X集团DCT变速箱工厂能源消耗管理研究

1、X集团DCT变速箱工厂能源消耗管理研究目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark29 o Current Document h 第1章绪论1 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document h 1.1选题背景与研究意义11.1.1选题背景11.1.2研究意义4 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document h 1.2国内外研究现状5 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document h 1.2.1制造业能源消耗相关研究进展5 HYPERLINK l boo

2、kmark43 o Current Document h 1.2.2我国制造业能源消耗现状6 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document h 1.2.3制造业能耗设备能源消耗过程控制技术相关研究进展7 HYPERLINK l bookmark57 o Current Document h 1.3研究内容与方法91.3.1研究内容91.3.2研究方法9 HYPERLINK l bookmark63 o Current Document h 1.4技术路线10 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document h 第2章相关

3、理论基础12 HYPERLINK l bookmark69 o Current Document h 2.1能源效率的定义12 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document h 2.2机械制造加工车间能源消耗管理概述12 HYPERLINK l bookmark75 o Current Document h 2.3机械制造加工车间设备能耗管理12 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document h 2.4机械制造加工车间能耗设备ABC分类技术13ABC分类法简介13ABC分类法的基本原理13ABC分类法实施步骤13 HY

4、PERLINK l bookmark87 o Current Document h 2.5机械制造加工车间能源消耗控制技术14 HYPERLINK l bookmark90 o Current Document h 2.5.1设备能源消耗过程控制管理14 HYPERLINK l bookmark93 o Current Document h 2.5.2设备能源消耗控制管理的基本步骤15 HYPERLINK l bookmark102 o Current Document h 第3章X集团现状分析17X集团概况17 HYPERLINK l bookmark106 o Current Docume

5、nt h X集团能源消耗管理现状17 HYPERLINK l bookmark110 o Current Document h X集团能源消耗管理问题分析18 HYPERLINK l bookmark114 o Current Document h 3.3.1管理体系不完善19 HYPERLINK l bookmark117 o Current Document h 3.3.2管理工作制度不完善20 HYPERLINK l bookmark120 o Current Document h 3.3.3缺乏能耗监测系统，无法对各设备能耗数据实时监测20 HYPERLINK l bookmark12

6、3 o Current Document h 第4章X集团能源消耗管理制度体系构建21 HYPERLINK l bookmark126 o Current Document h 4.1管理体系建设的基本原则21 HYPERLINK l bookmark129 o Current Document h 4.1.1先进性和实用性原则21 HYPERLINK l bookmark132 o Current Document h 一致性和完整性原则21 HYPERLINK l bookmark135 o Current Document h 4.1.3开放性和扩展性原则21 HYPERLINK l b

7、ookmark138 o Current Document h 4.1.4安全性和可靠性原则21 HYPERLINK l bookmark144 o Current Document h 4.1.5协作性和独立性原则22 HYPERLINK l bookmark147 o Current Document h 4.1.6经济性和时效性原则22 HYPERLINK l bookmark150 o Current Document h 4.2成立X集团节能管理委员会22 HYPERLINK l bookmark153 o Current Document h 4.3完善X集团节能管理工作制度25

8、HYPERLINK l bookmark156 o Current Document h 4.3.1加强组织领导，全面落实节能管理责任制25 HYPERLINK l bookmark159 o Current Document h 4.3.2建立健全能源统计制度，定期制作能源利用状况报表25 HYPERLINK l bookmark162 o Current Document h 4.3.3加快节能降耗技术改造25 HYPERLINK l bookmark165 o Current Document h 4.3.4建立节能奖惩机制25 HYPERLINK l bookmark174 o Cur

9、rent Document h 4.3.5加强节能宣传与培训26 HYPERLINK l bookmark177 o Current Document h 第5章X集团能源消耗管理技术体系构建27 HYPERLINK l bookmark180 o Current Document h X集团能源消耗管理监测技术体系27 HYPERLINK l bookmark183 o Current Document h 5.1.1系统整体逻辑图27 HYPERLINK l bookmark186 o Current Document h 5.1.2系统功能模块28 HYPERLINK l bookmar

10、k189 o Current Document h 5.1.3系统总体架构29 HYPERLINK l bookmark194 o Current Document h 5.1.4系统部署方案31 HYPERLINK l bookmark203 o Current Document h 5.1.5能耗监测系统的优点32 HYPERLINK l bookmark209 o Current Document h X集团能源消耗管理控制体系构建32 HYPERLINK l bookmark212 o Current Document h 5.2.1设备能源消耗过程控制管理32 HYPERLINK l

11、 bookmark215 o Current Document h 5.2.2设备能源消耗控制管理的基本步骤33 HYPERLINK l bookmark224 o Current Document h X集团DCT变速箱工厂能源消耗管理技术体系实证分析34 HYPERLINK l bookmark228 o Current Document h 5.3.1重点设备能耗控制技术体系实证分析34 HYPERLINK l bookmark235 o Current Document h 5.3.2能源消耗管理控制体系实证分析37 HYPERLINK l bookmark238 o Current

12、Document h 5.3.3能源消耗管理改善方案及实施效果41 HYPERLINK l bookmark241 o Current Document h 第6章 结论与展望43 HYPERLINK l bookmark244 o Current Document h 6.1结论43 HYPERLINK l bookmark247 o Current Document h 6.2展望43 HYPERLINK l bookmark252 o Current Document h 致谢44 HYPERLINK l bookmark255 o Current Document h 参考文献45第1

13、章绪论1.1选题背景与研究意义1.1.1选题背景制造业是维持我国经济高速增长的重要产业，为我国GDP的增长做出了很 大的贡献。在当今经济高速发展的大环境下，我国国民生产的生产总值接近有 1/3都是由制造业提供的，并且解决了我国广大群众的就业问题，制造业平均每 年为我国提供的就业岗位多达8000多万。然而，推动我国经济增长的主要动 力则是各种能源的使用，制造业更为严重。因此，能源问题制约着我国经济的 发展。2010年，我国消耗的能源总量已经正式超过了美国等发达国家，成为 了世界上能源消耗量最大的国家,消耗的能源量大约占世界能源消耗总量的20.3% 左右，消耗了大约416913万吨标准煤，其中制造

14、业消耗了大约239053.40万吨标 准煤。然而，更为严重的是，我国的工业正处于高速发展时期，对能源的需求 将随着工业的发展进一步扩大，据预测从2007年起至2030年，全球能源需 求的增长有一半是由于中国和印度的经济迅速发展带来的囹。有研究报告表明， 中国将很有可能取代美国成为世界上最大的能源消耗国家,但是该报告也明确指 出，中国、印度两国快速发展的同时也为其他国家带来巨大的经济利益。预计 到2025年，印度会超过日本，成为全球第三大石油进口国，仅次于美国及中国 6O据统计，中国制造业在2014年消耗能源量为24.5亿吨标准煤，而当年我 国消耗的总能源量仅为42.6亿吨标准煤，也就是说，单就

15、制造业这一行业而言， 其造成的能源损耗就占了总体的57.5%O在当今世界，工业的能源消耗占了世 界能源消耗的40%,而制造业是工业的核心I根据国家统计局2015年年鉴圆， 当年我国制造业消耗的能源量占到了整个工业行业能源消耗总量的82%,造成 了严重的环境污染。在过去的20来年里，我国的万元GDP对应的能耗量有了明显的降低，这代 表着我国节能管理得到了逐步重视。1998年，我国万元GDP对应的标准煤能耗 为8.49吨，1990年下降至4.56吨，1995年为1.94吨，2000年进一步下降 到了 1.52吨，2006年已经下降为1.16吨9o以上研究文献表明，未来我国能源消耗速度加剧以及能源资

16、源短缺是我国 面临的主要问题，而对新能源的开发与利用是解决这个问题的关键。然而，日 前我国现有技术还无法直接开发利用新能源来代替传统的能源资源。因此，如 何提高对现有能源的合理利用程度、提升能源利用效率，从而为我国新能源的 开发与应用提供足够的成长空间就极其重要了。为了提高能源利用效率，我国倡导建立资源节约型、环境友好型社会，推进 社会稳定和经济可持续发展，大力实施节能减排工作。电能是我国国民生产和 经济消费联系最密切的二次能源，因此对电能的开发，将电能转变为最清洁的 能源具有非常重要的意义。目前，我国已经开始在电能方面实施了各种节能减 排措施，如积极实施昼夜差别电价、节能调度、电价梯度收费等

17、，其目的在于 降低非必要电能消耗，维持经济持续发展1。在电能消费过程中，由于机械制 造业在生产加工的过程中会消耗大量的电能，因此，对机械设备系统节能装置 和节能技术的改进将成为机械制造业节能的重要环节。在机械生产加工过程中，电机设备的能耗占比很高，因此节能潜力很大。 据有关报告统计，我国工业行业耗电量占全国总耗电量的70%,其中电机设 备的耗电量占到了工业行业耗电量的60%-70%,而发达国家的工业耗电量只占 到了总耗电量的45%,两者进行对比可以看出我国能源利用效率很低，在电机 设备方面的能源利用效率就比发达国家低20%-30%o对于制造业而言，不仅仅是在机械制造的过程中会出现能源消耗，几乎

18、所有 的制造业在生产过程中都会涉及到能源使用，即使生产出来的产品不是机械方 面的，但是它在生产过程中绝对会涉及到机械方面的技术和工具。比如，在鸡 蛋的生产和包装的过程中，鸡蛋本身不是机械产品，但是在鸡蛋外包过程中会 运用到许多自动化生产程序。再比如在鸡蛋生产出来后从生产线运输到客户手 中，需要借助的运输工具也与机械方面密切相关。通过以上例子我们可以发现， 看似与机械不相关的产品实则与机械产业有着各种细微的联系。更不要说在机 械制造产品本身的生产加工过程中了。所以说，在机械加工过程中对生产设备 的能源消耗和节能技术的研究对整个机械制造业甚至整个制造业具有十分重要 的意义。相关研究资料表明凹，到2

19、000年，我国制造业生产总产值已经达到了 35000 亿元，占所有行业生产总值的40%左右，这说明我国行业财政收入主要来自于 制造业。李科回指出我国制造业产值从2000年开始一直占总GDP比重的40% 左右。对于机械制造行业而言，在机械制造过程中涉及的能耗设备种类很多，其中 具有代表性的为金属切削过程中的加工切削机床，热处理过程中的热处理炉、 电阻炉，电镀所涉及的电动发电机组整流器等。在任何机械制造行业中，生产 过程中消耗的能源都可以分为可变能耗和不可变能耗两个部分Ml,不可变部分 主要指企业用于辅助消耗的能源，这部分能源和车间生产过程没有直接联系， 通常情况下其值是固定不变的，如通风系统、用

20、来供暖的锅炉装置等能耗都视 为不可变部分能耗，其值不会随着企业产量的变化而变化，而直接用于生产消 耗的能源，与生产产量有直接联系的能耗叫做可变能耗。据统计Si,在机械加 工生产过程中能源的消耗中有46%为可变能耗，剩下的54%为不可变能耗，因 此，需注重对可变能耗的管理。以上统计的数据也只能作为参考，由于在生产过程中，产品的特性、生产方 式、设备类型等都会导致最终能耗发生变化。但是，所有的机械制造企业的节 能方式基本都是一样的，通过减少可变能耗和提高企业生产效率。另一方面，在机械生产加工的过程中，生产设备性能的好坏直接关系到生产 过程中能源消耗量的多少和能源利用效率的高低。所以，在机械加工生产

21、的过 程中，对生产设备进行重视，通过对设备性能分析以及设备能耗管理是提高企 业能源效率的主要方式。近几年，越来越多的制造企业开始注重对生产设备的 监测与管理，甚至部分制造企业专门成立了机械设备管理部门对生产设备进行 监测、管理和维护。但是目前绝大多数制造企业对生产设备性能的监测与管 理的重视力度还远远不够，并没有意识到设备管理对减少企业能源消耗、提高 企业总体利润的重要性。只有充分重视设备在生产过程中的能耗变化情况才能 找出设备耗能过高的原因，进而减少设备生产能耗，提高企业能源效率和生产 利润。通过以上文献综述，我们可以发现我国经济增长的主要依靠制造业，而推动 经济增长的动力来源是各种能源的使

22、用，因此对制造业能源效率研究具有十分 重要的作用，而对于制造企业生产车间而言，如何对生产加工过程中设备能耗 进行监测和管理，从而减少设备能耗是提高制造企业能源效率的重要途径，这 也是我国现阶段急需解决的主要问题。1.1.2研究意义我国机械制造企业结构复杂，能源消费结构多样化。要想实现机械制造企 业节能减排，加强节能管理，从系统角度出发，抓住机械制造企业能耗高的部 分进行重点管理，并提出改善措施降低重点耗能部分能耗从而提高企业能源利 用效率是企业节能管理的一种途径，降低企业能耗主要有以下几个方面的意义。降低企业能耗可以减少能源消耗所带来的环境污染，从而减少企业甚 至是国家治理环境污染所投入的各种

23、费用，同时也能为员工营造一个良好的工 作环境。经济发展工业污染问题一直制约着我国经济的发展，并且目前我们也 没有很好的方式去获取新的能源来代替传统的会造成环境污染的能源，或者说 采用新能源的代价太大，成本过高，不适合经济的发展。因此，我们通过降低 企业能耗从而解决环境污染问题是非常可行的，通过在企业内部实行节能和减 排从而控制能源消耗，节能和减排是一起发挥作用的，将节能和减排措施在企 业同时进行才能最大作用的降低企业能耗，通过提高企业产出和投入之间的比 值，在相同的能源消耗情况下尽可能的增加工业产品的数量或者在生产相同的 工业产品数量的前提下尽可能减少能源的消耗，从而尽可能的提高能源利用效 率

24、。降低企业能耗可以减少企业投入的能源量，从而减少企业在生产过程 中所需投入的可变成本，为企业预留更多的资金增加企业资金流动，增强企业 稳定性。随着国内市场的不断饱和以及和国际市场的不断接轨，制造企业想通 过国家政策的扶持和各种机遇来获取较大的经济利益的难度越来越大，只有不 断提高企业自身的核心竞争力，做好企业内部管理，按照市场的需求不断优化 产品的生产成本，提高产品的生产质量，才能提高企业在残酷的竞争中的生存 能力。随着国家对节能降耗的日益重视，降低企业能源消耗既是企业为增加自 身生存能力的需要，同时也是国家政策的要求。在激烈的市场竞争中，低成本、 高质量才是企业最有力的竞争力，相对于同一层次

25、的产品，价格低就是性价比 最好的表现方式，努力减少各种造成成本过高的因素，抓住物美价廉这一客户 需求是企业长远立足的关键。1.2国内外研究现状1.2.1制造业能源消耗相关研究进展美国是世界能源消耗第一大国，每年消耗全世界大约20%左右的能源 在1975年，美国已经实施了能源政策和节约法，其核心是节约能源以及提 高能效18o 1998年，美国颁布了国家能源综合战略，该节能管理制度重点体 现在政府激励企业采取节能管理措施并且主动带头节能，对于重大能耗企业采 取一定的限能政策，建立能源效率标准标识制度，要求工业企业签订能源管理 协议并加强能源管理信息化建设等方面I。VanGorp, J./。】认为工

26、业企业可以通过建立能源管理系统(EEM)实时了 解各耗能设备的能源性能，从而避免不必要的能源浪费，进而提高能源利用率、 降低企业的生产成本。Cao Vinhle等尝试通过对工业企业生产制造系统、生产 工艺流程、加工设备以及车间布局等进行节能技术优化，从而降低企业能耗。Collins,K等I】通过对工业企业能源监测管理系统进行研究并对系统监测能 耗指标的程序进行优化，从而提出降低企业能耗的措施，改善企业能耗现状。 Beck,A等23对以客户为中心的能源消耗系统进行了研究，提出了一套如何在工 业企业生产过程中对能源消耗进行量化分析并对能源消耗进行优化的方法。 ArinezJ等心】通过对多家工业企业

27、的能源管理系统进行了分析，提出了在工业企 业实行高度集成EMS可以为企业提高能源效率和节约能源。Drake等因】通过对 在生产加工过程中单台设备的能耗特征模型进行研究，并用此模型运用于切削 设备加工过程能耗数据采集，结果发现，通过运用此模型不仅减少了设备在加 工过程中的能耗，而且还降低了整个供应链的能耗。Tino等Si通过对各种制造 企业生产策略进行了研究，提出了新的基于资源调度和订单再分配的模型，并 运用于汽车行业生产加工，对比发现，运用了此模型可以节约8.1%左右的能源。 王超等I通过对装备制造企业加工生产流程和车间布局进行了研究，提出了在 以后的研究中将车间能源效率评价以及生产调度优化增

28、加到原有的考虑之内， 可以为装备制造企业提供一套很好的节能减排方案。随着对节能环保认识的不断深入，国内许多学者对国外先进的节能法律法 规和节能经验进行了系统学习。牛波等学者在美国节能管理工作特点及对 我国的启示中对美国节能管理的特性进行了研究，并且根据我国的经济发展 程度、人口特性、环境因素等将美国节能管理工作运用到我国的实际节能工作 中，并取得了一定的成果。雷鸣酒通过对日本在节能政策体系中建立的各种节 能措施、日本群众的节能理念进行了研究，并在根据我国实际情况进行了适当 处理。曲舞圆BO】认为日本工业企业除了注重生产节能产品之外，也非常重视企 业内部的节能管理，并且以日本丰田汽车公司为例，提

29、出了在企业内部实行标 准化管理是促进企业节能管理的重要途径。刘飞、徐宗俊等对我国机械加工 生产过程中各设备的能耗特性以及工艺流程进行了研究，并从环境影响和能源 成本方面进行了详细分析。2013年，我国东风汽车公司提出了节能环保型造车 的理念32,并且要求加强节能环保工作，通过调整工艺和能源消费结构，促进 能源高效利用，提高能源利用率。周英男33通过对我国工业企业的节能政策进 行了详细分析并加以研究，将节能政策分为了激励型节能政策、控制型节能政 策和资源型节能政策，并且提出了相应的思路和方法来刺激我国工业企业节能， 增强节能管理意识等，从而提高我国工业能源效率。张改新申借助于企业能源 监测管理系

30、统对我国工业企业生产过程中的设备能耗情形进行了分析，完善了 我国工业企业节能管理系统，并且强调了基层工作人员在节能管理体系中的重 要性。李彩贞3通过对我国制造企业能耗特性进行分析，建立了投入产出能耗 模型并且提出了相应的节能管理措施。1.2.2我国制造业能源消耗现状制造业是维持我国经济增长的主要产业，是我国经济收入的主要来源。最 近这些年，我国经济虽然取得了非常杰出的成就，但是背后面临的能源紧张以 及环境污染问题也随着我国经济的发展越来越严峻。能源是我国国民经济的命脉，是提高我国居民生活水平的物质基础，我国 的人均能源拥有量远远低于世界平均水平，并且我国的能源利用效率也很低， 能源浪费问题非常

31、严重。根据国家统计局2015年年鉴36,我国制造业的能源消 耗占工业总能耗的82%,带来严重的环境污染问题。据美国能源信息管理局(EIA) 最新公布的数据印显示，美国制造业使用的能源原料超过全国总使用量的6%。 针对美国的两大经济主体(制造业和服务业)，一项包括直接和间接能源的投入 产出分析显示制造业的能源密度是服务业的能源密度的2-3倍El,在其他发达国 家也有与此类似的数据结果。而像我国这样制造业发展还处于中级阶段的发展 中国家，制造业的能源效率相比发达国家而言更加低得多，其节能减排方面面 临的压力也要更加巨大。汪少琴的指出2014年我国消耗了大约42.6亿吨标准 煤的能源，其中有70%左

32、右的能源是在工业方面消耗的，我国资源利用效率与 其他国家相比还十分低，其单位产值能耗却将近是世界平均单位产值能耗的2.6 倍。张青松 郑海霞性指出我国是能源消耗大国，我国经济发展面临的主要问题 是环境污染以及各种资源的浪费和过度开发。BoqiangL等对中国各省份的汽车行业能源消耗情况进行了评估，评估结 果显示，中国汽车工业的能源消耗约占中国能源消耗总量的10.73%,约为10年 前的3倍，其中，从2013年到2015年,汽车行业能耗总量分别为351.21、391.77 和461.60万吨标准煤，分别占全国能源消耗的8.42%、9.20%和10.73%42o欧 盟发布了2030 气候和能源框架

33、(2030 Climate & Energy Framework),至U 2030 年要提高能源利用率27%43； 2014年，欧盟启动了第八科研框架计划-地平 线2020(Horizon 2020),指出减少能源消耗和碳足迹排放是解决能源问题的关 键途径和研究领域之一 Si。1.2.3制造业能耗设备能源消耗过程控制技术相关研究进展机械加工车间制造系统的层次非常复杂，能源消耗结构多样化以及在生产加 工过程中存在着众多的不确定因素，使得很难采用有效的控制技术来对制造业 能耗进行异常识别和诊断。制造业能耗设备消耗过程控制技术主要有依靠员工经验判断的设定阈值法 MW,其方法的基本原理是通过判断各能耗

34、数据是否在预先设定的阈值范围内来 识别设备能耗是否处于正常状态。该方法简单易懂，便于计算，可以快速检测 设备能耗数据，目前大部分高耗能设备都是用阈值法来对能耗设备进行异常识 别。但是阈值法也有着非常明显的不足之处，如人为主观偏差明显，根据不同 的员工可能会有不同的阈值，阈值取值不当对最终结果影响较大，同时，设置 的阈值不能随着动态的环境变化而变化。随着研究的不断进展，一些更加智能的方法应运而生，如基于统计分布的异 常识别方法、基于预测模型的异常识别方法印-52、基于数据挖掘的异常识别 方法53-58、基于滑动时间窗的异常识别方法网等。基于统计分布的异常识别方法原理是：利用数学分布近似拟合样本数

35、 据集合，然后利用数理统计判断目标数据是否符合该数学分布来检测能耗设备 是否异常。Haberl等削】将实际能耗数据以图形的方式呈现出来，操作人员可以 通过图形来检测数据是否异常。Seem将能耗数据分为不同的类型，利用统计 式离群点检测方法 GESD （Generalized Extreme Studentized Deviate）为每一种类 型设备一个阈值，通过将历史数据与阈值进行比较来判断异常点；杨石62等通 过对设备能耗监测系统的特性进行研究，提出了一套用于对能耗设备进行识别 的方法，该方法借助于粗糙集理论以及数学建模方法对能耗设备进行了分类， 然后结合外部环境和耗能行为因素选取适合的数学

36、分布来设定阈值，并判断历 史数据是否处于阈值范围内来检测数据是否异常。（2）基于预测模型的能耗控制技术的原理是：根据能耗历史数据通过数学 方法建立能耗预测模型得到未来某一时刻的能耗预测值，然后比较实际能耗值 与预测能耗值之间的差异来判断数据是否异常。Chou等63运用自回归移动平均模型（ARIMA）与神经网络的混合模型通过 历史能耗数据预测下一阶段能耗，并根据26原则识别异常数据。Lin G等64考 虑了温度对设备能耗的影响，并且建立了能耗预测模型，然后计算实际能源消 耗值与预测值的比率，通过判断比率是否在阈值范围内来判断数据是否异常。（3）基于数据挖掘的异常识别方法主要有基于聚类的异常识别方

37、法、基于 分类的异常识别方法、基于离群点检测的异常识别方法等。1）基于聚类的异常识别方法是运用无监督技术将样本数据划分为不同的类 别，不在任何类别内的数据即为异常数据，主要原理是利用样本数据所处的数 据簇来评价所有的数据，通过比较每个数据到离它最近数据的距离来判断该数 据是否异常。2）基于分类的异常识别方法是通过适合的数学模型建立函数并对能耗监测 系统监测的能耗历史数据进行分类，并得到分类器来区分数据是否异常并运用 该分类器将新的数据分为正常和异常两大类，即可判断数据是否异常。3）基于最近邻的异常识别方法是记录每个数据到离它最近数据的距离，然 后通过距离的远近来对所有的数据进行分类。虽然该方法

38、不需要提前对样本数 据进行分类，只需要定义合适的距离计算方法，但是当正常的数据离它最近的 数据较少时或异常数据离它最近的数据较多时，求解的精度要求较高，很难保 证其识别的正确性。4）基于集成方法的异常识别方法就是通过将多个数据挖掘方法集成一起来 弥补单个数据挖掘方法的缺陷。（4）基于时间序列相似性与滑动时间窗的异常识别方法。庞景月问以卫星 监测的数据库为研究对象，对滑动时间窗口下的单数据流和多数据流的异常识 别问题进行了研究，为解决数据异常识别问题提供了新的方向。Wrinch等66运 用滑动时间开窗口的离散傅立叶变换方法，发现周窗口的异常识别准确率高于 月窗口的异常识别准确率。1.3研究内容与

39、方法1.3.1研究内容本文研究内容如下：第1章：绪论。本章节主要介绍论文的研究背景、意义、国内外研究现状 以及研究方法和技术路线。第2章：相关理论基础。本章节首先对能源效率进行了定义，然后介绍了 机械加工车间能源效率的基本情况，并对加工车间的设备能耗管理、ABC分类 技术和控制技术的基本原理进行了基本介绍。第3章：X集团现状分析。本章节首先对X集团进行了基本介绍，然后针 对X集团能源消耗管理现状中存在的问题进行分析，找出X集团能源消耗量大、 能源消耗管理费用多的关键所在。第4章：X集团能源消耗管理制度体系构建。针对X集团能源消耗管理存 在着管理体系不完善、管理制度极具依靠自主性的问题，本章节构

40、建并完善了 X 集团能源消耗管理制度体系。第5章：X集团能源消耗管理技术体系构建。针对X集团能源消耗管理缺 乏能源消耗监测系统，无法对各设备能耗数据实时监测等问题，本章节构建了X 集团能源消耗管理技术体系。并以X集团DCT变速箱工厂为例，通过实证分析 验证了本章节构建的X集团能源消耗管理技术体系的有效性和可行性。第6章：结论与展望。本章节对本文构建的X集团能源消耗管理制度体系 和技术体系进行了总结，并对X集团能源消耗进一步智能化管理做出了预期和 展望。1.3.2研究方法文献综述法通过搜集并整理相关的中英文文献了解制造业能源消耗现状及面临的困境, 从而寻找相应的解决方法降低制造业能源消耗，提高能

41、源效率。（2）定性分析与定量分析相结合在定性方面，本文通过能源数据分类方法将耗能设备分为三类：重点耗能设 备、一般耗能设备和辅助耗能设备，并对重点耗能设备进行异常识别。在定量 方面，本文首先选取了设备能耗评价指标，然后运用设备能耗监测技术对设备 能耗指标进行了监测，并对监测数据进行了分析；运用设备能耗控制技术绘制 控制图进行设备异常识别也是运用定量分析的方法。（3）ABC分类法本文收集了设备能耗监测技术记录的设备能耗数据之后，运用了 ABC分类 法对生产过程中的能耗设备进行分类，将能耗设备分成了三类：A类（重点耗能 设备）、B类（一般耗能设备）和C类（辅助耗能设备）。1.4技术路线本文的技术路

42、线图如图1.1所示。及研究方法针对X集团面临着能源消耗巨大，能源效率低下的困境, 本文构建了一套X集团能源消耗管理制度和技术体系针对X集团能源消耗管理存在着管理体系不完善、管理制 A度极具依靠自主性的问题，构建并完善了X集团能源消耗 管理制度体系针对X集团能源消耗管理缺乏能源消耗监测系统，无法对各 A设备能耗数据实时监测等问题，构建了X集团能源消耗管理 监测技术体系对X集团各种能耗设备进行实时监测建立能源消耗管理控制技术体系对能耗设备进行分类，对 重点能耗设备进行能耗管理和异常检测，找出各重点能耗 设备耗能过高的原因，进而提出降低重点能耗的措施，提 高企业能源效率和经济利润。以X集团DCT变速

43、箱工厂为例，通过实证分析验证了本文构 建的X集团能源消耗管理体系的有效性和可行性。图1.1论文的技术路线图第2章相关理论基础2.1能源效率的定义能源效率是用来评价能源利用水平以及经济水平的一项综合性评价指标。 通过对工业企业能源利用效率的研究可以发现企业的耗能设备、耗能工艺以及 重大能耗措施，从而发掘企业的节能潜能，提高企业能源利用效率。能源效率 在工业企业中一般用单位产值能耗来表示，即用一段时间内企业生产过程中所 消耗的能源与该段时间企业产生收益的比值来表示。2.2机械制造加工车间能源消耗管理概述在机械加工生产中，生产设备性能的优劣直接关系到整个生产车间能源消 耗量和能源利用效率。因此，在生

44、产加工过程中注重设备性能是减少车间能源 消耗、提高车间能源利用效率的关键。近年来，越来越多的制造企业开始重视对生产过程中能耗设备的监测与管 理，甚至部分企业专门设立了能源监测管理部门实时对生产过程中的能耗设备 进行能耗预测、管理和改善6,但是目前绝大多数制造企业对生产设备性能的 监测与管理的重视力度还远远不够，并没有意识到设备管理对减少企业能源消 耗、提高企业总体利润的重要性。只有充分重视设备在生产过程中的能耗变化 情况才能找出设备耗能过高的原因，进而减少设备生产能耗，提高企业能源效 率和生产利润。2.3机械制造加工车间设备能耗管理设备管理是以企业发展为核心，以设备为研究对象，运用一系列技术手

45、段、 经济原则、理论方法追求设备的综合利用效率的科学性管理方式。设备管理应 该以企业的长期发展为出发点，通过对设备进行使用、分析、调整、维护和更 新，从而使设备使用成本最小化和设备利用最大化。在设备管理过程中，对设备能耗进行控制和分析是管理中的重点和难点。 然而，目前大部分工业企业对设备能耗的认识还远远不够，他们常常把重点放 在了提高产量、增加产出利润上面，却忽视了能耗管理的重要性，导致设备在 加工过程中产生大量不必要的浪费，从而增加许多能耗成本。据统计，在机械 加工系统中，机床设备所消耗的能源占总生产系统耗能的10%-15%,而在单个 生产车间中，设备能耗甚至占到了车间总能耗的60%68o2

46、.4机械制造加工车间能耗设备ABC分类技术ABC分类法主要用于在生产控制管理中对库存货物进行分类，本文将ABC 分类法应用于机械制造加工车间能耗设备分类。ABC分类法简介在制造企业，能源消耗是企业加工生产的动力，而设备能耗占企业能源消 耗的主要部分。每种设备的加工时间以及单位时间内的能源消耗都是不一样的, 并且单位产值能耗同样也不相同。在这种情况下，对所有的耗能设备不加区分 地进行管理是不现实和不科学的，如何对设备进行能耗管理就非常重要了。本 文根据能耗设备耗能量的不同采取不同的分类方法，即按照ABC分类法进行分 类管理。ABC分类法的基本原理ABC分类法的基本原理是按照设备的种类，以及每种类

47、型的设备能耗占用 量的多少进行分类，将能耗设备分为ABC三类，其中A类为重点能耗设备、B 类为一般能耗设备，而C类为不辅助能耗设备，然后根据设备耗能程度的不同 采取不同的管理方法，其分类标准如表3.2所示。表3.2 ABC分类法的分类标准类别品种数占总品种数的百分 比()能耗占总能耗的百分比(%)A10%左右70%左右B20%左右20%左右C70%左右10%左右2.4.3 ABC分类法实施步骤（1）收集数据。应收集的数据为：所有耗能设备的类型、每种类型耗能设 备的数目和能耗。（2）按照每种类型的设备总的能耗占用量进行排序，即按每种耗能设备的 数目和耗能量的乘积从大到小进行排序。分别用每种耗能设

48、备的单个能耗占用 量乘以该种设备的数目作为该种类型耗能设备的累计能耗占用量，并按累计能 耗占用量从大到小进行排序。（3）制作ABC分析表。ABC分析表主要由以下几个方面构成：第一栏为耗 能设备名称；第二栏为耗能设备累计数，即耗能设备序号；第三栏为耗能设备 累计百分数，即用耗能设备序号除以总耗能设备累计总数作为耗能设备累计百 分数；第四栏为耗能设备能耗占用量，即用每种耗能设备能耗乘以该种耗能设 备数目作为耗能设备能耗占用量；第五栏为耗能设备累计能耗占用量，即为前 面所有耗能设备占用量的总和；第六栏为耗能设备能耗占用量累计百分数；第 七栏为分类结果。具体见表3.3所示。（4）分类。根据表4生成的A

49、BC分析表来对各种能耗设备进行分类。将品 日数累计百分数为10%左右而耗能设备累计能耗占用量为70%左右的能耗设备 确定为A类，将品目数累计百分数为20%左右而耗能设备累计能耗占用量为20% 左右的耗能设备确定为B类，其余的为C类。表3.3 ABC分析表耗能设备名称耗能设备序号耗能设备累计百分数耗能设备能耗占用量耗能设备累计能耗占用量耗能设备能 耗占用量累 计百分数分类结果2.5机械制造加工车间能源消耗控制技术2.5.1设备能源消耗过程控制管理设备能源消耗过程控制管理能够判断加工设备是否处于正常工作的状态， 从而可以减少各种因设备故障而造成的能源浪费现象，并及时对加工设备进行 维护和管理。设备

50、能源消耗过程控制管理是借助设备能耗监测系统监测到的设 备能耗数据，并运用一定的数学方法确定设备处于正常状态时的能耗情况，并 将每个数据点与正常范围进行对比，通过比较数据点是否处于正常范围来判断 设备是否异常。其优点是能够根据记录的当前设备数据直接判断设备的状态而 无需建立设备异常状态数据库，然而当设备处于异常状态时却无法直接找到原 因所在，需进一步的到设备现场进行状态分析。2.5.2设备能源消耗控制管理的基本步骤（1）数据收集与处理通过设备能源监测管理系统收集各设备能耗数据，并结合企业的实际情况 对收集到的数据加以分析和处理，从而使数据更符合实际生产。（2）倾向性分析倾向性分析就是把各耗能设备

51、在生产过程中所消耗的能源量按时间轴绘制 成折线图，并通过对比各时间点设备能耗来分析设备是否处于正常工作状态， 然而我们很难直观地通过这张折线图来发现各设备能耗规律和耗能变化趋势， 因此必须再接着做倾向性分析，其具体步骤如下：1）将检测到的各能耗设备每小时实际耗能量按每三小时一平均，得到若干 平均能耗量，并连成一条曲线，称为短波，观察曲线的运动规律和变化趋势。2）将该短波各波峰值连成一条线，各波谷同样连成一条线，称这两条线为 外覆线。3）在这两条外覆线的正中间绘制一条直线，这条直线叫做中波，也就是我 们所寻找的倾向线，根据这条倾向线作倾向性分析。倾向线所采用的的统计资料，一般仅一个月的时间，可画

52、到中波为止。但 在按订货或市场需求组织生产的条件下，需要运用三个月至半年，甚至一年的 中波的曲线，再重复一次上述步骤，得到一条曲线，叫长波，可用于分析生产 趋势，通过趋势来研究实际生产状况。（3）统计分析统计分析就将标准差的理论应用到生产进度控制中，当每日的能耗在围绕 着计划能耗指标上下波动时，求得计划能耗的平均值匚，再求每日的实际能耗与 平均值的标准差即可。具体计算公式如下： Xi）2 /n（1）其中n为取值的数目，也为第z天的实际能耗数据，无为计划能耗数据的平 均值，作出判断时是按工土b为控制界限，如果出现日能耗的偏差超出界限的情 况，应立即查明原因，采取相应的解决措施。第3章X集团现状分

53、析X集团概况X集团坐落于江西南昌昌北经济技术开发区，下辖四个工厂，分别为南昌工 厂、赣州工厂、于都工厂和DCT工厂。公司放眼全球，关注最新传动技术的发 展，积极发展中高档变速器产品，开拓高档轻型车、商务车和轿车市场，使产 品质量和制造水平不断地达到国际先进水平，现已与国际国内几十家知名汽车 制造商建立了长期合作关系，产品远销世界各地。公司成立十年来，先后导入先进的手动及自动变速器开发和制造技术，取 得了令人瞩目的发展。2015年全年，实现工业总产值38亿元，变速箱总销量 97万台，在册员工人数达4700余人，正力争成为国内第一、国际一流的汽车变 速器及传动系统供应商。公司拥有一流的人才队伍和一

54、流的开发手段，由多名国内外资深专家组成 的研发团队，直接参与变速器的研发和制造。公司坚持与国内外高校和科研机 构广泛合作，坚持科技创新，采用国际先进的新装备、新工艺，促使企业竞争 力显著增强。在“精益求精、积极热情、团结合作的企业精神激励下，格特拉克（江西） 传动系统有限公司的全体员工正以“责任、忠诚、务实、进步的行为准则，朝着 “成为全球最优秀的传动技术和服务的提供商目标阔步前进。X集团能源消耗管理现状X集团从建厂开始就十分重视能耗管理和环境保护，在设计的初期阶段就充 分考虑了环境因素和能耗因素的各项指标，大部分设备采用进口的方式，以保 证达到预期的效果。在生产装置正常运行以后，X集团敞开大

55、门，欢迎来自全世 界各地的厂商和技术供应商进行技术交流，对各种厂商提供的各种优化建议都 进行详细的技术经济评估，积极采用符合经济性的先进技术。然而，截止到2018 年年底，X集团投入能耗管理费用累计近5亿元，严重超过了建厂时的预期能耗 管理费用，而能耗管理效果却低于预期值。X集团能源消耗管理问题分析x集团非常重视节能降耗，每年都投入大量的资金进行技术改造，积极引入 先进的节能降耗技术，在节能降耗工作上取得了一定的成绩，但在节能管理工 作的开展过程中，也逐渐暴露出一些问题，能源管理工作仍需不断加强和改进。 我们收集了 X集团下辖四个工厂2017-2018年每个月的总能耗和总收入数据， 如下表3.

56、1所示。表3.1 2017.01-2018.12各月份能耗、收入表时间总用电量（Kwh）总金额（百元）含税2017.013,815,680.003,100,696.582017.023,820,160.003,118,145.022017.034,749,600.003,717,983.742017.044,866,880.003,786,632.502017.055,718,240.004,395,444.192017.066,170,640.004,496,586.932017.076,607,960.004,735,084.962017.086,347,960.004,606,500.5

57、92017.095,567,240.004,124,883.562017.105,809,120.004,273,395.972017.116,501,200.004,702,076.372017.126,588,200.004,742,750.182018.016,197,080.004,500,984.342018.024,301,160.003,316,575.222018.035,199,960.003,887,903.872018.045,308,800.003,956,118.182018.056,072,960.004,493,473.772018.066,000,960.004

58、,441,618.172018.076,641,280.004,843,278.972018.086,799,440.004,930,220.892018.095,934,240.004,392,327.912018.105,635,560.004,210,001.602018.115,100,240.003,848,508.332018.123,817,920.003,031,469.738,000,000.007,000,000.006,000,000.005,000,000.004,000,000.003,000,000.002,000,000.001,000,000.00图3.1 20

59、17.01-2018.12各月份能耗、收入折线图根据表3.1,我们绘制出了 2017-2018各月份能耗、收入折线图，如图3.1 所示。从图中我们可以看出：该集团每月能耗与每月收入同步变化，该集团每 创造100元收入，大约要消耗1.3kwh能源，能源消耗过高，急需进行改善。3.3.1管理体系不完善从图的组织结构上来看，X集团各工厂的工厂总监任能源管理支持者，各部 门经理任组织者，各部门经理以下成员任组员，具体节能工作分散到各个部门， 节能管理制度也没有完全独立，节能管理内容分散在公司的各项管理制度中， 缺少针对节能的奖惩制度。3.3.2管理工作制度不完善X集团目前建立的节能管理制度对集团成员的

60、自主性要求较高，没有制定明 确的奖惩措施来加强员工的节能管理，并且节能管理内容分散在集团的各项管 理制度中，没有突出节能管理的重要性以及节能管理的主要内容。3.3.3缺乏能耗监测系统，无法对各设备能耗数据实时监测X集团下辖四个工厂均未开发能源管理监测系统。以DCT XF为例，该工 厂只配置了一个总电表，用来记录该工厂总的能耗信息，却无法判断出哪些设 备在加工过程中耗能过高，更加无法对耗能过高的设备进行问题分析及诊断。第4章X集团能源消耗管理制度体系构建针对x集团能源消耗管理制度中存在着管理体系不完善，无法加强员工节 能管理意识和节能管理积极性等问题，我们建立了 x集团能源消耗管理制度体 系。4