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    制造業節能減排現狀及問題

   過去的制造業依靠“效能”取勝，追求生產效率和成本的最優；如今隨著能源環境問題日漸引起社會各界的關注，作為重要經濟主體的制造業無疑要承擔更多的節能減排責任。

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

   在現有研究工作中，生產調度和能源管理與優化分屬不同的研究領域。生產調度是在滿足工藝和資源等約束條件下，通過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、加工時間、組批方式、投料策略等，使某個或多個調度指標達到最優。而企業級能源優化與管理是指以提高能源利用率為目的，對企業能源系統中能源消耗過程進行計劃、組織、控制和監督。對于兩者的協同優化手段，一些學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、同時考慮最大時延和能耗的批加工調度、考慮峰值負載功率約束的車間調度等。但從現有的成果看，仍存在以下問題：一是問題研究比較零散，缺乏統一的性能指標評價體系；二是大多針對具體對象進行研究，推廣性較差；三是在實際中的應用較少，理論與實際脫離。

  生產調度與能源管理協同優化未來研究與發展趨勢探討

  實現高效能制造的關鍵之一是生產調度與能源管理的協同優化，為此需要重點思考并解決以下問題。

  • 能源和生產性能指標綜合評價體系

  在制造自動化追求的五大功能目標TQCSE（時間、質量、成本、服務、環境）模型中，各要素相互關聯，節能減排不僅是E目標中的一項重要內容，也同時會影響C和S等。故需要基于傳統生產性能指標，進一步加入對能耗性能的考慮，并對底層指標進行細化研究。

  • 不同層級能流、物流之間關聯關系

  針對制造系統從工廠到設備單元各層級內所包含的物質流、能量流和信息流的運作，生產活動伴隨著能源的消耗和流動，能源的轉換也始終圍繞著生產的需要進行。企業的生產管理和能源管理均以生產過程為載體存在，也共享大多數系統生產數據和管理信息。分析生產物流與能流過程的復雜關聯關系，是進一步研究能源與生產協同優化的必要前提。

  • 多角度的能耗分析模型和協同優化算法

  在分析能源系統運行機理及其與生產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，研究多種機制下的協同優化算法，包括將能耗或生產指標作為目標的單目標優化算法和同時考慮生產效率和能源效率的多目標優化策略。

  在制造業信息化大潮的推動下，能源的綠色管控受到來自軟件廠商、科研院所以及制造企業自身的多方關注。以上問題也需要在各方力量的密切合作之下，以制造企業的實際需求為驅動，并借鑒最新的科研成果，加以研究解決。

   摘自《自動化博覽》2014年6月