以能源意识提升制造业竞争力

在不断压缩运营预算的压力下，制造商经常求助于运营团队来推动创新改进，从而节省成本。能源管理是一个重要的机会领域，通过使用自动化技术提取和解释数据，制造商可以提高生产力、效率和可靠性。

运营团队不断研究增加产量、提高质量、减少浪费和优化劳动力的方法。

尽管这些努力取得了成功，但管理层继续提高期望，要求在保持甚至增加产量的同时进一步降低运营费用。在过去，实现这些目标是通过设备升级、精益六西格玛流程和其他增量改进的组合来实现的。由于已经采取了更多的降低成本的机会，考虑能源在操作中的作用可能是一种新的方法。

信息的力量

设施团队的节能措施可能包括多次公用事业回扣，用于改造商店照明和电机、暖通空调系统、升级空气压缩机和冷却器，以及增加变速驱动器。团队还可能与当地公用事业公司合作，为需求响应生成支付。

把生产效率置于如何节约能源的风险之中并不是一个有利的选择，而且没有人会同意转动表盘来节省硬币是值得的。如何利用运营团队的经验来分析能源作为生产数据?

从现有的自动化系统中获取能耗数据的新的、无干扰的方法是可行的，而不需要电能质量的高级学位。它只需要制造支持团队的参与。

通过数据提高能源意识

与其他有用的分析一样，有效能源意识必须在生产过程中发生的情况下，在正确的时间获得正确的信息。

为了揭示这一层次的洞察力，许多制造商已经实施了一种自上而下的方法，分析能源消耗模式和生产产出，以确定运营如何影响能源使用。有限的产品线使这些消费模式不那么复杂，更容易发现采购、生产计划和可持续性目标。当更多的产品类型带来更多的复杂性时，分析的有效性通常会降低，因为存在太多的因素无法准确评估消费模式。非生产能源消耗的影响使将能源使用模式与生产计划相关联的能力复杂化。

一种常见的替代方法是自下而上的方法，重点是使用能源管理系统在生产点计量能源。虽然这种方法提供了准确、详细的数据，但它也可能破坏生产，执行起来很复杂，而且往往需要大量投资，回报不明确。

从能源感知设备和系统中容易获取的数据源提供了更有效的能源生产数据视图。这种水平的能源信息有助于加强已经通过自上而下和自下而上的方法收集的数据。

为了更有效地控制电机，某些级别的能量计量通常存在于较新的电机控制产品中，但现在它可以从系统中提取并以最小的成本进行分析，而不会影响生产。

利用这些信息可以更轻松地提供作为生产数据的能源粒度视图。将这些可访问的数据源与更传统的自顶向下和自底向上方法相结合，有助于隔离工厂车间的能源使用情况。当能源消耗在制造业的背景下被理解时，能源就变成了制造业的一个数据点。团队可以使用能耗数据作为任何其他生产度量来对生产和机器进行调整。

收集数据:连接，收集

在专注于最高消耗资产时使用80-20规则可以获得最大的结果。收集大功率电机的能耗数据可以帮助运营团队确定能耗最高的资产，并在以后优先考虑对成本节约有重大影响的改进措施。

由电机控制技术实现的能源感知功能允许以最小的制造影响不间断地提取能耗信息。在工厂的以太网/IP网络上增加一个自动化控制器作为数据集中器，使操作人员能够访问消耗的能源，收集能源属性，并将数据存储在历史记录中以供进一步分析，而无需接触资产或过程。鉴于自动化技术的进步，这种能力正被嵌入到电机控制技术中，以便于访问。

技术的改进

多年来，精力管理围绕着寻找容易的胜利。审核员四处走动，收集数据，在不熟悉工厂生产流程的情况下努力增加业务价值。

通过将能源视为生产的一个要素，制造商利用现有的专业知识和工具来减少消耗，并超越简单的胜利。如今，内部工程人员可以在生产环境中检查能源，并使用商业上可用的优化工具来确定特定的关注区域。将能量转换为单位生产成本，可以很容易地添加到精益六西格玛工具中，如价值流图，允许团队找到以下问题的答案:

• 在制品(WIP)是否应该被用作电池，在电价高的时候储存低成本的能源?
• 由于设备需要一段时间才能恢复到所需的温度，设备是否应该一直开着，从而消耗能源，直到下一次运行?
• 是否可以在能源需求较低的时候进行一系列的操作，并且仍然满足生产计划?

了解有关定义能源性能指标的更多信息，请参见图2;点击进入下一页，如下所示。

定义能源性能指标

由于已经采取了更多的降低成本的机会，考虑能源在操作中的作用可能是一种新的方法。

制造商可能拥有更高效的设备，但它们的运行是否更智能?当谈到优化能源消耗和确定节省成本的机会时，通过跟踪两个指标将实现最大程度的成功:每生产单位的能源消耗(强度)和运营能源绩效(效率)。制造商可以使用这些指标来确定最佳投资回报率(ROI)，并为两个关键生产指标设定基线:

• 每个生产单位的能源消耗-使用此度量来确定能源强度(其对总成本的贡献)，并为衡量改进设置基线。通过了解能源对特定资产、单元、单元或过程成本的贡献程度，操作可以确定是否需要进一步调查。记住二八法则，从大开始。

强度= kW/单位生产

• 运行能源性能-此指标有助于评估制造时消耗的能源量与一段时间内使用的总能源量。这有助于确定在制造过程中某一特定点的能源消耗效率。只有生产过程中消耗的能量才应视为操作能量，并应用于分子。转换、质量保持、机器堵塞和午餐休息被视为非生产能源，仅适用于每个周期的总能源。

效率=生产能量/总能量

考虑两个常见的场景，以及这些指标如何帮助团队集中精力:

图1展示了全天的低效率。巨大的效率波动是下一代节约成本的机会，通常会暴露行为变化。员工培训，重新排序操作，或改变生产计划可能导致能源节约。午休、早上启动和下班对生产线的效率影响最大，可以指出设备的改进，使它们在非生产期间处于较低的能量状态。转换通常被认为是生产性能源，转换的改进将降低强度，但可能不会提高效率。

在图1中，在9:00时强度上升，但效率保持相对平稳。

图2显示了生产中更高效率的能源使用。这些领域往往与所使用设备的类型有关，而不是与何时使用设备有关。节省成本的活动通常在设备升级(驱动器，更高效的电机，绝缘或更高效的加热/冷却系统)，维护或增加自动化方面。

与第一个图一样，在非生产时期的低功耗状态，如午餐、质量保持或机器堵塞，总是会降低能源成本。

周期间隔的变化带来了其他重要因素的作用。较长的周期(如每班、每天或更长时间)可以暴露天气对能源消耗的影响，哪些班次是最有效的，以及能源成本波动如何影响运营成本。它甚至可能导致创新，例如使用在制品作为电池来存储更低成本的能源或基于预防性维护计划的操作效率。

增强行为还是自动化?

在实施降低能耗的变革时，传统观点认为，只要不影响产量或质量，就应该让作业者承担改进性能指标的责任。如果作业者可以通过细微的调整来节省成本，那就给他们提供数据/仪表板。如果他们所做的更改将影响吞吐量或质量，最佳实践是自动化。当传统制造度量随着时间的推移而退化时，高风险流程或实例就是谨慎使用自动化的好例子。

与传统的操作员控制过程相比，自动化具有许多优点，因为它可以最大限度地提高可靠性并将生产风险降至最低。当作业者被要求进行调整时，人为错误和行为往往意味着流程会随着时间的推移而降低效率。这种情况的发生有多种原因:员工可能愿意选择忽略流程，信息可能在工作转换期间丢失，或者人们只是忘记了某些流程步骤背后的基本原理。自动化有助于减少可变性，并允许生产商进行调整，这些调整将随着时间的推移而自动维护。

三个例子展示了如何应用行为改变或自动化来减少能源消耗:

1. 每批能耗波动较大，效率在30% ~ 60%之间的操作。在这种情况下，改进应集中在操作人员培训、工作指导书或材料变化上。活动可以像在机器显示器上向操作员显示关键的能源相关性能指标一样简单。
2. 制造商会在夜班期间保持设备运行，以便在员工第二天早上到达时增加生产吞吐量。对生产和非生产活动的能源成本进行了价值流分析。该分析有助于确定关闭机器并放弃额外的单位产量更为经济，因为劳动力加班费比让机器不间断运行的能源成本要低。自动化系统进行了升级，实现了设备的睡眠模式，而不是完全关闭，确保了设备的可用性，降低了生产力和盈利能力的风险。
3. 一个上二班的操作员在他的机器上的生产量总是最大的。在公布了三个能耗最高的设备的能耗数据后，发现运营商在高于正常温度的条件下运行过程，以生产更多的产品。能源强度和维护成本的提高对运营成本产生了负面影响。自动化过程提供了一致性和优化的能源使用。

将能量移动到BOM

在存储和分析制造业能耗数据之后，趋势就显现出来了。操作团队可以深入了解能源在特定产品周期或批次中的使用情况。掌握这一水平的知识可以带来立竿见影的好处，还可以促进未来的改进，因为操作人员不再需要猜测未来类似生产运行的能耗水平。

根据经验，将能源消耗需求与生产物料清单(BOM)联系起来，可以帮助运营团队做出积极的生产决策，并以一种能够产生更大回报的方式更好地管理能源投资。好处包括根据生产计划预测使用情况，使用时间表进行能源需求规划，与公用事业公司协商更好的费率，以及参与正确的需求响应计划。

知道某些批次需要更多的能源，操作人员就可以在高峰需求时间之外安排这些批次。此外，数据，如单位级能源消耗，可以成为公司可持续发展记分卡和其他报告机制的宝贵输入。

能源运作，新途径

随着运营团队不断寻求新的机会来减少开支，他们必须更全面地考虑问题。能源管理是一个具有重大机遇的领域。幸运的是，利用这一机会所需的数据已经在现有的自动化系统中可用。通过使用常用的自动化技术来提取这些数据，并使用常用的生产力工具来解释这些数据，制造商可以提高生产率、效率和可靠性。

- Phil Kaufman，罗克韦尔自动化公司能源技术经理;主编埃里克·r·艾斯勒石油与天然气工程，eeissler@cfemedia.com．

关键概念

• 了解什么时候能源消耗高或低，可以帮助作业者更好地规划白天的活动，从而更好地利用这些时间。
• 与传统的操作员控制过程相比，自动化具有许多优点，因为它可以最大限度地提高可靠性并将生产风险降至最低。

考虑一下这个

制造商可能拥有更高效的设备，但他们是否更智能地运行设备?

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