張競銘，王 堅(jiān)，戴毅茹

（同濟(jì)大學(xué)CIMS 研究中心，上海 201804）

0 引言

隨著社會的進(jìn)步和人類對管理的認(rèn)識逐步深化，僅依靠訂單和生產(chǎn)來維系其生存的企業(yè)已經(jīng)很難有發(fā)展的前途了，保護(hù)環(huán)境、倡導(dǎo)安全生產(chǎn)、關(guān)注員工職業(yè)健康以及在完成生產(chǎn)任務(wù)的前提下最小化能源消耗等諸多問題已成為現(xiàn)代企業(yè)管理中重要的部分。

復(fù)雜產(chǎn)品制造企業(yè)由于其涉及的生產(chǎn)過程數(shù)量眾多、能源消耗巨大、對環(huán)境和人員的影響較大，所以如能在這些方面加強(qiáng)管理，將會產(chǎn)生非常巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。本文以石油天然氣工業(yè)通行的HSE（職業(yè)健康、安全生產(chǎn)和環(huán)境管理）管理體系思想為基礎(chǔ)，加入了對能源消耗的管理內(nèi)容，提出了以B/S 結(jié)構(gòu)為載體的適用于復(fù)雜產(chǎn)品制造企業(yè)的HSEE 綜合管理平臺的設(shè)計(jì)方法。

1 平臺設(shè)計(jì)

復(fù)雜產(chǎn)品制造業(yè)是一種特殊的產(chǎn)業(yè)，既有技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)，在某些方面也兼有勞動密集型產(chǎn)業(yè)的性質(zhì)。在生產(chǎn)方面，較為依賴高技術(shù)含量的設(shè)備、裝置和工藝，但是對于勞動力的使用量也很大；在人員構(gòu)成方面，科技人員和一線生產(chǎn)人員的比例較為接近；在產(chǎn)品方面，科技含量高、性能復(fù)雜，但是更新?lián)Q代速度不快，產(chǎn)品開發(fā)過程較長。

針對復(fù)雜產(chǎn)品制造業(yè)的特點(diǎn)以及該行業(yè)對于健康、安全、環(huán)境和能源管理的需求，同濟(jì)大學(xué)CIMS 研究中心在石油化工企業(yè)推行的HSE（健康、安全、環(huán)境）管理體系的基礎(chǔ)上提出了結(jié)合能源管理的HSEE（健康、安全、環(huán)境、能源）綜合管理平臺，將實(shí)際工作中密不可分的四塊內(nèi)容整合到一個信息平臺下進(jìn)行管理。

1.1 設(shè)計(jì)的理念、思想及目的

HSEE 平臺的設(shè)計(jì)體現(xiàn)了根據(jù)不同業(yè)務(wù)需求按時間進(jìn)行事前、事中、事后管理，并形成PDCA 循環(huán)的理念。按照 “系統(tǒng)” 的思想對平臺的四個分系統(tǒng)進(jìn)行管理，數(shù)據(jù)獲取方面采用分布式數(shù)據(jù)采集與人機(jī)交互界面錄入相結(jié)合的方式進(jìn)行，將采集到的數(shù)據(jù)統(tǒng)一存放于HSEE 平臺數(shù)據(jù)倉庫，使得各系統(tǒng)使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源，能很好的解決過往企業(yè)使用眾多信息管理系統(tǒng)造成的信息孤島問題，也確保了基礎(chǔ)信息的一致性和唯一性，并能以統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)在各系統(tǒng)間進(jìn)行信息交互和共享。

HSEE 平臺的設(shè)計(jì)初衷是為了滿足企業(yè)對于員工的職業(yè)健康、生產(chǎn)安全管理、環(huán)境保護(hù)管理和能源管理的日常需求，為各級管理人員對于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析處理的提供方便，并為最高管理者的決策提供支持，通過使用一個系統(tǒng)化的平臺來提高各級人員的工作效率、降低企業(yè)信息化運(yùn)營成本。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）機(jī)制設(shè)計(jì)。HSEE 平臺的設(shè)計(jì)基于ASP.NET 的基礎(chǔ)框架，該框架是一種能很好的應(yīng)用于創(chuàng)建動態(tài)Web頁的服務(wù)器端技術(shù)，主要用于Web 應(yīng)用程序和Web 服務(wù)技術(shù)的開發(fā)。ASP.NET 的運(yùn)行機(jī)制如圖1 所示。

圖1 ASP.NET 運(yùn)行機(jī)制Fig.1 The operating mechanism of ASP.NET

（2）架構(gòu)設(shè)計(jì)。在對平臺進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)時，主要考慮盡量提高各子系統(tǒng)的內(nèi)聚性、降低子系統(tǒng)間的耦合度；對于子系統(tǒng)內(nèi)的模塊也盡可能地在設(shè)計(jì)時考慮這一原則。不過由于能源管理子系統(tǒng)的特殊性，能耗預(yù)測、供需平衡分析、能耗優(yōu)化仿真及其調(diào)度等功能的實(shí)現(xiàn)需要以數(shù)據(jù)的采集、統(tǒng)計(jì)作為依托，使得這一特定子系統(tǒng)各模塊間的耦合度較高。

通過以上分析并結(jié)合當(dāng)下用戶對軟件系統(tǒng)維護(hù)性、操作性及運(yùn)營成本越來越高的要求，決定采用B/S 結(jié)構(gòu)（Browser/Server，即瀏覽器/服務(wù)器模式）作為HSEE 平臺的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式。由于B/S 結(jié)構(gòu)是典型的分布式應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)，故在軟件體系架構(gòu)設(shè)計(jì)時采用分層式結(jié)構(gòu)： 將系統(tǒng)自表及里分為表現(xiàn)層（UIL）、業(yè)務(wù)邏輯層（又稱領(lǐng)域?qū)?BLL）、數(shù)據(jù)訪問層（DAL）三個邏輯層，這樣不僅在開發(fā)時就使程序具有高度伸縮性和靈活性，還易于分工協(xié)作、代碼重用、修改維護(hù)和對功能的擴(kuò)展。本系統(tǒng)的構(gòu)架設(shè)計(jì)如圖2 所示。

表示層： 為用戶提供人機(jī)交互界面，利用ASP.NET Web 應(yīng)用程序和XML Web services 形成可以提供豐富、靈活和可交互性強(qiáng)的用戶界面。

業(yè)務(wù)邏輯層： 提供關(guān)鍵業(yè)務(wù)及其數(shù)據(jù)的處理，主要進(jìn)行業(yè)務(wù)處理的邏輯判斷和數(shù)據(jù)判斷及處理。

數(shù)據(jù)訪問層： 負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫的訪問，為業(yè)務(wù)邏輯層提供數(shù)據(jù)并根據(jù)傳入的數(shù)據(jù)及對其的操作要求進(jìn)行增刪改查的操作。

圖2 系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)Fig.2 The design of system framework

2 功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

HSEE 綜合管理平臺功能分為兩大塊： 基本功能模塊和業(yè)務(wù)功能模塊?；竟δ苣K包括用戶權(quán)限管理、數(shù)據(jù)管理和系統(tǒng)配置三個功能單元，業(yè)務(wù)功能模塊按照職業(yè)健康（H）、安全生產(chǎn)（S）、環(huán)境保護(hù)（E）和能源管理（E）分為四個子模塊，四個子模塊中不僅包括了組織架構(gòu)管理、培訓(xùn)管理、通知通告、知識庫和信息提醒等功能相同但管理內(nèi)容不同的功能單元，又包括了根據(jù)各自業(yè)務(wù)需求而設(shè)置的功能單元，如圖3 所示。

圖3 HSEE 平臺功能模塊Fig.3 Function modules of HSEE platfrom

下面以平臺能源管理子系統(tǒng)為例，介紹能耗統(tǒng)計(jì)、能效評估、供需平衡分析三個典型模塊的功能。

2.1 能耗統(tǒng)計(jì)

復(fù)雜制造企業(yè)的能源消耗統(tǒng)計(jì)方式與普通企業(yè)類似，常見的有現(xiàn)場實(shí)時采集、人工輸入和電子文檔導(dǎo)入三種方式，本系統(tǒng)將上述三種途徑獲取的能耗數(shù)據(jù)分別放入三張數(shù)據(jù)表中，再根據(jù)預(yù)先設(shè)定的策略對來自不同路徑的同一數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析及處理，并將處理完的數(shù)據(jù)存放至最終的能耗數(shù)據(jù)表中。

2.2 能效評估

利用層次分析法結(jié)合企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的方法，對企業(yè)生產(chǎn)最為常用的能源進(jìn)行評估體系構(gòu)建，按照經(jīng)濟(jì)能效指標(biāo)、技術(shù)能效指標(biāo)、管理能效指標(biāo)和環(huán)境能效指標(biāo)的分類分別定出各項(xiàng)指標(biāo)。能效評估的另一項(xiàng)重要作用是對企業(yè)的節(jié)能潛力分析提供基礎(chǔ)。圖4 所示為軟件運(yùn)行結(jié)果的典型界面。

圖4 能效評估結(jié)果界面Fig.4 The interface of energy efficiency assessment

2.3 供需平衡分析

能源供需平衡分析的目的是幫助企業(yè)在生產(chǎn)中更有計(jì)劃地規(guī)劃能源的分配，利用能耗預(yù)測得出的預(yù)計(jì)消耗值作為能源使用規(guī)劃基準(zhǔn)與實(shí)際值進(jìn)行對比，并將對比結(jié)果作為下一周期能耗預(yù)測的輸入來完善預(yù)測值，形成一個預(yù)測→對比→0 預(yù)測的閉環(huán)分析方案，使得每個周期開始前的預(yù)測趨向精確，實(shí)現(xiàn)能源消耗管理從事中、事后管理模式向事前管理的轉(zhuǎn)變，如圖5 所示。

3 結(jié)束語

圖5 閉環(huán)平衡分析Fig.5 Closed loop balance analysis

本系統(tǒng)針對復(fù)雜制造企業(yè)的特點(diǎn)，充分利用了網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的優(yōu)勢，能夠幫助企業(yè)在職業(yè)健康、安全生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)和能源管理方面實(shí)現(xiàn)管理方式突破以及管理效果的飛躍。但是本系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)時對不同生產(chǎn)流程及業(yè)務(wù)流程的通用性不強(qiáng)，需要針對企業(yè)進(jìn)行調(diào)研并根據(jù)業(yè)務(wù)需求定制流程，對于企業(yè)實(shí)施提出了較高的要求。今后可以在系統(tǒng)現(xiàn)有功能的基礎(chǔ)上加上工作流建模的方法，以達(dá)到業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)過程自動化且用戶可以自行調(diào)整的目的。

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