建立信息基础是建立能设计信息和能量信息的集成模型的重要影响之一，另一方面各工作状态下系统或子系统的能耗情况、按照设计信息评价机械装备运行过程中各工况也对建立涉及信息和能量信息的集成模式产生了极大的影响。为了能够更加清楚得设计信息之间的实质与了解能量信息的，建立了如图所示的信息集成模型。

为了能够建立设计信息和能量信息的内在联系而引入的“中间变量”的目的是来自于以BOM为主体的产品信息管理环境是零部件性质、根据能量类型中提取的能量描述变量的能量特征，而设计图中所示的“关联空间”涉及四种类型的信息：能力量现象和设计特征、零部件属性、能量因素、能量特征都是来源于EBS模型，特征是与能量相关的设计变量能量信息与设计信息的集成模型。

4　结论

（1）机械装备运行过程中需要准守的基本规律是能量守恒定律和动能定理，动能不变原则和功不变原则是相应提出构建EBS需要遵守的两个基本原则。

（2）根据能量信息描述模型发现了一种开放的能量分结构模型，能量关系既可以能量变化及耗能关系，依据机械的工作状态建立、也可以根据产品结构来多层次，多视角的能量描述。

（3）依据能量要素选择出流能量与势变量变量，并与能量阻性惯性效应建立设计参数与能量特征映射关系相结合，这是集成设计信息与能量信息的重要环节

5　结束语

产品设计阶段的工作决定着生命周期能耗的80%—90%，所以实施节能设计的原理很是有意义性的，设计人员应积极探究各个设计中数据对各能量因素的影响，为节能优化设计提供理论基础，最终达到能量损耗最低，使耗能水平得以提高，进而减小空气污染，提高人民的环境空气质量和能量损耗。

参考文献

［1］ 李洪丞.重庆大学［J］.机械制造系统碳排放动态特性及其碳效率评估优化方法研究.2014.02（10）： 50-52

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［3］ 张西平.河南科技［J］.机械制造自动化技术特点与发展趋势.2013.07（12）：45-48

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

作者简介

梁纯，男，江苏徐州人，讲师，工学硕士，江苏建筑职业技术学院机电工程学院。