VDW协会在“蓝色权限倡议”的名义下从事这些活动，就能源和资源效益而言，它代表了德国机床工业的积极主动性

以下会谈到能源效益问题以及从事这一行业工作人员的生产问题，特别是关于工业生产过程中作为重要组成部分的机床生产问题。本文第一部分，将要向大家介绍一下为什么能源和资源效益将会在以后的生产中起着越来越重要的作用，以及如何让国际竞争力量促使机床制造业发展。另外还将就这一非常特别的课题，进一步介绍欧洲的发展前景。第二部分，我将首先重点介绍目前欧洲在EuP法令方面的立法情况。在我介绍完主要部分以后，我想再介绍一下德国机床行业的Blue Competence Initiative（蓝色权限倡议），介绍一下德国的制造商们如何在一个联合倡议的框架下解决能源和资源效益问题。

正如图1中所看到的那样，就产品的零件数量和材料而言，产品的开发和生产正面临着越来越复杂的问题，当然这必然会导致对生产的需求和生产中能量的需求日益增加，从而也会使生产中所产生的温室气体排放量相应增加。德国在的能源消耗大约40%的主要能耗来自于工业生产。然而，就主要能耗而言，生产能量所占的总份额仍然是25%。

图1  愈发复杂的产品生产将产生更多的能量需求

对于机床行业相关的环境问题来说，国际竞争和市场压力也是非常重要的因素。例如拿日本的地位为例，森精机制作所的森雅彦博士支持为机床提供一个能源标签，因为他认为日本的产品具有最高的能源效益，并且他希望从这一观点出发来赢得市场优势。因此，他要求欧洲在这一领域进行立法。因此，日本的机床制造商在解决他们产品的CO2排放问题时，他们一直站在最前沿，并声称在量化方面取得了很大的成绩，有了很大的提高。2008年在日本举办的JIMTOF东京国际机床博览会上，这一倡议变成了用生态设计作为一个市场营销论据的起动信号。

图2   德国各行业给机床业带来的压力

而且，我们客户所在的各个行业也给机床制造商带来了相当大的压力。如德国（图2），仅汽车行业和机械工程行业这两个部门就消耗了约60%的德国机床生产总量。如果考虑将能耗费用作为TCO的一个重要组成部分，那么这些客户群体实际上已经为我们的产品确定了具有挑战性的技术规格。由于最终用户所在的行业，对环保意识不断加强，能源和资源效益不但被列入到德国机床制造商的未来议程之中，而且已成为其技术概念中不可分割的一个部分。

此外，在我们的头脑中已形成了一个特殊的欧洲内部市场的发展前景。因此在过去，已经在大量产品相关的法令基础上，相应地为货物的自由运输创建了一个法律框架。但是在过去，这项立法的重点主要侧重于健康和安全。大家都知道，机械设备的法令被作为一个突出的例子。但目前存在着一种向环保方面转化的问题，例如像有害的物质、废料、能源和资源效益等问题。

EuP法令设立标准

欧洲委员会的这一生态设计立法，其实质部分就在于能源相关产品的EuP法令。这一法令为能源的使用或符合能源相关产品（EuP）的生态设计要求确立了一个框架。它本身不会对产品提出有约束力的要求，但为设定产品相关的要求提供了一个框架（规则/标准）。这项立法的实施可通过这项法案的执行措施，或通过工业驱动的自我调节来达到目的。到现在为止，已证实有24种产品被低估了（10种以上的产品在2009年至2011年的计划之中，其中包括机床）。原先，这个法令的重点是在消费品上，现在可以看到对工业产品的考虑越来越多。

为了确定新的产品，特别是工业产品，对于EuP法令的工作计划而言，欧洲委员会在 2007年进行了所谓的EPTA研究。从这张幻灯片中可以看到，其所选择的标准应对这样一个事实负责：即机床已被纳入到这一新立法的重点之中。在研究过程中，他们发现机床是生产线中的重要部分，已经过优化处理，适合于实际操作。

它们包括印刷电路板、电力电子元件、工业型CPU（中央处理单元）和显示器。它们以法律为依据，为建设和运营CEN TC 143(机床安全)、ISO TC 39（机床）。这些机器在操作中消耗大量能量(大多数的范围遍及30～60kW，虽然也有250kW和5kW的机器)。在他们的操作电压、电流谐波和影响的一切安装在本地网络使用的设备，这些机器操作通常低功率，范围为0.70～0.80。

欧洲的立法和欧洲的国际标准已将机床包括在内。机床在低功率因素的操作过程中消耗相当大的能量。因此，不管它们的结果是否真实，事实上，现在的机床已成为新立法的重点。正如以前所提到的那样，EuP法令允许采用两种不同的实施方法。第一种是属于新的执行措施，即采取强制行动。其基础建立在一项预备型的研究之上，今年年初由欧洲委员会专门为机床而推出。

这项研究大约花费了两年左右的时间。其主要研究内容首先是市场分析/收集经济数据，这意味着节省了生产时间等等。然后确定标准化的需求和用户的要求，最后对机床的功能单元进行技术分析，从而进一步发挥和提高机床的潜力。

另一种执行方法是一种可以自行调节的工业方法。并在进行一项对机床的预备性研究前，已由欧盟委员会作出决定。欧洲机床工业在CECIMO的领导下，已决定开始采取一个自我调节的行动作为推动工业的自我调节。在这一方面，我们已于2009年夏天与PE-International国际公司合作，共同开发了一个新的概念，并于2009年11月举行的咨询论坛会议上发表了这一概念。

目前的情况是，这两种方法都在并驾齐驱的运行之中（预备性研究/执行措施和SRI-Self Regulation Initiative）。详情请见www.cecimo.eu.com。那么什么是自我调节？在这一概念的开发过程中，我们所作的第一件事情就是对典型的机床进行一个示范性的生命周期评价。这项工作的主要结果如图3（a）所示，该图中的淡蓝色棒图代表机床的使用阶段，它主宰了机床所有相关的环境影响。在全球变暖潜力的影响下，机床使用阶段占有97%的份额，而当其涉及到主要的石油能耗时，它占有98%的份额。

第二个重要的结果是（图3b），电能消费量对使用阶段的影响最大，这里仍然采用蓝色棒图表示。因此，如果我们再看一看全球变暖的潜力和主要的石油能耗情况时，那么我们将会看到电能约占有99%的份额。

如果我们来看一下机床的使用阶段，就可以对这些结果获得一个更好的了解。相对于消费品而言，机床属于长期使用的工业产品，由于改造翻新，甚至还往往可以延长它们的使用寿命。因此，在机械工程行业中，机床的平均使用寿命为：数控机床为10年，非数控机床约为18年左右。在经过初次使用阶段以后，一般我们需对机床进行一次或多次的翻新整修。这样做的结果，可使机床的整体使用周期长达15年以上。

自我调节方法的核心本身是一个模块化的概念，其简化后的形式如图4所示。其基本思路是将复杂的机床分解成主要部件和零件，并根据界定和量化的改善潜力清单，对这些零部件进行评价。这将会导致产生一个参考模型，以便使其与一个改进的设计图形进行比较。通过将用户特定的应用方式考虑在内，这种方法允许其下决心改善相对的生态环境，从而分别减少能耗和CO2的排放量。

最重要的是：如何确定参考基准机械？如何衡量和量化其所改善的潜力？你必须拿出标准化的用户特定外形轮廓吗？而另外一点则是如何考虑生产力或加工过程中的相关因素。目前，所有这些问题都正在ISO TC 39 WG 12国际标准化组织第12工作组“机床环境评价”的标准化工作框架内进行讨论。该工作组的第一次会议就在两个星期前在德国举行。最重要的是，机床工业必须直接与欧洲委员会商谈其改进的目标，而且还要负责监控和报告这一方法在一个行业中广泛实施的情况。

因此，这对欧洲的形势和前景是非常具有挑战性的。

德国机床行业的“蓝色权限倡议”

VDW协会在“蓝色权限倡议”的名义下从事这些活动，就能源和资源效益而言，它代表了德国机床工业的积极主动性。所以，德国机床制造商可提供高端技术。他们的定制解决方案在市场中占有很大的份额，同时还考虑到了用户和市场的具体要求。其生产力、品质、可靠性和效率始终与技术特性密切地联系在一起。

但现在，生态设计和能源效率已明显地成为销售中的争辩重点，而不是以前所具有的那种内含特性。至于谈到生态设计，蓝色权限倡议帮助促进了德国的机床技术。就能源效益而言，蓝色竞争一直被看作是一种雨伞式的品牌和德国机床工业的定位基准。它的目的是在法律框架内为各分支行业定位，它涉及到我们的成员公司和大众的工具。VDW要支持其成员公司与他们的客户和供应商进行对话。

此外，蓝色权限倡议旨在巩固和连接研究活动、知识传播措施或这一领域中任何其他相关的倡议。我们通过在EMO 2009（30家公司）和METAV 2009（约40家公司）等一些主要贸易博览会上的展出，确实提高了公众认知程度。我们通过新闻发布会、新闻栏目的宣传、印刷品、国际互联网等等，积极地开展市场营销活动。我们尝试与研究活动机构建立合作关系。我们希望在机械工程行业内，将这一活动进一步扩大到产品生产群体。同时也能够看到这一方法在欧洲的发展前景。

我想列举几个有关能源和资源效益解决方案中的工业实例，这些实例都是在蓝色竞争的雨伞下展出的。例如由CNC和驱动器供应商所提供的基本措施：第一步是确定系统的能源消耗；第二步是采用生产数据的连续采集方式来评价节能潜力；第三步是实现识别改进的方法，将回收/再生的能量送回电网、减少谐波功率和闲置功率、考虑风扇/液泵的特性控制各种附件的需求操作、优化感应电机和高能效LV低压电机（IE2）的性能、以模拟为基础优化生产工艺流程。

一个整体的能源效率概念的具体实例，可以将所有相关的改进潜力考虑在内，例如像频率控制泵电机的使用。凡是在一切可能的地方，尽量减少或避免密封和冷却空气，回收电器控制柜中所产生的废热。有时高生产率的机械设备只采取了几种措施，就能使每年的操作成本降低几千欧元。

除了元件效益之外，机械设备的配置和工艺流程链的设计也对提高能源效益具有很大的影响。一个简单的房屋组合件批量生产的实例。传统的生产线布局由3台 5轴加工中心组成。

现在，这一布局已改变成一个资源优化方案，采用2台双主轴加工中心。其优化以后的结果：所有的能量、资源以及与成本相关的参数可大幅度减少，例如，光是能耗这一项指标就可减少40%以上。

其改进还与机械设备的基本设计有关。现在举一个机械设备结构件的拓扑学优化实例。这种以模拟为基础的措施，使结构件导致产生了一个更好的刚性/质量比，因此允许主轴具有更高的动态特性、高工艺稳定性和减少每个零件的生产时间，随之使机床的床身可采用聚合物混凝土制造。其结果使床身具有很高的静态稳定质量和很高的材料阻尼特性。这种为客户而专门定制的系统，最终可全面地降低其整体功耗。

德国“资源效益生产”计划

在列举这些实例以后，我要给你们介绍一下即将在研究领域发生的一些事情（包括国内、国际和全世界的情况）。目前，我们可以看到在不同地域水平上解决能源和资源效益问题的大量研究活动。

下面，我将集中介绍一下有关德国的“资源效益生产”研究计划。这项德国研究计划形成了一个创新的平台，其中包括了与高效生产和流程工程以及与高效生产机械和产品相关的各个方面。这项倡议涉及到31个单独的研究项目，约有200家合作伙伴共同参与。这些项目的经费约为5000多万欧元，由德国联邦教育与研究部提供。伴随这些项目的还有一系列的技术推广和技术转让活动，由VDMA德国机械工程协会负责经办。这些项目的关键重点是，要使其特定的节能潜力至少达到30%的节能目标。因此，该目标的要求是很高的。

我介绍的第一个项目是关于电机主轴的能量优化问题（图5），并将其作为金属切削机床中的一个核心元件。其主要方面包括：电力供应、损耗最低的元件以及轻量级优化设计。该项目的具体做法如图5中的电力驱动器实例所示。该程序从负载和损耗的分类开始，例如，从电能转变成机械能过程中的损耗。此后，参照操作点，对这些损耗进行分析。尤其是由红色和橙色所代表的低效区域需要进一步优化。在这种情况下，由于高速和低扭矩时所产生的低效原因，我们可以看到一个相当大的磁场削弱现象。这一分析导致其采取了以下几种措施，以解决这一问题，例如：采用较高的电压来实现供电，优化逆变器技术来减少谐波，改进电机转子的设计以减少转子的损耗。

到现在为止，属于一般性的发现有：辅助设备的费用取决于压缩空气。由于工艺流程的原因，快速旋转主轴的损耗取决于旋转速度，而不是操作等级。驱动器的最大功率要求则由刀具短时加速更换期的要求确定，而不是由工艺流程确定。

我想介绍的下一个项目是针对能源效益的，即如何通过产品开发过程中的模拟方式提高能源效益。其主要目标是：为设计计划提供一种模拟工具，以评价其所提供的能源效益技术解决方案，特别是在与其他目标（如生产力）交易的情况下。例如采用适当的功能性手段，支持优化一项具体的制造任务。

模拟工作应当在一个适当的细节水平上进行，而且要适合于日常使用，并只需考虑相关的和重要的影响因素。主要模拟输入由流程配置情况、元件参数和元件模型组成，以提供这一组参数之间的函数关系。在输出端，我们可以获得模拟结果，特别是与元件/模块相关的电力需求、负荷和效率等级特性图以及依赖于CNC数控编程的工艺流程和元件状况。随后，这些结果将应用于机械设备的优化目的，作为元件尺寸的设置、机械的配置，工艺流程中的元件智能控制，以及附件的智能激活。

图6能够让你了解有关项目合作伙伴的总体情况，其中包括一个很大的最终用户、一个系统和机械设备供应商、一些零部件供应商和一个研究机构。

我想在这里作一简短介绍的最后一个项目，是为了解决在现今加工中所存在的众所周知的问题，即只消耗一小部分的能量，用于能够真正产生附加值的材料切削工艺。而大部分能量则用于机床和生产工艺，使其保持稳定的工作状态。这种以NC数控为重点的项目，其总体目标是将能量集中使用于材料的切削加工之上，使整体的能耗减少30%。

为了体现一台机床的价值，将更多的机械功能集成到NC数控回路之中是十分关键的，并将生产和能量等方面的知识，以单向或双向的方式，与高级工程技术系统结合起来。令人感兴趣的中心是以工艺流程为导向的控制系统，一方面它需要考虑到流体和热力概念，另一方面也需要考虑到有效的NC数控轴问题。

概念的验证，计划以一台现有的机械模型作为基础，然后在一台样机上实施完成。还需要总结所需要购置的主要设备，以实现一台以价值为导向的机床目标。这里包括了以价值为导向的工艺流程、有效的NC数控轴、随温度灵活变化的主轴、以工艺为导向的控制系统以及智能流体控制柜。

最后，重复一下本文的几个论述点：

在能源和资源效益生产及其他项目中，机床是一个非常重要的因素。然而，机床是使用能量的耗能产品，因此是一个研究重点。

长期来，能源和资源效益被认为含有意义深长的产品特色。现在，能源和资源效益已成为明确的产品特色。

德国的机床工业将沿着以下这条道路发展前进：采用现代化的高能效技术解决方案，集成最新的研究成果，支持工业驱动的自我调节和采取积极的市场营销方式。

当您达到高能效生态设计的时候，蓝色权限倡议将成为一项公众承担的义务，它对德国的机床工业将起到积极的领导作用。