Otto Urbanek

1 引言

塑料行業(yè)中那些能源密集型生產(chǎn)存在著巨大的節(jié)能潛力，對(duì)于無(wú)法充分利用這種潛力的公司而言將是一種損失，不僅是因?yàn)檫@事關(guān)遵守法律法規(guī)的問(wèn)題，而且還因?yàn)樗麄兛梢詮倪@些巨大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)中受益。提高能源效率的第一步是分析在何時(shí)、何地實(shí)際消耗了多少能源量。然而，并非所有分析工具都能夠達(dá)到相同水平。

由于資源有限，因此效率就成為了一個(gè)重要的議題。隨著世界各國(guó)政府紛紛設(shè)立能源目標(biāo)，制造商和加工企業(yè)不斷面臨著新的指示、標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)。然而，效率不僅僅是必要之物，它還蘊(yùn)藏著巨大的競(jìng)爭(zhēng)力。

那些以最快速度做出響應(yīng)的公司收獲最大，他們新獲取的Know-how將有助于提高公司的整體表現(xiàn)。作為能源密集型生產(chǎn)的塑料加工技術(shù)站在了優(yōu)化能耗的最前線。

2 如何去做才能更有效率

我們對(duì)于提高效率的要求提出了相關(guān)問(wèn)題：“我們現(xiàn)在在哪里，衡量我們效率的基礎(chǔ)將是什么？”多年來(lái)，單位能耗（SEC）已經(jīng)確立了衡量能效的標(biāo)準(zhǔn)。該比值告訴我們單位產(chǎn)量或單位產(chǎn)值所消耗的某種能源量。在單位能耗被計(jì)算出來(lái)之前，首先需要明確定義消耗和產(chǎn)出的計(jì)算范圍是什么。

讓我們來(lái)看一下每年處理40噸材料，使用100MWh能源量的企業(yè)是如何做的。這兩個(gè)數(shù)值的比率被稱為S-SEC，或者叫現(xiàn)場(chǎng)單位能耗，是專門針對(duì)車間的能耗計(jì)算，單位是kWh/kg。例如在這里，該值就是100,000kWh/40.000kg，即2.5kWh/kg。

3 比較機(jī)器效率

我們用類似的方式也可以計(jì)算機(jī)器單位能耗（M-SEC），從而確定某一加工機(jī)械的消耗。該值告訴我們機(jī)器能夠如何有效地生產(chǎn)既定產(chǎn)品。

當(dāng)一臺(tái)機(jī)器需要被更換的時(shí)候，比較典型產(chǎn)品的M-SEC值可以幫助公司做出明智的決定。一些機(jī)器制造商的控制器中擁有能源分析工具，可以提供與整體能耗和各個(gè)加工階段消耗有關(guān)的數(shù)據(jù)。

4 提產(chǎn)增效

雖然能源效率并非是開(kāi)發(fā)過(guò)程中的重中之重，但是機(jī)器多年來(lái)正在不斷地變得更加高效。提高產(chǎn)出的要求推動(dòng)了新的機(jī)器設(shè)計(jì)和新的技術(shù)開(kāi)發(fā)，其本質(zhì)是使機(jī)器更加節(jié)能。尤其是在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域內(nèi)，當(dāng)前最先進(jìn)的技術(shù)確定會(huì)在之后數(shù)年中持續(xù)提升效率。對(duì)于像注塑和吹塑成型這樣的循環(huán)工藝流程而言，這種積極的開(kāi)發(fā)尤為突出。

循環(huán)工藝流程是臭名昭著的能源消耗大戶，因此通過(guò)使用伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)擁有相當(dāng)大的節(jié)能潛力。隨著越來(lái)越多的機(jī)器改用這種技術(shù)，利潤(rùn)也將滾滾而來(lái)。

描繪一個(gè)車間多年來(lái)整體效率的變遷圖景對(duì)于一家公司而言相對(duì)簡(jiǎn)單。公司通過(guò)采集多年來(lái)的總能耗數(shù)據(jù)，并設(shè)定它與產(chǎn)出量之間的關(guān)系，就能跟蹤S-SEC值的變化。然而，各個(gè)機(jī)器和不同加工技術(shù)所消耗的能源量就千差萬(wàn)別了。

5 清晰的產(chǎn)品單位能耗

能耗與所使用的技術(shù)類型無(wú)關(guān)，它一般可以通過(guò)9:3:1的比例進(jìn)行估算。

如圖1所示，注塑機(jī)機(jī)器單位能耗（M-SEC）隨時(shí)間變化曲線圖，當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)將是在未來(lái)數(shù)年中提高歐洲機(jī)器能效。

圖2 各種加工工藝在機(jī)器能耗和車間能耗之間的比較

圖2中，各種加工工藝在機(jī)器能耗和車間能耗之間的比較可以立刻反映出主流塑料加工技術(shù)的M-SEC和S-SEC值之間的差異，并根據(jù)2008年以來(lái)的歐洲塑料消耗量計(jì)算出所得的加權(quán)平均值：

? 數(shù)值1表示必須施加于材料上以便執(zhí)行成型過(guò)程的熱能；

? 整臺(tái)機(jī)器所需包括熱能在內(nèi)的能源量約為該數(shù)值的3倍；

? 整個(gè)車間所需要的能源量約為熱能輸入的9倍。

圖3 機(jī)器單位能耗與現(xiàn)場(chǎng)單位能耗之間的差距

單位能耗（SEC）的明確定義已被確立，它是衡量能耗的可靠基礎(chǔ)；

S-SEC：現(xiàn)場(chǎng)單位能耗：任何與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)活動(dòng)有關(guān)的能源量；

P-SEC：產(chǎn)品單位能耗（所有產(chǎn)品）：生產(chǎn)一個(gè)特定制品所需要的總能源量；

M-SEC：機(jī)器單位能耗（塑料機(jī)械）：在材料、機(jī)械運(yùn)動(dòng)（螺釘、夾子、頂桿等）方面的熱輸入；

Enthalpy，焓：包括成型過(guò)程中的熔化熱（通常不受影響）。

如圖3所示，機(jī)器單位能耗與現(xiàn)場(chǎng)單位能耗之間的巨大差距是分析產(chǎn)品/過(guò)程單位能耗的基礎(chǔ)。車間總能耗是成型過(guò)程所需熱能的許多倍。

例如，如果理論上注塑或吹塑一個(gè)塑料件需耗能1kWh，那么公司實(shí)際上希望使用并支付共9kWh（2011年的歐洲平均水平，根據(jù)不同加工技術(shù)進(jìn)行加權(quán)處理）。由于總能耗無(wú)法一一列舉，因此今天的公司沒(méi)有辦法確切地知道與任意特定產(chǎn)品相關(guān)的成本。

為了填補(bǔ)車間能耗與機(jī)器能耗之間的巨大差距，必須針對(duì)特定產(chǎn)品和過(guò)程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析（產(chǎn)品/過(guò)程單位能耗，或稱P-SEC）。P-SEC提供了與產(chǎn)品單位能耗相關(guān)的極其有價(jià)值的信息，這是優(yōu)化成本所必需的。這使得分析能夠集中在與過(guò)程相關(guān)的能耗上，排除了廠房設(shè)施如照明、通風(fēng)和空調(diào)的耗能。

6 知道錢是怎么花的

在分析中的第一步是，確定資源是如何被使用的，以及錢花在了哪里。在這里的目標(biāo)是，了解它們之間的相互關(guān)系，并確定浪費(fèi)源自哪里。只有這樣，才能采取有效的措施，使流程變得更加高效而經(jīng)濟(jì)。主要有兩種方法：

6.1 方案1：選擇性的方法

進(jìn)行一次性分析以獲取當(dāng)前情況的簡(jiǎn)單印象。首先通過(guò)顯示的能量流確定改善能效的機(jī)會(huì)，然后根據(jù)該分析制定措施表，最后在采取了這些措施之后對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。這種方法是提高效率很好的第一步，而且它還引申出了與提高節(jié)能意識(shí)相關(guān)的議題。然而，它卻并不涉及任何發(fā)起并維持持續(xù)改進(jìn)的工具。

6.2 方案2：連續(xù)性的方法

從生產(chǎn)設(shè)備開(kāi)始對(duì)整個(gè)生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行評(píng)估，包括生產(chǎn)系統(tǒng)訪問(wèn)過(guò)的主要功能。為了使能量流變得更透明，會(huì)安裝傳感器以便測(cè)量溫度、壓力和流量，并記錄開(kāi)關(guān)時(shí)間。詳細(xì)了解各成本及它們之間的相互關(guān)系可以助力過(guò)程的不斷優(yōu)化和改善。

7 成功的監(jiān)控解決方案

成功的監(jiān)控解決方案必須包括：

? 包含籌備規(guī)劃在內(nèi)的生產(chǎn)環(huán)境專業(yè)結(jié)構(gòu)分析；

? 易于安裝和使用的可擴(kuò)展系統(tǒng)方案；

? 適用于定制化數(shù)據(jù)評(píng)估的可配置軟件工具。

8 通過(guò)能源管理成功提高效率

塑料行業(yè)中的節(jié)能潛力相當(dāng)高。凡是能夠成功利用這種潛力的公司，都能獲得一個(gè)持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。要做到這一點(diǎn)的關(guān)鍵是將生產(chǎn)系統(tǒng)作為一個(gè)整體加以分析。對(duì)能量流以及其它資源的持續(xù)監(jiān)控為實(shí)現(xiàn)更有效的管理提供了所需要的透明度。

ISO 50001標(biāo)準(zhǔn)的推出有可能迫使一些公司最終面臨能源管理問(wèn)題。然而，由于這涉及到巨大的經(jīng)濟(jì)潛力，因此公司必定會(huì)采取更積極主動(dòng)的措施，以領(lǐng)導(dǎo)者的姿態(tài)去享受這些競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。