精益能效系統平臺在陶瓷行業的應用實踐

嚴斌

摘 要：針對陶瓷企業能源管理粗放、節能降耗缺乏管理措施，能耗處于高位值的狀態，本文基于工業互聯網和大數據技術，建立陶瓷企業精益能效管理系統平臺，幫助企業實現能源綜合利用效率最大化、降低生產制造成本，助力企業能源管理水平大幅提升。

關鍵詞：工業互聯網;陶瓷;能源管理;節能

1 引 言

陶瓷行業屬于高能耗、高污染行業，生產過程中消耗大量礦產資源和能源，隨著煤改氣、環保設備的投入，能源成本在制造成本的比例逐步加大。當下陶瓷行業正在步入下行周期，使得企業管理者不得不從降低企業經營成本、提高企業綜合競爭力的角度出發，重視企業節能管理工作，降低用能成本。企業節能途徑有兩種，技術節能和管理節能;大部分陶瓷企業是重技術節能、輕管理節能，隨著企業近十年的節能技改，技術節能已經陷入瓶頸;如何通過管理節能，持續降低企業能耗成本，以成為企業管理者急需解決的一個難題。

2 陶瓷企業管理節能

2.1 陶瓷企業能源管理現狀

（1）能源計量不完善：能源計量不能到三級設備、計量儀表不準確（例如：水煤氣的計量）、計量表計的精準度不高（例如有些企業變壓器的表計為0.5S）。

（2）人工匯總統計：人工抄表，人工統計數據的準確性、一致性差、能耗統計分析顆粒度粗（統計到周、難以分解到工序、產線、班組能耗）。

（3）能耗異常難以追溯、企業節能潛力難以挖掘（球磨錯峰、空壓機節能）。

2.2 精益能效管理系統平臺

當前陶瓷企業能源管理粗放、節能降耗陷入瓶頸，企業的單位產品能耗不能有效的下降，通過現有的管理措施很難將節能潛力釋放，陶瓷企業的節能需要一套適合陶瓷行業的管理工具，輔助管理者實現全員節能降耗，從而降低陶瓷生產制造的能源成本。

2.2.1 精益能效管理系統價值

（1）助力企業實現能源管理水平提升：現場管理、可視化看板，結合員工績效考核KPI，正向激勵做的比較好的班組;班組能耗異常管理，能耗超標產生告警通知管理人員，及時找到能耗異常的原因，消除異常;能源計量、統計、分析，通過自定義報表自動呈現分發給管理人員，提高報表的準確性和員工效率。

（2）提升企業能源綜合利用效率-TEM：電能質量分析，減少無功損耗;能源平衡，分析能耗損失（“跑漏滴冒”）;能效分析、能效對標，挖掘節能潛力，提升谷電利用效率;數據分析工具找到節能方向，降低用電成本：例如過量供應造成的能耗浪費、主電機停機輔機未關閉等。大數據建模沉淀生產操作經驗，找到生產運行優化的最佳工藝參數。

（3）節能精益改善：精益能效強調自上而下的系統策劃（系統平臺），同時注重自下而上的現場改善，有效結合節能專家以及現場人員能效改善小組（ESGA）的主動性優勢，將系統挖掘出的節能改善方向，通過改善小組，將每一個改善的方案通過SG-PDCA的方式將節能潛力釋放。

2.2.2精益能效管理系統技術路線

（1）精益能效管理系統功能模塊架構。

精益能效管理系統平臺，采用微服架構，擴展能力強，系統升級迭代便利，整個系統平臺分為5個層級：設備層為現場儀表和自動化設備;采集層通過采集網關、DTU設備通過現場總線采集現場儀表和自動化設備數據;基礎平臺采用阿里云的基礎設施，包括存儲、時序數據庫、中間件產品等;數據中臺為精益能效管理系統平臺的核心業務;應用層為精益能效管理系統應用平臺。

（2）精益能效管理系統平臺技術路線。

企業端數據采集：采用GE Proficy 工業智能平臺，該平臺集合了國際主流廠商的控制器（PLC），現場儀表的通訊接口，多達2000多種協議，通過該系統平臺與現場儀表和上位機系統對接，保證數據采集的準確性和穩定性。

云端數據分析與利用在阿里云，精益能效云平臺集成在阿里云端，提供永久時長的數據存儲，確保數據的安全性與開放性;

3 陶瓷企業精益能效管理平臺應用案例

3.1能源管理能力的提升

3.1.1 現場管理

現場管理是通過能耗指標、能源績效看板，同步生產線班組的能耗和生產指標及達標情況，實現能耗管理績效，正向激勵員工。

（1）傳統的管理方式：生產線班組紙制記錄能耗、產量、統計員Excel報表匯總、再同步到管理者微信群內轉發，其特點是數據滯后，沒有和目標能耗關聯，沒有形成班組對比效應，不能激發員工積極性。

（2）現場管理看板模塊效果：將生產任務目標和能耗指標目視化，生產線運行狀況實時掌控中;交接班時自動生成班次生產績效看板，正向激勵員工;流程優化、紙質化報表減少10%。

3.1.2 異常管理

異常管理是指關鍵工序、設備能耗異常參數告警指定推送、快速發現和定位現場異常問題，及時處理能耗異常故障。

（1）傳統的管理方式：能耗統計滯后、今日看昨日能耗、部分工序只關注周能耗管理;缺少數據分析工具，能耗使用的異常不能追溯、定位到異常發生的時刻;對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，真正做到從發現問題到解決問題的改善，實現能耗異常管理的閉環。

3.1.3效率提升

效率提升體現在減人、無紙化方面的改善：智能抄表、智能報表減少抄表和數據錄入工時又提高了能源數據的準確性。

（1）傳統的管理方式：員工通過電房人工抄表、紙制記錄、Excel表統計的方式制作成生產報表，人工抄表統計的特點是數據滯后、并且時常出錯，需要做大量的核對工作。

（2）智能報表功能模塊效果：自動抄表效率提升50%，數據的準確性提高至100%;自動生成Excel表格，減少抄表員30%的工作量;紙質化報表減少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）能源質量：分析企業供應能源的能源質量，提升能源的利用效率。以電為例：提升變壓器、各二級柜功率因數，減少無功損耗，提升變壓器容量的利用效率。變壓器這一層級新建的電房普遍安裝了電容補償柜，但是在車間現場的二級柜各生產線設備存在大量無功損耗，功率因素低。以一條拋光生產線為例，補償后視在功率可降低350KVA。

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

（3）能源浪費：分析能源在生產過程中的浪費，主要體現在生產等待的能耗浪費、能源供給過量的浪費、停產但未停機時的浪費。例如：主設備停機輔機運行，統計非生產時期工序功率或電耗，并設置指定時間段能耗超標告警，減少電耗浪費。

（4）谷電利用效率：例如分析每臺球磨機谷電時長利用效率，對每一個批次球磨的用電成本進行統計分析和排名。

（5）能效分析&對標：定位生產班組、產線能耗異常、分析用能趨勢和能耗波動，通過能效對標找到產線與產線之間、班組與班組之間的數據潛力。

3.2.2 降低生產用能成本

（1）容需分析：容改需降低基本電費，監測企業最大需量，歷史波動情況實時查詢，指導企業按需申報容量，降低變壓器容量基本費用。

（2）間歇性設備錯峰：陶瓷企業主要錯峰的工序為拋光生產線、球磨車間，通過監測工序的谷電占比并與公司的設定值進行比較，將班組、日、月的錯峰情況實時同步，減少峰電用量。在原料車間，通過對球磨機錯峰排產的優化，在滿足球磨機入球產能的要求下，自動排程，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，降低設備用能：沉淀不同產品下窯爐司爐工的生產操作運行參數，通過大數據算法，找到生產批次下滿足合格率情況下，能耗最低的生產操作工藝參數。

4 結 語

精益能效管理系統平臺目前已經在眾多陶瓷企業得到了應用和實踐：簡一、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，隨著更多應用場景的數據接入和數據沉淀，系統平臺還在不斷迭代和升級，提供更多的數據分析工具，沉淀生產操作的工藝參數，幫助更多的企業節能降耗，提質增效！

參考文獻

[1] 紀志城.制造系統資源能效精益管控技術[C]. 綠色制造產業技術創新戰略聯盟：中國機械工程學會，2014：170-176.

[2] 高軍.精益化能源管理模式的實踐與創新[C]. 中國金屬學會、寶鋼集團有限公司.第十屆中國鋼鐵年會暨第六屆寶鋼學術年會論文集II.中國金屬學會、寶鋼集團有限公司：中國金屬學會，2015：1785-1790.