一種基於綜合能耗判斷的企業能源平衡方法
2023-07-25 07:52:31
一種基於綜合能耗判斷的企業能源平衡方法
【專利摘要】本發明提供了一種基於綜合能耗判斷的企業能源平衡方法，其通過對產品工藝過程建模，選擇歷史數據時段，將過濾後得到的良性數據作為企業能源消耗判斷模型的輸入參數；基於串聯型灰色神經網絡測算方法對企業能耗進行綜合判斷；通過計算企業能源有效利用率、餘能資源率、各主要產品的能耗數據，進一步計算得到企業單位產品產量綜合能耗、企業單位產值綜合能耗、企業能源利用率，建立基於多目標遺傳算法的自動能源平衡模型，計算企業能源平衡指標並將結果顯示給用戶。
【專利說明】一種基於綜合能耗判斷的企業能源平衡方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及能源管理系統的企業能源平衡方法，特別是一種基於綜合能耗判斷的企業能源平衡方法。
【背景技術】
[0002]能源是向自然界提供能量轉化的物質，是人類活動的物質基礎。能源的發展，能源和環境，是全世界、全人類共同關心的問題，也是我國社會經濟發展的重要問題。節約能源在提高經濟效益，促進科技進步，保護環境安全等方面發揮了重要作用，是實現可持續發展的有效方法之一。
[0003]我國已經開始逐步進入全面工業化階段，主要能源的短缺對我國經濟發展制約作用越來越明顯，供需差距呈越來越大，能源的供需矛盾日益突出，解決好能源問題已成為我們的當務之急。加強能源管理已成為我國實現循環、低碳、綠色經濟的重要方法，許多企業已經開始把節能降耗、加強資源二次綜合利用作為降低成本的重要戰略途徑。目前，與世界先進水平相比，我國在能源效率、能源強度、單位產品能耗等方面仍存在較大差距。據不完全統計，截止至2008年，我國的能源消耗強度分別是日本的6倍，德國的4倍和美國的3倍，總體上主要工業產品的能源消耗強度比國外高25%以上，我國的節能之路任重而道遠。
[0004]企業能源管理系統是指企業綜合運用社會科學和自然科學的方法和原理，建立一套自動化能源數據獲取系統，對企業能源的生產、分配、供應、儲運和消費全過程進行科學地計劃、監督、監測工作，使企業更好的完成資源調配、組織生產、成本核算，實時地掌握企業能源狀況，已達到經濟合理，能源的有效利用。而企業能源平衡是能源管理中一種科學的管理辦法，是加強能源管理，降低能耗的有效途徑，在生產型企業中，做好能量平衡是節能降耗很重要的一環。能源平衡考察一個體系輸入能量與有效能量、損失能量之間的平衡關係，對整體能量的使用、轉換、損耗進行定量分析。通過能源平衡，可以考察企業能耗狀況，了解主要用能單位，裝置和整個公司的能源利用率。經過綜合分析評價，找出企業節能潛力，明確節能方向，對提高企業能源利用率和降低單耗提供科學依據。
[0005]目前國內大多數企業仍採用手工在Excel編制生成能源平衡表，還未實現利用信息化系統編制能源平衡表。一些公司能源平衡表是在產銷系統能源管理子系統中進行編制。編制主要是先由用戶利用Excel工具手工製作平衡表模版(即平衡表的格式，表中項目、關聯計算關係等)，然後通過能源管理子系統程序調用讀取該表格，並將能源系統資料庫表中的數據按項目位置，逐個填入平衡表模版中對應的位置。本發明提供了一種基於綜合能耗判斷的完整的能源平衡方法，根據串聯型灰色神經網絡判斷模型的特點以及它們的建模理論，將其成功地應用到企業能源管理系統中，為指導企業能源的消耗和調度提供了科學的理論依據。為企業提供了一種企業能源平衡的自動計算方法，在企業能源管理系統中通過編程實現本方法可以輔助企業相關部門制定能源平衡表。由於任何智能算法都有其局限性，本發明還考慮到了對自動算法的人工調整和事後校驗機制，從而是企業能源平衡表的編制更具靈活性和高效性，更全面反映各種能源的生產、消費、分配的平衡關係，了解各種能源的自給程度，為編制能源規劃提供依據；更好的考察能源系統加工轉換過程，投入與產出的數量平衡關係，為分析能源加工轉換效率提供基礎數據。
【發明內容】
[0006]針對上述問題，本發明的目的在於根據企業歷史用能情況，結合不需要完整的或嚴格準確的採購、生產計劃，便可以自動分析企業能源與產品的平衡關係，幫助企業更好的對能源的生產、分配、供應、儲運和消費全過程進行科學地計劃、監督、監測工作，並輔助企業制定採購計劃和生產計劃。
[0007]為了實現上述目的，本發明提供的方法包括步驟如下:
[0008]步驟1，記錄並比較企業歷年資源產品的歷史數據，包括產品信息、製造資源信息以及工藝信息，選擇能源介質流向、單耗，選擇二次能源產生情況及其流向，選擇能源介質起點、終點的容量和庫存狀態，對產品工藝過程建模，從而在資料庫中建表、錄入企業結構信息、編輯能耗信息、繪製工藝流程、實時採集數據與工藝設備綁定；
[0009]步驟2，選擇歷史數據時段，過濾不良數據，所述不良數據包括大量歷史數據中的錯數據、壞數據或不典型數據；選擇過濾後得到的良性數據作為企業能源消耗判斷模型的輸入參數；
[0010]步驟3，基於串聯型灰色神經網絡測算方法對企業能耗進行綜合判斷；
[0011]步驟4，通過計算企業能源有效利用率、餘能資源率、各主要產品的能耗數據，進一步計算得到企業單位產品產量綜合能耗、企業單位產值綜合能耗、企業能源利用率，利用歸類分析法將企業能量損失分為不可避免的損失、以及不應有的損失兩類:其中不可避免的損失為在目前工藝條件下的客觀損失，該損失除了更新設備和改革工藝之外無法解決；其中不應有的損失為不合理、不應該有的損失，其通常是由於管理不善、操作不當而造成的損失，可以減少或避免；建立基於多目標遺傳算法的自動能源平衡模型，選擇上述各個企業能源判斷指標作為輸入參數，計算企業能源平衡指標；
[0012]步驟5，提供顯示界面以向用戶顯示自動平衡結果，當出現不合理的平衡指標時則用戶發出警報；其在以下兩種情況下向用戶發出警報:算法模型存在漏洞或者由於初始條件較差導致算法執行不收斂，無法完成正常的判斷過程；或者，算法模型完整有效，而企業在能源庫存量、採購計劃或生產計劃方面存在缺陷或不平衡；
[0013]步驟6，對平衡指標進行列印輸出；
[0014]步驟7，結合企業生產實際發生的情況對上述測算得到的平衡指標數據進行對比分析，計算測算指標的誤差，從而對模型進行合理調整。
[0015]該方法保存採購計劃、生成計劃以及能源的庫存信息的歷史數據，並將其作為校驗條件進行平衡指標校驗。
[0016]該方法過濾不良數據時可使用η倍方差法。
[0017]該方法過濾不良數據時可使用階梯算法。
[0018]該方法在以下兩種情況下向用戶發出警報:算法模型存在漏洞或者由於初始條件較差導致算法執行不收斂，無法完成正常的判斷過程；或者，算法模型完整有效，而企業在能源庫存量、採購計劃或生產計劃方面存在缺陷或不平衡。
[0019]該方法還可對測算得到的平衡指標進行校核。
【具體實施方式】
[0020]以下結合具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。
[0021]目前國內大多數企業仍採用手工在Excel編制生成能源平衡表，或者一些公司主要是先由用戶利用Excel工具手工製作平衡表模版(即平衡表的格式，表中項目、關聯計算關係等)，然後通過能源管理子系統程序調用讀取該表格，並將能源系統資料庫表中的數據按項目位置，逐個填入平衡表模版中對應的位置。為了解決這些比較繁瑣、缺乏可擴展性的能源平衡方法的問題，本發明提出了一種企業能源平衡的自動計算方法，在企業能源管理系統中通過編程實現本方法可以輔助企業相關部門制定能源平衡表。由於任何智能算法都有其局限性，本發明還考慮到了對自動算法的人工調整和事後校驗機制，從而是企業能源平衡表的編制更具靈活性和高效性，更全面反映各種能源的生產、消費、分配的平衡關係，了解各種能源的自給程度，為編制能源規劃提供依據；更好的考察能源系統加工轉換過程，投入與產出的數量平衡關係，為分析能源加工轉換效率提供基礎數據。具體操作如下:
[0022]步驟101:工藝過程建模。
[0023]通過對企業的生產過程進行了解，對企業歷年的歷史數據進行深度分析，總結加工方法的選擇規律，設備資源的選擇依據以及幾何信息、工藝信息及製造資源信息之間的關聯關係，描述不同特徵工藝的特點和規律，描述能源介質流向、單耗，二次能源產生情況以及流向，能源介質起點、終點的容量和庫存狀態等。從系統規劃的角度，對企業工藝過程建立面向過程規劃的模型，建立包括產品信息、製造資源信息、工藝信息的工藝過程模型，實現產品信息模型、製造資源信息模型與工藝信息模型的關聯，進而實現企業工藝過程集成管理和優化配置，更好的為節能降耗提供決策依據。
[0024]步驟102:採購、生產計劃獲取。
[0025]採購計劃和生成計劃以及能源的庫存信息對於企業制定能源平衡計劃有著至關重要的作用，通過與其他系統的數據接口方式或者人工錄入的方式獲得這些信息，可以大大提高能源平衡計劃的精度。但是本發明中該部分數據的獲取不是必須的，其信息可以作為待求量通過能源消耗判斷以及自動能源平衡算法自動填充；但相關部門應保持歷史數據的真實性和完整性，以便能源平衡的可持續性，因為本發明的步驟109平衡指標的校驗需要真實的歷史數據作為校驗條件。
[0026]步驟103:歷史數據篩選。
[0027]結合待平衡周期的實際情況合理選擇歷史數據時段，然後應用η倍方差法、階梯法等算法過濾不良數據，以免極端數據對判斷模型產生負面影響。將過濾好的良性數據暫存起來作為企業能源消耗判斷模型的輸入參數。
[0028]不良數據主要是指大量的歷史數據中難免有些錯數據、壞數據或不典型數據。可以想像圖中哪些偏離集中數據區很遠並孤立的點，這些點不具備「規律性」。3倍方差法或者階梯法多是很好的處理壞數據的方法。
[0029]步驟104:能耗綜合判斷。
[0030]在編制企業能源平衡計劃時必須對能源的需求與供應進行判斷，以便儘早安排、及時提供足夠的能源，以保證企業生產持續穩步的發展。能源判斷是一項涉及面廣、技術性強的基礎工作，要做好能源判斷，不僅要進行充分的調查研究，弄清經濟與能源的歷史、現狀及發展趨勢，而且還要藉助於邏輯推理和數學手段，估計、計算出未來一段時間內能源的需求量，明確在需求方面將要發生什麼變化，以統籌安排能源建設的投資、項目、運輸和布局，使未來的能源供應量與企業的發展需要相適應，是提高企業綜合競爭力的內在要求和必由之路。因此，做好能源的科學判斷是企業能源管理中的一項重要戰略任務。
[0031]本發明採用一種基於串聯型灰色神經網絡判斷的方法對企業能源消耗進行判斷，選擇灰色理論和人工神經網絡理論進行組合，主要考慮到灰色理論和人工神經網絡理論具有以下互補性:人工神經網絡具有逼近任意函數的能力，但有時會因過分逼近能源需求曲線上的細節而影響泛化能力。灰色判斷方法不適合逼近複雜的非線性函數，但能較好地判斷能源需求變化的總體趨勢；人工神經網絡雖然理論上具有逼近任意函數的能力，但前提條件是具有足夠多的隱節點，而較多的隱節點會導致神經網絡參數增多，相應地需要更多樣本來訓練神經網絡。在能源需求短期判斷中，由於比較容易獲得大量的樣本，人工神經網絡的隱節點數可以很多，從而可以充分發揮人工神經網絡的優勢。但在能源中長期需求判斷中，樣本的數量相對較少，因此人工神經網絡的優點難以充分發揮。灰色判斷方法則能夠利用少樣本進行建模和判斷。
[0032]步驟105:自動能源平衡。
[0033]企業能量平衡是以企業為對象的能量平衡，包括各種能量的收入與支出的平衡，消耗與有效利用及損失之間的數量平衡。企業能量平衡分析就是根據企業能量平衡的結果，對企業用能情況進行全面、系統地分析，以便明確企業能量利用程度，能量損失的大小、分布與損失發生的原因。企業能源平衡主要作用有:可摸清企業耗能情況，弄清企業的能源構成及其來龍去脈，從而了解企業能源損失的大小與分布、損失的原因和存在的問題，以利於採取節能措施；可掌握企業用能水平，即掌握企業各種能源的有效利用率，餘能資源率，及各主要產品的能耗數據，為制定合理的能源消耗定額，為完善能源制度和法規提供了科學根據；開展企業能量平衡對加強企業管理，提高管理人員的技術水平，推動企業的技術改造等起著促進作用。
[0034]開展企業能量平衡分析，主要是為了查出造成能量浪費的原因，以便制定相應的節能措施與管理制度，因此，分析的重點勢必落在企業的各項能量損失上，通常採用的歸類分析法是將企業能量損失分為不可避免的和不應有的兩類:不可避免的損失是指在目前工藝條件下的客觀損失，這種損失除了更新設備和改革工藝之外是無法解決的；不應有的損失是指不合理、不應該有的損失，它往往是因管理不善、操作不當，跑、冒、漏造成的損失，這種損失通過一定的工作是可以避免或減少的。通過開展能量平衡分析，可對企業總的能耗水平有個基本估價，即將反映企業能耗水平的幾個評價指標，如單位產品產量綜合能耗、單位產值綜合能耗、企業能源利用率等指標的量值與國際、國內、省內同行業生產企業相比，與本企業歷史最好水平相比，判斷自己所處的水平或找出存在的差距，進而判斷企業節能潛力所在，從工藝流程、設備、生產組織、操作技術、管理制度等方面找出能源浪費的技術因素和管理缺陷，加以改進。
[0035]企業能源的生產、分配、供應、儲運和消費過程以及產品結構、產量和成本的關係是個複雜的多目標平衡關係，本發明是在積累的大量的企業能源與產品關聯關係的基礎上對企業能源平衡關係進行建模，並逐步摸索出一種基於改良型的多目標遺傳算法的自動能源平衡的方法，即一種基於多目標遺傳算法的企業能源平衡方法，以企業能源判斷指標作為默認參數建立模型，自動計算企業的能源平衡指標。
[0036]步驟106:平衡指標顯示與報警。
[0037]指標計算完畢後，本發明提供自動平衡結果與相關工藝環節的約束條件的顯示界面，並對平衡指標不合理的環節進行報警展示，供相關部門參考。平衡指標的顯示與報警環節在本發明提供的方法中的作用非常重要。通常產生報警的原因有二:第一，算法模型存在漏洞或者由於初始條件較差導致算法執行不收斂，無法完成正常的判斷過程；第二，算法模型完整有效，是企業能源庫存量、採購計劃或者生產計劃存在缺陷或不平衡。如果報警原因為前者，通過報警信息可以很直觀的了解算法模型存在的問題，為算法模型的優化完善提供有效的依據；如果報警原因為後者，通過報警信息可以明確指正目前企業生產過程存在的問題，為企業下一階段的計劃調整或整改提供有利證據。
[0038]步驟107:手動調整平衡指標。
[0039]由於判斷模型是建立在一定的理論基礎上的，在企業實際生產這種複雜的工況下難免出現判斷指標過於片面、局部區域或環節不夠準確等問題。因此，直接把自動平衡的指標直接應用與下一階段的生產計劃還是存在較大風險的。把系統自動的能源平衡算法產生的指標作為初始值供企業能源平衡方面的專家參考，經過專家的對比分析，明確問題並對平衡指標進行合理調整後將大大提高平衡指標的精度。同時也可以根據專家的經驗對算法模型進行校核，從而進一步完成判斷模型。一般情況下，在算法執行的初期專家的企業能源平衡體系的作用至關重要，隨著算法的不斷完善，算法模型所起的作用逐漸增大。
[0040]步驟108:平衡指標確定。
[0041]經過專家的校核後，將最終的企業能源平衡計劃明確下來形成報表，然後列印報表相關部門的領導籤字。最後安排相關部門按照下一階段的能源平衡計劃進行採購、生產等生產活動。
[0042]步驟109:平衡指標校驗。
[0043]等一個能源平衡計劃周期結束後，結合企業生產實際發生的情況與之前的判斷結果進行對比分析。計算判斷指標的誤差情況，查找導致判斷偏差較大的環節以及產生偏差的原因，從而發現模型弊端，對模型進行合理的調整。通過反覆的判斷、校驗不斷積累管理經驗最終建立一套完整的能源耗量判斷與自動能源平衡的管理體系。
[0044]本發明的核心價值是提供了一整套的能源平衡體系，從最開始的能管系統的數據分析、數據過濾、到自動能耗判斷、自動能源平衡、最後平衡指標報警、手工調整等完整的過程是目前企業的能源管理系統軟體不具備的。企業的能源平衡關係複雜，絕大多數的企業都還是處在人工報表的階段。很難有完整的自動計算和人工調整的概念。正是由於企業能源平衡的複雜性和個性化強，我們在提出了自動平衡的算法後與增加的人工幹預的部分，增加軟體或發明理論的嚴謹性。
[0045]當然，本發明還可以有其它多種實施方式，在不背離本發明精神及其實質的情況下，本領域技術人員可根據本發明做出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種基於綜合能耗判斷的企業能源平衡方法，其包含如下步驟: 步驟1，記錄並比較企業歷年資源產品的歷史數據，包括產品信息、製造資源信息以及工藝信息，選擇能源介質流向、單耗，選擇二次能源產生情況及其流向，選擇能源介質起點、終點的容量和庫存狀態，對產品工藝過程建模，從而在資料庫中建表、錄入企業結構信息、編輯能耗信息、繪製工藝流程、實時採集數據與工藝設備綁定； 步驟2，選擇歷史數據時段，過濾不良數據，所述不良數據包括大量歷史數據中的錯數據、壞數據或不典型數據；選擇過濾後得到的良性數據作為企業能源消耗判斷模型的輸入參數； 步驟3，基於串聯型灰色神經網絡測算方法對企業能耗進行綜合判斷； 步驟4，通過計算企業能源有效利用率、餘能資源率、各主要產品的能耗數據，進一步計算得到企業單位產品產量綜合能耗、企業單位產值綜合能耗、企業能源利用率，利用歸類分析法將企業能量損失分為不可避免的損失、以及不應有的損失兩類:其中不可避免的損失為在目前工藝條件下的客觀損失，該損失除了更新設備和改革工藝之外無法解決；其中不應有的損失為不合理、不應該有的損失，其通常是由於管理不善、操作不當而造成的損失，可以減少或避免；建立基於多目標遺傳算法的自動能源平衡模型，選擇上述各個企業能源判斷指標作為輸入參數，計算企業能源平衡指標； 步驟5，提供顯示界面以向用戶顯示自動平衡結果，當出現不合理的平衡指標時則用戶發出警報；其在以下兩種情況下向用戶發出警報:算法模型存在漏洞或者由於初始條件較差導致算法執行不收斂，無法完成正常的判斷過程；或者，算法模型完整有效，而企業在能源庫存量、採購計劃或生產計劃方面存在缺陷或不平衡； 步驟6，對平衡指標進行列印輸出； 步驟7，結合企業生產實際發生的情況對上述測算得到的平衡指標數據進行對比分析，計算測算指標的誤差，從而對模型進行合理調整。
2.如權利要求1所述的企業能源平衡方法，其特徵在於:該方法保存採購計劃、生成計劃以及能源的庫存信息的歷史數據，並將其作為校驗條件進行平衡指標校驗。
3.如權利要求1所述的企業能源平衡方法，其特徵在於:該方法過濾不良數據時可使用η倍方差法。
4.如權利要求1所述的企業能源平衡方法，其特徵在於:該方法過濾不良數據時可使用階梯算法。
5.如權利要求1所述的企業能源平衡方法，其特徵在於:該方法在以下兩種情況下向用戶發出警報:算法模型存在漏洞或者由於初始條件較差導致算法執行不收斂，無法完成正常的判斷過程；或者，算法模型完整有效，而企業在能源庫存量、採購計劃或生產計劃方面存在缺陷或不平衡。
6.如權利要求2所述的企業能源平衡方法，其特徵在於:該方法還可對測算得到的平衡指標進行校核。
【文檔編號】G06Q10/06GK104200337SQ201410474185
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月18日 優先權日:2014年9月18日
【發明者】張磊, 梁雷, 鄭笑彤 申請人:北京清暉翔科技有限公司