以少谋多 节能增效建成的汽车制造厂都已具备很高的能效，但是，不断升级的竞争迫使它们寻觅能进一步削减成本的环节。生产过程中的能耗，便是这样一个具有节支潜力的环节。

汽车行业竞争激烈。对于已经在为提高总体生产率和控制成本而忙得焦头烂额的汽车制造商而言，世界范围内的产能过剩带来的价格压力，不啻于雪上加霜。另一方面，大多数主要节支环节的能效提升潜力已被挖掘殆尽。

该怎么办？降低能耗历来不乏吸引力，但在新车制造成本中，与制造过程中的能耗有关的成本仅占3%到5%。相比之下，造纸过程中的能耗成本高达15%。尽管如此，能源价格不断攀升，令汽车制造商不得不仔细审视降低能耗的可能性。例如，大众汽车集团在其《2011年可持续发展》中宣布，计划在2018年以前，将包括电、气和热在内的各种形式的能源的总消耗量降低四分之一。

能源管理软件（上图）可以检测出诸如车身装配（下图）等工序中的用电浪费情况。

压床（下图）的能效也在不断提升。

一座日产1,000辆汽车的工厂的年耗电量动辄高达数亿度，与一座中型城镇的耗电量不相上下。大型冲压设备把钢板压成一个个的车身部件；机器人通过数千次焊接和黏合操作将这些车身部件装配起来；而涂装车间则必须保证喷漆温度恰当、运行大型通风系统以及向车间内机器人供电，因此其耗电量占工厂总耗电量的45%-60%。此外，传送系统还要将车门、发动机、传动系和车内配饰等运往装配线进行组装。

上述每道工序要消耗多少能源？具体而言，哪些过程在什么时候会消耗多少电能、燃气和热能？只有先答对这些问题，工厂能找到有的放矢的提高能源效率的措施。

西门子新开发的能源管理软件系统SIMATIC B.Data能助其一臂之力。这款智能能耗追踪软件能够单独记录每一台生产机器和每一个生产系统的能源使用情况，然后对这些数据进行处理，以执行细致深入的分析。例如，在德国的一家汽车制造厂里，该软件检测到，尽管工厂计划周末停工，但机器仍疑似存在很高的本底负荷能耗。它发现制造机器人一直将车身抬在作业高度，这就要求相关压缩机不停地向机器人输送压缩气体。

Rudolf Traxler是西门子工业在奥地利林茨的能源管理系统负责人，他表示，“我们软件的主要目标之一是降低工厂的本底负荷。在非高峰时段，虽然工厂产量低至零，但这段时间的能耗通常占工作日总能耗的30%。”解决办法是关闭所有未使用的设备。位于奥地利斯泰尔的宝马发动机工厂现在就是这样做的。归功于SIMATIC B.Data及大量节能措施，这座工厂在停产期间的本底负荷已从8,000千瓦降至5,000千瓦。

在安装SIMATIC B.Data系统之前，应考虑以下因素：要测量哪些设备的能耗、度要求如何，以及需要对测量解决方案进行何种程度的改装等。宝马斯泰尔工厂可年产发动机70万台，按15分钟间隔对大约700个监测点的能耗进行测量。对Traxler而言，透明度是节能增效的关键所在。他表示，“只有准确追踪能耗，才能激励工厂采取节能措施”。在位于德国雷根斯堡的宝马工厂里，SIMATIC B.Data会自动生成能耗日报和月报，帮助找到潜在的改进空间。2012年，雷根斯堡授予该工厂一项环境奖，表彰其在提升产量，扩建工厂的同时，还将耗能量在2004年的基础上削减了30%，相当于每年节省1.68亿度电。

有了智能能耗追踪器，工厂可以针对生产及其调节控制软件，以进一步提升能效。以传动装置为例。在大多数工厂，用于驱动传送带系统、机器或生产机器人的大小各异的电机所消耗的电量，占总耗电量的三分之二左右。电机技术升级后可大幅降低成本。以西亚特位于西班牙Martorell的首要工厂为例。西门子为其涂装车间的大型通风设备加装了变频器，以根据实际需求调节电机转速。得益于此，其耗电量降低了40%。

现代传动装置也能提升冲压设备的能效。借助数千吨压力的作用，这些大型机床可在转瞬之间将金属板材塑造成车门、车顶和引擎盖等部件。每次在机床抬起后，一个搬运机器人就会将车身部件移到邻近的压床上。许多时候，各种动作都是通过同一个由大型飞轮驱动的传动轴带动。但这种方法的能耗很高，鉴于此，大众汽车在西门子的协助下，对沃尔夫斯堡工厂的三个已经运行15年之久的冲压系统进行了升级。西门子工业的Bernd Dietz说：“现在，搬运机器人不再与主传动轴相连，而是由电子伺服系统带动。”这种方式能够更加准确高效地控制搬运机器人。

西门子提供的冲压生产线仿真（PLS）模型能够确保金属冲压动作得到化控制，即使这些昂贵的机器和搬运机器人的操作间隔非常之短，亦可保证它们不会相互碰撞。部署这些系统后，大众汽车的冲压生产率从每分钟14件增加到了16件。PLS还能缩短更换工具所需时间，因为新工具的仿真动作可直接导入冲压机床控制软件。从长远来看，实用性提高后，大众汽车的冲压生产线将从17条减至8条。此外，现在可将传动装置减速时节省的电能用于加速其他传动装置，进而将冲压生产线的能效提升约30%-40%。

灵活性增强。现在，许多工厂在安装新的冲压机床时都选择了伺服电机驱动的伺服冲床。其优势在于该系统不必按照预设节奏运行，因此可根据实时要求单独控制冲压过程中上下运动的各个部件，而采用单一传动轴和飞轮的系统则做不到这一点。在将金属板材冲压成型时，冲床会慢慢下降，以保护模具，同时确保生产出高品质工件。然后，它将以快速度上升到冲程顶端，以便开始新一轮作业。在状态下，伺服冲床的产量是传统冲床的两倍，这将快速抵消其高昂的购置成本。

然而，正如Dietz的同事Gerald Reichl博士所解释的那样，伺服冲床的电机能耗高于飞轮-传动轴组合。他说：“我们为波兰的一家汽车制造厂设计的飞轮式冲床的功耗为500千瓦；而一台配备了6台主用电机的伺服冲床在其所有电机同时运转的极端情况下，理论功耗达3000千瓦。”然而，智能能源管理系统可确保该冲床仅需500千瓦电力，这是因为电容器和飞轮系统会在电机减速时收集所释放的电能，以供需要时使用。

伺服冲床给冲压机床制造商带来了独特的设计挑战，因为可以利用各式各样的电机和不同的转矩，通过许多不同的方式来实现所需压力。尤其需要支持的是中小型制造商，机电一体化工程师Reichl表示，“我们开发的一个程序可以根据所需转速和冲力，计算出冲床的尺寸和运动参数，以及适当的能源管理系统。”销售部负责人Alexandre Bonay指出，该项目耗时多年，“那时，虽然我们已经掌握了驱动和控制系统领域的专有技术，但在冲床领域仍是一片空白。”我们投入的时间非常值得。“我们的辛勤付出，换来了一个面向伺服冲床的综合解决方案，从设计到传动系统、控制技术、甚至计算机模拟，它无所不包。”

这为冲压机床制造商提供了额外保障，因为该系统的仿真功能可按1:1的比例呈现计划制造的冲床，甚至早在制造出冲床之前，便可向客户展示其在正常生产过程中能够可靠地生产出多少件工件。汽车制造商可以将这种仿真结果导入其自有虚拟模型中，以确定未来车型的产量能够提高多少，进而在竞争激烈的市场上占据生产率和能效优势。