李飛 郭大權

摘要：為響應國家節(jié)能減排的號召，煙草企業(yè)需要在能源管控上入手，實現(xiàn)能源消耗的降低，同時保證生產的效率。本文利用統(tǒng)計技術，結合傳統(tǒng)的能源管理，為煙草企業(yè)設計并開發(fā)了能源管理模塊，可以集成在企業(yè)的MES中。通過在企業(yè)的部署應用驗證，實現(xiàn)了能源消耗的減少，同時降低了產品的生產成本，具有一定的應用價值和意義。

關鍵詞：能源管控;統(tǒng)計技術;數(shù)據(jù)采集;煙草;節(jié)能

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）33-0263-03

1概述

目前，能源管理已經(jīng)成為國內外的研究熱點，特別是在當前的國際氣候劇烈變化的背景下。2006年，我國下發(fā)了《國務院關于加強節(jié)能工作的決定》，落實節(jié)約資源基本國策。提出了“節(jié)能減排”的政策措施。2016年國務院發(fā)布了《國務院關于印發(fā)“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案的通知》，在“十二五”節(jié)能減排的成績基礎上，繼續(xù)加大力度，實現(xiàn)硬性的指標。

對于節(jié)能減排，并不是只在能源消耗上單純地減少，而是需要在不降低生產規(guī)模和效率的基礎上，實現(xiàn)能源消耗的減少，達到污染物排放和資源消耗的減少。對于生產企業(yè)，節(jié)能減排不再是一句口號，而是需要實實在在地去做，而且還是在激烈的市場競爭環(huán)境下去實現(xiàn)。這對企業(yè)是一個很大的挑戰(zhàn)，也是必須要面對和解決的問題。

煙草企業(yè)屬于生產制造行業(yè)，對能源的消耗較大，特別是煙絲生產的環(huán)節(jié)需要大量的能源，所以煙草企業(yè)需要在能源管理上下足功夫，才能夠在不對企業(yè)生產造成負面影響的前提下實現(xiàn)節(jié)能減排的目標。

本文從能源管理的角度，結合統(tǒng)計分析的方法，設計出一種能源管理方式，并開發(fā)相應的能源管理模塊，集成在企業(yè)的生產管理系統(tǒng)中，為企業(yè)的節(jié)能減排提供信息化的管理優(yōu)化方式。并且通過在企業(yè)中的實際應用，驗證該方法的可用性和實用性。為煙草企業(yè)的節(jié)能減排提供新思路。

2企業(yè)能源管理概述

能源管理，實際上是對企業(yè)能源的使用情況進行管控。在傳統(tǒng)的CIMS（Computer/contemporary Integrated ManufacturingSystems，計算機，現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)）三層結構中，最上層的ERP（Enterprise Resource Planning，企業(yè)資源計劃）指定總體的能源計劃，最下層的設備監(jiān)控系統(tǒng)對設備能源使用情況進行數(shù)據(jù)采集（包括自動采集和人工記錄）。通過采集上來的數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析后，可以制定能源的使用計劃和設備的使用計劃，上級管理部門通過生產計劃，對各個班組制定生產計劃。一般可劃分能源基本信息管理、能耗計劃制定、能耗信息獲取、能源設備使用計劃制定、能耗預測、能耗綜合分析和多層次能源使用信息展示七個功能模塊，如圖1所示。

3統(tǒng)計技術及其相關原理

統(tǒng)計時應用數(shù)學的一個分支，其理論基礎是概率論。統(tǒng)計學的發(fā)展產生了統(tǒng)計技術，統(tǒng)計技術不是單一的技術，它包含了很多方面，例如統(tǒng)計軟件的應用、計算結果的表達、對統(tǒng)計數(shù)據(jù)的解釋等等。統(tǒng)計技術主要用來解決實際問題，使統(tǒng)計分析的結果能夠對決策起到一定的作用。

統(tǒng)計技術并不是新技術，它是一門通用的技術，可以應用在不同的領域，因為統(tǒng)計技術面對的是數(shù)據(jù)，所以在煙草行業(yè)的應用，也是根據(jù)基礎數(shù)據(jù)的來源來應用統(tǒng)計技術進行分析，從而起到不同的作用。

統(tǒng)計技術在實際應用中主要的基礎技術有以下幾種：直方圖、柏拉圖、因果圖、為什么一為什么分析、散布圖等。直方圖是一種屬于幾何圖表的統(tǒng)計技術，也叫作質量分布圖。它把所有的數(shù)據(jù)搜集起來，并進行劃分，繪制直方形矩形圖。數(shù)據(jù)結果的可讀性較好。柏拉圖與直方圖最大的區(qū)別在于，它強調的是少量關鍵數(shù)據(jù)。柏拉圖可以對多對象進行分析，也可以對單一對象分析?？梢蕴岣呓鉀Q問題的效率，也叫作排列圖。因果圖是一種有效的定性分析手段，可以分析各種對質量有影響的因素。通過因果圖，我們可以找出問題的根本原因，從大到小，追溯到最根本的原因并解決它。因為分析的要素用箭頭標記出來，像魚的骨頭，所以因果圖也叫魚骨圖。為什么一為什么分析也叫作5個為什么，能快速診斷問題。它通過不斷的提出問題，逐步深入，進而發(fā)現(xiàn)問題的根源。散布圖則是用于描述兩個變量之間的關系，所以也叫相關圖。散布圖在圖上標記出關聯(lián)關系，用點來表示原因和結果的分布，基于點的分布形態(tài)，我們就能夠找到數(shù)據(jù)之間的對應關系。

另外，在定量管理中，還有其他的較為先進的統(tǒng)計技術，如假設檢驗、回歸分析、控制圖等。都可以用于對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析。在本文中，我們采用能源相關的數(shù)據(jù)作為基礎，使用基本的統(tǒng)計技術進行分析，找到能源消耗異常的點，并進行優(yōu)化，實現(xiàn)節(jié)能減排的目標。

4煙草企業(yè)的能源管理設計

煙草行業(yè)的能源管理與基本的能源管理基本一致。但是也有煙草行業(yè)自己的特點，例如在制絲工藝段，需要對煙絲進行烘焙，不同的煙絲的加工工藝不同，消耗的能源也有不同，而且因為這是保證產品質量的關鍵工序，其控制相對于其他工藝段更嚴格，所以能源的使用也需要更嚴格的管控。

在能源管理模塊中，我們需要對部門信息、設備信息、設備能源信息、能源計量設備、數(shù)采設備、能耗維護和儀表數(shù)據(jù)維護這些對象進行管理。其中部門信息屬于基本信息，包括了部門的人員、班組等基本信息，設備信息一樣包括了生產設備的基本信息。設備能源信息主要是設備能耗和能源使用情況，也屬于基礎信息。能源激浪設備和數(shù)采設備負責對能源使用情況進行記錄，是能源管理的基礎。能耗維護是對不同的工藝進行設置，當工藝要求改變，那么生產的要求和環(huán)境也發(fā)生改變，能耗也隨之變化。儀表數(shù)據(jù)維護，主要是針對數(shù)采設備（儀表）的基本信息和當前狀態(tài)進行維護，及時排除故障，避免錯誤數(shù)據(jù)對生產和數(shù)據(jù)分析造成嚴重影響。

4.1能源使用計劃

能源消耗主要還是對能源的使用進行計劃，通過統(tǒng)計分析的方法，對不同的設備、工序、工段、班組的能源使用情況進行分析，制定出合理的能源計劃，滿足企業(yè)生產的實際需求，同時也能夠作為參數(shù)，查找能源使用異常的情況。

在煙草企業(yè)中，應該由ERP下達能源計劃，能源計劃下達給MES（Manufacturing Execution System，制造執(zhí)行系統(tǒng)）后，再根據(jù)生產現(xiàn)場的實際情況進行分配，下達給各個設備和工序、班組等。這樣就可以形成詳細的能耗管理記錄。

4.2設備使用計劃

設備使用計劃，是指根據(jù)生產訂單，各個設備的使用情況，根據(jù)設備的狀態(tài)和維護周期，制定計劃，這樣可以為生產排產提供設備保障，保證生產過程中的設備的使用率，降低故障率，從而提高設備使用時間和效率，保證產品的質量達到要求。

設備在不同的生產狀態(tài)下的能源消耗是不同的，例如制絲工藝，不同的工藝要求，使用的能源是不一樣的，而且不同的設備在執(zhí)行相同的工序時也可能會有不同。設備使用計劃可以進行優(yōu)化，降低生產環(huán)節(jié)能源的消耗。

4.3能源使用信息展示

能源使用信息的展示，可以將企業(yè)的能源使用狀況進行展示?？梢园凑詹煌牟块T和人員使用要求，展示不同的信息，例如時間維度上可以按照年、季、月、日和小時進行和展示，也可以按照不同的部門展示，例如制絲車間、辦公室、卷包車間等。

展示的內容不是只有數(shù)據(jù)采集設備采集上來的原始數(shù)據(jù)，也可以將統(tǒng)計分析過的數(shù)據(jù)進行一并展示，給操作者和管理者直觀的結論，幫助其制定生產計劃或者對生產進行調整。為了便于使用者理解，數(shù)據(jù)的展示可以采用多種方式，例如圖標，餅圖，直方圖，折線圖，標記關鍵數(shù)據(jù)及超閾值數(shù)據(jù)報警等。

4.4能耗統(tǒng)計分析

我們可以在采集的原始數(shù)據(jù)基礎上，利用統(tǒng)計技術分析數(shù)據(jù)，并找到能夠優(yōu)化的環(huán)節(jié)或者發(fā)現(xiàn)異常的數(shù)據(jù)，來實現(xiàn)節(jié)能減排。我們可以采用基本的統(tǒng)計技術，例如直方圖、因果圖等，分析后的結果可以通過圖標的形式進行展示，便于理解，也可以根據(jù)結果直接給出結論或者建議，來幫助管理者進行決策。

4.5能源數(shù)據(jù)的采集

能源數(shù)據(jù)的采集分為人工和自動兩種方式。人工的數(shù)據(jù)采集方式，是通過現(xiàn)場的操作者對各種數(shù)據(jù)定時進行人工記錄，并上傳到數(shù)據(jù)服務器中。自動的方式是指通過數(shù)據(jù)采集設備定時自動記錄數(shù)據(jù)，并直接上傳至數(shù)據(jù)服務器中。人工采集的好處在于靈活，而且因為時間間隔長，數(shù)據(jù)量少。但是因為是人工操作，所以數(shù)據(jù)的精確度沒有自動采集的高。而且人工操作也存在誤操作的可能。自動采集數(shù)據(jù)的設備精度高，數(shù)據(jù)量大，能夠更準確的描述數(shù)據(jù)，但是因為是自動采集，如果設備有故障，則不能及時的上傳數(shù)據(jù)，還需要人工維護，不夠靈活。

無論采用哪種方式，都是需要保障數(shù)據(jù)的準確度，這樣才能使用統(tǒng)計技術得到正確的結論。

5能源管理模塊的實現(xiàn)

對于煙草企業(yè)，需要獲得能源相關的數(shù)據(jù)，并且還需要統(tǒng)計技術幫助優(yōu)化能源的使用。形成各種維度的統(tǒng)計表，來幫助管理人員和系統(tǒng)使用者進行決策，或者優(yōu)化生產流程，查找高能耗環(huán)節(jié)進行優(yōu)化。例如能耗統(tǒng)計功能，如圖2所示，可以按照能源種類進行分類，包括蒸汽、電、柴油等，可以按照開始時間、結束時間、年、月、日設置時間段進行查詢。利用統(tǒng)計技術形成數(shù)據(jù)的分析結果，然后可以對比不同時間段的能源消耗情況，對于超過閾值的數(shù)據(jù)進行報警提示。

6結論

目前，該能源管理模塊已經(jīng)完成開發(fā)，部署在某煙草企業(yè)。通過實際應用的驗證，幫助企業(yè)實現(xiàn)了節(jié)能減排，并且發(fā)現(xiàn)了能源消耗較大的點位，企業(yè)進行了對應的優(yōu)化和改進。系統(tǒng)界面截圖如圖3所示。

通過能源管理模塊的應用，利用統(tǒng)計技術進行的數(shù)據(jù)分析結果能夠給企業(yè)的管理者提供非常直觀的數(shù)據(jù)對比和結論，而且對于能源消耗異常的數(shù)據(jù)也能比較準確和及時的發(fā)現(xiàn)，對企業(yè)的節(jié)能減排提供非常大的幫助。使企業(yè)在保證生產效率的基礎上，降低了能源消耗，同時也提高了生產效率，節(jié)約了生產成本，對企業(yè)具有實際的意義。