一種基于機(jī)加工設(shè)備運行狀態(tài)的稼動率統(tǒng)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于機(jī)械制造業(yè)能耗、狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于機(jī)加工設(shè)備運行 狀態(tài)的稼動率統(tǒng)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在制造業(yè)領(lǐng)域中，目前正面臨著勞工成本提高、產(chǎn)業(yè)競爭激烈，使得企業(yè)者不得不 將人力導(dǎo)向的經(jīng)營體制改變?yōu)樵O(shè)備導(dǎo)向的經(jīng)營體制，藉以提高設(shè)備的生產(chǎn)稼動率，來維持 穩(wěn)定的產(chǎn)能與可靠的質(zhì)量。機(jī)加工設(shè)備是企業(yè)生產(chǎn)的主要載體，然而在現(xiàn)實生產(chǎn)領(lǐng)域中，機(jī) 加工設(shè)備并不是無時無刻都在工作，在作業(yè)計劃停線以外的時間，設(shè)備總是因為故障、切換 作業(yè)等原因?qū)е庐a(chǎn)生非計劃的停線時間。機(jī)加工設(shè)備是企業(yè)生產(chǎn)中投入成本較高的資產(chǎn)， 如果它能夠有持續(xù)、高效、穩(wěn)定、可靠地生產(chǎn)的工作狀態(tài)就能夠有效地降低產(chǎn)品成本，提高 企業(yè)利潤，提高企業(yè)競爭力，因此需要一個指標(biāo)來衡量機(jī)加工設(shè)備的工作時間。設(shè)備稼動率 作為生產(chǎn)領(lǐng)域中一個很重要的評估指標(biāo)，在很大程度上反映了設(shè)備對生產(chǎn)的貢獻(xiàn)程度，以 及設(shè)備運轉(zhuǎn)的工作狀態(tài)，通過稼動率指標(biāo)來改變損失時間（換刀具、換模具、維護(hù)等）從而 改變稼動率，稼動率的高低決定了企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品費用的高低，直接影響企業(yè)的利潤。提高機(jī) 加工設(shè)備稼動率的同時也提高了生產(chǎn)效率和設(shè)備利用率，這對于資源整合、管理優(yōu)化、資源 充分利用、節(jié)能降耗及可持續(xù)生產(chǎn)有著重要的意義。
[0003] 機(jī)加工設(shè)備稼動率和設(shè)備運行狀態(tài)有著密切的關(guān)系，稼動（加工）時間直接決定 稼動率的高低，然而在企業(yè)生產(chǎn)中，機(jī)加工過程一股都比較復(fù)雜，機(jī)加工設(shè)備的運行狀態(tài)很 難嚴(yán)格意義上區(qū)分，因此企業(yè)中缺少一種簡單有效的稼動率統(tǒng)計方法。對于傳統(tǒng)的人工統(tǒng) 計方法，嚴(yán)重依賴于人工操作，成本較高，機(jī)加工時間參數(shù)尤其是有效加工時間的統(tǒng)計很難 實現(xiàn)，統(tǒng)計的數(shù)據(jù)因人而異、精確度低、滯后性大。隨著企業(yè)對生產(chǎn)效率、設(shè)備利用率和設(shè)備 稼動率的要求越來越高，傳統(tǒng)意義上的稼動率獲取方法在精度上已經(jīng)不能滿足要求，因此 需要準(zhǔn)確地獲取家加工設(shè)備的運行狀態(tài)以及各狀態(tài)的時間參數(shù)，通過運行狀態(tài)獲取準(zhǔn)確可 靠的稼動率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于機(jī)加工設(shè)備運行狀態(tài)的稼動率統(tǒng)計方 法，該方法基于功率特征模型對機(jī)加工設(shè)備運行狀態(tài)進(jìn)行識別，具有較高準(zhǔn)確度，可靠性 強(qiáng)。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0006] -種基于機(jī)加工設(shè)備運行狀態(tài)的稼動率統(tǒng)計方法，其特征在于：機(jī)加工設(shè)備運行 狀態(tài)的稼動率指標(biāo)定義為時間稼動率E t、性能稼動率Ep。
[0007] Et=1^X 100% ； Ep = ^x 100%； T K ION
[0008] Ton= T Standby+Trm;
[0009] "^standby ~ Σ?=ι ^standbyJ' ^run = Σ?=ι ^runJ'
[0010] 其中，T為負(fù)荷時間；Tqn為開動時間，開動時間為待機(jī)時間和加工時間之和；T standby 為待機(jī)時間，即為m個待機(jī)過程的總時間；Tnm為加工時間，即η個加工過程的加工總時間。
[0011] 機(jī)加工設(shè)備運行狀態(tài)的稼動率統(tǒng)計方法具體包括以下步驟：
[0012] 步驟一：機(jī)加工設(shè)備運行狀態(tài)識別，即通過建立功率特征模型結(jié)合KNN分類算法 識別機(jī)加工設(shè)備的運行狀態(tài)；
[0013] 步驟二：稼動率統(tǒng)計；記錄每個運行狀態(tài)的起止時間；統(tǒng)計各時間參數(shù)，計算機(jī)加 工設(shè)備的時間稼動率和性能稼動率。
[0014] 進(jìn)一步，所述機(jī)加工設(shè)備的運行狀態(tài)包括待機(jī)、加工、關(guān)機(jī)三種狀態(tài)。
[0015] 進(jìn)一步，所述步驟一具體包括以下步驟：
[0016] 1)功率數(shù)據(jù)的時域特征提取，首先對采集的功率數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，然后提取 其時域特征信息，所述時域特征信息主要包括：極差（ran)、均方根（rms)、波峰系數(shù)（cf)、 標(biāo)準(zhǔn)差（std)、偏斜度（ske)、峭度（kur)，以此作為每個運行狀態(tài)的特征向量XjPX = [ran，rms，cf，std，ske，kur]，最后通過主成分分析法建立各個運行狀態(tài)下的功率特征模 型，即狀態(tài)分類器；
[0017] 2)待機(jī)和加工狀態(tài)的識別，基于功率特征模型和KNN分類算法即時識別該機(jī)加工 設(shè)備在當(dāng)前功率數(shù)據(jù)下所處的運行狀態(tài)，分別記狀態(tài)標(biāo)志為：待機(jī)" 1"，加工"2" ；
[0018] 3)關(guān)機(jī)狀態(tài)識別，當(dāng)功率傳感器采集的功率數(shù)據(jù)在連續(xù)2個采樣周期內(nèi)采集的功 率值都等于〇時，將機(jī)床運行狀態(tài)判斷為關(guān)機(jī)，狀態(tài)標(biāo)記為"0"。
[0019] 進(jìn)一步，所述步驟二具體包括以下步驟：
[0020] 1)根據(jù)機(jī)加工設(shè)備過程中運行狀態(tài)的變化記錄各狀態(tài)的開始和結(jié)束時間，計算在 該狀態(tài)下所持續(xù)的時間，如：狀態(tài)標(biāo)志為"1"時，第i個加工過程待機(jī)時間t standby i，狀態(tài)標(biāo) 志為"2"時，第i個加工過程加工時間i;
[0021] 2)統(tǒng)計各時間參數(shù)，加工時間為η個加工過程加工時間的累加，即 Trim = 同理，待機(jī)總時間為Π 1個待機(jī)過程時間的累加，即tstanc?：y_i，開 動時間1^根據(jù)稼動時間和待機(jī)時間獲得，負(fù)荷時間T是班次最大可用時間；
[0022] 3)將以上統(tǒng)計的時間參數(shù)數(shù)據(jù)代入設(shè)備時間稼動率和性能稼動率的數(shù)學(xué)模型中， 計算機(jī)加工設(shè)備的時間稼動率E t、性能稼動率Ep。
[0023] 本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提供的一種基于機(jī)加工設(shè)備運行狀態(tài)的稼動率 統(tǒng)計方法，基于功率特征模型對機(jī)加工設(shè)備運行狀態(tài)的識別，統(tǒng)計各運行狀態(tài)的時間參數(shù)， 進(jìn)而統(tǒng)計得到的稼動率準(zhǔn)確度高，可靠性強(qiáng)，同時也為機(jī)加工效率和設(shè)備利用率提供數(shù)據(jù) 支持，這對于機(jī)加工設(shè)備優(yōu)化調(diào)度，加工參數(shù)優(yōu)化，提高設(shè)備稼動率和利用率有著重要的意 義。且該方法在進(jìn)行稼動率統(tǒng)計時，只需采集機(jī)加工設(shè)備總電源輸入功率信息，簡單易操 作，功率信號測量簡便，具有抗電壓波動能力比較強(qiáng)，可避免切削環(huán)境中切削、振動等干擾 的優(yōu)點，僅需安裝低成本的功率傳感器，成本較低，方便實用，具有較高的可推廣性。
【附圖說明】
[0024] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn) 一步的詳細(xì)描述，其中：
[0025] 圖1為本發(fā)明所述方法的流程框圖；
[0026] 圖2為機(jī)加工設(shè)備運行狀態(tài)識別算法流程圖；
[0027] 圖3為機(jī)加工設(shè)備稼動率統(tǒng)計方法流程圖；
[0028] 圖4為KNN分類算法的誤差率曲線。
【具體實施方式】
[0029] 下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0030] 本發(fā)明提供的一種基于機(jī)加工設(shè)備運行狀態(tài)的稼動率統(tǒng)計方法，所涉及的機(jī)加工 設(shè)備稼動率是指其時間稼動率，即對于設(shè)備負(fù)荷時間，設(shè)備開動時間所占的比率，以及性能 稼動率，即相對于設(shè)備開動時間，實際稼動時間所占的比率。稼動率是一種很重要的衡量設(shè) 備工作狀態(tài)的指標(biāo)，對于稼動率的統(tǒng)計，提出了一種基于機(jī)加工設(shè)備運行狀態(tài)識別的統(tǒng)計 方法，通過狀態(tài)識別統(tǒng)計各個狀態(tài)的有效運行時間，由此計算機(jī)加工設(shè)備稼動率，其流程框 圖如附圖1所示。機(jī)加工設(shè)備運行狀態(tài)的稼動率指標(biāo)定義為時間稼動率E t、性能稼動率Ep。
【主權(quán)項】
1. 一種基于機(jī)加工設(shè)備運行狀態(tài)的稼動率統(tǒng)計方法，其特征在于：機(jī)加工設(shè)備運行狀 態(tài)的稼動率指標(biāo)定義為時間稼動率Et、性能稼動率Ep;
其中，T為負(fù)荷時間；I*為開動時間，開動時間為待機(jī)時間和加工時間之和；TstandbyS待機(jī)時間，即為m個待機(jī)過程的總時間；為加工時間，即n個加工過程的加工總時間；機(jī) 加工設(shè)備運行狀態(tài)的稼動率統(tǒng)計方法具體包括以下步驟： 步驟一：機(jī)加工設(shè)備運行狀態(tài)識別，即通過建立功率特征模型結(jié)合KNN分類算法識別 機(jī)加工設(shè)備的運行狀態(tài)； 步驟二：稼動率統(tǒng)計；記錄每個運行狀態(tài)的起止時間；統(tǒng)計各時間參數(shù)，計算機(jī)加工設(shè) 備的時間稼動率和性能稼動率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)加工設(shè)備運行狀態(tài)的稼動率統(tǒng)計方法，其特征在 于：所述機(jī)加工設(shè)備的運行狀態(tài)包括待機(jī)、加工、關(guān)機(jī)三種狀態(tài)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)加工設(shè)備運行狀態(tài)的稼動率統(tǒng)計方法，其特征在 于：所述步驟一具體包括以下步驟： 1) 功率數(shù)據(jù)的時域特征提取，首先對采集的功率數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，然后提取其時 域特征信息，所述時域特征信息主要包括：極差（ran)、均方根（rms)、波峰系數(shù)（cf)、標(biāo)準(zhǔn) 差（std)、偏斜度（ske)、峭度（kur)，作為每個運行狀態(tài)的特征向量X，即X= [ran，rms，cf， std，ske，kur]，最后通過主成分分析法建立各個運行狀態(tài)下的功率特征模型，即狀態(tài)分類 器； 2) 待機(jī)和加工狀態(tài)的識別，基于功率特征模型和KNN分類算法即時識別該機(jī)加工設(shè)備 在當(dāng)前功率數(shù)據(jù)下所處的運行狀態(tài)，分別記狀態(tài)標(biāo)志為：待機(jī)" 1 "，加工"2" ； 3) 關(guān)機(jī)狀態(tài)識別，當(dāng)功率傳感器采集的功率數(shù)據(jù)在連續(xù)2個采樣周期內(nèi)采集的功率值 都等于0時，將機(jī)床運行狀態(tài)判斷為關(guān)機(jī)，狀態(tài)標(biāo)記為"0"。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)加工設(shè)備運行狀態(tài)的稼動率統(tǒng)計方法，其特征在 于：所述步驟二具體包括以下步驟： 1) 根據(jù)機(jī)加工設(shè)備過程中運行狀態(tài)的變化記錄各狀態(tài)的開始和結(jié)束時間，計算在該狀 態(tài)下所持續(xù)的時間； 2) 統(tǒng)計各時間參數(shù)，加工時間為n個加工過程加工時間的累加，S卩=I^=1trwU，tnm_i為第i個加工過程加工時間；待機(jī)總時間為待機(jī)過程時間的累加，即= tstandby」為第i個加工過程待機(jī)時間；開動時間Tw為待機(jī)時間和加工時間 之和，負(fù)荷時間T為班次最大可用時間； 3) 將以上統(tǒng)計的時間參數(shù)代入設(shè)備時間稼動率和性能稼動率的數(shù)學(xué)模型中，計算機(jī)加 工設(shè)備的時間稼動率Et、性能稼動率Ep。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于機(jī)加工設(shè)備運行狀態(tài)的稼動率統(tǒng)計方法，屬于機(jī)械制造業(yè)能耗、狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。該方法基于功率特征模型結(jié)合KNN分類算法識別機(jī)加工設(shè)備的運行狀態(tài)，并記錄每個運行狀態(tài)的起止時間，統(tǒng)計各時間參數(shù)，由此計算出機(jī)加工設(shè)備的時間稼動率和性能稼動率。本發(fā)明提供的一種基于機(jī)加工設(shè)備運行狀態(tài)的稼動率統(tǒng)計方法，基于功率特征模型對機(jī)加工設(shè)備運行狀態(tài)進(jìn)行識別并統(tǒng)計各個狀態(tài)的起止時間，所統(tǒng)計獲得的稼動率準(zhǔn)確度高，可靠性強(qiáng)。
【IPC分類】G05B19-406
【公開號】CN104808587
【申請?zhí)枴緾N201510208657
【發(fā)明人】谷振宇, 楊坤, 鄭家佳, 李林鋒, 金迪文
【申請人】重慶大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年4月27日