能效是指機(jī)械設(shè)備的能耗和性能。我國(guó)裝備制造業(yè)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的標(biāo)志之一是擺脫低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)的怪圈，從價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)走向價(jià)值競(jìng)爭(zhēng)。而價(jià)值競(jìng)爭(zhēng)就要同時(shí)關(guān)注成本和性能，即性能價(jià)格比。產(chǎn)品的性能指標(biāo)涉及一系列綜合的評(píng)價(jià)指標(biāo)，它包含設(shè)備的性能參數(shù)、精度、生產(chǎn)效率、質(zhì)量管理水平以及終端產(chǎn)品品質(zhì)等。性能價(jià)格比與機(jī)械設(shè)備的售價(jià)是一個(gè)非線性正比關(guān)系。這里所關(guān)注的成本不僅僅是機(jī)械設(shè)備本身的售價(jià)，還有設(shè)備未來的運(yùn)行成本。能耗就是未來成本的一部分。

  能耗的最小化設(shè)計(jì)包括兩個(gè)要點(diǎn)設(shè)計(jì)節(jié)能和能源管理。

  1.設(shè)計(jì)節(jié)能

  設(shè)計(jì)節(jié)能是指從產(chǎn)品和系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)構(gòu)架開始，進(jìn)行省材料、省時(shí)間和省人工的設(shè)計(jì)規(guī)劃，選用能耗低的元器件，借助于技術(shù)創(chuàng)新保障單位產(chǎn)量的能耗最低。

  其中，設(shè)備的輕裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅意味著在運(yùn)動(dòng)控制上的能源節(jié)省，也意味著制造這些結(jié)構(gòu)件的原材料的能耗在上一個(gè)供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)的節(jié)能。

  采用低能耗元器件設(shè)計(jì)的案例很多。例如，用永磁同步電動(dòng)機(jī)代替異步電動(dòng)機(jī)，提高電動(dòng)機(jī)的效率，改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，工廠的照明系統(tǒng)把傳統(tǒng)照明改成LED(發(fā)光二極管)照明在多輔共母線的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上采用電網(wǎng)回饋技術(shù)，使電動(dòng)機(jī)制動(dòng)產(chǎn)生的能量回饋電網(wǎng)。

  另外，仿真技術(shù)的創(chuàng)新已經(jīng)為設(shè)計(jì)和制造過程中的節(jié)能帶來了革命性的變化。在設(shè)計(jì)制造過程中，傳統(tǒng)的項(xiàng)目研發(fā)過程是樣機(jī)隨著設(shè)計(jì)的改進(jìn)一款又一款地不斷研制。這不僅惹昧著設(shè)計(jì)時(shí)間的冗長(zhǎng)，更關(guān)鍵的是研制的成本或能耗無法降低，甚至一個(gè)設(shè)計(jì)人員的小失誤也會(huì)給生產(chǎn)廠帶束巨大的損失。HiL(Hardvare in the Loop，硬件在環(huán))是來自汽車行業(yè)的仿真研制方法，即包含硬件或設(shè)備的仿真回路，它能夠解決純軟件仿真的不足。這種仿真技術(shù)的投入，避免了每一個(gè)小小的改動(dòng)都要做一個(gè)汽車樣機(jī)的耗費(fèi)。在機(jī)械系統(tǒng)自動(dòng)控制方案研發(fā)過程中，MATLAB/Sime-Ink 在研發(fā)系統(tǒng)中的集成也為設(shè)計(jì)節(jié)能、縮短研發(fā)周期帶來了新的途徑。系統(tǒng)仿真創(chuàng)造設(shè)計(jì)捷徑如圖1.9所示，它展示了這種仿真思路的優(yōu)勢(shì)。

圖1.9 系統(tǒng)仿真創(chuàng)造設(shè)計(jì)捷徑

  2.能源管理

  IS05001是由ISO的能源管理委員會(huì)ISO/PC242組織制訂的，目的是作為企業(yè)的能源管理標(biāo)準(zhǔn)，以提高能源使用效率、減少成本支出，降低對(duì)環(huán)境的影響。ISO5001能源管理標(biāo)準(zhǔn)提供了一種方法，結(jié)合能效與實(shí)際的工業(yè)或商業(yè)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)持續(xù)的節(jié)能改善。

  ISO5001標(biāo)準(zhǔn)所提倡的中心思想是將能源的消耗變得可測(cè)、可控，最終通過策略和規(guī)劃的調(diào)整使能耗得到持續(xù)不斷的優(yōu)化。能源管理的中心思想如圖1.10所示，能源管理系統(tǒng)模型Plan-Do-Check-Act(PDCA，計(jì)劃、實(shí)施、檢查、行動(dòng))如圖1.11所示，它們分別從不同的角度闡述了這個(gè)思想。

圖1.10能源管理中心思想