精益能效系統(tǒng)平臺(tái)在陶瓷行業(yè)的應(yīng)用實(shí)踐

嚴(yán)斌

摘 要：針對(duì)陶瓷企業(yè)能源管理粗放、節(jié)能降耗缺乏管理措施，能耗處于高位值的狀態(tài)，本文基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，建立陶瓷企業(yè)精益能效管理系統(tǒng)平臺(tái)，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)能源綜合利用效率最大化、降低生產(chǎn)制造成本，助力企業(yè)能源管理水平大幅提升。

關(guān)鍵詞：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng);陶瓷;能源管理;節(jié)能

1 引 言

陶瓷行業(yè)屬于高能耗、高污染行業(yè)，生產(chǎn)過(guò)程中消耗大量礦產(chǎn)資源和能源，隨著煤改氣、環(huán)保設(shè)備的投入，能源成本在制造成本的比例逐步加大。當(dāng)下陶瓷行業(yè)正在步入下行周期，使得企業(yè)管理者不得不從降低企業(yè)經(jīng)營(yíng)成本、提高企業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)力的角度出發(fā)，重視企業(yè)節(jié)能管理工作，降低用能成本。企業(yè)節(jié)能途徑有兩種，技術(shù)節(jié)能和管理節(jié)能;大部分陶瓷企業(yè)是重技術(shù)節(jié)能、輕管理節(jié)能，隨著企業(yè)近十年的節(jié)能技改，技術(shù)節(jié)能已經(jīng)陷入瓶頸;如何通過(guò)管理節(jié)能，持續(xù)降低企業(yè)能耗成本，以成為企業(yè)管理者急需解決的一個(gè)難題。

2 陶瓷企業(yè)管理節(jié)能

2.1 陶瓷企業(yè)能源管理現(xiàn)狀

（1）能源計(jì)量不完善：能源計(jì)量不能到三級(jí)設(shè)備、計(jì)量?jī)x表不準(zhǔn)確（例如：水煤氣的計(jì)量）、計(jì)量表計(jì)的精準(zhǔn)度不高（例如有些企業(yè)變壓器的表計(jì)為0.5S）。

（2）人工匯總統(tǒng)計(jì)：人工抄表，人工統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、一致性差、能耗統(tǒng)計(jì)分析顆粒度粗（統(tǒng)計(jì)到周、難以分解到工序、產(chǎn)線、班組能耗）。

（3）能耗異常難以追溯、企業(yè)節(jié)能潛力難以挖掘（球磨錯(cuò)峰、空壓機(jī)節(jié)能）。

2.2 精益能效管理系統(tǒng)平臺(tái)

當(dāng)前陶瓷企業(yè)能源管理粗放、節(jié)能降耗陷入瓶頸，企業(yè)的單位產(chǎn)品能耗不能有效的下降，通過(guò)現(xiàn)有的管理措施很難將節(jié)能潛力釋放，陶瓷企業(yè)的節(jié)能需要一套適合陶瓷行業(yè)的管理工具，輔助管理者實(shí)現(xiàn)全員節(jié)能降耗，從而降低陶瓷生產(chǎn)制造的能源成本。

2.2.1 精益能效管理系統(tǒng)價(jià)值

（1）助力企業(yè)實(shí)現(xiàn)能源管理水平提升：現(xiàn)場(chǎng)管理、可視化看板，結(jié)合員工績(jī)效考核KPI，正向激勵(lì)做的比較好的班組;班組能耗異常管理，能耗超標(biāo)產(chǎn)生告警通知管理人員，及時(shí)找到能耗異常的原因，消除異常;能源計(jì)量、統(tǒng)計(jì)、分析，通過(guò)自定義報(bào)表自動(dòng)呈現(xiàn)分發(fā)給管理人員，提高報(bào)表的準(zhǔn)確性和員工效率。

（2）提升企業(yè)能源綜合利用效率-TEM：電能質(zhì)量分析，減少無(wú)功損耗;能源平衡，分析能耗損失（“跑漏滴冒”）;能效分析、能效對(duì)標(biāo)，挖掘節(jié)能潛力，提升谷電利用效率;數(shù)據(jù)分析工具找到節(jié)能方向，降低用電成本：例如過(guò)量供應(yīng)造成的能耗浪費(fèi)、主電機(jī)停機(jī)輔機(jī)未關(guān)閉等。大數(shù)據(jù)建模沉淀生產(chǎn)操作經(jīng)驗(yàn)，找到生產(chǎn)運(yùn)行優(yōu)化的最佳工藝參數(shù)。

（3）節(jié)能精益改善：精益能效強(qiáng)調(diào)自上而下的系統(tǒng)策劃（系統(tǒng)平臺(tái)），同時(shí)注重自下而上的現(xiàn)場(chǎng)改善，有效結(jié)合節(jié)能專家以及現(xiàn)場(chǎng)人員能效改善小組（ESGA）的主動(dòng)性優(yōu)勢(shì)，將系統(tǒng)挖掘出的節(jié)能改善方向，通過(guò)改善小組，將每一個(gè)改善的方案通過(guò)SG-PDCA的方式將節(jié)能潛力釋放。

2.2.2精益能效管理系統(tǒng)技術(shù)路線

（1）精益能效管理系統(tǒng)功能模塊架構(gòu)。

精益能效管理系統(tǒng)平臺(tái)，采用微服架構(gòu)，擴(kuò)展能力強(qiáng)，系統(tǒng)升級(jí)迭代便利，整個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)分為5個(gè)層級(jí)：設(shè)備層為現(xiàn)場(chǎng)儀表和自動(dòng)化設(shè)備;采集層通過(guò)采集網(wǎng)關(guān)、DTU設(shè)備通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線采集現(xiàn)場(chǎng)儀表和自動(dòng)化設(shè)備數(shù)據(jù);基礎(chǔ)平臺(tái)采用阿里云的基礎(chǔ)設(shè)施，包括存儲(chǔ)、時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)、中間件產(chǎn)品等;數(shù)據(jù)中臺(tái)為精益能效管理系統(tǒng)平臺(tái)的核心業(yè)務(wù);應(yīng)用層為精益能效管理系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)。

（2）精益能效管理系統(tǒng)平臺(tái)技術(shù)路線。

企業(yè)端數(shù)據(jù)采集：采用GE Proficy 工業(yè)智能平臺(tái)，該平臺(tái)集合了國(guó)際主流廠商的控制器（PLC），現(xiàn)場(chǎng)儀表的通訊接口，多達(dá)2000多種協(xié)議，通過(guò)該系統(tǒng)平臺(tái)與現(xiàn)場(chǎng)儀表和上位機(jī)系統(tǒng)對(duì)接，保證數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

云端數(shù)據(jù)分析與利用在阿里云，精益能效云平臺(tái)集成在阿里云端，提供永久時(shí)長(zhǎng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，確保數(shù)據(jù)的安全性與開放性;

3 陶瓷企業(yè)精益能效管理平臺(tái)應(yīng)用案例

3.1能源管理能力的提升

3.1.1 現(xiàn)場(chǎng)管理

現(xiàn)場(chǎng)管理是通過(guò)能耗指標(biāo)、能源績(jī)效看板，同步生產(chǎn)線班組的能耗和生產(chǎn)指標(biāo)及達(dá)標(biāo)情況，實(shí)現(xiàn)能耗管理績(jī)效，正向激勵(lì)員工。

（1）傳統(tǒng)的管理方式：生產(chǎn)線班組紙制記錄能耗、產(chǎn)量、統(tǒng)計(jì)員Excel報(bào)表匯總、再同步到管理者微信群內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)，其特點(diǎn)是數(shù)據(jù)滯后，沒(méi)有和目標(biāo)能耗關(guān)聯(lián)，沒(méi)有形成班組對(duì)比效應(yīng)，不能激發(fā)員工積極性。

（2）現(xiàn)場(chǎng)管理看板模塊效果：將生產(chǎn)任務(wù)目標(biāo)和能耗指標(biāo)目視化，生產(chǎn)線運(yùn)行狀況實(shí)時(shí)掌控中;交接班時(shí)自動(dòng)生成班次生產(chǎn)績(jī)效看板，正向激勵(lì)員工;流程優(yōu)化、紙質(zhì)化報(bào)表減少10%。

3.1.2 異常管理

異常管理是指關(guān)鍵工序、設(shè)備能耗異常參數(shù)告警指定推送、快速發(fā)現(xiàn)和定位現(xiàn)場(chǎng)異常問(wèn)題，及時(shí)處理能耗異常故障。

（1）傳統(tǒng)的管理方式：能耗統(tǒng)計(jì)滯后、今日看昨日能耗、部分工序只關(guān)注周能耗管理;缺少數(shù)據(jù)分析工具，能耗使用的異常不能追溯、定位到異常發(fā)生的時(shí)刻;對(duì)于異常的能耗使用缺乏管理的流程和方法。

（2）告k能耗異常歸類、完善工序能耗管理的SOP，真正做到從發(fā)現(xiàn)問(wèn)題到解決問(wèn)題的改善，實(shí)現(xiàn)能耗異常管理的閉環(huán)。

3.1.3效率提升

效率提升體現(xiàn)在減人、無(wú)紙化方面的改善：智能抄表、智能報(bào)表減少抄表和數(shù)據(jù)錄入工時(shí)又提高了能源數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

（1）傳統(tǒng)的管理方式：?jiǎn)T工通過(guò)電房人工抄表、紙制記錄、Excel表統(tǒng)計(jì)的方式制作成生產(chǎn)報(bào)表，人工抄表統(tǒng)計(jì)的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)滯后、并且時(shí)常出錯(cuò)，需要做大量的核對(duì)工作。

（2）智能報(bào)表功能模塊效果：自動(dòng)抄表效率提升50%，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性提高至100%;自動(dòng)生成Excel表格，減少抄表員30%的工作量;紙質(zhì)化報(bào)表減少50%。

3.2能源綜合利用效率提升

3.2.1 提高能源利用效率

（1）能源質(zhì)量：分析企業(yè)供應(yīng)能源的能源質(zhì)量，提升能源的利用效率。以電為例：提升變壓器、各二級(jí)柜功率因數(shù)，減少無(wú)功損耗，提升變壓器容量的利用效率。變壓器這一層級(jí)新建的電房普遍安裝了電容補(bǔ)償柜，但是在車間現(xiàn)場(chǎng)的二級(jí)柜各生產(chǎn)線設(shè)備存在大量無(wú)功損耗，功率因素低。以一條拋光生產(chǎn)線為例，補(bǔ)償后視在功率可降低350KVA。

（2）能源損失：分析能源在生產(chǎn)過(guò)程中的能耗損失，通過(guò)平衡分析找到異常點(diǎn)（“跑漏滴冒”），針對(duì)偏差較大的地方進(jìn)行整改，減少能耗的損失。例如電的損失包括：變損、電損。

（3）能源浪費(fèi)：分析能源在生產(chǎn)過(guò)程中的浪費(fèi)，主要體現(xiàn)在生產(chǎn)等待的能耗浪費(fèi)、能源供給過(guò)量的浪費(fèi)、停產(chǎn)但未停機(jī)時(shí)的浪費(fèi)。例如：主設(shè)備停機(jī)輔機(jī)運(yùn)行，統(tǒng)計(jì)非生產(chǎn)時(shí)期工序功率或電耗，并設(shè)置指定時(shí)間段能耗超標(biāo)告警，減少電耗浪費(fèi)。

（4）谷電利用效率：例如分析每臺(tái)球磨機(jī)谷電時(shí)長(zhǎng)利用效率，對(duì)每一個(gè)批次球磨的用電成本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和排名。

（5）能效分析&對(duì)標(biāo)：定位生產(chǎn)班組、產(chǎn)線能耗異常、分析用能趨勢(shì)和能耗波動(dòng)，通過(guò)能效對(duì)標(biāo)找到產(chǎn)線與產(chǎn)線之間、班組與班組之間的數(shù)據(jù)潛力。

3.2.2 降低生產(chǎn)用能成本

（1）容需分析：容改需降低基本電費(fèi)，監(jiān)測(cè)企業(yè)最大需量，歷史波動(dòng)情況實(shí)時(shí)查詢，指導(dǎo)企業(yè)按需申報(bào)容量，降低變壓器容量基本費(fèi)用。

（2）間歇性設(shè)備錯(cuò)峰：陶瓷企業(yè)主要錯(cuò)峰的工序?yàn)閽伖馍a(chǎn)線、球磨車間，通過(guò)監(jiān)測(cè)工序的谷電占比并與公司的設(shè)定值進(jìn)行比較，將班組、日、月的錯(cuò)峰情況實(shí)時(shí)同步，減少峰電用量。在原料車間，通過(guò)對(duì)球磨機(jī)錯(cuò)峰排產(chǎn)的優(yōu)化，在滿足球磨機(jī)入球產(chǎn)能的要求下，自動(dòng)排程，減少峰電用量，提升谷電利用效率。

（3）沉淀工況下最佳工藝參數(shù)，降低設(shè)備用能：沉淀不同產(chǎn)品下窯爐司爐工的生產(chǎn)操作運(yùn)行參數(shù)，通過(guò)大數(shù)據(jù)算法，找到生產(chǎn)批次下滿足合格率情況下，能耗最低的生產(chǎn)操作工藝參數(shù)。

4 結(jié) 語(yǔ)

精益能效管理系統(tǒng)平臺(tái)目前已經(jīng)在眾多陶瓷企業(yè)得到了應(yīng)用和實(shí)踐：簡(jiǎn)一、蒙娜麗莎、家美陶瓷、東鵬陶瓷、冠星陶瓷、順昌陶瓷、匯翔陶瓷等30余家企業(yè)，隨著更多應(yīng)用場(chǎng)景的數(shù)據(jù)接入和數(shù)據(jù)沉淀，系統(tǒng)平臺(tái)還在不斷迭代和升級(jí)，提供更多的數(shù)據(jù)分析工具，沉淀生產(chǎn)操作的工藝參數(shù)，幫助更多的企業(yè)節(jié)能降耗，提質(zhì)增效！

參考文獻(xiàn)

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