电动执行器系统全生命周期成本研究

在生产现场，电动执行器直接控制工艺介质，若选型或使用不当，往往会给生产过程的自动控制带来困 ”。因此，执行器的选择、使用和安装调试是个重要的问题。在电动执行器作动系统的设计中，设备成本和运行能耗是非常重要的因素。目前对执行器等机电产品的成本分析主要集中在成本构成、模型建立等方面H ]，这些模型不利于分析机电产品所有者的投入和产出情况，不便于企业用户考核设备的效率和价值。

本文以电动执行器这-典型的机电产品为例，从电动执行器的能耗计量、电动执行器的成本构成和全生命周期分析模型等方面进行讨论，进而研究三种常见工况条件下，三种电动执行器的LCCBAO(Life-cycle Costing Based on ActuatorOwner)，为执行器作动系统的选型和配置提供参考依据。

1 电动执行器的能耗特点电动执行器主要用于旋转工况、摆动工况；当需要完成直线运动时，需要通过齿形带或丝杆等机械装置进行传动转化，因此结构相对较为复杂。-般电动执行器的内部结构如图l所示。

图1 电动执行器 的内部结构电动执行器的控制-般由PC、PLC或控制面板来实现∝制器通过输出电流信号到电机来完成既定动作。电机和控制器是电动执行器作动系统的主要耗能部件 。电动执行器的控制系统结构如图2所示∝制器发出运动指令给电动执行器，实现既定运动。

电力 电力 电力 机械动力图2 电动执行器的系统构成收稿日期：2013-01-08基金项目：河南理工大学新教师博士基金 (B2012-101)作者简ft：张业明 (1979-)，男，山东肥城人，副教授，博士，研究方向为流体动力系统测量、节能和仿真及控制等。

[981 第35卷 第5期 2013-05(下) I 匐 似电动执行器消耗的电力通过电动机转化为机械能，由于机械传动摩擦等因素，会有少量的能量损失。此外，电动执行器的待机能耗也很高。

文献4给出了IAI公司的型号为RCS2-SS8C-A的电动执行器在不工作时的功耗为10W左右。

电动执行器的能耗直接通过电力测量设备就可以精确地测量和统计，如日本日置的3169-21电力计 J。通过安装电力测量设备，既可以得到执行器的瞬时功率，也可以得到执行器的累计消耗电量。与气动执行器相比，电动执行器的能耗计量简单很多，不需要气动执行器的耗气量和耗电量之间的转换 。

2 电动执行器的LCCBAO模型LCC(Life Cycle Cost)是基于产品全生命周期的-种成本研究方法，是指产品从开始酝酿，经过研究、设计、发展、生产、使用-直到最后报废的整个生命周期内所消耗的费用总和 J。

从用户视角下，自产品购入 、使用直至报废，是执行器的整个使用期。在使用期内，执行器用户为取得产品、实现产品功能、报废产品都须支付-定的成本，由用户支付的各项成本之和称为执行器所有者视角下的全生命周期成本(LCCBA0) 。

2.1电动执行器的LCCBAO成本因素电动执行器的LCCBAO模型包括：1)购置成本：如购买价、运费、安装费等；2)运行维护成本：如电动执行器作动消耗的能源耗费支出、维护支出；3)报废回收成本 。

电动执行器的购置成本很高，-般为同类功能气动执行器的3-8倍。电动执行器的作动系统结构简单，只需要再配备相应的控制器就可以安装工作了。因此，LCCBAO分析中，电动执行器的购置成本包含电动执行器本身和相配套的控制器。如果多个电动执行器共用-台控制器，在计算执行器购置成本时，需要考虑控制器成本的均分。

电动执行器的报废回收成本包括产品报废处置相关的人工费、运费以及产品回收原材料收益。

2.2电动执行器的LCCBAO模型建立电动执行器LCCBAO总成本计算公式如下：CP> G(f)> (f)C1 (1)式中：Ce为电动执行器总成本；Cl(i)为第i年购置成本；c2(f)为第i年运行维护成本；C3为报废回收成本；m为使用年限。

电动执行器当年的购置成本等同于执行器当年的折旧。按照企业最常用的双倍余额递减法的加速折旧方法计算 ”，设 p(f)为设备第i年的折旧系数，D(f)只与设备折旧年限 有关，则：6(i)-2x-(m--2-)u-1)(f<： -2)(2)(1- ) -- - (f - ， )式中：r为预计净残值率，-般取5%；因此，电动执行器第i年的购置成本为：(f)CoXp(f) (3)式中： 为电动执行器固定资产初值。

2-2I1购置成本电动执行器的购置成本主要包括电动执行器、控制器和PLC(或控制面板)。-般电动执行器和控制器--配对使用，-台PLC可能控制多台电动执行器。遇到这种情况，需要按照所控制的电动执行器实际运行情况将PLC的购置成本进行分割。