摘 要

随着“工业4.0”、“中国制造2025”的提出，制造业在关注经济效益的同时也开始更加地注重于生态效益。中国是一个能源生产大国的同时也还是一个能源消耗的大国。近年来，工业技术以及设备存在较大的局限性导致了我国的能源呈现出消耗总量大和综合利用率低下的能源现状，由此引起的能源紧缺现已严重制约着我国经济的健康发展。因此，开发面向工业机器人的车间能耗管理与分析Web系统对于能源资源的充分、合理、高效地利用，降低工业机器人制造能耗，提高资源的利用率均有着重大的意义。

本文所设计的系统通过对工业机器人车间的能源监控并对能耗系统中的各环节进行实时能耗数据的采集、处理以及对比分析，以此来合理高效地开发利用有限能源、减少能源浪费从而实现企业的节能降耗要求。该工业机器人车间能耗管理系统的主要功能模块有用户管理模块、工业机器人车间管理模块、车间能耗监测模块以及能耗对比分析模块。

本文所研究的工业机器人车间能耗管理web系统，采用B/S结构，结合Java Web相关的编程技术以及SSH等框架技术，并借助myeclipse IDE、Oracle数据库以及Tomcat 服务器这些开发工具开发出来的。本系统具有人工管理成本低和管理简单等显著优点，能大大提升企业的能源利用率进而提升企业综合竞争力。

关键词：工业机器人；能耗管理；web系统；

Abstract

With the proposal of “Industry 4.0” and “Made in China 2025”, the manufacturing industry has begun to pay more attention to ecological benefits while paying attention to economic benefits. China is also a big country for energy production and it is also a big country for energy consumption. In recent years, the limitations of industrial technology and equipment have led to the fact that China’s energy sources have shown a large amount of energy consumption and a low overall utilization rate. The resulting shortage of energy has now severely constrained the healthy development of China’s economy. Therefore, it is of great significance to develop an energy management and analysis Web system for industrial robots to fully, reasonably and efficiently use energy resources, reduce the energy consumption of industrial robots, and increase the utilization of resources.

The system designed in this article uses the energy monitoring of the industrial robot shop and collects, processes, and compares real-time energy consumption data of each link in the energy consumption system, so as to develop and utilize limited energy sources and reduce energy waste in a rational and efficient manner. To achieve the company's energy saving requirements. The main functional modules of the industrial robot workshop energy management system are user management module, industrial robot workshop management module, workshop energy consumption monitoring module and energy consumption comparison and analysis module.

The industrial robot workshop energy management web system studied in this paper adopts the B/S structure, combines Java Web-related programming technology and SSH and other framework technologies, and is developed with the development tools such as myeclipse IDE, Oracle database, and Tomcat server. This system has significant advantages such as low manual management costs and simple management, which can greatly increase the energy efficiency of enterprises and thus enhance the overall competitiveness of enterprises.

Key Words：Industrial robot；Energy management；Web system

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究背景、目的及意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1国外研究现状 2

1.2.2国内研究现状 3

1.3主要研究内容及章节安排 3

第2章 能耗管理系统设计原理与技术分析 5

2.1能耗监测原理说明 5

2.2系统设计所需技术及软件 7

2.2.1 B/S模式 7

2.2.2 MVC架构 7

2.2.3 SSH框架 8

2.2.4 开发语言 9

2.2.5系统设计所需软件 11

2.3本章小结 12

第3章 工业机器人车间能耗管理系统的设计与实现 13

3.1系统总体设计 13

3.2数据库表设计 13

3.3 Web系统搭建 15

3.4用户管理模块实现 15

3.4.1用户登录功能 15

3.4.2查看资料功能 18

3.4.3修改资料功能 19

3.4.4角色管理功能 20

3.5车间管理模块实现 22

3.5.1机器人设备增删改查功能 23

3.5.2车间增删改查功能 23

3.6能耗监测模块实现 24

3.7能耗对比分析模块实现 25

3.7.1机器人设备能耗对比分析 25

3.7.2车间能耗对比分析 26

3.8本章小结 27

第4章 总结与展望 28

4.1总结 28

4.2展望 28

致 谢 31

第1章 绪论

1.1研究背景、目的及意义

能源与一个国家经济和社会的发展紧密相关，对于人类社会生存与发展有着至关重要的作用。为响应“工业4.0”以及“中国制造2025”，许多制造业在关注经济效益的同时也开始更加地注重于生态效益。近年来，由于我国在工业技术以及设备方面存在着较大的局限性，我国能源存在着消耗总量大以及综合利用率较低的缺点^[1]，从而导致了我国能源紧缺，这已经严重影响了我国经济的健康发展。由此可见，当前制造企业想要有较大的综合竞争力，必须重视节约能耗的问题，因为企业只有合理地、高效地开发和利用资源，才能节约成本，在企业竞争中取得优势。

作为一种新型的智能制造装备，工业机器人在绿色制造以及可持续制造领域占据着越来越重要的地位^[2]。且工业机器人具有工作效率高、通用性好、稳定性好、可编程以及能在高危环境下作业等优势,在传统的制造业,尤其是劳动密集型产业的转型和升级中也发挥着至关重要的作用^[3]。因而在生产实践的过程中，对工作中的工业机器人进行实时能耗监测、能耗管理以及对比分析和预测就显得意义重大了。

在当今信息技术高速的发展时代，工业机器人车间能耗管理与计算机网络技术的结合已经是大势所趋，关于能效评估、能耗管理以及对比分析评估的研究在制造企业的能源管理与规划中是相当重要的^[4]。因此我们可以通过设计开发一个工业机器人车间能耗管理系统，来实时监测工作的工业机器人的能耗。实现方式：实时采集各个环节中的工业机器人能耗数据然后经处理后进行对比与分析，了解工业机器人的能耗状况。这样可以实现高效合理地开发和使用有限能源、降低企业的能耗成本，从而使制造企业达到节约能源的目标。该工业机器人车间能耗管理系统通过提高企业的信息化和智能化程度从而增强了企业的综合竞争实力^[5]。

通过对工业机器人车间的能耗数据进行实时的监测，并对获取的能耗数据进行统计分析，很大程度上提高了工业机器人的能源利用率，这样制造企业的能源管理工作就更加的科学合理、智能方便^[6]。本系统通过对工业机器人工作过程中的能耗进行实时采集并进行处理分析，实现智能化地监测其能耗数据，提高了工作效率。与此同时还可以根据监测的实时数据及时地发现其潜在问题，可以避免能源浪费，实现节能降耗的目的。

由此可见，从节约能源，降低能耗，提高能源利用率的角度出发，开发面向工业机器人的车间能耗管理系统意义是十分重大的，不仅可以使制造企业充分、合理地利用能源资源，减少能源的浪费，提高工业机器人的制造性能，还可以保护我们的环境。

1.2国内外研究现状

能源管理系统(EMS)在企业的信息化系统中扮演着十分重要的角色。EMS是一个以在帮助工业生产企业在扩大生产的同时，有效地计划能源的使用，充分利用有限资源、提高经济效益，降低碳排放量为目标的信息智能化的管理系统^[7]。能源管理系统最开始兴起于美国、德国以及日本这些工业发达的国家，经过几十年的发展，目前已经达到了比较高的水平。目前，能耗管理系统现已广泛的应用于一些高能耗的企业如钢铁、化工等^[8]，但在工业机器人领域应用还不是很广泛。工业机器人由于其效率和高性能而大量的投入生产实践，并且有大部分工业机器人运作在能耗最高的生产线制造环节^[9]。因此，目前有很多的机器人公司和学术研究人员在研究工业机器人的能耗问题。

1.2.1国外研究现状

能耗管理系统发源于西方发达国家，随着信息技术的快速发展，并由于经历工业时代，节能降耗的理念已经深入人心，目前国外的工业生产过程的实时监测和优化管理都使用了能耗管理系统。

其中最先开发能耗管理系统的国家是日本，其八幡制铁所研发了第一个EMS。美国福特公司在其各大分厂建立能耗信息体系，改善能耗监管水平，提高了能源的利用率，通过节能降耗提高企业的综合竞争实力。此外，美国的福特公司在自己的各大分厂建立了能耗管理系统、美国的RIT钢材公司在1999年开发了新的电力信息管理系统，还有鹿岛钢铁厂、德国斯派克分析仪器公司等，这些公司都通过建立自己的能耗管理系统，从而优化了企业能耗管理机制，减少了能源资源的浪费，达到节能降耗的目的，提升了企业的竞争力。

关于工业机器人能耗的研究，国外的研究人员先从影响工业机器人能耗的因素入手，进行了大量的实验并对实验结果进行了对比与分析。文献^[10]通过对六轴的工业机器人工作时的能耗数据分析后发现：该机器人的有效的荷载和运行时速度等参数，都会影响工业机器人的能耗。瑞典查尔摩斯理工大学的研究人员发现：工业机器人工作时的运动速度和加速度等都是影响其能耗的重要因素。在此基础上，他们研究了一种优化算法，通过降低工业机器人在运动时的加速度减少了原能耗的40%。但在实际的生产中，为了提高生产效率，工业机器人的运行速度都比较快，且所需要的负载也较大，因此工业机器人运行参数设置的合理性就显得非常重要。

由此可见，关于工业机器人制造过程中的能耗研究已经到比较高的水平了，对于生产实践来说，理论支持有着指导性的意义。

1.2.2国内研究现状

在国内，能耗管理系统建设经历了从无到有的长期发展过程，起步相对国外来说比较晚，宝钢是国内第一个使用EMS的企业。宝钢1985年在一期工程中从日本引进了第一代集中式EMS（宝钢能源中心），三期工程能源中心则采用了更加先进的分布式计算机能源管理系统。鞍钢，武钢等多家钢铁公司随后也开发了自己企业的能耗管理系统。随着信息技术的快速发展，企业对能源管理智能化的重视，能耗管理系统也逐渐出现在造纸和化工等行业，比如北京网通公司。经过长期的发展，人们对节能降耗，保护环境越来越重视，能耗管理系统在国内的使用也越来越广泛了。