統計技術在煙草企業能源管理中的研究與應用

李飛 郭大權

摘要：為響應國家節能減排的號召，煙草企業需要在能源管控上入手，實現能源消耗的降低，同時保證生產的效率。本文利用統計技術，結合傳統的能源管理，為煙草企業設計并開發了能源管理模塊，可以集成在企業的MES中。通過在企業的部署應用驗證，實現了能源消耗的減少，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;統計技術;數據采集;煙草;節能

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，我國下發了《國務院關于加強節能工作的決定》，落實節約資源基本國策。提出了“節能減排”的政策措施。2016年國務院發布了《國務院關于印發“十三五”節能減排綜合工作方案的通知》，在“十二五”節能減排的成績基礎上，繼續加大力度，實現硬性的指標。

對于節能減排，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模和效率的基礎上，實現能源消耗的減少，達到污染物排放和資源消耗的減少。對于生產企業，節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境下去實現。這對企業是一個很大的挑戰，也是必須要面對和解決的問題。

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

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

2企業能源管理概述

能源管理，實際上是對企業能源的使用情況進行管控。在傳統的CIMS（Computer/contemporary Integrated ManufacturingSystems，計算機，現代集成制造系統）三層結構中，最上層的ERP（Enterprise Resource Planning，企業資源計劃）指定總體的能源計劃，最下層的設備監控系統對設備能源使用情況進行數據采集（包括自動采集和人工記錄）。通過采集上來的數據，經過分析后，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統計技術及其相關原理

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

統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，因為統計技術面對的是數據，所以在煙草行業的應用，也是根據基礎數據的來源來應用統計技術進行分析，從而起到不同的作用。

統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計技術，也叫作質量分布圖。它把所有的數據搜集起來，并進行劃分，繪制直方形矩形圖。數據結果的可讀性較好。柏拉圖與直方圖最大的區別在于，它強調的是少量關鍵數據。柏拉圖可以對多對象進行分析，也可以對單一對象分析。可以提高解決問題的效率，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，進而發現問題的根源。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關系，用點來表示原因和結果的分布，基于點的分布形態，我們就能夠找到數據之間的對應關系。

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

4煙草企業的能源管理設計

煙草行業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、數采設備、能耗維護和儀表數據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境也發生改變，能耗也隨之變化。儀表數據維護，主要是針對數采設備（儀表）的基本信息和當前狀態進行維護，及時排除故障，避免錯誤數據對生產和數據分析造成嚴重影響。

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，滿足企業生產的實際需求，同時也能夠作為參數，查找能源使用異常的情況。

在煙草企業中，應該由ERP下達能源計劃，能源計劃下達給MES（Manufacturing Execution System，制造執行系統）后，再根據生產現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，是指根據生產訂單，各個設備的使用情況，根據設備的狀態和維護周期，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化，降低生產環節能源的消耗。

4.3能源使用信息展示

能源使用信息的展示，可以將企業的能源使用狀況進行展示。可以按照不同的部門和人員使用要求，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據采集設備采集上來的原始數據，也可以將統計分析過的數據進行一并展示，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，數據的展示可以采用多種方式，例如圖標，餅圖，直方圖，折線圖，標記關鍵數據及超閾值數據報警等。

4.4能耗統計分析

我們可以在采集的原始數據基礎上，利用統計技術分析數據，并找到能夠優化的環節或者發現異常的數據，來實現節能減排。我們可以采用基本的統計技術，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能源數據的采集

能源數據的采集分為人工和自動兩種方式。人工的數據采集方式，是通過現場的操作者對各種數據定時進行人工記錄，并上傳到數據服務器中。自動的方式是指通過數據采集設備定時自動記錄數據，并直接上傳至數據服務器中。人工采集的好處在于靈活，而且因為時間間隔長，數據量少。但是因為是人工操作，所以數據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。自動采集數據的設備精度高，數據量大，能夠更準確的描述數據，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據，還需要人工維護，不夠靈活。

無論采用哪種方式，都是需要保障數據的準確度，這樣才能使用統計技術得到正確的結論。

5能源管理模塊的實現

對于煙草企業，需要獲得能源相關的數據，并且還需要統計技術幫助優化能源的使用。形成各種維度的統計表，來幫助管理人員和系統使用者進行決策，或者優化生產流程，查找高能耗環節進行優化。例如能耗統計功能，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。利用統計技術形成數據的分析結果，然后可以對比不同時間段的能源消耗情況，對于超過閾值的數據進行報警提示。

6結論

目前，該能源管理模塊已經完成開發，部署在某煙草企業。通過實際應用的驗證，幫助企業實現了節能減排，并且發現了能源消耗較大的點位，企業進行了對應的優化和改進。系統界面截圖如圖3所示。

通過能源管理模塊的應用，利用統計技術進行的數據分析結果能夠給企業的管理者提供非常直觀的數據對比和結論，而且對于能源消耗異常的數據也能比較準確和及時的發現，對企業的節能減排提供非常大的幫助。使企業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，節約了生產成本，對企業具有實際的意義。