（高清版）GBT 41252-2022 离散制造能效评估方法

离散制造能效评估方法2022-03-09发布国家标准化管理委员会GB/T41252—2022 I 2规范性引用文件 3术语和定义 4离散制造能效相关因素分析 24.1概述 24.2能源消耗因素 24.3物质消耗因素 24.4制造资源管理因素 24.5产出因素 35离散制造能效指标 35.1离散制造能效指标概述 35.2生产设备能效指标 35.3生产过程管理能效指标 45.4经济产出能效指标 46离散制造能效评估模型 57离散制造能效评估通用流程 5附录A(资料性)离散制造能效评估方法示例 7参考文献 I本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国机械工业联合会提出。本文件由全国工业过程测量控制和自动化标准化技术委员会(SAC/TC124)归口。本文件起草单位：机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、浙江中控技术股份有限公司、中国科学院沈阳自动化研究所、吴忠仪表有限责任公司、北京远东仪表有限公司、上海自动化仪表股份有限公司、北汽银翔汽车有限公司、北京仪综测业科技发展有限公司、青岛海尔工业智能研究院有限公司。1离散制造能效评估方法本文件规定了用于离散制造生产过程的能效评估指标、能效评估模型和评估方法。本文件适用于离散制造生产过程的能效评估等。2规范性引用文件本文件没有规范性引用文件。下列术语和定义适用于本文件。能源的物理或化学形态的变换。还未经历任何转换过程的能源。注：一次能源包括不可再生能源和可再生能源。来自所有能源资源的一次能源总和可称为总一次能源。由一次能源的能量转换所得到的能源。使用的能源量。能效energyefficiency能效的指示值。注：主要在政策评估和宏观经济研究中用作一种度量。2GB/T41252—2022耗能工质energyconsumingworkingmedium在生产过程中所消耗的那种不作为原料使用，也不进入产品，制取时又需要消耗能源的工作物质。离散制造生产过程discretemanufacturingproductionprocess生产由离散元件组成的产品或零部件的过程。能源管理energymanagement指导和控制实体的能源使用的协调活动。制造资源manufacturingresource制造过程中的物理或逻辑实体。4离散制造能效相关因素分析4.1概述公式(1)反映生产过程中输出的能源、产品、服务、绩效等与输入的能源、物料等的比例关系。生产过程中影响能源输入和输出、产品产量和质量、物料、人员使用等各种因素都是能效影响因素。离散制造生产过程需要考虑能效因素主要可分为：能源消耗因素、物料消耗因素、制造资源管理因素、产出因素等。P;——生产过程中输入的能源、物料等。4.2能源消耗因素离散制造能源分为一次能源、二次能源和耗能工质所消耗的能源。离散制造能源消耗以二次能源为主。示例：铸造生产过程消耗的能源介质有电能、燃气、油、煤、压缩空气等。4.3物质消耗因素物质消耗因素包括在本企业生产过程及外协生产过程中所消耗的各类原材料、辅料等的数量。其中原材料的数量、质量及燃料的质量直接影响到能源的消耗量。示例：装备制造生产过程中用于零件加工使用的坯料，以及委托外协加工零件所消耗物料。4.4制造资源管理因素制造资源管理因素包括：生产过程中对制造资源的计划和调度，对设备、生产单元、生产工艺段的现场操作、工艺参数配置等，能源供需平衡等因素，物料和中间产品物料配送等。示例：汽车零配件生产过程对车间生产运行的管理，包括：生产计划与调度、物流管理、工艺装备参数优化、生产执3GB/T41252—20224.5产出因素产出因素包括：产品的数量和质量、输出和转换的能源数量和质量等。5离散制造能效指标5.1离散制造能效指标概述离散制造生产过程是指从原材料开始到成品出厂的全部过程，通常包括：原材料的加工、处理，设备维修、检验、校准，专用工具和辅具的制造，产品包装、储存，以及动力供应等环节。离散制造能效指标可从生产设备、生产过程管理、经济产出三个维度进行定义。生产设备能效指标反映离散制造生产过程中制造设备的能效水平，包括：生产设备单位产能能耗、设备能量转换效率、加工时间比率等指标。生产过程管理能效指标反映离散制造生产过程中制造资源组织管理对能效影响，包括：物流到位率、工序作业时间比率、设备/单元运行率、材料利用率、返工率、废品率等。经济产出能效指标反映综合考虑设备、生产过程管理、经营管理、生产成本等各因素对能效的影响。包括：单位产品能耗指标、单位产品能源成本、万元产值能耗等。5.2生产设备能效指标生产设备主要有以下能效指标：a)生产设备单位产能能耗生产设备单位产能能耗ηc按照公式(2)计算：式中：E——设备/单元综合能耗，单位为件或吨(t);M,——设备/单元中间或最终产品产量，单位为件或吨(t)。b)设备能量转换效率设备能量转换效率指标ηe按照公式(3)计算：式中：E。——设备或单元的输出能量，单位为千焦(kJ)或千瓦(kW);E;——设备或单元的输入能量，单位为千焦(kJ)或千瓦(kW)。c)加工时间比率加工时间比率指标ηr按照公式(4)计算：式中：T、——基本时间，直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位量、表面状态或材料性质等工艺过程所消耗的时间，单位分(min);Ta——辅助时间，为实现工艺过程进行各种辅助动作所消耗的时间，单位分(min)。45.3生产过程管理能效指标生产过程管理主要有以下能效指标：a)设备/单元运行率设备/单元运行率指标ηo按照公式(5)计算：式中：Tp₄——实际工作时间，单位为小时(h)或天(d);Tpr——制度工作时间，单位为小时(h)或天(d)。b)工序工作时间比率工序工作时间比率指标p按照公式(6)计算：式中：…………Tpm——工序实际工作时间，是工序所含各工步操作消耗时间之和，单位为分(min)或小时(h)或天(d);Tpr——工序额定工作时间，单位为分(min)或小时(h)或天(d)。c)返工率返工率指标η,按照公式(7)计算：式中：N,——返工不合格品数量；N,——全部送检品数量。d)废品率废品率指标η按照公式(8)计算：式中：Nw——废品数量；N,全部送检品数量。5.4经济产出能效指标经济产出主要有以下几项能效指标：a)单位产品能耗指标单位产品能耗指标ηu按照公式(9)计算：式中：5M,——产品产量，单位为生产数量(件)或吨(t)。b)万元产值能耗每万元工业产值所消耗的能源量[千克标油(kgoe)或千克标煤(kgce)或千瓦时(kW·h)或焦耳每万元]。6离散制造能效评估模型离散制造能效评估模型用于分析设备、单元、产线、车间等的物料流和能量流。其模型如图1所示。离散制造系统离散制造系统!D单位开能耗护标2)万元产值能耗生产单元/产线1生产单元/产线m机人构科E1序1作时何比率G废品率1)生产设备单位*能能耗2)没备能量转执效率生产羊儿/:线2设各12设备11设备12箱，正源E1图1离散制造能效评估模型能效评估模型中包含的输入物料因素有：输入主物料、输入辅助物料；模型中包含的输入能量因素有：输入不同介质能量；模型中包含的输出物料因素有：输出产品、可回收物料、输出废品、回收辅助物对于生产设备的能效评估使用设备能效指标；对于生产线/车间的能效评估使用生产过程管理能效指标；最终产品的能效评估使用的是经济产出能效指标。7离散制造能效评估通用流程离散制造能效评估通用流程如图2所示。确定能效评估对象现场数据建立能效评估对象模型(能源流和物料流)能效指标计算能效评估报告图2离散制造能效评估通用流程6离散制造能效评估主要有以下流程：a)确定能效评估对象根据用户需求，选择制造工厂、生产车间、生产线、制造单元或设备作为能效评估对象，评估对象可选择多个，如以制造工厂作为能效评估对象，评估过程也需要选择车间、生产线或设备作为评估对象。b)建立能效评估对象模型根据评估对象，界定评估边界，将评估对象划分为各组成部分及设备等。基于生产流程、生产工艺和现场数据，建立能效评估对象的能源流和物料流，形成能效评估对象模型。c)能效指标计算根据生产流程和工艺特点，分析影响能效的关键因素，确定评估需要使用的能效指标。按照统一时间起止范围计算能效指标值。d)能效评估报告基于计算的能效指标值，对设备层面、生产过程管理层面的节能潜力进行分析，结合企业现状及后续发展规划，给出当前实施能效改善的建议以及后续能效提升的整体实施路径。离散制造能效评估方法示例见附录A。7(资料性)离散制造能效评估方法示例A.1确定能效评估对象以某轮毂制造企业的固态模锻生产车间为能效评估对象，车间的生产过程是输入原材料和辅助物收利用。A.2建立能效评估模型A.2.1锻造车间能源及物料消耗情况锻造车间主要供能系统、加工设备与生产工艺流程之间形成了能源和物料供需网络，车间使用的能源和物料种类主要有：a)原材料b)辅料各类设备使用的润滑油、重油等润滑介质。c)燃料锻造车间普遍采用汽油、柴油、天然气、液化石油气等作为原煤的替代能源。d)电力电能消耗贯穿于锻造车间各工艺生产过程中。车间大功率用电设备较多，如对击锤、燃气炉、中频炉等。在生产过程中，水的使用遍布整个车间，水作用主要有产品或设备的加热、冷却或洗涤。f)压缩空气锻造车间常常将汽油、柴油、润滑油和重油等液体燃料作为其辅助能源或润滑介质。A.2.2锻造车间能效评估模型典型固态模锻生产车间能效评估模型如图A.1所示。8虫业中清洗设各水及辅权辅助工序业车间物流设备册料机加工工序水尽辅业业机加工设备照时设备业自风设备业坏保除尘性般氏加热工序锻造工序业二料设备K缩机成燃注间产水总料加热炉水及*,水及特叫宋及袖及柏生统村或图A.1典型固态模锻生产车间能效评估模型(示例)A.3能效指标计算A.3.1能效影响因素分析锻造车间中加热工序、锻造工序和热处理工序是能耗量较高的工艺过程，此外能源供给如压缩空气能耗较高，生产管理中设备有效使用和非计划停机以及生产组织管理效率等方面影响整体能效。A.3.2能效指标确定及计算炉、锻压机采用设备运行率、单位产能能耗指标，空气压缩机采用能量转换效率指标，机加工设备采用设备运行率、单位产能能耗和加工时间比率指标。对下料、加热、锻造、热处理、机加工等工序采用工序工作时间比率、返工率、废品率指标。对整个锻造车间采用单位产品能耗、万元产值能耗指标。选取不同的评估周期，基于能效相关数据计算能效指标。A.4能效评估报告A.4.1能效评估报告内容框架应包括但不限于：评估对象描述、详细生产工艺及能源流和物料流、能效影响因素分析、能效指标选取/定义和计算、综合能效评价、能效优化建议。A.4.2能效优化建议(示例)对某轮毂制造企业固态模锻车间从能源供给、典型设备能耗、生产过程管理三个方面进行能效诊断，给出以下能效优化建议：a)能源供给优化1)燃气优化：优化燃气量与空气量的最佳配比，降低氧含量，达到最优空燃比；按需供应燃料，燃料用气量最小化；产能最大化：自动切换大小火状态，提供连续生产条件。92)压缩空气优化：需求和供给平衡，减少泄露。b)设备能效管理优化减少设备非加工时间，减少工序间流转时间，缩短工作周期。c)生产过程优化方案1)锻造工序能效优化。基于设备能耗模型建立锻造工序能效仿真模型，模拟最低的能源消耗状态，并通过能源消耗监测，发现生产中能效异常，及时对生产过程中终锻、初锻速度进行调整。2)热处理工序能效优化。余热利用。3)机加工工序能效优化。通过多台加工机床的生产调度，实现加工过程效率平衡，确保每台机床的加工时间和等待时间最小，并优化切削速度、进给量、切削深度等工艺参数。GB/T2587