研究制造系统能量效率的基本框架与困境
研究制造系统能量效率的基本框架与困境
摘要：制造业量大面广，能耗总量巨大；提升制造系统能量效率已成为各国制造业
可持续发展的关键战略，国际上的研究非常活跃。为此，总结了制造系统能量效率
（又称能效）的内涵，分析和概述了制造系统能量效率的研究现状；在此基础之
上，总结了制造系统能量效率的研究内容，并提出由三类研究对象（能耗行业、能
耗系统以及能耗组件）、四类基础理论或技术（能效建模、能效特性、能效评价和
能效监控）、两类功能技术（制造系统运行能效优化技术和高能效制造系统建设技
术）以及一个根本目标（提高制造系统运行能量效率）组成的制造系统能量效率研
究内容体系框架；最后，考虑到离散制造系统能量效率问题的研究起步较晚、过去
重视不够以及其复杂性等因素，分析和总结出了离散制造系统能量效率研究有待深
化的五个难点问题，即离散制造系统能量效率建模问题、精细评价问题、产品能耗
定额问题、高能效多目标优化问题和高能效机床设计问题。
关键词：制造系统；能量效率；研究现状；体系结构；离散制造系统。
Abstract:Manufacturing industries are in enormous quantity and consume great amount of
energy. In recent years, improving energyefficiency in manufacturing systems has become
a key strategy and a hot topic for sustainable manufacturing. The connotation ofenergy
efficiency of manufacturing systems is summarized, and the statue of energy efficiency
research on manufacturing systems isreviewed and analyzed. Based on the research
progresses, a content architecture framework about energy efficiency research
onmanufacturing systems is developed. The framework encompasses three objects （
industries, systems and components of energyconsumption ）， four basic theories or
technologies （the characteristics, modeling, evaluation and monitoring of energy
efficiency inmanufacturing systems ）， two kinds of functional techniques （the
techniques for improving running energy efficiency ofmanufacturing systems and the
techniques for developing energy-efficient manufacturing systems ）and one basic target
（promoteenergy efficiency of manufacturing system ）。 Finally, considering the statue
of research on energy efficiency of discrete manufacturingsystems （DMS ）， which is
lack of attention in past time and is studied late, the complexity of research on energy
efficiency of DMS isanalyzed. Five difficult problems for the research on energy efficiency
of DMS are proposed and discussed, which are modeling forDMS, fine evaluation for
DMS, energy allowance developing for products, multi-objective optimization for DMS
and design forenergy-efficient machine tools.
Key words:manufacturing systems;energy efficiency;state of the art;content
architecture;discrete manufacturing systems.
0 前言。
制造业量大面广，能耗总量巨大。根据国家统计局 2015 年年鉴，我国制造业的能源
消耗占工业总能耗的 82%,带来的环境污染问题严重[1];同时，《国家应对气候变化
规划（2014-2020 年）》明确指出：到 2020 年，单位国内生产总值二氧化碳排放比
2005 年下降 40%~45%,工业、建筑等重点领域节能减碳取得明显成效，工业生产过
程等非能源活动温室气体排放得到有效控制[2].因此，制造业是我国工业领域的能源
消耗的主体和碳排放的主要源头；如何提高制造系统能量效率，降低制造业的能量
消耗和碳排放是我国制造业实现绿色制造迫切需要解决的问题之一[3].
提升制造系统能量效率已成为各国制造业可持续发展的重要战略。2009 年7 月，英
国政府发布了《英国低碳转换计划》（The UK Low CarbonTransition Plan）国家战略
文件，要求到 2020 年碳排放量在 1990 年基础上减少 34%,其内容涉及能源、工业和
交通等多个方面[4].同时，欧盟也发布了《2030 气候和能源框架》（2030 Climate &
EnergyFramework ），到 2030 年提高能源利用率 27%[5];2014 年，欧盟启动了第八科
研框架计划- 《地平线 2020》（Horizon 2020），指出减少能源消耗和碳足迹排放是
解决能源问题的关键途径和研究领域之一[6].2014 年10 月，美国先进制造伙伴计划
指导委员会向美国总统科学技术顾问委员会提出建立专门机构关注能源密集型和数
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研究制造系统能量效率的基本框架与困境摘要：制造业量大面广，能耗总量巨大；提升制造系统能量效率已成为各国制造业可持续发展的关键战略，国际上的研究非常活跃。为此，总结了制造系统能量效率（又称能效）的内涵，分析和概述了制造系统能量效率的研究现状；在此基础之上，总结了制造系统能量效率的研究内容，并提出由三类研究对象（能耗行业、能耗系统以及能耗组件）、四类基础理论或技术（能效建模、能效特性、能效评价和能效监控）、两类功能技术（制造系统运行能效优化技术和高能效制造系统建设技术）以及一个根本目标（提高制造系统运行能量效率）组成的制造系统能量效率研究内容体系框架；最后，考虑到离散制造系统能量效率问题的研究起...
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作者：闻远设计
分类：非标机械电气自动化
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