系統(tǒng)能效評價包括制造系統(tǒng)能量消耗狀態(tài)及能量消耗過程的分析評價以及在此基礎(chǔ)上對能量效率的評價.

機(jī)械制造系統(tǒng)是由切削加工,、壓力加工、鑄造、焊接,、加工、熱處理,、覆蓋層,、裝配與包裝和-等9類工藝[10]及其相應(yīng)設(shè)備構(gòu)成的將原材料(含半成品)轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品或半成品的輸入輸出系統(tǒng).從能量消耗的角度看,機(jī)械制造系統(tǒng)是由機(jī)床(切削加工機(jī)床、壓力加工機(jī)床),、鑄造設(shè)備等機(jī)械設(shè)備及其相應(yīng)的工藝過程為能量消耗主體的制造系統(tǒng).

機(jī)械制造系統(tǒng)能耗主體構(gòu)成的多樣性及復(fù)雜性,、能量消耗狀態(tài)及能量消耗過程的動態(tài)變化性及隨機(jī)性、機(jī)械產(chǎn)品的生命周期能耗特性等多方面原因,使得機(jī)械制造系統(tǒng)能效評價相對于化工,、冶金等制造系統(tǒng)的能效評價要復(fù)雜和困難得多.因此,首先對機(jī)械制造系統(tǒng)能效評價的復(fù)雜特點進(jìn)行分析.

機(jī)械制造系統(tǒng)涉及多種機(jī)械設(shè)備,其中加工設(shè)備就有九大類,輔助設(shè)備也有運(yùn)輸設(shè)備,、檢測設(shè)備、照明設(shè)備等多種,每種設(shè)備又由多個能量消耗源組成.以普通車床為例,普通車床包括主傳動系統(tǒng),、冷卻系統(tǒng),、架 移動系統(tǒng)、照明和信號燈系統(tǒng)等.而數(shù)控機(jī)床就復(fù)雜得多,如YD31125CNC6數(shù)控滾齒機(jī)包括主傳動系統(tǒng),、進(jìn)給系統(tǒng),、液壓系統(tǒng)、靜壓系統(tǒng),、沖屑系統(tǒng),、冷卻系統(tǒng)等多個能量消耗系統(tǒng),每個能量消耗系統(tǒng)又由多個能量消耗源組成,見表1.機(jī)械制造系統(tǒng)能量消耗的多能量源特點意味著能效的深化評價需面向多能量源進(jìn)行.

機(jī)械制造系統(tǒng)是產(chǎn)品生產(chǎn)的復(fù)雜載體,跨越產(chǎn)品、車間,、任務(wù),、制造單元和生產(chǎn)設(shè)備等不同層次,每個層次的能量消耗都有其基本特征.如設(shè)備層能耗是機(jī)械制造系統(tǒng)的主體,而車間層除了加工設(shè)備消耗能量以外,一些輔助設(shè)備也要消耗能量.對于產(chǎn)品能耗而言,則要考慮從原材料準(zhǔn)備,零部件生產(chǎn),產(chǎn)品組裝、使用到回收處理等所有階段的產(chǎn)品全生命周期過程能耗.因此,機(jī)械制造系統(tǒng)能量消耗狀態(tài)以及能量效率也存在層次分布特性.

某一時段內(nèi)機(jī)械制造系統(tǒng)的能量消耗呈現(xiàn)復(fù)雜的動態(tài)變化特性.僅以其中的機(jī)床能量消耗過程為例:某機(jī)床加工一個簡單工件的能量消耗過程可以看出,機(jī)械加工設(shè)備的能量消耗變化體現(xiàn)在以下三個方面:一是機(jī)床啟動過程的功率變化;二是不同加工工序能量消耗規(guī)律各異;三是每道加工工序的輸入功率隨時間發(fā)生的變化.機(jī)械加工設(shè)備能耗過程的動態(tài)變化直接造成機(jī)械制造系統(tǒng)能耗過程及其瞬態(tài)能量效率復(fù)雜多變.

機(jī)械產(chǎn)品的能量消耗貫穿于產(chǎn)品從原材料準(zhǔn)備到零部件生產(chǎn),產(chǎn)品組裝,、運(yùn)輸,、使用和回收處理的整個生命周期,如圖3所示.機(jī)械產(chǎn)品(例如汽車、機(jī)床等)在生命周期各階段均需能量支撐;同時,機(jī)械制造產(chǎn)品在生命周期不同階段的能量消耗特性大不相同,需要對每個階段的能量特性進(jìn)行深入分析.因此,機(jī)械制造系統(tǒng)能效評價需考慮產(chǎn)品生命周期全過程的能量消耗和能量效率問題.