復雜產品制造業HSEE綜合管理平臺的設計及能源管理模塊的實現

張競銘，王 堅，戴毅茹

（同濟大學CIMS 研究中心，上海 201804）

0 引言

隨著社會的進步和人類對管理的認識逐步深化，僅依靠訂單和生產來維系其生存的企業已經很難有發展的前途了，保護環境、倡導安全生產、關注員工職業健康以及在完成生產任務的前提下最小化能源消耗等諸多問題已成為現代企業管理中重要的部分。

復雜產品制造企業由于其涉及的生產過程數量眾多、能源消耗巨大、對環境和人員的影響較大，所以如能在這些方面加強管理，將會產生非常巨大的經濟和社會效益。本文以石油天然氣工業通行的HSE（職業健康、安全生產和環境管理）管理體系思想為基礎，加入了對能源消耗的管理內容，提出了以B/S 結構為載體的適用于復雜產品制造企業的HSEE 綜合管理平臺的設計方法。

1 平臺設計

復雜產品制造業是一種特殊的產業，既有技術密集型產業的特點，在某些方面也兼有勞動密集型產業的性質。在生產方面，較為依賴高技術含量的設備、裝置和工藝，但是對于勞動力的使用量也很大；在人員構成方面，科技人員和一線生產人員的比例較為接近；在產品方面，科技含量高、性能復雜，但是更新換代速度不快，產品開發過程較長。

針對復雜產品制造業的特點以及該行業對于健康、安全、環境和能源管理的需求，同濟大學CIMS 研究中心在石油化工企業推行的HSE（健康、安全、環境）管理體系的基礎上提出了結合能源管理的HSEE（健康、安全、環境、能源）綜合管理平臺，將實際工作中密不可分的四塊內容整合到一個信息平臺下進行管理。

1.1 設計的理念、思想及目的

HSEE 平臺的設計體現了根據不同業務需求按時間進行事前、事中、事后管理，并形成PDCA 循環的理念。按照 “系統” 的思想對平臺的四個分系統進行管理，數據獲取方面采用分布式數據采集與人機交互界面錄入相結合的方式進行，將采集到的數據統一存放于HSEE 平臺數據倉庫，使得各系統使用統一的數據源，能很好的解決過往企業使用眾多信息管理系統造成的信息孤島問題，也確保了基礎信息的一致性和唯一性，并能以統一的標準在各系統間進行信息交互和共享。

HSEE 平臺的設計初衷是為了滿足企業對于員工的職業健康、生產安全管理、環境保護管理和能源管理的日常需求，為各級管理人員對于數據統計分析處理的提供方便，并為最高管理者的決策提供支持，通過使用一個系統化的平臺來提高各級人員的工作效率、降低企業信息化運營成本。

1.2 系統設計

（1）機制設計。HSEE 平臺的設計基于ASP.NET 的基礎框架，該框架是一種能很好的應用于創建動態Web頁的服務器端技術，主要用于Web 應用程序和Web 服務技術的開發。ASP.NET 的運行機制如圖1 所示。

圖1 ASP.NET 運行機制Fig.1 The operating mechanism of ASP.NET

（2）架構設計。在對平臺進行系統架構設計時，主要考慮盡量提高各子系統的內聚性、降低子系統間的耦合度；對于子系統內的模塊也盡可能地在設計時考慮這一原則。不過由于能源管理子系統的特殊性，能耗預測、供需平衡分析、能耗優化仿真及其調度等功能的實現需要以數據的采集、統計作為依托，使得這一特定子系統各模塊間的耦合度較高。

通過以上分析并結合當下用戶對軟件系統維護性、操作性及運營成本越來越高的要求，決定采用B/S 結構（Browser/Server，即瀏覽器/服務器模式）作為HSEE 平臺的網絡結構模式。由于B/S 結構是典型的分布式應用程序結構，故在軟件體系架構設計時采用分層式結構： 將系統自表及里分為表現層（UIL）、業務邏輯層（又稱領域層/BLL）、數據訪問層（DAL）三個邏輯層，這樣不僅在開發時就使程序具有高度伸縮性和靈活性，還易于分工協作、代碼重用、修改維護和對功能的擴展。本系統的構架設計如圖2 所示。

表示層： 為用戶提供人機交互界面，利用ASP.NET Web 應用程序和XML Web services 形成可以提供豐富、靈活和可交互性強的用戶界面。

業務邏輯層： 提供關鍵業務及其數據的處理，主要進行業務處理的邏輯判斷和數據判斷及處理。

數據訪問層： 負責數據庫的訪問，為業務邏輯層提供數據并根據傳入的數據及對其的操作要求進行增刪改查的操作。

圖2 系統構架設計Fig.2 The design of system framework

2 功能設計及實現

HSEE 綜合管理平臺功能分為兩大塊： 基本功能模塊和業務功能模塊。基本功能模塊包括用戶權限管理、數據管理和系統配置三個功能單元，業務功能模塊按照職業健康（H）、安全生產（S）、環境保護（E）和能源管理（E）分為四個子模塊，四個子模塊中不僅包括了組織架構管理、培訓管理、通知通告、知識庫和信息提醒等功能相同但管理內容不同的功能單元，又包括了根據各自業務需求而設置的功能單元，如圖3 所示。

圖3 HSEE 平臺功能模塊Fig.3 Function modules of HSEE platfrom

下面以平臺能源管理子系統為例，介紹能耗統計、能效評估、供需平衡分析三個典型模塊的功能。

2.1 能耗統計

復雜制造企業的能源消耗統計方式與普通企業類似，常見的有現場實時采集、人工輸入和電子文檔導入三種方式，本系統將上述三種途徑獲取的能耗數據分別放入三張數據表中，再根據預先設定的策略對來自不同路徑的同一數據進行比較分析及處理，并將處理完的數據存放至最終的能耗數據表中。

2.2 能效評估

利用層次分析法結合企業實際生產經驗的方法，對企業生產最為常用的能源進行評估體系構建，按照經濟能效指標、技術能效指標、管理能效指標和環境能效指標的分類分別定出各項指標。能效評估的另一項重要作用是對企業的節能潛力分析提供基礎。圖4 所示為軟件運行結果的典型界面。

圖4 能效評估結果界面Fig.4 The interface of energy efficiency assessment

2.3 供需平衡分析

能源供需平衡分析的目的是幫助企業在生產中更有計劃地規劃能源的分配，利用能耗預測得出的預計消耗值作為能源使用規劃基準與實際值進行對比，并將對比結果作為下一周期能耗預測的輸入來完善預測值，形成一個預測→對比→0 預測的閉環分析方案，使得每個周期開始前的預測趨向精確，實現能源消耗管理從事中、事后管理模式向事前管理的轉變，如圖5 所示。

3 結束語

圖5 閉環平衡分析Fig.5 Closed loop balance analysis

本系統針對復雜制造企業的特點，充分利用了網絡和計算機技術的優勢，能夠幫助企業在職業健康、安全生產、環境保護和能源管理方面實現管理方式突破以及管理效果的飛躍。但是本系統開發設計時對不同生產流程及業務流程的通用性不強，需要針對企業進行調研并根據業務需求定制流程，對于企業實施提出了較高的要求。今后可以在系統現有功能的基礎上加上工作流建模的方法，以達到業務實現過程自動化且用戶可以自行調整的目的。

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