上海勝易能源科技有限公司 陳治平 潘飛 浦子耿

制造行業(yè)能源的精細化管理與成本控制

上海勝易能源科技有限公司 陳治平 潘飛 浦子耿

制造行業(yè)能源成本在整個生產中所占比例較大，為了降低單位產量能耗成本，制造廠應建立一套能效管理信息系統(tǒng)，它不僅可以實現(xiàn)能源可視化分析、精細化管理；更重要的是可以將能源信息數(shù)據(jù)、生產信息數(shù)據(jù)、財務信息數(shù)據(jù)共享，實現(xiàn)對生產過程中訂單的能耗成本、工序的能耗成本、班組的能耗成本進行全方位考核，診斷出能耗異常的環(huán)節(jié)和能耗過大的設備，進行有的放矢管理和改造，達到降低能耗成本的目標。

能效管理；成本控制；工廠節(jié)能；

0引言

進入21世紀后，我國制造行業(yè)資源消耗大、污染排放大的問題日益顯著。近年來，有些制造企業(yè)在節(jié)能環(huán)保方面做了許多工作，如設備改造、中水回用等，對節(jié)約能源和減少排放有一定幫助，但對整個生產過程中能源數(shù)據(jù)還遠未實現(xiàn)可視化、信息化。在制造過程中能源使用和管理仍然比較隨意和盲目，具體表現(xiàn)有以下四個特征：

（1）每月巨額的能源開支，不知道具體消耗在什么時段，分布在哪個車間和哪些設備，形成一筆糊涂賬。

（2）能看到許多地方能源的“跑冒滴漏”和不經意間的浪費，只是制造過程中成本浪費的冰山一角。

（3）憑經驗和感覺做了一些節(jié)能工作，最后總是效果不理想，經濟回報效益很低。

（4）節(jié)能工作還沒有引起所有員工的重視和參與，主要還是靠管理層在孤軍奮戰(zhàn)。

為了降低制造能源成本和提高公司經濟效益，讓所有人都主動參與工作中，我們有必要在制造過程中引入能源精細化管理和成本控制。它是通過能效管理信息系統(tǒng)將制造過程中的能源數(shù)據(jù)信息與生產過程中工藝數(shù)據(jù)、ERP（Enterp rise Resource Planning企業(yè)資源計劃系統(tǒng)）管理信息數(shù)據(jù)結合起來，形成一套能源診斷體系和能源考核體系。下面以一家制造工廠的具體案例來分析能效管理信息系統(tǒng)如何實現(xiàn)能源精細化管理，來控制生產成本以達到提高生產經濟效益的目標[1]。

1需求分析

本案例能效管理信息系統(tǒng)由上海勝易能源有限公司與紹興市立新印染公司共同合作研發(fā)，并在該公司運行使用。紹興市立新印染公司位于紹興袍江新區(qū)，占地面積21萬m2，擁有先進的制造設備和生產流水線，是一家具備現(xiàn)代化制造生產能力的印染企業(yè)。公司生產能耗主要有電、水、天然氣、蒸汽、熱能等能耗構成，在生產過程中能耗成本占據(jù)全部生產成本的很大比例。為了降低印染生產成本，提高企業(yè)的經濟效益，要求能效管理信息系統(tǒng)需要實現(xiàn)如下功能：

●實時采集整個企業(yè)多級能源計量系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)，顯示能源的分布和流向，對能耗數(shù)據(jù)越限、異常等故障實時報警。

●能以友好的、靈活的圖形界面來顯示能源數(shù)據(jù)的趨勢和走向，以及各能源數(shù)據(jù)之間的關系和對比。

●具有靈活的報表統(tǒng)計、能源核算、能源需量預測功能。

●具備能源成本考核功能，即把能源成本細化到每筆訂單上，把每筆訂單能耗成本細化到每道工序上，把每道工序的能耗成本細化每個設備和操作員工上。

●具備能源診斷體系，為企業(yè)高層能源診斷、分析決策提供數(shù)據(jù)基礎和科學依據(jù)。

圖1系統(tǒng)總體網(wǎng)絡架構圖

2方案設計

能效管理信息系統(tǒng)基于C/S(Client/Server客戶機/服務器)架構和B/S（Browser/Server，瀏覽器/服務器）架構混合設計，通過C/S架構可以保證能耗數(shù)據(jù)在人機界面實時顯示，以及實時響應能耗異常和報警信息。B/S架構可以讓所有管理人員在遠程通過瀏覽器即能查看能耗數(shù)據(jù)變化、成本核算、統(tǒng)計報表、考核排名等信息[2]。

能效管理信息系統(tǒng)的總體架構如圖1所示。

（1）系統(tǒng)功能

從圖1可以看出，系統(tǒng)按照功能邏輯分為三層：

1）能耗采集儀表層

現(xiàn)場根據(jù)能源類別安裝電、水、汽、熱計量儀表，然后將各類型計量儀表通過總線組成能耗采集子網(wǎng)，再分別與通信管理機連接，實時上傳能耗數(shù)據(jù)。

2）通信層

數(shù)據(jù)采集服務器作為通信層的核心，既要采集儀表層的能耗數(shù)據(jù)，寫入數(shù)據(jù)中心實時數(shù)據(jù)庫，還要與生產控制系統(tǒng)、公司ERP系統(tǒng)連接來實現(xiàn)能效信息管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息交換與共享。

3）能效管理層

能效管理層是能效管理信息系統(tǒng)的功能呈現(xiàn)平臺，根據(jù)不同角色用戶關心的功能內容不一樣，我們再細分為工程師平臺，能效公司平臺、宣傳考核平臺。

（2）軟件功能

軟件功能如下：

1）能耗監(jiān)測：顯示詳細能耗運行信息，包括按能源分類、分項、分區(qū)域分別統(tǒng)計的圖表信息；

2）能耗評估：對能耗設備評估診斷信息，對各區(qū)域能耗考核信息形成節(jié)能診斷報告；

3）能耗分析：對各能耗設備、能耗區(qū)域之間進行橫向考核評比，也可以對歷史數(shù)據(jù)進行縱向分析對比，結合其能耗特點，提供節(jié)能改造的方向和能源優(yōu)化的重點，還可以參照回歸運算經驗值分析對比、參考行業(yè)標準值對比、計劃需量值對比進行能源精細化管理和控制；

4）報表管理：形成基于各種通用模板的能耗數(shù)據(jù)報表，也可以根據(jù)用戶自定義需求模板的數(shù)據(jù)報表；

5）能源臺帳：提供詳細能源臺賬，也可以歷史數(shù)據(jù)查詢分析，形成能源審計報告；

6）成本核算：提供詳細訂單能耗成本核算，以及訂單能耗成本分解到工序能耗成本以及班組個人能耗成本[3]。

3子系統(tǒng)設計

能源采集子系統(tǒng)、能源監(jiān)測子系統(tǒng)設計技術已經比較成熟，限于篇幅，本文不再贅述。在此重點介紹印染行業(yè)能耗成本分解和節(jié)能考核，如何實現(xiàn)能耗成本具體分解到訂單、工序和班組個人。

印染行業(yè)ERP信息管理生產流程如圖2所示。

從圖2中可以看出一筆銷售合同從開始到結束要經歷生成訂單、生產計劃、加料配色、染色、定型、然后入庫發(fā)貨等多道工序流程，在過程中產生的主要成本有：能耗成本、染料成本、人工成本，其中能耗成本最大，占整個訂單成本一半以上。由此可見，為了提高企業(yè)經濟效益，降低生產成本，必須從占比最大的能耗成本著手來挖掘節(jié)能潛力。

圖2印染行業(yè)生產流程圖[4]

至于采取何種方式可以發(fā)揮更大的節(jié)能潛力，或者采取哪種方式投入回報比最高，在采取措施之前有必要對整個生產的能耗成本細化分解，把每筆合同的能耗成本分解成多個生產計劃訂單的能耗成本，然后把每筆生產訂單能耗成本分解成不同工序和不同班組的能耗成本。能耗成本逐級具體分解如圖3所示。

圖3生產成本分解圖

圖4精細化管理流程圖

圖5控制系統(tǒng)網(wǎng)絡架構圖

從圖3可以看出具體生產工序是能耗成本分解的最末端，而如何來精確監(jiān)測每道工序的能耗成本就顯得非常關鍵。通過生產人員和生產訂單號信息驗證、生產起止時間控制等技術手段來確保每道工序能耗成本數(shù)據(jù)的準確和實時。具體實現(xiàn)流程如圖4所示。

即生產員工在生產每個訂單時必須在能效管理信息系統(tǒng)客戶端計算機上正確輸入自己的用戶名、密碼和訂單號然后，啟動能源開關，系統(tǒng)記錄該道工序起始時間；在生產結束后再次正確輸入自己的用戶名、密碼和訂單號然后，關閉能源開關，系統(tǒng)記錄該道工序的終止時間。系統(tǒng)通過起始和終止時間可以計算出該道工序電、水、汽、熱各自的能耗數(shù)據(jù)，并將該道工序的能耗成本數(shù)據(jù)和生產用戶信息傳送到能效管理信息平臺。

實現(xiàn)該流程的硬件控制系統(tǒng)框架圖見圖5。

各道工序的能耗成本數(shù)據(jù)經過能效管理信息系統(tǒng)進行計算處理，用戶可以查詢到各筆訂單各種能耗成本占比，如表1。

對出現(xiàn)的能耗異常，如0100192585卡號單位成本偏高，則通過工序能耗分析功能，可以具體定位到能耗異常出現(xiàn)在哪道工序過程和責任生產員工，有了精確定位后就可以查找原因，制定節(jié)能改造方案。

表1能耗成本考核報表軟件界面

4改造途徑

通常采用下面三種手段進行改造。

（1）設備更換，我們在能耗異常診斷過程中發(fā)現(xiàn)有些設備尚未到檢修報廢時出現(xiàn)能耗遠高于歷史同期值或者行業(yè)基準值，采取提前進行更換，避免長時間使用帶來的巨大能源浪費。這種方式最簡單也最常見，如更換電機、照明等很多大能耗設備。

（2）工藝優(yōu)化，我們在能耗異常診斷過程中發(fā)現(xiàn)設備使用正常，但是該道工序能耗偏高于其他相同工序能耗，經過對能耗曲線和工藝參數(shù)進行對比分析，找出工藝薄弱環(huán)節(jié)然后進行處理和改造，也可以有很大降耗空間。如：圓網(wǎng)印花機改進為在線清洗圓網(wǎng)、刮漿刀、刮漿輥，降低洗網(wǎng)水耗及污水排放量，并減少更換色漿的停機時間等。

（3）管理考核，通過能效管理信息系統(tǒng)為生產線建立了一套設備能耗診斷體系，可以盡量減少和避免能耗的“跑冒滴漏”，減少三個不必要的能源浪費，即“不必要的時間、不必要的場所、不必要的量”；為班組建立了一套人員能耗考核體系，通過每筆訂單能耗成本排名、每道工序能耗成本排名、每個班組能耗削減率排名，通過獎勵措施來激發(fā)員工節(jié)能積極性，實現(xiàn)所有員工從被動節(jié)能到主動節(jié)能的思想轉變。這是執(zhí)行最有效、節(jié)能空間最大的措施。

5小結

節(jié)能減排是政府和企業(yè)非常重視的工作。在具體開展過程中，工廠最好先建立能源診斷體系和能源考核體系，在生產過程中，及時發(fā)現(xiàn)和查找能耗的低效和異常使用的環(huán)節(jié)和位置，在精確定位了“病恙”之后，就有各種各樣的“藥方”迎刃而來。

本能效管理信息系統(tǒng)在該印染企業(yè)實施應用以來，改變過去能源使用放任自流的狀態(tài)，實現(xiàn)了能源使用的可視化和信息化。不僅將每筆銷售合同的各種能耗成本進行可視化分析，為工廠降低生產成本提高經濟效益提供數(shù)據(jù)基礎和理論依據(jù)，同時也為工廠數(shù)字化管理提高了一個臺階。在過去設備的故障和隱患往往只能通過定時巡檢才能發(fā)現(xiàn)，而現(xiàn)在通過能耗實時監(jiān)測對能耗效率低下的設備及時進行維護，既避免了能耗無謂的浪費，也挺高了設備的使用壽命。同時能耗考核體系的建立和節(jié)能宣傳體系的完善，對全公司所有員工節(jié)能意識和節(jié)能理念的教育也有非常積極作用，讓所有人改變過去被動節(jié)能的觀念，轉變?yōu)楝F(xiàn)在主動加入和參與節(jié)能行動中，隱形的經濟效益也非常明顯。

1，陳治平，潘飛。信息化節(jié)能在大型企業(yè)的應用[J]上海節(jié)能2012年10期

2，付永紅，周鮮成。基于B/S的能源管控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J]微計算機信息2007年4期

3，呂進，樓振飛，陶堅剛。面向服務架構的能效管理平臺開發(fā)研究[J]上海理工大學學報2009年5期

4，崔淑玲，朱俊萍，朱仁雄印染廠設計[M]中國紡織出版社2007年9月

Energy Fine Management and Cost Control in Manufacturing Industry

Chen zhi ping,Pan fei,Pu zi geng

Manufac turing industry energy cost is a large p roportion in the whole p roduc tion p rocess.In order to reduce energy consump tion per unit of p roduction cost,it should estab lish an energy management in formation system,which could not only analyze on-site,but also it could realize fine management.More important is about energy information sharing,inc ludes energy inform ation,p roduction information,financial information, to achieve p roduc tion comp rehensive assessment,inc ludes energy cost in orders,energy consump tion and team energy cost during p roduc tion p rocess.It could diagnoses abnorma l energy consump tion equipment or p rocess and have definite ob jec t to imp lem ent renovation to reduce energy consump tion.

energy e ffec t management,cost control,fac tory energy saving

陳治平，高級工程師，一直從事于工廠和建筑樓宇能源可視化，信息化節(jié)能方面研究和開發(fā)工作。