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现有的机械制造系统能效评价的研究内容可以归结为三类:一是机械制造系统总体能效评价;二是产品能效评价;三是机械设备和工艺能效评价.

机械制造系统总体能效评价是对机械制造系统的综合能量消耗效率进行评价,一般以生产企业的整体能耗作为研究对象.比较成功的制造系统能效评价实践是美国IAC的评价体系.IAC的评价内容[3]包括:能量和废弃物成本评价、电能评价、热能评价、能源的原动机评价、冷却系统评价、供热通风与空气调节系统评价和废弃物评价等.

瞬时能量效率是指机械制造系统在某一时刻的有效能量变化率与输入能量变化率的比值.对于主要消耗电能的机械制造系统,其瞬时能量效率为有效输出功率与输入功率的比值.例如,对于金属切削机床,有效能量一般理解为直接对工件进行切削加工的能量,其瞬时能量效率为

机械制造系统过程能量效率是指某个制造过程或某个时间段的有效能量或有效产出与输入能量的关系.可见,过程能量效率指标包括有效能量和有效产出两种定义法.

机械制造系统过程能量效率的有效能量定义是指某个制造过程或某个时间段的有效能量与系统消耗能量的比值.例如,一个工件的切削加工过程的能量效率E可定义为工件加工过程的有效能量和消耗总能量的比值[23],即

过程能量效率的有效产出定义又称"比能"定义.比能是系统消耗能量与系统有效产出的比值式中,Ei为输入能量;Eo为输出能量;Oe为有效产出,包括有效经济、物质产出量(如材料切除体积、产品个数等).

机械制造系统是产品生产的复杂载体,跨越产品、车间、任务、制造单元和生产设备等不同层次,每个层次的能量消耗都有其基本特征.机械制造系统的能效评价也应具有明显的层次性,可分为产品层、车间层、任务层、制造单元层和设备层;每个层次都有其能效指标或指标体系.而且,考虑到制造过程能量消耗的不确定性,对其能效评价要符合过程特性,即,既要分析机械制造系统能量消耗状态,又要评价其能量消耗过程.进一步讲,针对过程能量效率评价,结合有效能量指标和比能指标,从不同角度反映机械制造系统的能效.

机械制造系统能量消耗指标的计算需要基于大量基础数据,特别是各种工艺和各种设备及其各种状态的能耗基础数据,这就需要建立机械制造系统能效评价的基础数据库.基础数据库的建立需要基于大量实验,包括各种设备在各种加工条件下的空载实验和加工实验,工作量巨大.基础数据库的建立将为能量效率的深度评价和生产设备的节能性运行、工艺路线节能性优化、工艺参数节能性优化等节能措施分析奠定基础.

通过机械制造系统能量消耗评价,建立各种制造任务的能量消耗定额,可为企业节能生产战略决策提供基础数据,也可为和行业制定能耗定额标准、强化节能措施提供基础数据.所谓能量消耗定额是指在一定的条件下,为生产单位产品或完成单位工作量,合理消耗能源的数量标准.科学的能量消耗定额能够反映制造过程中能源消耗的客观规律,是能源利用率考核和的依据.由前文所述机械制造系统能量消耗的四大特点可知,机械产品和制造任务的能量消耗定额问题特别复杂,尚有待深入研究.