生产能源管控系统的研发及应用

李志清 陆伟宏

(江西铜业加工事业部， 江西 南昌 330096)

0 前言

铜加工企业一直是能耗大户，能耗过高成为制约铜加工企业可持续发展的“瓶颈”。而且在全球经济高速发展的今天，能源问题已成为国内外企业普遍关注的焦点，特别是近年来，铜加工企业经济形势普遍不太乐观，利润空间狭小，成本却居高不下，企业举步维艰。传统的生产能源管理工作存在工作量大、不灵活、效率低、信息共享分析难、运行成本高等问题[1]。某铜管公司针对这些问题创建了新的生产能源管控系统，借助精细化管理和信息化手段对企业生产工艺流程及能耗进行管理，可为全面预算管理提供数据支持。该系统是全面预算管理的重要组成部分和各模块的运行基础，也是推行清洁生产、创建资源节约型企业的必然要求，它对企业生产过程管控起到了重要作用。全面预算平台及生产管理信息化系统相结合，可提高劳动生产率，提升铜管产品质量，减少人为操作失误，降低工人劳动强度和生产成本，满足企业生产能源的集中监控、统一调度、用能优化与节能降耗需要[2]，促使企业技术装备转型升级和效益提升，从而大幅提升企业的核心竞争力。

1 生产能源管控系统的技术方案和总体架构

1.1 技术方案

以完善某铜管公司信息化建设为基础，生产能源管控系统建设需要依次经历监测、实时分析、实时优化和经营模式变革[3]。创建生产能源管控平台，对企业各生产工艺进行标准化、流程化管理，约束各岗位严格按生产管理规范进行输入输出；创建数据流转交接、数据发布审核机制，保证每条数据的严肃性、可靠性及可追溯性；数据中心可支持20年以上的业务数据存储；数据灾难损失数据≤24 h，数据恢复时间<24 h。

1)构建生产能源管控平台，通过信息化手段对生产工艺、流程、数据进行规范化管理。

2)实现数据共享，为生产调度、生产分厂、销售部门提供生产数据服务。

3)避免手工操作失误，提高数据传输的准确性、实时性，提高工作效率。

4)进行数据统计分析，为生产单位和管理者提供数据基础和决策支持。

综上所述，该系统主要包括生产管理、产品质量管理、条码扫描管理、模具管理及能源管理等应用模块。通过使用生产能源管控系统，可将产品和流程的质量标准进行文档化，并对这些标准的结果进行采集，进而对产品质量进行全面分析和管控。

1.2 系统总体架构

某铜管公司生产能源管控系统总体构架如图1所示。

图1 系统总体架构

1)开发语言的选择。某铜管公司全面预算管理系统是在C#语言环境下进行开发设计的，为了与公司现有系统无缝对接，减小其他开发程序语言所带来的兼容性的复杂度，同时由于生产能源管控系统的主要业务集中在数据库数据处理、数据统计、计算、查询等具有大量的数据库操作的业务上，因此系统的开发采用了在数据库处理方面具有巨大优势的C#程序设计语言进行开发。

2)数据架构的选择。根据该系统的主要业务内容，系统总体架构采用了C/S 的分层架构设计，将数据层、业务逻辑层、用户接口层分层次实现，既可在客户端进行大量的业务逻辑涉及的数据计算操作，又可提高系统的数据实时处理性能[4]。

3)数据库的选择。采用功能强大的Oracle数据库作为数据库服务平台，可充分满足该系统对数据业务处理、数据安全、数据备份等各方面的现有的和将来潜在的业务需求。

2 生产能源管控系统的应用

2.1 生产过程中数据的收集、记录方式

长期以来，该公司车间生产过程中各类生产数据信息的记录、收集皆采用纸质方式，并设有专门的岗位即数据录入操作员。采用人工方式记录、统计、分析生产过程数据，不能进行有效传递和及时分享，作业强度大，繁琐且效率低，时效性差，而生产能源管控系统能有效解决以上难题。

1)建立唯一标识IDNO。车间各工序每个机台都配有终端机、打印机、条码扫描枪等硬件设备，为每一件产品建立唯一标识IDNO，即采用一串数字来唯一标识一个实体，对铜加工生产过程中的跟踪数据、统计报表、生成及数据的反查至关重要。IDNO定义为熔铸工序首次在整个工艺过程中明确了十位IDNO值，如1809103301的前六位为日期，后四位的3、3分别为班次、铸造孔号，01为该孔当天铸造的第1根产品。

2)采用条形码扫描技术。生产过程中，每道工序是连续的，前一道工序产品成为下道工序原料，但各工序之间又相互独立。采用条形码扫描技术，通过ID可追溯每一道工序环节每一件产品留向，各工序生产主控界面实时呈现生产执行过程，通过工序管理、进度查询等不断加速实现生产全过程可视化、透明化，实现了产品生产过程数据的全方位实时在线跟踪与管控。

2.2 订单计划跟踪管理

订单计划跟踪管理是生产管理的核心内容。生产订单是定义物料质量和数量的工厂内部订单，由订单基本信息、物料概览、工艺技术标准和订单步骤组成，系统使用生产订单生命周期组件进行订单计划管理，将订单跟踪流程从计划制定、计划释放、生产准备、生产执行、质量检测到生产完成、发货的全过程以订单的方式串联在一起，从而实现了订单计划跟踪全流程管理。整个订单计划跟踪流程如图2所示。

图2 订单计划跟踪流程

2.3 产品质量管理

产品质量是加工类企业核心竞争力，是企业的生命线，该系统通过信息技术优化质量管理流程、整合分厂资源，可实现质量信息的实时记录、传递、预警，实现质量管理的协同运作和质量数据的科学分析。检测数据实时、准确、完整的录入，可及时发现产品缺陷及异常情况，系统预警机制可在第一时间发现问题，控制不合格品、待检品的误流转，有效地防范了批量质量事故的发生；同时检测数据实时录入、收集，摆脱了之前手工统计、分析的繁复，使管理者可实时掌控铜加工生产过程中产品成品率的动态，适时追踪产品质量情况。

2.4 模具管理

结合生产加工过程自身的特性，生产过程中使用到的模具数量大、种类繁多，为了规范模具的入库、出库管理，使模具管理及维护更加标准化、规范化、清晰化，提高模具完好率，特纳入生成能源管控系统子模块进行集中统一记录、管理。

1)创建模具信息资料库。该系统针对模具库所有模具进行重新梳理和整合，健全模具的帐卡制度，采用条形码管理模式，为每一件模具编号，以进行集中编码管理；建立和完善模具信息资料库，模具帐卡的建立包括一副模具从入库开始直至报废为止，任何时期的状态均需进行记录，通过其可查询全部、可用、正常、新模、退模、报废、封存的所有模具信息。

2)创建模具管理流程机制，包括模具领用、发放、维修、回收直至报废等所有环节的管控。模具库操作员对模具合格品物料等的发放和回收，均由扫描枪扫描模具实物上配带的条形码标签，实施快速、准确发放和回收操作步骤。

通过创建模具信息资料库、记录模具维护、管理的全过程，可追溯至每一件模具的存放位置、当前状态、对应的产量、模具历史维修与保养记录，真正实现了模具生命周期管理的全过程监控。

2.5 能源数据管理

对能源数据的管控，是整个生产过程管控中不可缺失的部分。

1)系统控通过与智能电表数据库的对接，借助接口技术，在程序上实现了实时采集能源消耗基础数据，在能耗数据监控采集的基础上，以实时数据库存储的能耗数据为基础，对生产能源管控系统的功能模块进行深入设计，最终实现能源消耗过程的信息化、可视化。

2)将这些能耗数据与相对应的设备、车间、班组生产数据相关联，实现了按车间、工序、班组、机台进行能耗统计，可在指定时间段内生成各种能耗、能效数据报表以及能耗、能效曲线，并对能耗水平进行诊断、评估，找出影响能耗的主因，分析节能潜力，再提出节能降耗措施。

3)从节能降耗、提高原材料利用率的综合控制指标出发，以三层神经网络结构模型为控制手段，可提升铜加工自动化生产过程的信息化管理水平，促进节能降耗目标的实现。

2.6 金属平衡管理

金属平衡管理是生产能源管控系统的重要内容，是衡量生产、技术和经营管理水平的重要标志。系统以生产过程中产品数据的实时记录、收集及检验数据为基础，采用计量、盘点一体化的数据集成方式，减少了数据传递中的人工记录可能产生的错误，提升了工作效率，实现了车间级和工序级金属平衡报表高效的智能化输出和管理，

综上所述，生产能源管控系统的成功上线，可摒弃各工序手工记录本，无需再设置数据录入员岗位，既可保证数据的准确性，又可摆脱生产数据繁琐的记录、统计及分析工作。由此加强了对在制品数量的管控，提高了订单交付率，通过对产品生产全过程的可视化、透明化实时跟踪及对金属平衡数据的管控，可将在制品数量由原1 200～1 300 t/月降至800～1 000 t/月，杜绝了库存浪费，盘活了流动资金，合格率亦较去年平均水平有所提高；依据生产订单号，对订单计划做到全方位追溯、精细化管控，订单交付率由原95%提升至98%。

3 结束语

生产实践证明，作为某集团公司加工企业中首个实现对生产数据进行实时采集、录入，成本分解至最小单元的单位，某铜管公司生产能源管控系统是成功的，为同行业树立了标杆，也为同行业信息化发展道路指引了方向。系统通过信息化手段对生产业务、流程、数据进行规范化管理，形成生产数据中心，对所有生产数据统一存储，以便进一步进行质量、生产等技术分析与追踪，实现数据共享，为生产调度、生产分厂、管理部门提供生产数据服务，减少手工操作，提高数据准确性、实时性，提升工作效率；同时进行数据统计分析，为生产单位和管理者提供数据基础和决策支持；通过量化管理，管理部门对企业生产能源利用状况实施实时、准确的动态监管，做到“掌握情况、摸清规律、系统诊断、合理用能”，杜绝能源浪费，高效回收利用能源，能快速、高效、经济地管理能源和提高生产作业效率，让生产过程、用能管理更加科学化、透明化、可控化，最终实现企业节能降耗、提质增效的目的[6]。