制造行业能源的精细化管理与成本控制

上海胜易能源科技有限公司 陈治平 潘飞 浦子耿

制造行业能源的精细化管理与成本控制

上海胜易能源科技有限公司 陈治平 潘飞 浦子耿

制造行业能源成本在整个生产中所占比例较大，为了降低单位产量能耗成本，制造厂应建立一套能效管理信息系统，它不仅可以实现能源可视化分析、精细化管理；更重要的是可以将能源信息数据、生产信息数据、财务信息数据共享，实现对生产过程中订单的能耗成本、工序的能耗成本、班组的能耗成本进行全方位考核，诊断出能耗异常的环节和能耗过大的设备，进行有的放矢管理和改造，达到降低能耗成本的目标。

能效管理；成本控制；工厂节能；

0引言

进入21世纪后，我国制造行业资源消耗大、污染排放大的问题日益显著。近年来，有些制造企业在节能环保方面做了许多工作，如设备改造、中水回用等，对节约能源和减少排放有一定帮助，但对整个生产过程中能源数据还远未实现可视化、信息化。在制造过程中能源使用和管理仍然比较随意和盲目，具体表现有以下四个特征：

（1）每月巨额的能源开支，不知道具体消耗在什么时段，分布在哪个车间和哪些设备，形成一笔糊涂账。

（2）能看到许多地方能源的“跑冒滴漏”和不经意间的浪费，只是制造过程中成本浪费的冰山一角。

（3）凭经验和感觉做了一些节能工作，最后总是效果不理想，经济回报效益很低。

（4）节能工作还没有引起所有员工的重视和参与，主要还是靠管理层在孤军奋战。

为了降低制造能源成本和提高公司经济效益，让所有人都主动参与工作中，我们有必要在制造过程中引入能源精细化管理和成本控制。它是通过能效管理信息系统将制造过程中的能源数据信息与生产过程中工艺数据、ERP（Enterp rise Resource Planning企业资源计划系统）管理信息数据结合起来，形成一套能源诊断体系和能源考核体系。下面以一家制造工厂的具体案例来分析能效管理信息系统如何实现能源精细化管理，来控制生产成本以达到提高生产经济效益的目标[1]。

1需求分析

本案例能效管理信息系统由上海胜易能源有限公司与绍兴市立新印染公司共同合作研发，并在该公司运行使用。绍兴市立新印染公司位于绍兴袍江新区，占地面积21万m2，拥有先进的制造设备和生产流水线，是一家具备现代化制造生产能力的印染企业。公司生产能耗主要有电、水、天然气、蒸汽、热能等能耗构成，在生产过程中能耗成本占据全部生产成本的很大比例。为了降低印染生产成本，提高企业的经济效益，要求能效管理信息系统需要实现如下功能：

●实时采集整个企业多级能源计量系统的实时数据，显示能源的分布和流向，对能耗数据越限、异常等故障实时报警。

●能以友好的、灵活的图形界面来显示能源数据的趋势和走向，以及各能源数据之间的关系和对比。

●具有灵活的报表统计、能源核算、能源需量预测功能。

●具备能源成本考核功能，即把能源成本细化到每笔订单上，把每笔订单能耗成本细化到每道工序上，把每道工序的能耗成本细化每个设备和操作员工上。

●具备能源诊断体系，为企业高层能源诊断、分析决策提供数据基础和科学依据。

图1系统总体网络架构图

2方案设计

能效管理信息系统基于C/S(Client/Server客户机/服务器)架构和B/S（Browser/Server，浏览器/服务器）架构混合设计，通过C/S架构可以保证能耗数据在人机界面实时显示，以及实时响应能耗异常和报警信息。B/S架构可以让所有管理人员在远程通过浏览器即能查看能耗数据变化、成本核算、统计报表、考核排名等信息[2]。

能效管理信息系统的总体架构如图1所示。

（1）系统功能

从图1可以看出，系统按照功能逻辑分为三层：

1）能耗采集仪表层

现场根据能源类别安装电、水、汽、热计量仪表，然后将各类型计量仪表通过总线组成能耗采集子网，再分别与通信管理机连接，实时上传能耗数据。

2）通信层

数据采集服务器作为通信层的核心，既要采集仪表层的能耗数据，写入数据中心实时数据库，还要与生产控制系统、公司ERP系统连接来实现能效信息管理系统的数据信息交换与共享。

3）能效管理层

能效管理层是能效管理信息系统的功能呈现平台，根据不同角色用户关心的功能内容不一样，我们再细分为工程师平台，能效公司平台、宣传考核平台。

（2）软件功能

软件功能如下：

1）能耗监测：显示详细能耗运行信息，包括按能源分类、分项、分区域分别统计的图表信息；

2）能耗评估：对能耗设备评估诊断信息，对各区域能耗考核信息形成节能诊断报告；

3）能耗分析：对各能耗设备、能耗区域之间进行横向考核评比，也可以对历史数据进行纵向分析对比，结合其能耗特点，提供节能改造的方向和能源优化的重点，还可以参照回归运算经验值分析对比、参考行业标准值对比、计划需量值对比进行能源精细化管理和控制；

4）报表管理：形成基于各种通用模板的能耗数据报表，也可以根据用户自定义需求模板的数据报表；

5）能源台帐：提供详细能源台账，也可以历史数据查询分析，形成能源审计报告；

6）成本核算：提供详细订单能耗成本核算，以及订单能耗成本分解到工序能耗成本以及班组个人能耗成本[3]。

3子系统设计

能源采集子系统、能源监测子系统设计技术已经比较成熟，限于篇幅，本文不再赘述。在此重点介绍印染行业能耗成本分解和节能考核，如何实现能耗成本具体分解到订单、工序和班组个人。

印染行业ERP信息管理生产流程如图2所示。

从图2中可以看出一笔销售合同从开始到结束要经历生成订单、生产计划、加料配色、染色、定型、然后入库发货等多道工序流程，在过程中产生的主要成本有：能耗成本、染料成本、人工成本，其中能耗成本最大，占整个订单成本一半以上。由此可见，为了提高企业经济效益，降低生产成本，必须从占比最大的能耗成本着手来挖掘节能潜力。

图2印染行业生产流程图[4]

至于采取何种方式可以发挥更大的节能潜力，或者采取哪种方式投入回报比最高，在采取措施之前有必要对整个生产的能耗成本细化分解，把每笔合同的能耗成本分解成多个生产计划订单的能耗成本，然后把每笔生产订单能耗成本分解成不同工序和不同班组的能耗成本。能耗成本逐级具体分解如图3所示。

图3生产成本分解图

图4精细化管理流程图

图5控制系统网络架构图

从图3可以看出具体生产工序是能耗成本分解的最末端，而如何来精确监测每道工序的能耗成本就显得非常关键。通过生产人员和生产订单号信息验证、生产起止时间控制等技术手段来确保每道工序能耗成本数据的准确和实时。具体实现流程如图4所示。

即生产员工在生产每个订单时必须在能效管理信息系统客户端计算机上正确输入自己的用户名、密码和订单号然后，启动能源开关，系统记录该道工序起始时间；在生产结束后再次正确输入自己的用户名、密码和订单号然后，关闭能源开关，系统记录该道工序的终止时间。系统通过起始和终止时间可以计算出该道工序电、水、汽、热各自的能耗数据，并将该道工序的能耗成本数据和生产用户信息传送到能效管理信息平台。

实现该流程的硬件控制系统框架图见图5。

各道工序的能耗成本数据经过能效管理信息系统进行计算处理，用户可以查询到各笔订单各种能耗成本占比，如表1。

对出现的能耗异常，如0100192585卡号单位成本偏高，则通过工序能耗分析功能，可以具体定位到能耗异常出现在哪道工序过程和责任生产员工，有了精确定位后就可以查找原因，制定节能改造方案。

表1能耗成本考核报表软件界面

4改造途径

通常采用下面三种手段进行改造。

（1）设备更换，我们在能耗异常诊断过程中发现有些设备尚未到检修报废时出现能耗远高于历史同期值或者行业基准值，采取提前进行更换，避免长时间使用带来的巨大能源浪费。这种方式最简单也最常见，如更换电机、照明等很多大能耗设备。

（2）工艺优化，我们在能耗异常诊断过程中发现设备使用正常，但是该道工序能耗偏高于其他相同工序能耗，经过对能耗曲线和工艺参数进行对比分析，找出工艺薄弱环节然后进行处理和改造，也可以有很大降耗空间。如：圆网印花机改进为在线清洗圆网、刮浆刀、刮浆辊，降低洗网水耗及污水排放量，并减少更换色浆的停机时间等。

（3）管理考核，通过能效管理信息系统为生产线建立了一套设备能耗诊断体系，可以尽量减少和避免能耗的“跑冒滴漏”，减少三个不必要的能源浪费，即“不必要的时间、不必要的场所、不必要的量”；为班组建立了一套人员能耗考核体系，通过每笔订单能耗成本排名、每道工序能耗成本排名、每个班组能耗削减率排名，通过奖励措施来激发员工节能积极性，实现所有员工从被动节能到主动节能的思想转变。这是执行最有效、节能空间最大的措施。

5小结

节能减排是政府和企业非常重视的工作。在具体开展过程中，工厂最好先建立能源诊断体系和能源考核体系，在生产过程中，及时发现和查找能耗的低效和异常使用的环节和位置，在精确定位了“病恙”之后，就有各种各样的“药方”迎刃而来。

本能效管理信息系统在该印染企业实施应用以来，改变过去能源使用放任自流的状态，实现了能源使用的可视化和信息化。不仅将每笔销售合同的各种能耗成本进行可视化分析，为工厂降低生产成本提高经济效益提供数据基础和理论依据，同时也为工厂数字化管理提高了一个台阶。在过去设备的故障和隐患往往只能通过定时巡检才能发现，而现在通过能耗实时监测对能耗效率低下的设备及时进行维护，既避免了能耗无谓的浪费，也挺高了设备的使用寿命。同时能耗考核体系的建立和节能宣传体系的完善，对全公司所有员工节能意识和节能理念的教育也有非常积极作用，让所有人改变过去被动节能的观念，转变为现在主动加入和参与节能行动中，隐形的经济效益也非常明显。

1，陈治平，潘飞。信息化节能在大型企业的应用[J]上海节能2012年10期

2，付永红，周鲜成。基于B/S的能源管控系统的设计与实现[J]微计算机信息2007年4期

3，吕进，楼振飞，陶坚刚。面向服务架构的能效管理平台开发研究[J]上海理工大学学报2009年5期

4，崔淑玲，朱俊萍，朱仁雄印染厂设计[M]中国纺织出版社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

陈治平，高级工程师，一直从事于工厂和建筑楼宇能源可视化，信息化节能方面研究和开发工作。