[發(fā)明專利]一種汽車焊接車間能耗的分析方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710293692.7
• 申請日: 2017-04-28
• 公開（公告）號: CN107122549A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賴佐強(qiáng);常永生;韓顯龍;彭小剛;顏先洪;楊濤;傅海軍;蔡斌
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶長安汽車股份有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 重慶華科專利事務(wù)所50123
• 代理人: 徐先祿

1.一種汽車焊接生產(chǎn)車間能耗的分析方法，包括以下步驟：

第一步，能源消耗分層；根據(jù)汽車焊接生產(chǎn)能源消耗的組成關(guān)系將焊接生產(chǎn)車間的能源消耗分為三層，即焊機(jī)設(shè)備層、生產(chǎn)單元層和焊接車間層；

第二步，安裝智能電表采集能耗數(shù)據(jù)；通過對焊機(jī)設(shè)備層、生產(chǎn)單元層和焊接車間層分別安裝智能電表，并通過能耗采集網(wǎng)絡(luò)采集生產(chǎn)開始和結(jié)束時能源消耗的數(shù)據(jù)E_s和E_e，并記錄下開始和結(jié)束的工作時間T_s和T_e，以及這段時間內(nèi)產(chǎn)出的產(chǎn)品數(shù)量N，并將能耗數(shù)據(jù)分類存于數(shù)據(jù)庫；所述分類指能耗數(shù)據(jù)分為焊機(jī)設(shè)備類、生產(chǎn)單元類和焊接車間類和時間類；所述時間類分為時、天、月、季度和年等不同時間長度的劃分類；

第三步，數(shù)據(jù)預(yù)處理；具體處理過程如下：

將各層采集的數(shù)據(jù)按照下列公式得到T_s至T_e時段能耗的具體值E和單位產(chǎn)品能耗的具體值

E＝E_e-E_s

E‾=E/N]]>

其中，E表示該層級T_s至T_e時段總的能量消耗，E_s表示T_s至T_e時段開始時已有的能耗總量，E_e表示T_s至T_e時段結(jié)束時的能耗總量，N表示該工作時段的產(chǎn)品生產(chǎn)量，表示單位產(chǎn)品的能源消耗量；

第四步，能耗數(shù)據(jù)整合；

數(shù)據(jù)整合規(guī)則包括焊接設(shè)備或生產(chǎn)單元的單位產(chǎn)品能耗數(shù)據(jù)、生產(chǎn)單元中同類型焊機(jī)設(shè)備的能耗數(shù)據(jù)，所述焊接設(shè)備或生產(chǎn)單元的單位產(chǎn)品能耗數(shù)據(jù)能夠做異常分析，檢測焊接設(shè)備或生產(chǎn)單元的是否有異常能源消耗；還包括不同生產(chǎn)單元的能耗數(shù)據(jù)、焊接設(shè)備能耗數(shù)據(jù)與產(chǎn)品生產(chǎn)量、焊接車間總能耗數(shù)據(jù)與產(chǎn)品生產(chǎn)量和焊機(jī)設(shè)備總能耗與焊接車間總能耗數(shù)據(jù)；所述焊接設(shè)備能耗數(shù)據(jù)與產(chǎn)品生產(chǎn)量能夠做關(guān)聯(lián)性分析，找出焊接能耗和產(chǎn)品生產(chǎn)量的關(guān)系；不同的數(shù)據(jù)整合分析得到不同的關(guān)聯(lián)性評價指標(biāo)，所述關(guān)聯(lián)性評價指標(biāo)包括：

焊機(jī)設(shè)備能耗層的焊機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)評價指標(biāo)、焊機(jī)設(shè)備能耗與生產(chǎn)量的關(guān)系評價指標(biāo)；

生產(chǎn)單元能耗層的能源利用率評價指標(biāo)、焊接設(shè)備能耗與輔助焊接設(shè)備能耗的關(guān)系評價指標(biāo)、生產(chǎn)單元能耗的對比關(guān)系評價指標(biāo)、生產(chǎn)單元能耗與生產(chǎn)量的關(guān)系評價指標(biāo)；

焊接車間能耗層的能源利用率評價指標(biāo)、生產(chǎn)單元能耗在焊接車間總能耗中的占比關(guān)系評價指標(biāo)、焊接車間能耗與生產(chǎn)量的關(guān)系評價指標(biāo)；

第五步，做關(guān)聯(lián)性分析和異常分析；

1)相關(guān)性分析；

評價指標(biāo)的計算方法如下：

(1)焊機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)評價指標(biāo)；

根據(jù)單位產(chǎn)品的能耗波動反應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；整合設(shè)備n個時段的單位產(chǎn)品能耗數(shù)據(jù)集X_w＝{x₁,x₂,…,x_i,…,x_n}，則有：

x‾=Σi=1nxin,(i=1,2,...,n)]]>

ηi=xi-x‾x‾*100%,(i=1,2,...,n)]]>

其中，表示n個時段該設(shè)備的平均單位產(chǎn)品能耗，η_i表示第i時段的能耗相對變化量，(η₁,η₂,…,η_n)即為該設(shè)備在n個時段的能耗波動情況；

(2)能源利用率評價指標(biāo)；

整合數(shù)據(jù)中讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，開始和結(jié)束的工作時間T_s和T_e，設(shè)工作時間段為T，時間段T內(nèi)生產(chǎn)單元的總能耗為E_T，M_w為生產(chǎn)單元中焊接設(shè)備的數(shù)量，時間段T內(nèi)生產(chǎn)單元中第i個焊接設(shè)備的能耗量為E_Ti，時間段T內(nèi)焊接的總能耗為E_Tw，時間段T的能源利用率為P_T，則有：

T=Te-TsETw=Σi=1MwETiPT=ETwET*100%,(i=1,2,...,Mw)]]>

(3)生產(chǎn)單元能耗的對比關(guān)系評價指標(biāo)；

汽車車身的左車門和右車門屬于對稱結(jié)構(gòu)，兩個生產(chǎn)單元的能耗能形成鮮明的對比，左車門生產(chǎn)單元的單位產(chǎn)品能耗為E_li，右車門生產(chǎn)單元的單位產(chǎn)品能耗為E_ri，第i個產(chǎn)品的左右車門能耗對比為P_i，則有：

Pi=EliEri*100%]]>

(4)生產(chǎn)單元能耗在焊接車間總能耗的占比評價指標(biāo)；

當(dāng)生產(chǎn)單元個數(shù)為M_u，生產(chǎn)單元i的單位產(chǎn)品能耗量為E_ui，生產(chǎn)車間的單位產(chǎn)品總能耗為E_u，P_ui為生產(chǎn)單元i的能耗占比，則有：

Pui=EuiEu*100%,(i=1,2,...,Mu)]]>

2)異常分析；

將整合數(shù)據(jù)集應(yīng)用基于密度的DBSCAN聚類方法進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，具體的聚類方法步驟如下：

(1)通過檢查能耗數(shù)據(jù)集X＝{x₁,x₂,…,x_i,…,x_s}中每個點(diǎn)的ε-鄰域?qū)ふ揖垲悾蝗绻硞€點(diǎn)x_i的ε-鄰域包含多于MinPts個點(diǎn)，則創(chuàng)建一個以x_i作為核心對象的簇X_i；所述ε-鄰域指給定對象半徑ε內(nèi)的區(qū)域；所述核心對象指這個對象的ε-鄰域至少包含最小數(shù)目為MinPts個的對象；

(2)尋找從每個核心對象x_i直接密度可達(dá)的對象；所述直接密度可達(dá)指給定一個對像集合X，如果x_i是在x_j的ε-鄰域內(nèi)，而x_j是一個核心對象，那么對象x_i從對象x_j出發(fā)是直接密度可達(dá)的；

(3)核心對象x_i直接密度可達(dá)的對象x_j不是核心對象時，將該對象歸到以x_i作為核心對象的簇X_i里；核心對象x_i直接密度可達(dá)的對象x_j是核心對象時，將兩個核心點(diǎn)x_i、x_j的簇X_i、X_j合并為一個簇；

(4)如果有新的對象添加到任何簇時，跳轉(zhuǎn)到步驟(2)；當(dāng)沒有新的對象可以被添加到任何簇時，過程結(jié)束；

聚類過程結(jié)束后，形成t個聚類簇X₁,X₂,…,X_i,…,X_t以及不包含在任何簇中的r個對象y₁,y₂,…,y_i,…,y_r，不包括在任何簇中的對象被認(rèn)為是噪聲點(diǎn)，噪聲點(diǎn)即是能耗異常點(diǎn)；

第六步，模擬仿真分析；

基于建立的分層能耗數(shù)據(jù)采集方案和分析方法，采集汽車企業(yè)焊接生產(chǎn)車間的數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬分析；

1)將生產(chǎn)單元層分為下車體、白車身和整車體三部分采集的能耗；下車體能耗為3406kwh，白車身能耗為3091kwh，整車體能耗為3242kwh；

完成下車體焊接任務(wù)的能耗占比為32％，完成白車身的焊接任務(wù)的能耗占比為29％，完成整車體的焊接任務(wù)的能耗占比為30％，其余的9％即為空調(diào)和照明等輔助生產(chǎn)能耗；

2)焊接設(shè)備能耗聚類分析后聚類后得到的3個聚類簇，即為生產(chǎn)單元中焊接不同工位的焊機(jī)組的能耗數(shù)據(jù)；不在3個聚類簇的點(diǎn)即為噪聲點(diǎn)，噪聲點(diǎn)距離4個聚類簇相對較遠(yuǎn)，因此可能是異常的能源消耗，應(yīng)對異常能源消耗的設(shè)備進(jìn)行檢修，排除異常。