王立瓊，劉西堯，楊華強(qiáng)

（1.湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司武漢卷煙廠，湖北 武漢 430040；2.湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430040）

1 背景綜述

隨著國家不斷對現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)致化的調(diào)整，衍生出更多改革新理念，加快實(shí)現(xiàn)企業(yè)綠色、智慧化的發(fā)展進(jìn)程，發(fā)展核心競爭力，讓企業(yè)在管理效率以及生產(chǎn)經(jīng)營能力方面發(fā)揮最大競爭優(yōu)勢。在煙草企業(yè)中全面推進(jìn)智能制造，在生產(chǎn)制造領(lǐng)域?qū)嵭形锫?lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能5G等新一代信息通信技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合，建立科學(xué)專業(yè)的能源數(shù)據(jù)智能分析模型，優(yōu)化現(xiàn)有能源管理系統(tǒng)，提高能源利用效率，實(shí)現(xiàn)能源保障由粗放式供給向精準(zhǔn)供應(yīng)轉(zhuǎn)變，加快企業(yè)朝著更安全、高效、經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)步伐前進(jìn)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)最優(yōu)發(fā)展態(tài)勢。

通過配備以高效且最具專業(yè)性的自動(dòng)化設(shè)備作為技術(shù)支撐，運(yùn)用大數(shù)據(jù)和人工智能等新型信息技術(shù)輔助企業(yè)進(jìn)行能源整體運(yùn)營管理，實(shí)現(xiàn)對企業(yè)能源的實(shí)時(shí)監(jiān)測與優(yōu)化分析，并通過對相關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效收集整理，建立起集采集、監(jiān)測、運(yùn)行及管理于一體的智能化的能源監(jiān)測管理系統(tǒng)，以更全面的角度幫助卷煙廠實(shí)現(xiàn)科學(xué)化的能源管理，最終以低成本、高效率的優(yōu)化調(diào)配模式實(shí)現(xiàn)企業(yè)能源優(yōu)化走在煙草行業(yè)前列。

2 卷煙工廠智能制造能力提升建議

相較于煙草企業(yè)傳統(tǒng)的制造模式，智能制造是集成了企業(yè)所有的數(shù)字化生產(chǎn)過程，只需要通過數(shù)據(jù)處理機(jī)制與協(xié)同管理平臺(tái)就以對整個(gè)生產(chǎn)線進(jìn)行管控，與以往的煙草生產(chǎn)中一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)了紕漏，往往要花費(fèi)大量的時(shí)間對設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的排查、修復(fù)相比，智能制造可以說在很大程度上縮減了管理路徑，極大程度上提高了工作效率，因此煙草企業(yè)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過程中亟需提升智能制造背景下的各項(xiàng)能力。

依據(jù)國家現(xiàn)有智能制造體系，要遵循GBT 39116-2020《智能制造能力成熟度模型》和GB T 39117-2020《智能制造能力成熟度評估方法》進(jìn)行能力成熟度評估，明確卷煙企業(yè)的智能制造水平。按照成熟度等級二級的要求，對于能源管理應(yīng)通過信息技術(shù)手段，對主要能源的產(chǎn)生、消耗點(diǎn)開展數(shù)據(jù)采集和計(jì)量；應(yīng)建立水電氣等重點(diǎn)能源消耗的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和計(jì)量；應(yīng)實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)高能耗設(shè)備、系統(tǒng)等動(dòng)態(tài)運(yùn)行監(jiān)控；應(yīng)對有節(jié)能優(yōu)化需求的設(shè)備開展實(shí)時(shí)計(jì)量，并基于計(jì)量結(jié)果進(jìn)行節(jié)能改造。對于動(dòng)能裝備應(yīng)通過信息技術(shù)手段制定設(shè)備維護(hù)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備設(shè)施維護(hù)保養(yǎng)的預(yù)警；應(yīng)通過設(shè)備狀態(tài)檢測結(jié)果，合理調(diào)整設(shè)備維護(hù)計(jì)劃；應(yīng)采用設(shè)備管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備點(diǎn)巡檢、維護(hù)保養(yǎng)等狀態(tài)和過程管理；逐步實(shí)現(xiàn)應(yīng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、故障分析和遠(yuǎn)程診斷；示例：如溫度、電壓、電流等；應(yīng)依據(jù)設(shè)備關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)等，實(shí)現(xiàn)設(shè)備綜合效率（OEE）統(tǒng)計(jì)；應(yīng)建立設(shè)備故障知識(shí)庫，并與設(shè)備管理系統(tǒng)集成；應(yīng)依據(jù)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)生成檢修工單，實(shí)現(xiàn)基于設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的檢修維護(hù)閉環(huán)管理（如圖1所示）。

圖1 智能制造能力成熟度模型的構(gòu)成

煙草行業(yè)YC/T587-2020《卷煙工廠生產(chǎn)制造水平綜合評價(jià)方法》為煙草行業(yè)內(nèi)各公司和各工廠建立一個(gè)描述其智能制造綜合水平的模型，旨在解決各公司和各工廠的智能制造水平如何評價(jià)問題。卷煙企業(yè)具備良好的數(shù)字化生產(chǎn)基礎(chǔ)，集中體現(xiàn)了煙草行業(yè)智能制造水平，參照卷煙工廠智能制造能力評價(jià)指標(biāo)體系，將智能管理子域下的能源管理，分解成為能源供應(yīng)狀態(tài)監(jiān)視水平、能源異常預(yù)警能力和能源運(yùn)行調(diào)度水平等三個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)，廣義范圍上還應(yīng)包括，智能生產(chǎn)子域下的生產(chǎn)調(diào)度與生產(chǎn)控制，智能管理子域下的設(shè)備管理，以及信息支撐子域下的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境與信息融合。

在智能生產(chǎn)子域，應(yīng)該關(guān)注生產(chǎn)控制，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)執(zhí)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集，對生產(chǎn)執(zhí)行狀態(tài)可視化監(jiān)視，對生產(chǎn)執(zhí)行進(jìn)度異常的自動(dòng)報(bào)警，以及對生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)分析。

在智能管理子域，首先把設(shè)備管理當(dāng)成首要任務(wù)，通過技術(shù)改造與升級實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控能力，遠(yuǎn)程（廠級）設(shè)備故障診斷能力，補(bǔ)充設(shè)備全生命周期管理。

對于信息支撐子域應(yīng)加大信息融合投入，卷煙廠各類信息系統(tǒng)眾多，已形成數(shù)據(jù)排他的特性，因此需要打造數(shù)據(jù)交換能力和數(shù)據(jù)融合能力，補(bǔ)充信息化短板，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)集成，并進(jìn)行數(shù)據(jù)底層交換，同時(shí)還需要規(guī)劃數(shù)據(jù)協(xié)同能力。

3 技術(shù)架構(gòu)

現(xiàn)有卷煙能源管理采用傳統(tǒng)的層級制，即“國家平臺(tái)+省級平臺(tái)+重點(diǎn)用能單位接入端系統(tǒng)”的三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，見圖2。省級平臺(tái)接收全省重點(diǎn)用能單位上傳的數(shù)據(jù)，與國家平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)對接，為全省重點(diǎn)用能單位及相關(guān)部門提供支持服務(wù)的功能。公司重點(diǎn)能耗監(jiān)測端系統(tǒng)建設(shè)，是在滿足公司數(shù)據(jù)集成規(guī)范的前提下，將下轄工廠的工業(yè)電力、天然氣、工業(yè)水主要能耗數(shù)據(jù)采集匯聚至公司端系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，通過公司部署的端設(shè)備將能耗數(shù)據(jù)加密處理上傳至能耗在線監(jiān)測省級平臺(tái)、制造部（廠級）能耗監(jiān)測平臺(tái)。

圖2 總體架構(gòu)

4 系統(tǒng)實(shí)施方案

4.1 能耗數(shù)據(jù)采集

卷煙廠數(shù)據(jù)中心安裝匯集服務(wù)器和無線傳輸主機(jī)，匯集服務(wù)器和各無線傳輸主機(jī)之間采用RS485方式接口，通過屏蔽雙絞線連接；無線傳輸主機(jī)和無線傳輸從機(jī)之間通過無線傳輸，各主從機(jī)之間通過410-441MHZ不同頻段信道和網(wǎng)絡(luò)號區(qū)分；無線傳輸從機(jī)和表計(jì)之間通過485通信隊(duì)列控制器實(shí)現(xiàn)表計(jì)RS485接口擴(kuò)展和數(shù)據(jù)緩存，無線傳輸從機(jī)、485通信隊(duì)列控制器、表計(jì)之間采用RVVP2*0.5屏蔽雙絞134線進(jìn)行連接；卷煙廠能源數(shù)據(jù)服務(wù)器前置程序、總部能源數(shù)據(jù)前置程序、端設(shè)備內(nèi)網(wǎng)機(jī)、中煙公司數(shù)據(jù)中心之間通過MQ消息隊(duì)列形式傳輸，端設(shè)備內(nèi)網(wǎng)機(jī)采集到能耗數(shù)據(jù)后采取文件擺渡方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵饩W(wǎng)機(jī)端系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行能耗數(shù)據(jù)處理再上報(bào)到省級能耗在線監(jiān)測省平臺(tái)，見圖3。

圖3 數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

4.2 應(yīng)用集成架構(gòu)

應(yīng)用集成架構(gòu)以ESB為中心，應(yīng)用集成從以下三個(gè)方面解決企業(yè)的應(yīng)用集成問題，并實(shí)現(xiàn)更大的業(yè)務(wù)價(jià)值：基礎(chǔ)代碼與主數(shù)據(jù)的共享與同步；應(yīng)用系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交互；可以實(shí)施靈活的企業(yè)流程管理，實(shí)現(xiàn)靈活、敏捷的業(yè)務(wù)流程處理。應(yīng)用集成的總體邏輯架構(gòu)圖見下頁圖4。

圖4 應(yīng)用集成架構(gòu)

4.2.1 數(shù)據(jù)資源層

企業(yè)中現(xiàn)有的是各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)、各個(gè)外部數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)資源。這些數(shù)據(jù)資源當(dāng)前是散亂并且各自獨(dú)立，可能有些應(yīng)用系統(tǒng)存在點(diǎn)對點(diǎn)進(jìn)行交互數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)是企業(yè)的信息資源基礎(chǔ)。

4.2.2 服務(wù)資源層

應(yīng)用服務(wù)層是應(yīng)用系統(tǒng)中的應(yīng)用邏輯層。系統(tǒng)在實(shí)施時(shí)，需要盡可能地利用現(xiàn)有的應(yīng)用邏輯與功能，在服務(wù)資源層將現(xiàn)有系統(tǒng)的功能進(jìn)行封裝，以Web-Service、REST/Http或MQ的方式提供服務(wù)接口，供上層調(diào)用。186JDBC適配器是一個(gè)特殊的服務(wù)，該適配器直接連接到現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫，并將數(shù)據(jù)的變更（增加/刪除/修改）轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的MQ消息提供給ESB服務(wù)器進(jìn)行處理。如果現(xiàn)有應(yīng)用系統(tǒng)不適宜改動(dòng)，不能直接提供服務(wù)的，可以對其數(shù)據(jù)庫進(jìn)行進(jìn)行監(jiān)控以提供直接面向其數(shù)據(jù)操作的服務(wù)。

4.2.3 交換服務(wù)層

主要是企業(yè)服務(wù)總線，企業(yè)服務(wù)總線（ESB）是一個(gè)實(shí)現(xiàn)了通信、互連、轉(zhuǎn)換、可移植性和安全性標(biāo)準(zhǔn)接口的企業(yè)基礎(chǔ)軟件平臺(tái)，我們使用ESB作為數(shù)據(jù)交換服務(wù)、業(yè)務(wù)流程集成的基礎(chǔ)信息交換平臺(tái)。ESB與外部系統(tǒng)交互主要通過API網(wǎng)關(guān)服務(wù)來實(shí)現(xiàn)。

4.2.4 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)層

主數(shù)據(jù)管理平臺(tái)在信息架構(gòu)中，主要是管理基礎(chǔ)代碼與企業(yè)所有業(yè)務(wù)域的主數(shù)據(jù)。主要的基礎(chǔ)代碼與主數(shù)據(jù)在主數(shù)據(jù)管理平臺(tái)上進(jìn)行維護(hù)。在數(shù)據(jù)集成開發(fā)與實(shí)施應(yīng)用過程中，涉及到的所有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，必須與主數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行對接，并遵循主數(shù)據(jù)管理辦法和集成規(guī)范，進(jìn)行數(shù)據(jù)集成交換。

4.3 能源監(jiān)測系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

在線端系統(tǒng)部署在重點(diǎn)用能單位內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)對能耗設(shè)備數(shù)據(jù)采集、分析、匯總、上傳到省市平臺(tái)，具備一端多發(fā)的功能。主要功能包括基礎(chǔ)管理、工藝設(shè)備管理、數(shù)據(jù)管理、第三方數(shù)據(jù)同步四大部分。其中基礎(chǔ)管理包含企業(yè)基本信息、省市平臺(tái)接口、設(shè)備注冊參數(shù)、上傳參數(shù)配置、標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等功能；工藝設(shè)備管理包含企業(yè)工序管理、工序單元管理、工廠設(shè)備管理、計(jì)量器具管理、采集數(shù)據(jù)查詢等功能；數(shù)據(jù)管理包含指標(biāo)配置、手工填報(bào)、數(shù)據(jù)報(bào)表、系統(tǒng)日志等功能。第三方數(shù)據(jù)源管理主要是數(shù)據(jù)源配置（通過SQL定時(shí)同步第三方數(shù)據(jù)到端系統(tǒng)）。能耗監(jiān)測端系統(tǒng)應(yīng)用于重點(diǎn)用能單位，對能源消費(fèi)總量、能源消費(fèi)趨勢以及能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并提供對全廠、工序（車間）和重點(diǎn)設(shè)備不同級別的能源消費(fèi)指標(biāo)的監(jiān)測和統(tǒng)計(jì)分析的功能。

5 結(jié)語

通過構(gòu)建卷煙企業(yè)能源管理體系架構(gòu)，分析能源管理權(quán)重值，厘清企業(yè)能源管理的現(xiàn)狀，結(jié)合價(jià)值導(dǎo)向重點(diǎn)運(yùn)用動(dòng)能單位能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)，搭建了能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)用能單位能耗數(shù)據(jù)采集、用能趨勢和異常問題分析、節(jié)能減排目標(biāo)完成情況和能源儲(chǔ)備情況等的全面管理，確保企業(yè)能夠準(zhǔn)確掌握能源消耗過程，減少浪費(fèi)與損耗，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。