系统能效评价包括制造系统能量消耗状态及能量消耗过程的分析评价以及在此基础上对能量效率的评价.

机械制造系统是由切削加工、压力加工、铸造、焊接、加工、热处理、覆盖层、装配与包装和-等9类工艺[10]及其相应设备构成的将原材料(含半成品)转变为产品或半成品的输入输出系统.从能量消耗的角度看,机械制造系统是由机床(切削加工机床、压力加工机床)、铸造设备等机械设备及其相应的工艺过程为能量消耗主体的制造系统.

机械制造系统能耗主体构成的多样性及复杂性、能量消耗状态及能量消耗过程的动态变化性及随机性、机械产品的生命周期能耗特性等多方面原因,使得机械制造系统能效评价相对于化工、冶金等制造系统的能效评价要复杂和困难得多.因此,首先对机械制造系统能效评价的复杂特点进行分析.

机械制造系统涉及多种机械设备,其中加工设备就有九大类,辅助设备也有运输设备、检测设备、照明设备等多种,每种设备又由多个能量消耗源组成.以普通车床为例,普通车床包括主传动系统、冷却系统、架 移动系统、照明和信号灯系统等.而数控机床就复杂得多,如YD31125CNC6数控滚齿机包括主传动系统、进给系统、液压系统、静压系统、冲屑系统、冷却系统等多个能量消耗系统,每个能量消耗系统又由多个能量消耗源组成,见表1.机械制造系统能量消耗的多能量源特点意味着能效的深化评价需面向多能量源进行.

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.如设备层能耗是机械制造系统的主体,而车间层除了加工设备消耗能量以外,一些辅助设备也要消耗能量.对于产品能耗而言,则要考虑从原材料准备,零部件生产,产品组装、使用到回收处理等所有阶段的产品全生命周期过程能耗.因此,机械制造系统能量消耗状态以及能量效率也存在层次分布特性.

某一时段内机械制造系统的能量消耗呈现复杂的动态变化特性.仅以其中的机床能量消耗过程为例:某机床加工一个简单工件的能量消耗过程可以看出,机械加工设备的能量消耗变化体现在以下三个方面:一是机床启动过程的功率变化;二是不同加工工序能量消耗规律各异;三是每道加工工序的输入功率随时间发生的变化.机械加工设备能耗过程的动态变化直接造成机械制造系统能耗过程及其瞬态能量效率复杂多变.

机械产品的能量消耗贯穿于产品从原材料准备到零部件生产,产品组装、运输、使用和回收处理的整个生命周期,如图3所示.机械产品(例如汽车、机床等)在生命周期各阶段均需能量支撑;同时,机械制造产品在生命周期不同阶段的能量消耗特性大不相同,需要对每个阶段的能量特性进行深入分析.因此,机械制造系统能效评价需考虑产品生命周期全过程的能量消耗和能量效率问题.