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上對能量效率的評價.

機械制造系統(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]及其相應設備構成的將原材料(含半成品)轉變?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,機械制造系統(tǒng)是由機床(切削加工機床,、壓力加工機床),、鑄造設備等機械設備及其相應的工藝過程為能量消耗主體的制造系統(tǒng).

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

機械制造系統(tǒng)涉及多種機械設備,其中加工設備就有九大類,輔助設備也有運輸設備、檢測設備,、照明設備等多種,每種設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)控機床就復雜得多,如YD31125CNC6數(shù)控滾齒機包括主傳動系統(tǒng),、進給系統(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行.

機械制造系統(tǒng)是產(chǎn)品生產(chǎn)的復雜載體,跨越產(chǎn)品,、車間,、任務,、制造單元和生產(chǎn)設備等不同層次,每個層次的能量消耗都有其基本特征.如設備層能耗是機械制造系統(tǒng)的主體,而車間層除了加工設備消耗能量以外,一些輔助設備也要消耗能量.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)機械制造系統(tǒng)的能量消耗呈現(xiàn)復雜的動態(tài)變化特性.僅以其中的機床能量消耗過程為例:某機床加工一個簡單工件的能量消耗過程可以看出,機械加工設備的能量消耗變化體現(xiàn)在以下三個方面:一是機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.機械加工設備能耗過程的動態(tài)變化直接造成機械制造系統(tǒng)能耗過程及其瞬態(tài)能量效率復雜多變.

機械產(chǎn)品的能量消耗貫穿于產(chǎn)品從原材料準備到零部件生產(chǎn),產(chǎn)品組裝、運輸,、使用和回收處理的整個生命周期,如圖3所示.機械產(chǎn)品(例如汽車,、機床等)在生命周期各階段均需能量支撐;同時,機械制造產(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行深入分析.因此,機械制造系統(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.