利用机床实现能源效益生产

　　机床和生产工艺如何才能做到尽可能有效利用能源？对于行业的许多领域，这个问题极其关键。寻求的答案是创新联盟“绿色车身技术”关注的核心。 　　

　　气候变化和自然资源获取的有限性，使得提高制造行业能源效益的必要性以及将生产持续性发展作为中心任务，成为人们不断关注的重点。对原材料不断增长的需求（例如在发展中国家和新兴国家里）以及相关能源和能源价格的不断攀升，所有这些都使得我们必须对此作出响应。当前阿拉伯世界发生的与原材料可获得性相关的事件以及现在对能源生产的讨论等，都在进一步加重形势的恶化。

　　效益正在成为企业成功的决定性因素除了原材料价格之外，原材料的可用性和易用性的重要意义正在增长。因而，人们可以由此推论，将来特别是与效益相关的经济因素将决定企业在市场上的成败。生产与自然资源的联系特别紧密，受到自然资源短缺的影响。这种依赖产生的一个后果，是需要减少增加生产数量所需的能源，从而提高能源效益。因此，核心问题是：制造企业如何应对这些挑战以及他们拥有哪些减少能源使用量的手段？在这种形势下，只能通过政治和调节指令、激励和鼓励措施的综合利用，才能实现能源效益必要的重大增长。为达此目的，需要清晰的国际协调一致的政治框架。“从最少资本中获取最大利润”到“从最少能源中获取最大利润”的模式转变，只能通过技术创新和长期性投资予以实现。今天通过使用效益技术和高效益生产设施获得成本优势的企业，将能够在未来从中获得超比例的回报。

　　研究院正在推进能源自给自足、排放中性、人体工程学的工厂理念，利用“能源效益生产”研究工厂作为德国生产技术出口赢家Fraunhofer IWU是在持续性发展能源和能源效益生产技术领域里获得世界公认的首要研究机构，该机构在全国和国际范围内协调项目中各项活动的安排。

　　可持续性生产技术应能节能约50%作为一个杰出范例，在此值得一提的是得到德国联邦教育与研究部支持的“绿色车身技术”创新联盟。在这里，德国汽车行业60多家零部件供应商和设备制造厂家，由大众公司牵头并由Fraunhofer IWU进行协调，在从冲压到油漆的整个车身生产链上，共同合作提高能源效益，降低材料用量百分比并减少排放。其梦想是在高效和可持续发展生产技术和设施的基础上，让能源节约总量达到50%。

　　为了能够继续以领袖角色应对各种挑战，在未来，该研究院将发展并扩展成一家“能源效益生产”研究工厂。在这种背景下，Fraunhofer IWU必须面对的一个挑战是，实现能源自给自足的生产程序。在实践中，这意味着一个生产过程要能在独立于外部能源供应商的情况下，控制和维持一定长度的时间。特别是，包括在电力供应质量波动的过程中，例如，由于稳定性不好的再生能源用量的增加造成网络电源波动，如何确保质量敏感生产工艺的安全。为了应对这种挑战，Fraunhofer IWU研究所为机床和折弯技术开发出一个三阶段策略，该策略将作为“能源效益生产”研究工厂的一个组成部分予以应用。

　　为了提高生产效益水平，第一阶段具体目标是提升工艺稳定性，从而降低次品率和生产后的返修工作量。达到这个目标的正确措施，是开发和应用智能工艺监测或调节策略以及使用能源和能源效益的生产技术或系统。在智能工艺组合和一体化整合基础上，或在创新生产技术基础上，对工艺链进行优化和简化，代表着前景非常广阔的另外一种思路。第二阶段的目标，是通过整体能源管理实现可持续性发展。在这个阶段，目标是寻找什么样的能源可以在其他应用中加以利用，比如在生产过程中作为废热排放到环境的能源。要实现这种能源利用所面对的特别挑战，是找出这些“损失”来源，存储这些能源并对之进行转换。这方面，不仅要研究生产系统或工艺内部的能源互动，而且还要研究生产和环境之间的能源互动。

　　将工厂发展成为能源生产者和存储者第三阶段的目标，是用替代能源更换由于将能源排放到环境中而造成的“能源损失”。除了整体化采暖和动力设备以外，使用分散能源供应（如太阳能、风能或者地热和生物能等再生能源形式）的可能性将变得越来越重要。所以，工厂不仅是能源消耗者，而且还将转换成为能源的生产和存储者。提升生产系统效益水平的另外一个方案，是开发赋予仿生学灵感的机床。基本思想是从生物学中选择解决方案并将其转换成解决技术问题的方案，在此的重点是运动仿生学。例如，低动态运动和高动态运动的叠加可在其发生时在自然中观察到，这些观察到的现象可以转换成机床运动原理。

　　在“绿色车身技术”创新联盟范围内有一个子项目，这个子项目的重点是在能源和能源效益车身生产领域方面的役期寿命：揿动按钮进行对准——用于自动化微调卡紧设备的系统因为在高进给速度、大驱动功率和小体积质量之间存在着相互矛盾的要求，原来追求大型构造的机床概念很快就达到了极限。在多功能机床上，这种情况特别明显，在大的工作空间与高的机床功能之间存在矛盾。为了解决这种目标方面的矛盾冲突，Fraunhofer IWU研究所与多家企业合作，设法实现一种机床系统，这种系统根据剪床运动力学原理，以叠加传动结构概念为基础，将串联结构的大空间与并联结构的高动态性结合起来。这种概念的特点，是有意识地在有限区域里实现增强的动态性能，从而提高串联坐标轴横向运动的动态性能。

　　可以通过面向动态坐标的冗余布置，使得机床特性适应相关工艺步骤要求。对具体测试零部件所进行的系统调查表明，除了机加工质量提高之外，还能够大幅度降低加工时间，从而获得20%左右的能源节约。

　　减少工作材料用量及零部件的能源消耗因此，面向效益的可持续性生产既涉及到产品制造，也涉及到产品使用。例如，在汽车制造中，效益技术和高效生产设施的使用，不仅降低了工厂中每辆汽车的能源消耗，而且还提供机会，降低生产零部件所需的能源和材料消耗。要实现这个目标，仍然需要继续进行广泛的研究，例如提高生产工艺的安全性和材料利用率，或实现闭合能源线路的研究等。

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