机械设备能效指标及能源管理

  能效是指机械设备的能耗和性能。我国装备制造业战略转型的标志之一是摆脱低价竞争的怪圈，从价格竞争走向价值竞争。而价值竞争就要同时关注成本和性能，即性能价格比。产品的性能指标涉及一系列综合的评价指标，它包含设备的性能参数、精度、生产效率、质量管理水平以及终端产品品质等。性能价格比与机械设备的售价是一个非线性正比关系。这里所关注的成本不仅仅是机械设备本身的售价，还有设备未来的运行成本。能耗就是未来成本的一部分。

  能耗的最小化设计包括两个要点设计节能和能源管理。

  1.设计节能

  设计节能是指从产品和系统方案的设计构架开始，进行省材料、省时间和省人工的设计规划，选用能耗低的元器件，借助于技术创新保障单位产量的能耗最低。

  其中，设备的轻装结构设计不仅意味着在运动控制上的能源节省，也意味着制造这些结构件的原材料的能耗在上一个供应链环节的节能。

  采用低能耗元器件设计的案例很多。例如，用永磁同步电动机代替异步电动机，提高电动机的效率，改善电网的功率因数，工厂的照明系统把传统照明改成LED(发光二极管)照明在多辅共母线的伺服驱动系统上采用电网回馈技术，使电动机制动产生的能量回馈电网。

  另外，仿真技术的创新已经为设计和制造过程中的节能带来了革命性的变化。在设计制造过程中，传统的项目研发过程是样机随着设计的改进一款又一款地不断研制。这不仅惹昧着设计时间的冗长，更关键的是研制的成本或能耗无法降低，甚至一个设计人员的小失误也会给生产厂带束巨大的损失。HiL(Hardvare in the Loop，硬件在环)是来自汽车行业的仿真研制方法，即包含硬件或设备的仿真回路，它能够解决纯软件仿真的不足。这种仿真技术的投入，避免了每一个小小的改动都要做一个汽车样机的耗费。在机械系统自动控制方案研发过程中，MATLAB/Sime-Ink 在研发系统中的集成也为设计节能、缩短研发周期带来了新的途径。系统仿真创造设计捷径如图1.9所示，它展示了这种仿真思路的优势。

图1.9 系统仿真创造设计捷径

  2.能源管理

  IS05001是由ISO的能源管理委员会ISO/PC242组织制订的，目的是作为企业的能源管理标准，以提高能源使用效率、减少成本支出，降低对环境的影响。ISO5001能源管理标准提供了一种方法，结合能效与实际的工业或商业管理系统，实现持续的节能改善。

  ISO5001标准所提倡的中心思想是将能源的消耗变得可测、可控，最终通过策略和规划的调整使能耗得到持续不断的优化。能源管理的中心思想如图1.10所示，能源管理系统模型Plan-Do-Check-Act(PDCA，计划、实施、检查、行动)如图1.11所示，它们分别从不同的角度阐述了这个思想。

图1.10能源管理中心思想