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新建成的汽車制造廠都已具備很高的能效，但是，不斷升級的競爭迫使它們尋覓能進(jìn)一步削減成本的環(huán)節(jié)。生產(chǎn)過程中的能耗，便是這樣一個(gè)具有節(jié)支潛力的環(huán)節(jié)。

汽車行業(yè)競爭激烈。對于已經(jīng)在為提高總體生產(chǎn)率和控制成本而忙得焦頭爛額的汽車制造商而言，世界范圍內(nèi)的產(chǎn)能過剩帶來的價(jià)格壓力，不啻于雪上加霜。另一方面，大多數(shù)主要節(jié)支環(huán)節(jié)的能效提升潛力已被挖掘殆盡。

該怎么辦？降低能耗歷來不乏吸引力，但在新車制造成本中，與制造過程中的能耗有關(guān)的成本僅占3%到5%。相比之下，造紙過程中的能耗成本高達(dá)15%。盡管如此，能源價(jià)格不斷攀升，令汽車制造商不得不仔細(xì)審視降低能耗的可能性。例如，大眾汽車集團(tuán)在其《2011年可持續(xù)發(fā)展報(bào)告》中宣布，計(jì)劃在2018年以前，將包括電、氣和熱在內(nèi)的各種形式的能源的總消耗量降低四分之一。

能源管理軟件（上圖）可以檢測出諸如車身裝配（下圖）等工序中的用電浪費(fèi)情況。

壓床（下圖）的能效也在不斷提升。

一座日產(chǎn)1,000輛汽車的工廠的年耗電量動(dòng)輒高達(dá)數(shù)億度，與一座中型城鎮(zhèn)的耗電量不相上下。大型沖壓設(shè)備把鋼板壓成一個(gè)個(gè)的車身部件；機(jī)器人通過數(shù)千次焊接和黏合操作將這些車身部件裝配起來；而涂裝車間則必須保證噴漆溫度恰當(dāng)、運(yùn)行大型通風(fēng)系統(tǒng)以及向車間內(nèi)機(jī)器人供電，因此其耗電量占工廠總耗電量的45%-60%。此外，傳送系統(tǒng)還要將車門、發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系和車內(nèi)配飾等運(yùn)往裝配線進(jìn)行組裝。

上述每道工序要消耗多少能源？具體而言，哪些過程在什么時(shí)候會(huì)消耗多少電能、燃?xì)夂蜔崮埽恐挥邢却饘@些問題，工廠能找到有的放矢的提高能源效率的措施。

西門子新開發(fā)的能源管理軟件系統(tǒng)SIMATIC B.Data能助其一臂之力。這款智能能耗追蹤軟件能夠單獨(dú)記錄每一臺生產(chǎn)機(jī)器和每一個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的能源使用情況，然后對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以執(zhí)行細(xì)致深入的分析。例如，在德國的一家汽車制造廠里，該軟件檢測到，盡管工廠計(jì)劃周末停工，但機(jī)器仍疑似存在很高的本底負(fù)荷能耗。它發(fā)現(xiàn)制造機(jī)器人一直將車身抬在作業(yè)高度，這就要求相關(guān)壓縮機(jī)不停地向機(jī)器人輸送壓縮氣體。

Rudolf Traxler是西門子工業(yè)在奧地利林茨的能源管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)人，他表示，“我們軟件的主要目標(biāo)之一是降低工廠的本底負(fù)荷。在非高峰時(shí)段，雖然工廠產(chǎn)量低至零，但這段時(shí)間的能耗通常占工作日總能耗的30%。”解決辦法是關(guān)閉所有未使用的設(shè)備。位于奧地利斯泰爾的寶馬發(fā)動(dòng)機(jī)工廠現(xiàn)在就是這樣做的。歸功于SIMATIC B.Data及大量節(jié)能措施，這座工廠在停產(chǎn)期間的本底負(fù)荷已從8,000千瓦降至5,000千瓦。

在安裝SIMATIC B.Data系統(tǒng)之前，應(yīng)考慮以下因素：要測量哪些設(shè)備的能耗、精確度要求如何，以及需要對測量解決方案進(jìn)行何種程度的改裝等。寶馬斯泰爾工廠可年產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)70萬臺，按15分鐘間隔對大約700個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的能耗進(jìn)行測量。對Traxler而言，透明度是節(jié)能增效的關(guān)鍵所在。他表示，“只有準(zhǔn)確追蹤能耗，才能激勵(lì)工廠采取節(jié)能措施”。在位于德國雷根斯堡的寶馬工廠里，SIMATIC B.Data會(huì)自動(dòng)生成能耗日報(bào)和月報(bào)，幫助找到潛在的改進(jìn)空間。2012年，雷根斯堡授予該工廠一項(xiàng)環(huán)境獎(jiǎng)，表彰其在提升產(chǎn)量，擴(kuò)建工廠的同時(shí)，還將耗能量在2004年的基礎(chǔ)上削減了30%，相當(dāng)于每年節(jié)省1.68億度電。

有了智能能耗追蹤器，工廠可以針對生產(chǎn)及其調(diào)節(jié)控制軟件，以進(jìn)一步提升能效。以傳動(dòng)裝置為例。在大多數(shù)工廠，用于驅(qū)動(dòng)傳送帶系統(tǒng)、機(jī)器或生產(chǎn)機(jī)器人的大小各異的電機(jī)所消耗的電量，占總耗電量的三分之二左右。電機(jī)技術(shù)升級后可大幅降低成本。以西亞特位于西班牙Martorell的首要工廠為例。西門子為其涂裝車間的大型通風(fēng)設(shè)備加裝了變頻器，以根據(jù)實(shí)際需求調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。得益于此，其耗電量降低了40%。

現(xiàn)代傳動(dòng)裝置也能提升沖壓設(shè)備的能效。借助數(shù)千噸壓力的作用，這些大型機(jī)床可在轉(zhuǎn)瞬之間將金屬板材塑造成車門、車頂和引擎蓋等部件。每次在機(jī)床抬起后，一個(gè)搬運(yùn)機(jī)器人就會(huì)將車身部件移到鄰近的壓床上。許多時(shí)候，各種動(dòng)作都是通過同一個(gè)由大型飛輪驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)軸帶動(dòng)。但這種方法的能耗很高，鑒于此，大眾汽車在西門子的協(xié)助下，對沃爾夫斯堡工廠的三個(gè)已經(jīng)運(yùn)行15年之久的沖壓系統(tǒng)進(jìn)行了升級。西門子工業(yè)的Bernd Dietz說：“現(xiàn)在，搬運(yùn)機(jī)器人不再與主傳動(dòng)軸相連，而是由電子伺服系統(tǒng)帶動(dòng)。”這種方式能夠更加準(zhǔn)確高效地控制搬運(yùn)機(jī)器人。

西門子提供的沖壓生產(chǎn)線仿真（PLS）模型能夠確保金屬?zèng)_壓動(dòng)作得到優(yōu)化控制，即使這些昂貴的機(jī)器和搬運(yùn)機(jī)器人的操作間隔非常之短，亦可保證它們不會(huì)相互碰撞。部署這些系統(tǒng)后，大眾汽車的沖壓生產(chǎn)率從每分鐘14件增加到了16件。PLS還能縮短更換工具所需時(shí)間，因?yàn)樾鹿ぞ叩姆抡鎰?dòng)作可直接導(dǎo)入沖壓機(jī)床控制軟件。從長遠(yuǎn)來看，實(shí)用性提高后，大眾汽車的沖壓生產(chǎn)線將從17條減至8條。此外，現(xiàn)在可將傳動(dòng)裝置減速時(shí)節(jié)省的電能用于加速其他傳動(dòng)裝置，進(jìn)而將沖壓生產(chǎn)線的能效提升約30%-40%。

靈活性增強(qiáng)。現(xiàn)在，許多工廠在安裝新的沖壓機(jī)床時(shí)都選擇了伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的伺服沖床。其優(yōu)勢在于該系統(tǒng)不必按照預(yù)設(shè)節(jié)奏運(yùn)行，因此可根據(jù)實(shí)時(shí)要求單獨(dú)控制沖壓過程中上下運(yùn)動(dòng)的各個(gè)部件，而采用單一傳動(dòng)軸和飛輪的系統(tǒng)則做不到這一點(diǎn)。在將金屬板材沖壓成型時(shí)，沖床會(huì)慢慢下降，以保護(hù)模具，同時(shí)確保生產(chǎn)出高品質(zhì)工件。然后，它將以最快速度上升到?jīng)_程頂端，以便開始新一輪作業(yè)。在狀態(tài)下，伺服沖床的產(chǎn)量是傳統(tǒng)沖床的兩倍，這將快速抵消其高昂的購置成本。

然而，正如Dietz的同事Gerald Reichl博士所解釋的那樣，伺服沖床的電機(jī)能耗高于飛輪-傳動(dòng)軸組合。他說：“我們?yōu)椴ㄌm的一家汽車制造廠設(shè)計(jì)的飛輪式?jīng)_床的功耗為500千瓦；而一臺配備了6臺主用電機(jī)的伺服沖床在其所有電機(jī)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的極端情況下，理論最高功耗達(dá)3000千瓦。”然而，智能能源管理系統(tǒng)可確保該沖床僅需500千瓦電力，這是因?yàn)殡娙萜骱惋w輪系統(tǒng)會(huì)在電機(jī)減速時(shí)收集所釋放的電能，以供需要時(shí)使用。

伺服沖床給沖壓機(jī)床制造商帶來了*的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，因?yàn)榭梢岳酶魇礁鳂拥碾姍C(jī)和不同的轉(zhuǎn)矩，通過許多不同的方式來實(shí)現(xiàn)所需壓力。尤其需要支持的是中小型制造商，機(jī)電一體化工程師Reichl表示，“我們開發(fā)的一個(gè)程序可以根據(jù)所需轉(zhuǎn)速和沖力，計(jì)算出沖床的尺寸和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，以及適當(dāng)?shù)哪茉垂芾硐到y(tǒng)。”銷售部負(fù)責(zé)人Alexandre Bonay指出，該項(xiàng)目耗時(shí)多年，“那時(shí)，雖然我們已經(jīng)掌握了驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)領(lǐng)域的專有技術(shù)，但在沖床領(lǐng)域仍是一片空白。”我們投入的時(shí)間非常值得。“我們的辛勤付出，換來了一個(gè)面向伺服沖床的綜合解決方案，從設(shè)計(jì)到傳動(dòng)系統(tǒng)、控制技術(shù)、甚至計(jì)算機(jī)模擬，它無所不包。”

這為沖壓機(jī)床制造商提供了額外保障，因?yàn)樵撓到y(tǒng)的仿真功能可按1:1的比例精確呈現(xiàn)計(jì)劃制造的沖床，甚至早在制造出沖床之前，便可向客戶展示其在正常生產(chǎn)過程中能夠可靠地生產(chǎn)出多少件工件。汽車制造商可以將這種仿真結(jié)果導(dǎo)入其自有虛擬模型中，以確定未來車型的產(chǎn)量能夠提高多少，進(jìn)而在競爭激烈的全球市場上占據(jù)生產(chǎn)率和能效優(yōu)勢。