制造业节能减排现状及问题

   过去的制造业依靠“效能”取胜，追求生产效率和成本的最优；如今随着能源环境问题日渐引起社会各界的关注，作为重要经济主体的制造业无疑要承担更多的节能减排责任。

   然而，目前制造业节能减排工作的整体效果并不尽如人意。而制约节能效果发挥的一个重要方面就是缺乏全局性。制造业节能的全局性主要体现在两个方面。一是节能观点有待从局部走向全局。目前，对单体设备节能的关注度较大，而在系统节能方面的应用和推广还不够深入广泛；同时，对于如何通过综合协同整个生产系统中的物流和能流，合理统筹能源分配与设备分配等关键问题，尚未形成全面有效的解决方案。二是节能技术需要与企业现有生产管理技术相集成。随着能效指标在制造性能评价中重要性的迅速提升，制造业节能工作的开展必须以已有技术为依托，探寻能与现有系统有效集成的高能效制造。目前绝大多数企业注重于追求制造过程中的生产效率（如完工时间、设备利用率）和质量、成本问题，却较少关注生产中能源的消耗和调配。因而，研究能源管理和生产调度的协同优化也是实现高效能制造的关键之一。

   在现有研究工作中，生产调度和能源管理与优化分属不同的研究领域。生产调度是在满足工艺和资源等约束条件下，通过安排各工件的加工设备和确定其在相应设备上的加工顺序、加工时间、组批方式、投料策略等，使某个或多个调度指标达到最优。而企业级能源优化与管理是指以提高能源利用率为目的，对企业能源系统中能源消耗过程进行计划、组织、控制和监督。对于两者的协同优化手段，一些学者也取得了一定的研究成果，如考虑资源节约和减少噪声的机械加工调度方案、同时考虑最大时延和能耗的批加工调度、考虑峰值负载功率约束的车间调度等。但从现有的成果看，仍存在以下问题：一是问题研究比较零散，缺乏统一的性能指标评价体系；二是大多针对具体对象进行研究，推广性较差；三是在实际中的应用较少，理论与实际脱离。

  生产调度与能源管理协同优化未来研究与发展趋势探讨

  实现高效能制造的关键之一是生产调度与能源管理的协同优化，为此需要重点思考并解决以下问题。

  • 能源和生产性能指标综合评价体系

  在制造自动化追求的五大功能目标TQCSE（时间、质量、成本、服务、环境）模型中，各要素相互关联，节能减排不仅是E目标中的一项重要内容，也同时会影响C和S等。故需要基于传统生产性能指标，进一步加入对能耗性能的考虑，并对底层指标进行细化研究。

  • 不同层级能流、物流之间关联关系

  针对制造系统从工厂到设备单元各层级内所包含的物质流、能量流和信息流的运作，生产活动伴随着能源的消耗和流动，能源的转换也始终围绕着生产的需要进行。企业的生产管理和能源管理均以生产过程为载体存在，也共享大多数系统生产数据和管理信息。分析生产物流与能流过程的复杂关联关系，是进一步研究能源与生产协同优化的必要前提。

  • 多角度的能耗分析模型和协同优化算法

  在分析能源系统运行机理及其与生产系统相互影响机制的基础上，建立多角度的能耗模型架构及相应的视图模型。同时，研究多种机制下的协同优化算法，包括将能耗或生产指标作为目标的单目标优化算法和同时考虑生产效率和能源效率的多目标优化策略。

  在制造业信息化大潮的推动下，能源的绿色管控受到来自软件厂商、科研院所以及制造企业自身的多方关注。以上问题也需要在各方力量的密切合作之下，以制造企业的实际需求为驱动，并借鉴最新的科研成果，加以研究解决。

   摘自《自动化博览》2014年6月