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新建成的汽車(chē)制造廠(chǎng)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。生產(chǎn)過(guò)程中的能耗，便是這樣一個(gè)具有節支潛力的環(huán)節。

汽車(chē)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(chē)制造商而言，世界范圍內的產(chǎn)能過(guò)剩帶來(lái)的價(jià)格壓力，不啻于雪上加霜。另一方面，大多數主要節支環(huán)節的能效提升潛力已被挖掘殆盡。

該怎么辦？降低能耗歷來(lái)不乏吸引力，但在新車(chē)制造成本中，與制造過(guò)程中的能耗有關(guān)的成本僅占3%到5%。相比之下，造紙過(guò)程中的能耗成本高達15%。盡管如此，能源價(jià)格不斷攀升，令汽車(chē)制造商不得不仔細審視降低能耗的可能性。例如，大眾汽車(chē)集團在其《2011年可持續發(fā)展報告》中宣布，計劃在2018年以前，將包括電、氣和熱在內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(chē)身裝配（下圖）等工序中的用電浪費情況。

壓床（下圖）的能效也在不斷提升。

一座日產(chǎn)1,000輛汽車(chē)的工廠(chǎng)的年耗電量動(dòng)輒高達數億度，與一座中型城鎮的耗電量不相上下。大型沖壓設備把鋼板壓成一個(gè)個(gè)的車(chē)身部件；機器人通過(guò)數千次焊接和黏合操作將這些車(chē)身部件裝配起來(lái)；而涂裝車(chē)間則必須保證噴漆溫度恰當、運行大型通風(fēng)系統以及向車(chē)間內機器人供電，因此其耗電量占工廠(chǎng)總耗電量的45%-60%。此外，傳送系統還要將車(chē)門(mén)、發(fā)動(dòng)機、傳動(dòng)系和車(chē)內配飾等運往裝配線(xiàn)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(guò)程在什么時(shí)候會(huì )消耗多少電能、燃氣和熱能？只有先答對這些問(wèn)題，工廠(chǎng)能找到有的放矢的提高能源效率的措施。

西門(mén)子新開(kāi)發(fā)的能源管理軟件系統SIMATIC B.Data能助其一臂之力。這款智能能耗追蹤軟件能夠單獨記錄每一臺生產(chǎn)機器和每一個(gè)生產(chǎn)系統的能源使用情況，然后對這些數據進(jìn)行處理，以執行細致深入的分析。例如，在德國的一家汽車(chē)制造廠(chǎng)里，該軟件檢測到，盡管工廠(chǎng)計劃周末停工，但機器仍疑似存在很高的本底負荷能耗。它發(fā)現制造機器人一直將車(chē)身抬在作業(yè)高度，這就要求相關(guān)壓縮機不停地向機器人輸送壓縮氣體。

Rudolf Traxler是西門(mén)子工業(yè)在奧地利林茨的能源管理系統負責人，他表示，“我們軟件的主要目標之一是降低工廠(chǎng)的本底負荷。在非高峰時(shí)段，雖然工廠(chǎng)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)閉所有未使用的設備。位于奧地利斯泰爾的寶馬發(fā)動(dòng)機工廠(chǎng)現在就是這樣做的。歸功于SIMATIC B.Data及大量節能措施，這座工廠(chǎng)在停產(chǎn)期間的本底負荷已從8,000千瓦降至5,000千瓦。

在安裝SIMATIC B.Data系統之前，應考慮以下因素：要測量哪些設備的能耗、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(chǎng)可年產(chǎn)發(fā)動(dòng)機70萬(wàn)臺，按15分鐘間隔對大約700個(gè)監測點(diǎn)的能耗進(jìn)行測量。對Traxler而言，透明度是節能增效的關(guān)鍵所在。他表示，“只有準確追蹤能耗，才能激勵工廠(chǎng)采取節能措施”。在位于德國雷根斯堡的寶馬工廠(chǎng)里，SIMATIC B.Data會(huì )自動(dòng)生成能耗日報和月報，幫助找到潛在的改進(jìn)空間。2012年，雷根斯堡授予該工廠(chǎng)一項環(huán)境獎，表彰其在提升產(chǎn)量，擴建工廠(chǎng)的同時(shí)，還將耗能量在2004年的基礎上削減了30%，相當于每年節省1.68億度電。

有了智能能耗追蹤器，工廠(chǎng)可以針對生產(chǎn)及其調節控制軟件，以進(jìn)一步提升能效。以傳動(dòng)裝置為例。在大多數工廠(chǎng)，用于驅動(dòng)傳送帶系統、機器或生產(chǎn)機器人的大小各異的電機所消耗的電量，占總耗電量的三分之二左右。電機技術(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(chǎng)為例。西門(mén)子為其涂裝車(chē)間的大型通風(fēng)設備加裝了變頻器，以根據實(shí)際需求調節電機轉速。得益于此，其耗電量降低了40%。

現代傳動(dòng)裝置也能提升沖壓設備的能效。借助數千噸壓力的作用，這些大型機床可在轉瞬之間將金屬板材塑造成車(chē)門(mén)、車(chē)頂和引擎蓋等部件。每次在機床抬起后，一個(gè)搬運機器人就會(huì )將車(chē)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(guò)同一個(gè)由大型飛輪驅動(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(chē)在西門(mén)子的協(xié)助下，對沃爾夫斯堡工廠(chǎng)的三個(gè)已經(jīng)運行15年之久的沖壓系統進(jìn)行了升級。西門(mén)子工業(yè)的Bernd Dietz說(shuō)：“現在，搬運機器人不再與主傳動(dòng)軸相連，而是由電子伺服系統帶動(dòng)。”這種方式能夠更加準確高效地控制搬運機器人。

西門(mén)子提供的沖壓生產(chǎn)線(xiàn)仿真（PLS）模型能夠確保金屬沖壓動(dòng)作得到優(yōu)化控制，即使這些昂貴的機器和搬運機器人的操作間隔非常之短，亦可保證它們不會(huì )相互碰撞。部署這些系統后，大眾汽車(chē)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，因為新工具的仿真動(dòng)作可直接導入沖壓機床控制軟件。從長(cháng)遠來(lái)看，實(shí)用性提高后，大眾汽車(chē)的沖壓生產(chǎn)線(xiàn)將從17條減至8條。此外，現在可將傳動(dòng)裝置減速時(shí)節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(xiàn)的能效提升約30%-40%。

靈活性增強。現在，許多工廠(chǎng)在安裝新的沖壓機床時(shí)都選擇了伺服電機驅動(dòng)的伺服沖床。其優(yōu)勢在于該系統不必按照預設節奏運行，因此可根據實(shí)時(shí)要求單獨控制沖壓過(guò)程中上下運動(dòng)的各個(gè)部件，而采用單一傳動(dòng)軸和飛輪的系統則做不到這一點(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(kāi)始新一輪作業(yè)。在狀態(tài)下，伺服沖床的產(chǎn)量是傳統沖床的兩倍，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，伺服沖床的電機能耗高于飛輪-傳動(dòng)軸組合。他說(shuō)：“我們?yōu)椴ㄌm的一家汽車(chē)制造廠(chǎng)設計的飛輪式?jīng)_床的功耗為500千瓦；而一臺配備了6臺主用電機的伺服沖床在其所有電機同時(shí)運轉的極端情況下，理論最高功耗達3000千瓦。”然而，智能能源管理系統可確保該沖床僅需500千瓦電力，這是因為電容器和飛輪系統會(huì )在電機減速時(shí)收集所釋放的電能，以供需要時(shí)使用。

伺服沖床給沖壓機床制造商帶來(lái)了*的設計挑戰，因為可以利用各式各樣的電機和不同的轉矩，通過(guò)許多不同的方式來(lái)實(shí)現所需壓力。尤其需要支持的是中小型制造商，機電一體化工程師Reichl表示，“我們開(kāi)發(fā)的一個(gè)程序可以根據所需轉速和沖力，計算出沖床的尺寸和運動(dòng)參數，以及適當的能源管理系統。”銷(xiāo)售部負責人Alexandre Bonay指出，該項目耗時(shí)多年，“那時(shí)，雖然我們已經(jīng)掌握了驅動(dòng)和控制系統領(lǐng)域的專(zhuān)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(lái)了一個(gè)面向伺服沖床的綜合解決方案，從設計到傳動(dòng)系統、控制技術(shù)、甚至計算機模擬，它無(wú)所不包。”

這為沖壓機床制造商提供了額外保障，因為該系統的仿真功能可按1:1的比例精確呈現計劃制造的沖床，甚至早在制造出沖床之前，便可向客戶(hù)展示其在正常生產(chǎn)過(guò)程中能夠可靠地生產(chǎn)出多少件工件。汽車(chē)制造商可以將這種仿真結果導入其自有虛擬模型中，以確定未來(lái)車(chē)型的產(chǎn)量能夠提高多少，進(jìn)而在競爭激烈的全球市場(chǎng)上占據生產(chǎn)率和能效優(yōu)勢。