制造業(yè)節能減排現狀及問(wèn)題

   過(guò)去的制造業(yè)依靠“效能”取勝，追求生產(chǎn)效率和成本的最優(yōu)；如今隨著(zhù)能源環(huán)境問(wèn)題日漸引起社會(huì )各界的關(guān)注，作為重要經(jīng)濟主體的制造業(yè)無(wú)疑要承擔更多的節能減排責任。

   然而，目前制造業(yè)節能減排工作的整體效果并不盡如人意。而制約節能效果發(fā)揮的一個(gè)重要方面就是缺乏全局性。制造業(yè)節能的全局性主要體現在兩個(gè)方面。一是節能觀(guān)點(diǎn)有待從局部走向全局。目前，對單體設備節能的關(guān)注度較大，而在系統節能方面的應用和推廣還不夠深入廣泛；同時(shí)，對于如何通過(guò)綜合協(xié)同整個(gè)生產(chǎn)系統中的物流和能流，合理統籌能源分配與設備分配等關(guān)鍵問(wèn)題，尚未形成全面有效的解決方案。二是節能技術(shù)需要與企業(yè)現有生產(chǎn)管理技術(shù)相集成。隨著(zhù)能效指標在制造性能評價(jià)中重要性的迅速提升，制造業(yè)節能工作的開(kāi)展必須以已有技術(shù)為依托，探尋能與現有系統有效集成的高能效制造。目前絕大多數企業(yè)注重于追求制造過(guò)程中的生產(chǎn)效率（如完工時(shí)間、設備利用率）和質(zhì)量、成本問(wèn)題，卻較少關(guān)注生產(chǎn)中能源的消耗和調配。因而，研究能源管理和生產(chǎn)調度的協(xié)同優(yōu)化也是實(shí)現高效能制造的關(guān)鍵之一。

   在現有研究工作中，生產(chǎn)調度和能源管理與優(yōu)化分屬不同的研究領(lǐng)域。生產(chǎn)調度是在滿(mǎn)足工藝和資源等約束條件下，通過(guò)安排各工件的加工設備和確定其在相應設備上的加工順序、加工時(shí)間、組批方式、投料策略等，使某個(gè)或多個(gè)調度指標達到最優(yōu)。而企業(yè)級能源優(yōu)化與管理是指以提高能源利用率為目的，對企業(yè)能源系統中能源消耗過(guò)程進(jìn)行計劃、組織、控制和監督。對于兩者的協(xié)同優(yōu)化手段，一些學(xué)者也取得了一定的研究成果，如考慮資源節約和減少噪聲的機械加工調度方案、同時(shí)考慮最大時(shí)延和能耗的批加工調度、考慮峰值負載功率約束的車(chē)間調度等。但從現有的成果看，仍存在以下問(wèn)題：一是問(wèn)題研究比較零散，缺乏統一的性能指標評價(jià)體系；二是大多針對具體對象進(jìn)行研究，推廣性較差；三是在實(shí)際中的應用較少，理論與實(shí)際脫離。

  生產(chǎn)調度與能源管理協(xié)同優(yōu)化未來(lái)研究與發(fā)展趨勢探討

  實(shí)現高效能制造的關(guān)鍵之一是生產(chǎn)調度與能源管理的協(xié)同優(yōu)化，為此需要重點(diǎn)思考并解決以下問(wèn)題。

  • 能源和生產(chǎn)性能指標綜合評價(jià)體系

  在制造自動(dòng)化追求的五大功能目標TQCSE（時(shí)間、質(zhì)量、成本、服務(wù)、環(huán)境）模型中，各要素相互關(guān)聯(lián)，節能減排不僅是E目標中的一項重要內容，也同時(shí)會(huì )影響C和S等。故需要基于傳統生產(chǎn)性能指標，進(jìn)一步加入對能耗性能的考慮，并對底層指標進(jìn)行細化研究。

  • 不同層級能流、物流之間關(guān)聯(lián)關(guān)系

  針對制造系統從工廠(chǎng)到設備單元各層級內所包含的物質(zhì)流、能量流和信息流的運作，生產(chǎn)活動(dòng)伴隨著(zhù)能源的消耗和流動(dòng)，能源的轉換也始終圍繞著(zhù)生產(chǎn)的需要進(jìn)行。企業(yè)的生產(chǎn)管理和能源管理均以生產(chǎn)過(guò)程為載體存在，也共享大多數系統生產(chǎn)數據和管理信息。分析生產(chǎn)物流與能流過(guò)程的復雜關(guān)聯(lián)關(guān)系，是進(jìn)一步研究能源與生產(chǎn)協(xié)同優(yōu)化的必要前提。

  • 多角度的能耗分析模型和協(xié)同優(yōu)化算法

  在分析能源系統運行機理及其與生產(chǎn)系統相互影響機制的基礎上，建立多角度的能耗模型架構及相應的視圖模型。同時(shí)，研究多種機制下的協(xié)同優(yōu)化算法，包括將能耗或生產(chǎn)指標作為目標的單目標優(yōu)化算法和同時(shí)考慮生產(chǎn)效率和能源效率的多目標優(yōu)化策略。

  在制造業(yè)信息化大潮的推動(dòng)下，能源的綠色管控受到來(lái)自軟件廠(chǎng)商、科研院所以及制造企業(yè)自身的多方關(guān)注。以上問(wèn)題也需要在各方力量的密切合作之下，以制造企業(yè)的實(shí)際需求為驅動(dòng)，并借鑒最新的科研成果，加以研究解決。

   摘自《自動(dòng)化博覽》2014年6月