智能制造背景下的卷烟企业能源管理应用研究

王立琼，刘西尧，杨华强

（1.湖北中烟工业有限责任公司武汉卷烟厂，湖北 武汉 430040；2.湖北中烟工业有限责任公司，湖北 武汉 430040）

1 背景综述

随着国家不断对现有能源结构进行细致化的调整，衍生出更多改革新理念，加快实现企业绿色、智慧化的发展进程，发展核心竞争力，让企业在管理效率以及生产经营能力方面发挥最大竞争优势。在烟草企业中全面推进智能制造，在生产制造领域实行物联网、云计算、人工智能5G等新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合，建立科学专业的能源数据智能分析模型，优化现有能源管理系统，提高能源利用效率，实现能源保障由粗放式供给向精准供应转变，加快企业朝着更安全、高效、经济的生产步伐前进，实现企业最优发展态势。

通过配备以高效且最具专业性的自动化设备作为技术支撑，运用大数据和人工智能等新型信息技术辅助企业进行能源整体运营管理，实现对企业能源的实时监测与优化分析，并通过对相关联数据进行有效收集整理，建立起集采集、监测、运行及管理于一体的智能化的能源监测管理系统，以更全面的角度帮助卷烟厂实现科学化的能源管理，最终以低成本、高效率的优化调配模式实现企业能源优化走在烟草行业前列。

2 卷烟工厂智能制造能力提升建议

相较于烟草企业传统的制造模式，智能制造是集成了企业所有的数字化生产过程，只需要通过数据处理机制与协同管理平台就以对整个生产线进行管控，与以往的烟草生产中一个环节出现了纰漏，往往要花费大量的时间对设备进行相应的排查、修复相比，智能制造可以说在很大程度上缩减了管理路径，极大程度上提高了工作效率，因此烟草企业在数字化转型的过程中亟需提升智能制造背景下的各项能力。

依据国家现有智能制造体系，要遵循GBT 39116-2020《智能制造能力成熟度模型》和GB T 39117-2020《智能制造能力成熟度评估方法》进行能力成熟度评估，明确卷烟企业的智能制造水平。按照成熟度等级二级的要求，对于能源管理应通过信息技术手段，对主要能源的产生、消耗点开展数据采集和计量；应建立水电气等重点能源消耗的动态监控和计量；应实现重点高能耗设备、系统等动态运行监控；应对有节能优化需求的设备开展实时计量，并基于计量结果进行节能改造。对于动能装备应通过信息技术手段制定设备维护计划，实现对设备设施维护保养的预警；应通过设备状态检测结果，合理调整设备维护计划；应采用设备管理系统实现设备点巡检、维护保养等状态和过程管理；逐步实现应实现设备关键运行参数数据的实时采集、故障分析和远程诊断；示例：如温度、电压、电流等；应依据设备关键运行参数等，实现设备综合效率（OEE）统计；应建立设备故障知识库，并与设备管理系统集成；应依据设备运行状态，自动生成检修工单，实现基于设备运行状态的检修维护闭环管理（如图1所示）。

图1 智能制造能力成熟度模型的构成

烟草行业YC/T587-2020《卷烟工厂生产制造水平综合评价方法》为烟草行业内各公司和各工厂建立一个描述其智能制造综合水平的模型，旨在解决各公司和各工厂的智能制造水平如何评价问题。卷烟企业具备良好的数字化生产基础，集中体现了烟草行业智能制造水平，参照卷烟工厂智能制造能力评价指标体系，将智能管理子域下的能源管理，分解成为能源供应状态监视水平、能源异常预警能力和能源运行调度水平等三个指标进行评价，广义范围上还应包括，智能生产子域下的生产调度与生产控制，智能管理子域下的设备管理，以及信息支撑子域下的网络环境与信息融合。

在智能生产子域，应该关注生产控制，实现对生产执行状态的数据采集，对生产执行状态可视化监视，对生产执行进度异常的自动报警，以及对生产运行状态自动分析。

在智能管理子域，首先把设备管理当成首要任务，通过技术改造与升级实现设备运行状态监控能力，远程（厂级）设备故障诊断能力，补充设备全生命周期管理。

对于信息支撑子域应加大信息融合投入，卷烟厂各类信息系统众多，已形成数据排他的特性，因此需要打造数据交换能力和数据融合能力，补充信息化短板，实现各系统集成，并进行数据底层交换，同时还需要规划数据协同能力。

3 技术架构

现有卷烟能源管理采用传统的层级制，即“国家平台+省级平台+重点用能单位接入端系统”的三层网络架构，见图2。省级平台接收全省重点用能单位上传的数据，与国家平台进行数据对接，为全省重点用能单位及相关部门提供支持服务的功能。公司重点能耗监测端系统建设，是在满足公司数据集成规范的前提下，将下辖工厂的工业电力、天然气、工业水主要能耗数据采集汇聚至公司端系统和数据分析系统，通过公司部署的端设备将能耗数据加密处理上传至能耗在线监测省级平台、制造部（厂级）能耗监测平台。

图2 总体架构

4 系统实施方案

4.1 能耗数据采集

卷烟厂数据中心安装汇集服务器和无线传输主机，汇集服务器和各无线传输主机之间采用RS485方式接口，通过屏蔽双绞线连接；无线传输主机和无线传输从机之间通过无线传输，各主从机之间通过410-441MHZ不同频段信道和网络号区分；无线传输从机和表计之间通过485通信队列控制器实现表计RS485接口扩展和数据缓存，无线传输从机、485通信队列控制器、表计之间采用RVVP2*0.5屏蔽双绞134线进行连接；卷烟厂能源数据服务器前置程序、总部能源数据前置程序、端设备内网机、中烟公司数据中心之间通过MQ消息队列形式传输，端设备内网机采集到能耗数据后采取文件摆渡方式将数据传输到外网机端系统内进行能耗数据处理再上报到省级能耗在线监测省平台，见图3。

图3 数据采集网络架构图

4.2 应用集成架构

应用集成架构以ESB为中心，应用集成从以下三个方面解决企业的应用集成问题，并实现更大的业务价值：基础代码与主数据的共享与同步；应用系统之间的业务数据交互；可以实施灵活的企业流程管理，实现灵活、敏捷的业务流程处理。应用集成的总体逻辑架构图见下页图4。

图4 应用集成架构

4.2.1 数据资源层

企业中现有的是各个应用系统、各个外部数据源的数据资源。这些数据资源当前是散乱并且各自独立，可能有些应用系统存在点对点进行交互数据。这些数据是企业的信息资源基础。

4.2.2 服务资源层

应用服务层是应用系统中的应用逻辑层。系统在实施时，需要尽可能地利用现有的应用逻辑与功能，在服务资源层将现有系统的功能进行封装，以Web-Service、REST/Http或MQ的方式提供服务接口，供上层调用。186JDBC适配器是一个特殊的服务，该适配器直接连接到现有数据库，并将数据的变更（增加/删除/修改）转换成相应的MQ消息提供给ESB服务器进行处理。如果现有应用系统不适宜改动，不能直接提供服务的，可以对其数据库进行进行监控以提供直接面向其数据操作的服务。

4.2.3 交换服务层

主要是企业服务总线，企业服务总线（ESB）是一个实现了通信、互连、转换、可移植性和安全性标准接口的企业基础软件平台，我们使用ESB作为数据交换服务、业务流程集成的基础信息交换平台。ESB与外部系统交互主要通过API网关服务来实现。

4.2.4 数据标准层

主数据管理平台在信息架构中，主要是管理基础代码与企业所有业务域的主数据。主要的基础代码与主数据在主数据管理平台上进行维护。在数据集成开发与实施应用过程中，涉及到的所有基础数据信息，必须与主数据平台进行对接，并遵循主数据管理办法和集成规范，进行数据集成交换。

4.3 能源监测系统功能设计

在线端系统部署在重点用能单位内部，实现对能耗设备数据采集、分析、汇总、上传到省市平台，具备一端多发的功能。主要功能包括基础管理、工艺设备管理、数据管理、第三方数据同步四大部分。其中基础管理包含企业基本信息、省市平台接口、设备注册参数、上传参数配置、标准基础数据等功能；工艺设备管理包含企业工序管理、工序单元管理、工厂设备管理、计量器具管理、采集数据查询等功能；数据管理包含指标配置、手工填报、数据报表、系统日志等功能。第三方数据源管理主要是数据源配置（通过SQL定时同步第三方数据到端系统）。能耗监测端系统应用于重点用能单位，对能源消费总量、能源消费趋势以及能源消费结构进行统计分析，并提供对全厂、工序（车间）和重点设备不同级别的能源消费指标的监测和统计分析的功能。

5 结语

通过构建卷烟企业能源管理体系架构，分析能源管理权重值，厘清企业能源管理的现状，结合价值导向重点运用动能单位能耗在线监测系统技术，搭建了能耗在线监测系统，实现重点用能单位能耗数据采集、用能趋势和异常问题分析、节能减排目标完成情况和能源储备情况等的全面管理，确保企业能够准确掌握能源消耗过程，减少浪费与损耗，提高企业经济效益。