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1. 研究目的与意义（文献综述）
制造业参与着经济、社会及生活的各个方面和环节，但是在其产品生产、使用和处理过程中，制造装备及相关产品也会消耗巨大的能量，并产生大量环境污染物和废弃物，对全球的能源和环境造成很大压力。以美国为例，其制造业能耗就高达国内总能耗的42%。机械加工系统是制造业中最常见的一种形式，其能耗占据了制造业总能耗的相当比例，是实现整个行业节能减排的一个重要方向。过去，由于机械加工过程中的能量消耗相比于钢铁、化工等流程行业以及铸造、锻压等热加工行业相对较小，一直没有引起学术界的足够重视，导致相关研究略显不足。近年来，随着机床数量的激增以及环境问题的日益严重，再加上研究发现机械加工系统节能潜力巨大，导致机械加工系统能量效率问题开始受到国内外广泛关注。
机床作为装备制造业的基础单元，量大面广，耗能巨大。精冲是通过控制变形区的应力和塑性状态进而实现产品精密成形的先进制造技术，它具有高精度、高效率、低成本等显著技术经济优点[1]。在精密冲裁工艺过程中，精冲压力机是必不可少的一种重要设备，也是实现精冲工艺和精冲复合工艺的关键和基本前提。我国是全球最大的机床消费市场，机床的年产量和年产值比例仍在逐步增长。据统计，目前全世界有 3000 台左右精冲压力机，中国约占其中的4. 2%[2]。作为专门为精冲工艺和精冲复合工艺而设计的一种压力设备，精冲机在工作阶段耗电量巨大，间接碳排放高。对精冲机的工作过程进行能耗建模、评估与实时监测可以节约能源，减少加工过程环境污染，增加企业利润，对制造业绿色健康发展具有战略意义。
机床能耗源众多，能耗规律复杂，涉及机、电、液三个学科。目前国内外不少学者对其进行了深入地研究。如胡韶华引入开关函数和常亮描述负载无关部分能耗，用功率平衡方程表达负载相关部分能耗，建立了一个数控机床能耗集成模型[3]；陈真通过研究现代数控滚齿机床加工过程的能量消耗，建立了能量流模型和实用化能量监测模型，提出了加工过程能效监测和节能运行的三项关键技术[4]；刘飞等提出机床服役过程中的能耗过程是由启动时段、空载时段和加工时段等３类能耗时段构成，并基于机床服役过程能量消耗的时段特性和面向多传动链的机床机电主传动系统功率模型，建立了一种机床服役过程机电主传动系统的时段能量模型的基础模型[5]；zhou等讨论了机床能效的内涵，指出单位能耗是指能耗与加工参数之间的映射关系，从有效的投入和产出角度反映了机床的能源效率，对现有的能耗模型进行了分类和综述[6]；王秋莲将数控机床能量源分成加工动力系统、加工关联辅助系统、动力关联辅助系统和其他等4类，在结合各类能量源的运行特点后建立了数控机床多源能量流的系统数学模型[7]；liu f等通过建立每种周期的能耗预测模型，提出了一种预测加工过程中机床主驱动系统能耗的新方法[8]；何彦等对数控机床能耗过程的动态性进行分析，提出了一种数控机床多能量源的动态能耗建模与仿真方法[9]；wei等提出了一种基于能耗预测和综合评估的多目标能源基准制定方法，以实现机械制造业的能源管理和能效改进[10]；刘培基等提出一种根据数控机床主动力系统载荷能量损耗数学模型而建立的载荷损耗系数计算获取方法，可广泛用于数控机床的切削功率获取、数控机床能量效率评价和工件能量效率预测及优化等研究[11]；philipp等提出了一种将功耗测量，控制信号和信息与功耗仿真模型相结合的方法，为操作员提供了高度详细的功耗数据[12]；张玉良等设计了一套基于arm及网络技术的机床电压、电流、功率及电能监测系统，监测数控机床加工过程中的能量消耗[13]；王声威等提出了一种基于业务流程建模规范bpmn2.0的数控机床主传动系统动态能耗建模方法，实现了制造过程中数控机床主传动系统能耗动态性的图形化表达与能耗计算[14]；张成设计和开发了具有低成本、交互程度高、扩展性好等特点的机床能耗监测系统，实现了对加工全过程的监测和信息采集[15]；hu提出了一种在线方法来监测机床的能源效率，并开发了能够准确获取机床的能效和其他一些有用的能效相关信息的oeem系统[16]。
2. 研究的基本内容与方案
基于上述分析可知，国内外学者已经对数控机床的能耗特性开展了大量的研究，然而对于精冲机工作过程的能耗实时监测还存在些许空白，故本文研究的基本内容为：
（1）整机能量传递损耗行为分析
依据精冲机工作过程，分析精冲机在冲压阶段供需能关系，能量流动、传递、转化过程，确认主要损耗能量部件并建立主要部件能耗模型。
（2）整机能量损耗评估模型
找到合适的能量评价指标，建立整机系统有用功及损耗的经验模型，并确认主要影响参数。最终建立其能耗评估模型。
（3）能量实时检测平台的搭建
依据能耗模型，确认使用传感器的主要类型，传感信号通过数据处理以后，输入上位机能耗模型，实现对精冲机能耗的实时监控。
本文拟采用的技术方案及措施技术路线为：
（1）依据精冲机工作过程，先分析精冲机加工过程状态变化并确认精冲机主要能耗部件，然后根据各能耗部件的特点及与加工状态的关联性对其进行分类建模。
（2）利用瞬时能量效率和过程能量效率两种能量效率评价方法确定适当的能量评价指标，建立整机能耗模型。
（3）根据所建能耗模型，对精冲机加工能耗监测系统进行设计，将其划分为上位机信息交互单元和下位机信息采集单元。上位机信息交互单元包含数据显示、数据存储和远程控制三个单元，下位机信息交互单元分为信息采集和数据传输两个模块。针对每个单元和对应模块需要实现的功能，对监测系统的关键硬件进行选型，包括传感器、上位机和下位机。
3. 研究计划与安排
| 周次(时间) | 工作内容 | 提交内容(阶段末) |
| 1-2（7 学期第18、19周） | 确定毕业设计选题、完善毕业设计任务书(相关参数)、校内外资料收集 | 毕业设计任务书 |
| 3-4（8 学期第1-2周） | 方案构思、文献检索、完成开题报告 | 文献检索、开题报告 |
| 5（8学期第3周） | 外文翻译、资料再收集 | 外文翻译 |
| 6（8学期第4周，3月19日） | 开题答辩
| 开题答辩PPT、开题答辩记录表 |
| 7～8（8学期第5-6周） | 设计计算、草图绘制 | 设计计算草稿、草图 |
| 9～11（8学期第7-9周） | 图样绘制、编写设计计算说明书（论文） | 图样、论文初稿 |
| 12～15（8学期第10-13周） | 图样及论文整理；关注组中期检查 | 正式图样、论文 |
| 毕业实习两周（8学期第11-12周） | 校外实习或线上实习、资料收集、完成实习报告 | 实习报告 |
| 16（8学期第14周） | 学生提出答辩申请，作答辩准备，资料袋整理；答辩资格审查，查重；教师审阅图纸、说明书 | 毕业设计资料袋 |
| 17（8学期15周） | 参加答辩 | 答辩PPT 毕业设计成绩 |
4. 参考文献（12篇以上）
[1]华林.精冲技术与装备[m]. 武汉：武汉理工大学出版社, 2015.01
[2]邓明,胡根铭,吕琳,刘志芳.精冲压力机的现状及发展趋势[j].锻压技术,2016,41(08):1-6.
[3]胡韶华.现代数控机床多源能耗特性研究[d].重庆大学,2012.
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