统计技术在烟草企业能源管理中的研究与应用

李飞 郭大权

摘要：为响应国家节能减排的号召，烟草企业需要在能源管控上入手，实现能源消耗的降低，同时保证生产的效率。本文利用统计技术，结合传统的能源管理，为烟草企业设计并开发了能源管理模块，可以集成在企业的MES中。通过在企业的部署应用验证，实现了能源消耗的减少，同时降低了产品的生产成本，具有一定的应用价值和意义。

关键词：能源管控;统计技术;数据采集;烟草;节能

中图分类号：TP3 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）33-0263-03

1概述

目前，能源管理已经成为国内外的研究热点，特别是在当前的国际气候剧烈变化的背景下。2006年，我国下发了《国务院关于加强节能工作的决定》，落实节约资源基本国策。提出了“节能减排”的政策措施。2016年国务院发布了《国务院关于印发“十三五”节能减排综合工作方案的通知》，在“十二五”节能减排的成绩基础上，继续加大力度，实现硬性的指标。

对于节能减排，并不是只在能源消耗上单纯地减少，而是需要在不降低生产规模和效率的基础上，实现能源消耗的减少，达到污染物排放和资源消耗的减少。对于生产企业，节能减排不再是一句口号，而是需要实实在在地去做，而且还是在激烈的市场竞争环境下去实现。这对企业是一个很大的挑战，也是必须要面对和解决的问题。

烟草企业属于生产制造行业，对能源的消耗较大，特别是烟丝生产的环节需要大量的能源，所以烟草企业需要在能源管理上下足功夫，才能够在不对企业生产造成负面影响的前提下实现节能减排的目标。

本文从能源管理的角度，结合统计分析的方法，设计出一种能源管理方式，并开发相应的能源管理模块，集成在企业的生产管理系统中，为企业的节能减排提供信息化的管理优化方式。并且通过在企业中的实际应用，验证该方法的可用性和实用性。为烟草企业的节能减排提供新思路。

2企业能源管理概述

能源管理，实际上是对企业能源的使用情况进行管控。在传统的CIMS（Computer/contemporary Integrated ManufacturingSystems，计算机，现代集成制造系统）三层结构中，最上层的ERP（Enterprise Resource Planning，企业资源计划）指定总体的能源计划，最下层的设备监控系统对设备能源使用情况进行数据采集（包括自动采集和人工记录）。通过采集上来的数据，经过分析后，可以制定能源的使用计划和设备的使用计划，上级管理部门通过生产计划，对各个班组制定生产计划。一般可划分能源基本信息管理、能耗计划制定、能耗信息获取、能源设备使用计划制定、能耗预测、能耗综合分析和多层次能源使用信息展示七个功能模块，如图1所示。

3统计技术及其相关原理

统计时应用数学的一个分支，其理论基础是概率论。统计学的发展产生了统计技术，统计技术不是单一的技术，它包含了很多方面，例如统计软件的应用、计算结果的表达、对统计数据的解释等等。统计技术主要用来解决实际问题，使统计分析的结果能够对决策起到一定的作用。

统计技术并不是新技術，它是一门通用的技术，可以应用在不同的领域，因为统计技术面对的是数据，所以在烟草行业的应用，也是根据基础数据的来源来应用统计技术进行分析，从而起到不同的作用。

统计技术在实际应用中主要的基础技术有以下几种：直方图、柏拉图、因果图、为什么一为什么分析、散布图等。直方图是一种属于几何图表的统计技术，也叫作质量分布图。它把所有的数据搜集起来，并进行划分，绘制直方形矩形图。数据结果的可读性较好。柏拉图与直方图最大的区别在于，它强调的是少量关键数据。柏拉图可以对多对象进行分析，也可以对单一对象分析。可以提高解决问题的效率，也叫作排列图。因果图是一种有效的定性分析手段，可以分析各种对质量有影响的因素。通过因果图，我们可以找出问题的根本原因，从大到小，追溯到最根本的原因并解决它。因为分析的要素用箭头标记出来，像鱼的骨头，所以因果图也叫鱼骨图。为什么一为什么分析也叫作5个为什么，能快速诊断问题。它通过不断的提出问题，逐步深入，进而发现问题的根源。散布图则是用于描述两个变量之间的关系，所以也叫相关图。散布图在图上标记出关联关系，用点来表示原因和结果的分布，基于点的分布形态，我们就能够找到数据之间的对应关系。

另外，在定量管理中，还有其他的较为先进的统计技术，如假设检验、回归分析、控制图等。都可以用于对数据的统计分析。在本文中，我们采用能源相关的数据作为基础，使用基本的统计技术进行分析，找到能源消耗异常的点，并进行优化，实现节能减排的目标。

4烟草企业的能源管理设计

烟草行业的能源管理与基本的能源管理基本一致。但是也有烟草行业自己的特点，例如在制丝工艺段，需要对烟丝进行烘焙，不同的烟丝的加工工艺不同，消耗的能源也有不同，而且因为这是保证产品质量的关键工序，其控制相对于其他工艺段更严格，所以能源的使用也需要更严格的管控。

在能源管理模块中，我们需要对部门信息、设备信息、设备能源信息、能源计量设备、数采设备、能耗维护和仪表数据维护这些对象进行管理。其中部门信息属于基本信息，包括了部门的人员、班组等基本信息，设备信息一样包括了生产设备的基本信息。设备能源信息主要是设备能耗和能源使用情况，也属于基础信息。能源激浪设备和数采设备负责对能源使用情况进行记录，是能源管理的基础。能耗维护是对不同的工艺进行设置，当工艺要求改变，那么生产的要求和环境也发生改变，能耗也随之变化。仪表数据维护，主要是针对数采设备（仪表）的基本信息和当前状态进行维护，及时排除故障，避免错误数据对生产和数据分析造成严重影响。

4.1能源使用计划

能源消耗主要还是对能源的使用进行计划，通过统计分析的方法，对不同的设备、工序、工段、班组的能源使用情况进行分析，制定出合理的能源计划，满足企业生产的实际需求，同时也能够作为参数，查找能源使用异常的情况。

在烟草企业中，应该由ERP下达能源计划，能源计划下达给MES（Manufacturing Execution System，制造执行系统）后，再根据生产现场的实际情况进行分配，下达给各个设备和工序、班组等。这样就可以形成详细的能耗管理记录。

4.2设备使用计划

设备使用计划，是指根据生产订单，各个设备的使用情况，根据设备的状态和维护周期，制定计划，这样可以为生产排产提供设备保障，保证生产过程中的设备的使用率，降低故障率，从而提高设备使用时间和效率，保证产品的质量达到要求。

设备在不同的生产状态下的能源消耗是不同的，例如制丝工艺，不同的工艺要求，使用的能源是不一样的，而且不同的设备在执行相同的工序时也可能会有不同。设备使用计划可以进行优化，降低生产环节能源的消耗。

4.3能源使用信息展示

能源使用信息的展示，可以将企业的能源使用状况进行展示。可以按照不同的部门和人员使用要求，展示不同的信息，例如时间维度上可以按照年、季、月、日和小时进行和展示，也可以按照不同的部门展示，例如制丝车间、办公室、卷包车间等。

展示的内容不是只有数据采集设备采集上来的原始数据，也可以将統计分析过的数据进行一并展示，给操作者和管理者直观的结论，帮助其制定生产计划或者对生产进行调整。为了便于使用者理解，数据的展示可以采用多种方式，例如图标，饼图，直方图，折线图，标记关键数据及超阈值数据报警等。

4.4能耗统计分析

我们可以在采集的原始数据基础上，利用统计技术分析数据，并找到能够优化的环节或者发现异常的数据，来实现节能减排。我们可以采用基本的统计技术，例如直方图、因果图等，分析后的结果可以通过图标的形式进行展示，便于理解，也可以根据结果直接给出结论或者建议，来帮助管理者进行决策。

4.5能源数据的采集

能源数据的采集分为人工和自动两种方式。人工的数据采集方式，是通过现场的操作者对各种数据定时进行人工记录，并上传到数据服务器中。自动的方式是指通过数据采集设备定时自动记录数据，并直接上传至数据服务器中。人工采集的好处在于灵活，而且因为时间间隔长，数据量少。但是因为是人工操作，所以数据的精确度没有自动采集的高。而且人工操作也存在误操作的可能。自动采集数据的设备精度高，数据量大，能够更准确的描述数据，但是因为是自动采集，如果设备有故障，则不能及时的上传数据，还需要人工维护，不够灵活。

无论采用哪种方式，都是需要保障数据的准确度，这样才能使用统计技术得到正确的结论。

5能源管理模块的实现

对于烟草企业，需要获得能源相关的数据，并且还需要统计技术帮助优化能源的使用。形成各种维度的统计表，来帮助管理人员和系统使用者进行决策，或者优化生产流程，查找高能耗环节进行优化。例如能耗统计功能，如图2所示，可以按照能源种类进行分类，包括蒸汽、电、柴油等，可以按照开始时间、结束时间、年、月、日设置时间段进行查询。利用统计技术形成数据的分析结果，然后可以对比不同时间段的能源消耗情况，对于超过阈值的数据进行报警提示。

6结论

目前，该能源管理模块已经完成开发，部署在某烟草企业。通过实际应用的验证，帮助企业实现了节能减排，并且发现了能源消耗较大的点位，企业进行了对应的优化和改进。系统界面截图如图3所示。

通过能源管理模块的应用，利用统计技术进行的数据分析结果能够给企业的管理者提供非常直观的数据对比和结论，而且对于能源消耗异常的数据也能比较准确和及时的发现，对企业的节能减排提供非常大的帮助。使企业在保证生产效率的基础上，降低了能源消耗，同时也提高了生产效率，节约了生产成本，对企业具有实际的意义。