精益能效系统平台在陶瓷行业的应用实践
时间：2021-01-29 12:02:00 来源：达达文档网 本文已影响 人 
严斌
摘 要：针对陶瓷企业能源管理粗放、节能降耗缺乏管理措施，能耗处于高位值的状态，本文基于工业互联网和大数据技术，建立陶瓷企业精益能效管理系统平台，帮助企业实现能源综合利用效率最大化、降低生产制造成本，助力企业能源管理水平大幅提升。
关键词：工业互联网;陶瓷;能源管理;节能
1 引 言
陶瓷行业属于高能耗、高污染行业，生产过程中消耗大量矿产资源和能源，随着煤改气、环保设备的投入，能源成本在制造成本的比例逐步加大。当下陶瓷行业正在步入下行周期，使得企业管理者不得不从降低企业经营成本、提高企业综合竞争力的角度出发，重视企业节能管理工作，降低用能成本。企业节能途径有两种，技术节能和管理节能;大部分陶瓷企业是重技术节能、轻管理节能，随着企业近十年的节能技改，技术节能已经陷入瓶颈;如何通过管理节能，持续降低企业能耗成本，以成为企业管理者急需解决的一个难题。
2 陶瓷企业管理节能
2.1 陶瓷企业能源管理现状
（1）能源计量不完善：能源计量不能到三级设备、计量仪表不准确（例如：水煤气的计量）、计量表计的精准度不高（例如有些企业变压器的表计为0.5S）。
（2）人工汇总统计：人工抄表，人工统计数据的准确性、一致性差、能耗统计分析颗粒度粗（统计到周、难以分解到工序、产线、班组能耗）。
（3）能耗异常难以追溯、企业节能潜力难以挖掘（球磨错峰、空压机节能）。
2.2 精益能效管理系统平台
当前陶瓷企业能源管理粗放、节能降耗陷入瓶颈，企業的单位产品能耗不能有效的下降，通过现有的管理措施很难将节能潜力释放，陶瓷企业的节能需要一套适合陶瓷行业的管理工具，辅助管理者实现全员节能降耗，从而降低陶瓷生产制造的能源成本。
2.2.1 精益能效管理系统价值
（1）助力企业实现能源管理水平提升：现场管理、可视化看板，结合员工绩效考核KPI，正向激励做的比较好的班组;班组能耗异常管理，能耗超标产生告警通知管理人员，及时找到能耗异常的原因，消除异常;能源计量、统计、分析，通过自定义报表自动呈现分发给管理人员，提高报表的准确性和员工效率。
（2）提升企业能源综合利用效率-TEM：电能质量分析，减少无功损耗;能源平衡，分析能耗损失（“跑漏滴冒”）;能效分析、能效对标，挖掘节能潜力，提升谷电利用效率;数据分析工具找到节能方向，降低用电成本：例如过量供应造成的能耗浪费、主电机停机辅机未关闭等。大数据建模沉淀生产操作经验，找到生产运行优化的最佳工艺参数。
（3）节能精益改善：精益能效强调自上而下的系统策划（系统平台），同时注重自下而上的现场改善，有效结合节能专家以及现场人员能效改善小组（ESGA）的主动性优势，将系统挖掘出的节能改善方向，通过改善小组，将每一个改善的方案通过SG-PDCA的方式将节能潜力释放。
2.2.2精益能效管理系统技术路线
（1）精益能效管理系统功能模块架构。
精益能效管理系统平台，采用微服架构，扩展能力强，系统升级迭代便利，整个系统平台分为5个层级：设备层为现场仪表和自动化设备;采集层通过采集网关、DTU设备通过现场总线采集现场仪表和自动化设备数据;基础平台采用阿里云的基础设施，包括存储、时序数据库、中间件产品等;数据中台为精益能效管理系统平台的核心业务;应用层为精益能效管理系统应用平台。
（2）精益能效管理系统平台技术路线。
企业端数据采集：采用GE Proficy 工业智能平台，该平台集合了国际主流厂商的控制器（PLC），现场仪表的通讯接口，多达2000多种协议，通过该系统平台与现场仪表和上位机系统对接，保证数据采集的准确性和稳定性。
云端数据分析与利用在阿里云，精益能效云平台集成在阿里云端，提供永久时长的数据存储，确保数据的安全性与开放性;
3 陶瓷企业精益能效管理平台应用案例
3.1能源管理能力的提升
3.1.1 现场管理
现场管理是通过能耗指标、能源绩效看板，同步生产线班组的能耗和生产指标及达标情况，实现能耗管理绩效，正向激励员工。
（1）传统的管理方式：生产线班组纸制记录能耗、产量、统计员Excel报表汇总、再同步到管理者微信群内转发，其特点是数据滞后，没有和目标能耗关联，没有形成班组对比效应，不能激发员工积极性。
（2）现场管理看板模块效果：将生产任务目标和能耗指标目视化，生产线运行状况实时掌控中;交接班时自动生成班次生产绩效看板，正向激励员工;流程优化、纸质化报表减少10%。
3.1.2 异常管理
异常管理是指关键工序、设备能耗异常参数告警指定推送、快速发现和定位现场异常问题，及时处理能耗异常故障。
（1）传统的管理方式：能耗统计滞后、今日看昨日能耗、部分工序只关注周能耗管理;缺少数据分析工具，能耗使用的异常不能追溯、定位到异常发生的时刻;对于异常的能耗使用缺乏管理的流程和方法。
（2）告k能耗异常归类、完善工序能耗管理的SOP，真正做到从发现问题到解决问题的改善，实现能耗异常管理的闭环。
3.1.3效率提升
效率提升体现在减人、无纸化方面的改善：智能抄表、智能报表减少抄表和数据录入工时又提高了能源数据的准确性。
（1）传统的管理方式：员工通过电房人工抄表、纸制记录、Excel表统计的方式制作成生产报表，人工抄表统计的特点是数据滞后、并且时常出错，需要做大量的核对工作。
（2）智能报表功能模块效果：自动抄表效率提升50%，数据的准确性提高至100%;自动生成Excel表格，减少抄表员30%的工作量;纸质化报表减少50%。
3.2能源综合利用效率提升
3.2.1 提高能源利用效率
（1）能源质量：分析企业供应能源的能源质量，提升能源的利用效率。以电为例：提升变压器、各二级柜功率因数，减少无功损耗，提升变压器容量的利用效率。变压器这一层级新建的电房普遍安装了电容补偿柜，但是在车间现场的二级柜各生产线设备存在大量无功损耗，功率因素低。以一条抛光生产线为例，补偿后视在功率可降低350KVA。
（2）能源损失：分析能源在生产过程中的能耗损失，通过平衡分析找到异常点（“跑漏滴冒”），针对偏差较大的地方进行整改，减少能耗的损失。例如电的损失包括：变损、电损。
（3）能源浪费：分析能源在生产过程中的浪费，主要体现在生产等待的能耗浪费、能源供给过量的浪費、停产但未停机时的浪费。例如：主设备停机辅机运行，统计非生产时期工序功率或电耗，并设置指定时间段能耗超标告警，减少电耗浪费。
（4）谷电利用效率：例如分析每台球磨机谷电时长利用效率，对每一个批次球磨的用电成本进行统计分析和排名。
（5）能效分析&对标：定位生产班组、产线能耗异常、分析用能趋势和能耗波动，通过能效对标找到产线与产线之间、班组与班组之间的数据潜力。
3.2.2 降低生产用能成本
（1）容需分析：容改需降低基本电费，监测企业最大需量，历史波动情况实时查询，指导企业按需申报容量，降低变压器容量基本费用。
（2）间歇性设备错峰：陶瓷企业主要错峰的工序为抛光生产线、球磨车间，通过监测工序的谷电占比并与公司的设定值进行比较，将班组、日、月的错峰情况实时同步，减少峰电用量。在原料车间，通过对球磨机错峰排产的优化，在满足球磨机入球产能的要求下，自动排程，减少峰电用量，提升谷电利用效率。
（3）沉淀工况下最佳工艺参数，降低设备用能：沉淀不同产品下窑炉司炉工的生产操作运行参数，通过大数据算法，找到生产批次下满足合格率情况下，能耗最低的生产操作工艺参数。
4 结 语
精益能效管理系统平台目前已经在众多陶瓷企业得到了应用和实践：简一、蒙娜丽莎、家美陶瓷、东鹏陶瓷、冠星陶瓷、顺昌陶瓷、汇翔陶瓷等30余家企业，随着更多应用场景的数据接入和数据沉淀，系统平台还在不断迭代和升级，提供更多的数据分析工具，沉淀生产操作的工艺参数，帮助更多的企业节能降耗，提质增效！
参考文献
[1] 纪志城.制造系统资源能效精益管控技术[C]. 绿色制造产业技术创新战略联盟：中国机械工程学会，2014：170-176.
[2] 高军.精益化能源管理模式的实践与创新[C]. 中国金属学会、宝钢集团有限公司.第十届中国钢铁年会暨第六届宝钢学术年会论文集II.中国金属学会、宝钢集团有限公司：中国金属学会，2015：1785-1790.
