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    制造業(yè)節(jié)能減排現(xiàn)狀及問題

   過去的制造業(yè)依靠“效能”取勝，追求生產(chǎn)效率和成本的最優(yōu)；如今隨著能源環(huán)境問題日漸引起社會各界的關(guān)注，作為重要經(jīng)濟主體的制造業(yè)無疑要承擔(dān)更多的節(jié)能減排責(zé)任。

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

   在現(xiàn)有研究工作中，生產(chǎn)調(diào)度和能源管理與優(yōu)化分屬不同的研究領(lǐng)域。生產(chǎn)調(diào)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(shè)備和確定其在相應(yīng)設(shè)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(diào)度指標(biāo)達到最優(yōu)。而企業(yè)級能源優(yōu)化與管理是指以提高能源利用率為目的，對企業(yè)能源系統(tǒng)中能源消耗過程進行計劃、組織、控制和監(jiān)督。對于兩者的協(xié)同優(yōu)化手段，一些學(xué)者也取得了一定的研究成果，如考慮資源節(jié)約和減少噪聲的機械加工調(diào)度方案、同時考慮最大時延和能耗的批加工調(diào)度、考慮峰值負載功率約束的車間調(diào)度等。但從現(xiàn)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(tǒng)一的性能指標(biāo)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(yīng)用較少，理論與實際脫離。

  生產(chǎn)調(diào)度與能源管理協(xié)同優(yōu)化未來研究與發(fā)展趨勢探討

  實現(xiàn)高效能制造的關(guān)鍵之一是生產(chǎn)調(diào)度與能源管理的協(xié)同優(yōu)化，為此需要重點思考并解決以下問題。

  • 能源和生產(chǎn)性能指標(biāo)綜合評價體系

  在制造自動化追求的五大功能目標(biāo)TQCSE（時間、質(zhì)量、成本、服務(wù)、環(huán)境）模型中，各要素相互關(guān)聯(lián)，節(jié)能減排不僅是E目標(biāo)中的一項重要內(nèi)容，也同時會影響C和S等。故需要基于傳統(tǒng)生產(chǎn)性能指標(biāo)，進一步加入對能耗性能的考慮，并對底層指標(biāo)進行細化研究。

  • 不同層級能流、物流之間關(guān)聯(lián)關(guān)系

  針對制造系統(tǒng)從工廠到設(shè)備單元各層級內(nèi)所包含的物質(zhì)流、能量流和信息流的運作，生產(chǎn)活動伴隨著能源的消耗和流動，能源的轉(zhuǎn)換也始終圍繞著生產(chǎn)的需要進行。企業(yè)的生產(chǎn)管理和能源管理均以生產(chǎn)過程為載體存在，也共享大多數(shù)系統(tǒng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)和管理信息。分析生產(chǎn)物流與能流過程的復(fù)雜關(guān)聯(lián)關(guān)系，是進一步研究能源與生產(chǎn)協(xié)同優(yōu)化的必要前提。

  • 多角度的能耗分析模型和協(xié)同優(yōu)化算法

  在分析能源系統(tǒng)運行機理及其與生產(chǎn)系統(tǒng)相互影響機制的基礎(chǔ)上，建立多角度的能耗模型架構(gòu)及相應(yīng)的視圖模型。同時，研究多種機制下的協(xié)同優(yōu)化算法，包括將能耗或生產(chǎn)指標(biāo)作為目標(biāo)的單目標(biāo)優(yōu)化算法和同時考慮生產(chǎn)效率和能源效率的多目標(biāo)優(yōu)化策略。

  在制造業(yè)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(yè)自身的多方關(guān)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(yè)的實際需求為驅(qū)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