機(jī)械制造系統(tǒng)涉及多種機(jī)械設(shè)備，其中加工設(shè)備就有九大類，輔助設(shè)備也有運(yùn)輸設(shè)備、檢測(cè)設(shè)備、照明設(shè)備等多種，每種設(shè)備又由多個(gè)能量消耗源組成。以普通車(chē)床為例，普通車(chē)床包括主傳動(dòng)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、架快速移動(dòng)系統(tǒng)、照明和信號(hào)燈系統(tǒng)等。而數(shù)控機(jī)床就復(fù)雜得多，如YD31125CNC6數(shù)控滾齒機(jī)包括主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、靜壓系統(tǒng)、沖屑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等多個(gè)能量消耗系統(tǒng)，每個(gè)能量消耗系統(tǒng)又由多個(gè)能量消耗源組成，見(jiàn)表1。機(jī)械制造系統(tǒng)能量消耗的多能量源特點(diǎn)意味著能效的深化評(píng)價(jià)需面向多能量源進(jìn)行。

機(jī)械制造系統(tǒng)是產(chǎn)品生產(chǎn)的復(fù)雜載體，跨越產(chǎn)品、車(chē)間、任務(wù)、制造單元和生產(chǎn)設(shè)備等不同層次，每個(gè)層次的能量消耗都有其基本特征。如設(shè)備層能耗是機(jī)械制造系統(tǒng)的主體，而車(chē)間層除了加工設(shè)備消耗能量以外，一些輔助設(shè)備也要消耗能量。對(duì)于產(chǎn)品能耗而言，則要考慮從原材料準(zhǔn)備，零部件生產(chǎn)，產(chǎn)品組裝、使用到回收處理等所有階段的產(chǎn)品全生命周期過(guò)程能耗。因此，機(jī)械制造系統(tǒng)能量消耗狀態(tài)以及能量效率也存在層次分布特性。

某一時(shí)段內(nèi)機(jī)械制造系統(tǒng)的能量消耗呈現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)變化特性。僅以其中的機(jī)床能量消耗過(guò)程為例：某機(jī)床加工一個(gè)簡(jiǎn)單工件的能量消耗過(guò)程可以看出，機(jī)械加工設(shè)備的能量消耗變化體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：一是機(jī)床啟動(dòng)過(guò)程的功率變化；二是不同加工工序能量消耗規(guī)律各異；三是每道加工工序的輸入功率隨時(shí)間發(fā)生的變化。機(jī)械加工設(shè)備能耗過(guò)程的動(dòng)態(tài)變化直接造成機(jī)械制造系統(tǒng)能耗過(guò)程及其瞬態(tài)能量效率復(fù)雜多變。

機(jī)械產(chǎn)品的能量消耗貫穿于產(chǎn)品從原材料準(zhǔn)備到零部件生產(chǎn)，產(chǎn)品組裝、運(yùn)輸、使用和回收處理的整個(gè)生命周期，如圖3所示。機(jī)械產(chǎn)品(例如汽車(chē)、機(jī)床等)在生命周期各階段均需能量支撐；同時(shí)，機(jī)械制造產(chǎn)品在生命周期不同階段的能量消耗特性大不相同，需要對(duì)每個(gè)階段的能量特性進(jìn)行深入分析。因此，機(jī)械制造系統(tǒng)能效評(píng)價(jià)需考慮產(chǎn)品生命周期全過(guò)程的能量消耗和能量效率問(wèn)題。

現(xiàn)有的機(jī)械制造系統(tǒng)能效評(píng)價(jià)的研究?jī)?nèi)容可以歸結(jié)為三類：一是機(jī)械制造系統(tǒng)總體能效評(píng)價(jià)；二是產(chǎn)品能效評(píng)價(jià)；三是機(jī)械設(shè)備和工藝能效評(píng)價(jià)。

機(jī)械制造系統(tǒng)總體能效評(píng)價(jià)是對(duì)機(jī)械制造系統(tǒng)的綜合能量消耗效率進(jìn)行評(píng)價(jià)，一般以生產(chǎn)企業(yè)的整體能耗作為研究對(duì)象。比較成功的制造系統(tǒng)能效評(píng)價(jià)實(shí)踐是美國(guó)IAC的評(píng)價(jià)體系。IAC的評(píng)價(jià)內(nèi)容[3]包括：能量和廢棄物成本評(píng)價(jià)、電能評(píng)價(jià)、熱能評(píng)價(jià)、能源的原動(dòng)機(jī)評(píng)價(jià)、冷卻系統(tǒng)評(píng)價(jià)、供熱通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)評(píng)價(jià)和廢棄物評(píng)價(jià)等。

瞬時(shí)能量效率是指機(jī)械制造系統(tǒng)在某一時(shí)刻的有效能量變化率與輸入能量變化率的比值。對(duì)于主要消耗電能的機(jī)械制造系統(tǒng)，其瞬時(shí)能量效率為有效輸出功率與輸入功率的比值。例如，對(duì)于金屬切削機(jī)床，有效能量一般理解為直接對(duì)工件進(jìn)行切削加工的能量，其瞬時(shí)能量效率為

機(jī)械制造系統(tǒng)過(guò)程能量效率是指某個(gè)制造過(guò)程或某個(gè)時(shí)間段的有效能量或有效產(chǎn)出與輸入能量的關(guān)系。可見(jiàn)，過(guò)程能量效率指標(biāo)包括有效能量和有效產(chǎn)出兩種定義法。

機(jī)械制造系統(tǒng)過(guò)程能量效率的有效能量定義是指某個(gè)制造過(guò)程或某個(gè)時(shí)間段的有效能量與系統(tǒng)消耗能量的比值。例如，一個(gè)工件的切削加工過(guò)程的能量效率E可定義為工件加工過(guò)程的有效能量和消耗總能量的比值[23]，即

過(guò)程能量效率的有效產(chǎn)出定義又稱“比能”定義。比能是系統(tǒng)消耗能量與系統(tǒng)有效產(chǎn)出的比值式中，Ei為輸入能量；Eo為輸出能量；Oe為有效產(chǎn)出，包括有效經(jīng)濟(jì)、物質(zhì)產(chǎn)出量(如材料切除體積、產(chǎn)品個(gè)數(shù)等)。