一、引言

進入21世紀后，我國印染行業(yè)資源消耗大、污染排放大的問題日益顯著，面臨環(huán)保的要求、能源成本的巨大壓力。近年來，有些印染企業(yè)在節(jié)能環(huán)保方面做了許多工作，如余熱回收、中水回用等，對減少排放和節(jié)約能源有一定幫助，但對整個生產(chǎn)過程中能源數(shù)據(jù)還遠未實現(xiàn)可視化、信息化，且在工序過程管理中仍然相對粗放，產(chǎn)品一次成功率比較低，“過烘”、“過洗”及能源不必要的浪費現(xiàn)象嚴重。若能在生產(chǎn)過程中引入能源精細化管理，不管是從社會能源資源保護，還是從企業(yè)自身經(jīng)濟效益提升，乃至對企業(yè)數(shù)字化工廠建設都有十分重要的意義。

目前一些企業(yè)已經(jīng)認識到能源管理重要性，在生產(chǎn)車間安裝了水、電、蒸汽等計量儀表，然后采用實時監(jiān)控軟件實現(xiàn)自動化抄表。這相對于以前手工抄表統(tǒng)計在信息化程度上有很大的提升，也能統(tǒng)計出車間和班組的能源信息報表。但由于其無法與相關信息系統(tǒng)互聯(lián)，只能是一個能源信息孤島，無法結(jié)合生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)和ERP管理信息數(shù)據(jù)來形成能源診斷體系和能源考核體系。基本這些原因，我們針對本行業(yè)的特征和需求來進行印染行業(yè)能效管理信息系統(tǒng)的設計和研發(fā)。

二、   需求分析

本系統(tǒng)由上海勝易能源有限公司與紹興市一家印染公司共同合作研發(fā)，該公司位于紹興袍江新區(qū)，占地面積21萬平方米，擁有先進的制造設備和生產(chǎn)流水線，是一家具備現(xiàn)代化制造生產(chǎn)能力的印染企業(yè)。公司生產(chǎn)能耗主要有電能、水能、天然氣、蒸汽、熱能等能耗構成，在生產(chǎn)過程中能耗成本占據(jù)全部生產(chǎn)成本的很大比例，為了降低印染生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的經(jīng)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)。

三、方案設計

系統(tǒng)基于C/S架構和B/S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IE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。

系統(tǒng)的總體實現(xiàn)架構如圖所示：

從上圖中可以看出，系統(tǒng)按照功能邏輯分為三層：

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)。

通信層

數(shù)據(jù)采集服務層作為通信層的核心，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(chǎn)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。

能效管理層

能效管理層是能效管理管理信息系統(tǒng)的功能呈現(xiàn)平臺，根據(jù)不同角色用戶關心的功能內(nèi)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。

軟件功能包括如下：

<!--[if !supportLists]-->a、    <!--[endif]-->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；

<!--[if !supportLists]-->b、    <!--[endif]-->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；

<!--[if !supportLists]-->c、    <!--[endif]-->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(jié)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(jīng)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；

<!--[if !supportLists]-->d、    <!--[endif]-->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；

<!--[if !supportLists]-->e、    <!--[endif]-->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。

<!--[if !supportLists]-->f、    <!--[endif]-->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。

四、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(jīng)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。

首先我們要了解印染行業(yè)ERP信息管理生產(chǎn)流程如下圖：

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->

從上圖中可以看出一筆銷售合同從開始到結(jié)束要經(jīng)歷生成訂單、生產(chǎn)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(chǎn)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(jīng)濟效益，降低生產(chǎn)成本，必須從占比最大的能耗成本著手來挖掘節(jié)能潛力。雖然節(jié)能改造的具體措施方法眾多，但改造方式基本可歸納分為三類：

<!--[if !supportLists]-->1，         <!--[endif]-->設備更換，用低耗能設備來替代原來的高耗能設備。

<!--[if !supportLists]-->2，         <!--[endif]-->工藝優(yōu)化，在一定的條件下通過不影響生產(chǎn)目標任務方式對生產(chǎn)工藝進行局部優(yōu)化，可以降低能耗。

<!--[if !supportLists]-->3，         <!--[endif]-->精細化管理，實現(xiàn)生產(chǎn)過程能源消耗的“三個不必要”的管理，即杜絕“不必要的時間、不必要的地點，不必要的量”的能源消耗。

    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，在采取措施之前我們先有必要對整個生產(chǎn)的能耗成本細化分解，把把每筆合同的能耗成本分解成多個生產(chǎn)計劃訂單的能耗成本，然后把每筆生產(chǎn)訂單能耗成本分解成不同工序和不同班組的能耗成本。具體分解實現(xiàn)流程見下圖：

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->    即生產(chǎn)員工在生產(chǎn)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(chǎn)結(jié)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(chǎn)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)框架圖為：

<!--[if !vml]--><!--[endif]-->

各道工序的能耗成本數(shù)據(jù)經(jīng)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，對出現(xiàn)的能耗異?？梢跃唧w定位到某道工序過程和某位生產(chǎn)員工，然后有的放矢采取有效措施來降低能耗成本。

<!--[if !supportLists]-->五、  <!--[endif]-->小結(jié)

節(jié)能減排一直為政府和企業(yè)所重視的工作，但在具體開展過程中，如何抓住重點和理清脈絡，通過最優(yōu)的投入實現(xiàn)最大的收益。必須要先要建立能源診斷體系和能源考核體系，才能避免在實際改造工作中胡子眉毛一把抓，節(jié)能不增效。

本系統(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(chǎn)成本提高經(jīng)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)能理念的灌輸也有非常積極作用，讓所有人改變過去被動節(jié)能思想觀念，到現(xiàn)在主動加入和參與節(jié)能行動中，隱形的經(jīng)濟效益也非常明顯。

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