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京东方:能效管理系统在半导体显示产业的应用

2020/1/10    来源:e-works    作者:e-works整理      
关键字:能效管理  e-works岁末盘点  智能制造  京东方  
本文为“2019年度中国智能制造最佳实践奖”参评案例。本次活动将评选出2019年度,在智能制造各领域有实践案例,或者有突出效益的最佳实践工程,全面介绍企业实施智能制造的过程、步骤、重点与难点、获得效益等,分享建设过程中的经验,有效推动中国智能制造应用,供广大制造业行业企业学习供鉴。

一、企业简介

    京东方科技集团股份有限公司(BOE)创立于1993年4月,是一家为信息交互和人类健康提供智慧端口产品和专业服务的物联网公司。核心事业包括端口器件、智慧物联、智慧医工三大领域。智慧物联事业包括智造服务、IoT解决方案和数字艺术,可为智慧能源、智慧零售、智慧金融、数字艺术、智慧交通、智慧教育、商务办公、智慧家居等细分领域提供物联网整体解决方案。

    智慧能源是基于新能源+互联网产业发展趋势,借助人工智能与大数据技术,以能源物联网平台为核心,开展能源供应、项目建设、能源托管、能源交易、增值服务等业务,为用户提供稳定、高效、智慧、低碳的综合能源整体解决方案;具有独立知识产权且行业领先的光伏电站运营管理平台B-iSolar,能效管理平台B-EMS;拥有北京、天津、山东、安徽、江苏、四川等16省市售电资质;光伏电站持有量368兆瓦,2019年达成售电50亿度,2020年计划售电100亿度,年营业额到10亿元。

    京东方智慧能源推出的节能板块——节能业务是紧密与工厂生产相关联的一个板块。通过能效管理系统,全面了解工厂能耗情况,在此基础上为工厂提供节能服务。在工业节能领域,为工商业用户提供水蓄冷、CDA(空气压缩系统)、中央空调等节能改造服务。在城市照明领域,为城市道路提供智慧路灯解决方案。

京东方科技集团股份有限公司

图1 京东方科技集团股份有限公司

二、企业在智能制造方面的现状

    工业企业是能源消耗大户,节能一直是困扰我国各行业的重大问题,除了依靠节能技术降低能耗外,向能耗管理要效益是我们努力的方向。传统的能源调度为水、电、气等各自独立,采用传统的能源管理模式,已不适应现代化大规模生产的能源管理需要。科学的能源管理是各企业实现优化资源配置、合理利用能源、改善环境、实现从单一的装备节能向系统优化节能的战略转变的重要措施,也是创建节约型企业、实施清洁生产的必然要求。从企业内部的角度看,必须主动内部挖潜,通过科技创新和精益生产,提升生产效率和管理水平。要充分利用新一代信息技术等手段加快推进绿色制造,大幅降低资源能源消耗,实现降本增效。积极使用有效降低企业成本的各种技术,促使生产效率持续提高。

    现在集团公司正在建立一套相对宏观的能源管理制度和KPI。企业是通过制定宏观的节能计划,推进节能项目,制定部门考核指标,建立奖惩制度,以及建立加强员工节能教育等方面进行能源管理。在信息化建设方面,B-EMS能效管理系统是支撑能源管理的一个最有效的平台。

三、参评智能制造项目详细情况介绍

    1.项目背景介绍

    随着我国经济高速发展,环境问题日益突出,碳排放量逐年增加,单位GDP能耗远高于发达国家水平。国务院依据《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》提出了《“十三五”节能减排综合工作方案》,要求工业企业节能减排工作上水平,促节能、降成本、增效益,建设资源节约型、环境友好型企业,应切实推进企业清洁生产与节能减排工作,开展清洁生产,加强能源、原料等资源的综合利用,不断改善工厂的生产环境,不断减少污染物排放,最大限度地实现节能、节材和节水,降低企业生产活动对区域环境的影响,促进经济与环境的协调发展。

    “十三五”推进修订的《重点用能单位节能管理办法》中指出:我国对重点用能单位实现节能目标责任制和节能考核评价制度;政府部门要求建设能耗在线监测系统,提升能源管理信息化水平;对能效“领跑者”用能单位,国家将优先支持其技术改造、能源信息化建设等,广泛宣传推广其先进经验,对违反《办法》规定的企业实施惩罚措施。

    打造基于工业4.0的智能制造,依托科技创新和管理创新降低企业经营成本压力提升资源利用效率,不仅仅解决制造业当前发展的瓶颈,也能促进企业发展与自然环境的和谐促进,是制造业发展的当务之急。

    京东方各厂年能耗费用常上亿元,主要能源系统包括变配电、暖通空调、压缩空气等。以“低碳环保、清洁循环、节约增效、绿色工业”为能源指导方针,积极推进提高能源管理水平,通过不断推进资源节约型、环境友好型企业建设,使企业的能源使用效率进一步提高、污染物排放总量持续下降,实现降本、增效、节能、减排的目的是企业发展必由之路。

    2.项目实施与应用情况详细介绍

    2.1系统设计原则

    本系统设计遵循以下原则:

    1)一体化:企业综合能源管理平台应与企业生产管理系统、设备管理系统、在线监测系统、调度系统等相兼容,按照一体化管理模式进行设计建设,实现企业生产工艺管理和企业能源网络安全可靠运行相匹配,以确保在管理层次和实际管理过程的无缝衔接,达到实际上的能源、生产、物流的一体化管理;实现企业级和集团级平台的无缝衔接。

    2)专业化:特别包含了企业电气设备(重要电动机、发电机、开关设备等)监测与分析、网络监控与分析等多个专业化模块。企业能源网络运行应满足生产对能源的要求——质量、安全、用量,通过强化企业能源系统的技术管理和状态管理,实现企业能源消耗安全、可靠和经济运行。

    ●企业能源网络运行状态的实时监控和状态分析;

    ●能源供给稳定与企业生产能力动态平衡及互相支持;

    ●能源特别是电能质量可控;

    ●异常条件时能源(电力)供应与生产要求的双向匹配;

    ●突发故障条件下的电源和负荷的应急管理。

    3)先进性和实用性:具有先进的设计思想和管理工具,开发的平台将充分考虑企业生产的特点,将具有企业自身特点的生产工艺过程监控与企业电网监控功能有机结合,使平台具备良好的实用性,平台各项功能都领先全国水平。

    4)可靠性:系统平台能适应企业严格的工作环境,兼备在线监测系统连续、可靠运行的能力,系统平台的服务器、终端设备、网络设备、控制设备与布线系统,能适应严格的工作环境,确保系统稳定。

    5)可操作性:系统平台采取先进且易于使用的图形人机界面功能,提供信息共享与交流、信息资源查询与检索等有效工具。提供易于使用的数据库功能,让使用者能随时查询信息及制作所需的报表,同时平台分析与辅助决策模块具有详细的引导功能,便于执行与操作。

    6)开放性:系统应该符合开放系统的有关标准,对企业现有的监测系统、调度系统、MIS管理系统等对于各种系统有良好的兼容性。

    7)可扩展性:平台具备决策分析功能和在线监控功能扩展的便利性。应用软件系统能够随着系统规模同步增长,在规模和性能两个方面进行扩充,以确保满足未来发展的需要。

    8)高效率性:实现各子系统的信息共享,提高整个系统高效率的传输与运行能力。

    9)实时性:设备和终端满足实时快速的要求,充分配合实时性的需求。

    10)完整性:提供与各种外界系统的通信功能,并在整体系统的运作上确保信息的完整性,满足能源综合管理平台的需求。

    11)安全性:确保系统各个层次安全(包括系统、网络、应用、与工艺配套安全等),包括有效的防病毒防黑客技术措施。

    12)易维护性:应用系统的设计、硬件设备的选型等方面均具备通用性、开放性,在系统局部发生故障时,能较快发现并能及时处理,避免故障扩大并快速恢复正常运行。

    2.2 项目应用情况详细介绍

    京东方能效管理系统(以下简称B-EMS)作为企业智能制造的重要环节,是实现降本增效最直接且有效的手段,通过B-EMS可以不断优化生产制造流程以及辅助生产制造流程,不仅仅降低能源支出成本和原材料成本,也降低了设备折旧以及运维成本;同时智能化节能可以优化设备运行工况,可以提升设备运维水平,从事后运维提升为预测性维护,降低企业的综合管理成本;其次随着生产制造的数字化、智能化水平的提高,还可以大大降低劳动力成本,一劳永逸解决劳动力成本上升给企业带来的压力。

    我们在进行这项目推进时,分四个阶段逐步实施:

    1)项目调研咨询。结合企业生产制造情况对逐个工厂进行调研,熟悉整个工厂的生产运行情况、自动化流程工艺、以及主要生产用能设备。其主要目的是通过对企业的实地调研了解企业的生产用能、流程工艺等基本情况,然后有针对性的选择合适的解决方案。

    2)采集仪表的安装。根据企业的实际情况对所有主要用能设备进行全方面的覆盖,依靠物联网手段对设备运行数据、能效数据等进行智能采集,其主要的目的是企业实现可视化的全覆盖;然后结合生产工艺和自动化情况对生产工艺自动化系统和设备运行流程工艺进行智能化节能优化,落实关键KPI考核点。

    3)进行厂区平台的数据分析,自动生成数据报告。根据厂区的数据采集,对采集到的数据进行数据分析,在条件具备的情况下进行的数据分析与建模,逐步将专家的运维经验进行固化,形成标准的模块。

    4)结合海量的生产、能耗、工艺数据,建立大数据信息挖掘和分析优化的模型。通过模型的不断的自学习和优化,为用户提供优化节能决策支持依据,指导用户进行降本增效节能优化升级。该步骤是需要一个长期的数据积累和分析,不是短时间可以实现和完成的。

    在建设方案上,我们采用自上而下、顶层设计的方案,从集团级平台入手,规划整体方案,各厂区平台按照集团级平台规划各自展开,然后逐步落实到位。

    2.3 总体架构

    系统的总体架构如图1所示,系统分感知层、采集层、数据传输层、平台层、数据处理层及应用层六个层。

B-EMS系统架构

图2 B-EMS系统架构

    2.4 主要功能模块

    1)能源视图及能耗总览

    B-EMS京东方能效管理系统可以通过对工厂生产制造情况实时监测,实时显示厂区各子系统和大型设备的用能情况,便于用户通过全厂能源视图了解整个工厂的电、气、水能源消耗情况,实现能源消耗的透明化,识别从工厂到设备多个层级能源消耗分布,分层级展示能源消耗情况;

    2)能耗流向

    通过能源流向图可以直观了解能源从厂区到车间、车间到生产线、生产线到设备的具体能源流向,通过能源流向图可以直观了解工厂重点耗能系统、设备等相关系统。

能耗流向图

图3 能耗流向图

    3)能耗趋势图

    显示各动力设备或者工艺流程的历史用能情况曲线。通过在线的曲线,用户可以掌握每条产线,每种能源品种,每个用能系统的用能规律;找出用能不合理的地方。用户可以选择在同一图表中分析一条产线的多种能源品种,或分析一条产线的多个用能系统的用能情况;也可以显示多个产线某种能源品种或某个系统的用能情况。用户选择的每种情况都可以对显示的是平均能耗值、单位能耗值或总能耗值进行选择。此项功能以曲线图的方式进行展示。

能耗趋势图

图4 能耗趋势图

    4)能耗对比

    通过同类设备能耗横纵向对比、同线体设备能耗横纵向对比、同工况设备横纵向对比,发现存在的差异,找出潜在的节能空间;通过对比不同时段的同一生产线设备用能情况,可以统计不同时段能耗的差异。

能耗对比图

图5 能耗对比图

    5)能耗排名

    通过工厂不同车间的能耗排名,直观展示不同车间设备的用能处于的水平,找出能源使用的差异提供参考。

能耗排名

图6 能耗排名

    6)能耗分析

    分析主要耗能设备的用能情况;分析能源浪费的漏洞;验证通过节能改造而降低的能耗的效果;生产线或厂区内不同用电设备的分项消耗电能纵向比较;也可以和同类产线或厂区进行横向用电比较,发现问题及时解决。

    7)定额管理

    根据企业的年度能耗定额目标,按照设置的分解规则,将目标分解到逐月,系统根据考核类型(能耗、成本)生成定额对比报表,可用作年终考核的评价依据。

    8)高级功能

    高级功能主要是对生产制造生产流程系统的能源成本分析。生产制造提供气、热、冷、压缩空气等能源的流程设备,例如,空压系统、冷动系统、空调系统、循环水系统、超纯水系统等,该类设备作为辅助生产的供能流程系统,也是企业用能耗能的主要设备,经过京东方多年的实际项目的累积经验以及自身的行业经验,流程专家提供十分有针对性的解决方案,然后将专家经验进行软件固化,形成软件功能模块指导其他项目的节能优化改造。

    例如压缩干燥空气(CDA)系统包括的系统流程包括空压机组、缓冲罐、预冷却器、汽水分离和过滤装置、干燥机、前端分离和过滤装置、分配器等环节,各个设备的最佳工作状态构成的流程整体效率不一定是流程效率最高值,所以还要从空压流程工艺的整体考虑问题,不仅需要设备专家经验还需要有流程优化的经验。

    相同生产工艺的不同生产线,生产相同产品所消耗的能源和原材料有很大的差异,除了必要的生产工艺及环境差别因素,还有很多是专家经验很难发现的设备运行工况和流程工况的原因,通过大数据关联性分析和挖掘技术,找到影响不同结果的关联因素进行关联性分析,找到差异所在为运维管理人员提升制造水平和资源利用率提供建议和依据,进而降本增效。

    这一部分功能需要根据系统的运行数据进行个性化开发,充分将专家经验固化成标准模块。京东方的各个厂区优秀能效实践案例为这一系统的不断完善奠定了深厚的基础。

    3.效益分析

    1)建立节能经济指标

    通过节能项目的推进和能源使用的优化,企业设定各系统的节能经济指标,实现减少资源消耗,降低经营成本。这样对于公司节能项目的开展起到了很好的促进作用。

    下图是集团某地工厂各车间实施项目前后的用水量统计图,使用前后一个月内节水2.2万吨,节能效益明显。

各厂区用水同期同比数据

图7 各厂区用水同期同比数据

    2)建立节能管理制度

    公司从围绕节能管理目标建立的相应的奖惩制度,从企业、分厂、部门到个人,调动全企业的能管意思和参与积极性。奖惩制度主要通过以下几个方面实现:

    ●季度单耗指标奖励(确保目标是奖励的基点)

    ●节能活动开展奖惩

    ●项目指标奖惩

    ●年度单耗目标奖惩

    ●节能减排异常事项

    ●节能减排先进个人

责任编辑:程玥
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