一种基于综合能耗判断的企业能源平衡方法

一种基于综合能耗判断的企业能源平衡方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于综合能耗判断的企业能源平衡方法，其通过对产品工艺过程建模，选择历史数据时段，将过滤后得到的良性数据作为企业能源消耗判断模型的输入参数；基于串联型灰色神经网络测算方法对企业能耗进行综合判断；通过计算企业能源有效利用率、余能资源率、各主要产品的能耗数据，进一步计算得到企业单位产品产量综合能耗、企业单位产值综合能耗、企业能源利用率，建立基于多目标遗传算法的自动能源平衡模型，计算企业能源平衡指标并将结果显示给用户。
【专利说明】一种基于综合能耗判断的企业能源平衡方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及能源管理系统的企业能源平衡方法，特别是一种基于综合能耗判断的企业能源平衡方法。

【背景技术】
[0002]能源是向自然界提供能量转化的物质，是人类活动的物质基础。能源的发展，能源和环境，是全世界、全人类共同关心的问题，也是我国社会经济发展的重要问题。节约能源在提高经济效益，促进科技进步，保护环境安全等方面发挥了重要作用，是实现可持续发展的有效方法之一。
[0003]我国已经开始逐步进入全面工业化阶段，主要能源的短缺对我国经济发展制约作用越来越明显，供需差距呈越来越大，能源的供需矛盾日益突出，解决好能源问题已成为我们的当务之急。加强能源管理已成为我国实现循环、低碳、绿色经济的重要方法，许多企业已经开始把节能降耗、加强资源二次综合利用作为降低成本的重要战略途径。目前，与世界先进水平相比，我国在能源效率、能源强度、单位产品能耗等方面仍存在较大差距。据不完全统计，截止至2008年，我国的能源消耗强度分别是日本的6倍，德国的4倍和美国的3倍，总体上主要工业产品的能源消耗强度比国外高25%以上，我国的节能之路任重而道远。
[0004]企业能源管理系统是指企业综合运用社会科学和自然科学的方法和原理，建立一套自动化能源数据获取系统，对企业能源的生产、分配、供应、储运和消费全过程进行科学地计划、监督、监测工作，使企业更好的完成资源调配、组织生产、成本核算，实时地掌握企业能源状况，已达到经济合理，能源的有效利用。而企业能源平衡是能源管理中一种科学的管理办法，是加强能源管理，降低能耗的有效途径，在生产型企业中，做好能量平衡是节能降耗很重要的一环。能源平衡考察一个体系输入能量与有效能量、损失能量之间的平衡关系，对整体能量的使用、转换、损耗进行定量分析。通过能源平衡，可以考察企业能耗状况，了解主要用能单位，装置和整个公司的能源利用率。经过综合分析评价，找出企业节能潜力，明确节能方向，对提高企业能源利用率和降低单耗提供科学依据。
[0005]目前国内大多数企业仍采用手工在Excel编制生成能源平衡表，还未实现利用信息化系统编制能源平衡表。一些公司能源平衡表是在产销系统能源管理子系统中进行编制。编制主要是先由用户利用Excel工具手工制作平衡表模版(即平衡表的格式，表中项目、关联计算关系等)，然后通过能源管理子系统程序调用读取该表格，并将能源系统数据库表中的数据按项目位置，逐个填入平衡表模版中对应的位置。本发明提供了一种基于综合能耗判断的完整的能源平衡方法，根据串联型灰色神经网络判断模型的特点以及它们的建模理论，将其成功地应用到企业能源管理系统中，为指导企业能源的消耗和调度提供了科学的理论依据。为企业提供了一种企业能源平衡的自动计算方法，在企业能源管理系统中通过编程实现本方法可以辅助企业相关部门制定能源平衡表。由于任何智能算法都有其局限性，本发明还考虑到了对自动算法的人工调整和事后校验机制，从而是企业能源平衡表的编制更具灵活性和高效性，更全面反映各种能源的生产、消费、分配的平衡关系，了解各种能源的自给程度，为编制能源规划提供依据；更好的考察能源系统加工转换过程，投入与产出的数量平衡关系，为分析能源加工转换效率提供基础数据。


【发明内容】

[0006]针对上述问题，本发明的目的在于根据企业历史用能情况，结合不需要完整的或严格准确的采购、生产计划，便可以自动分析企业能源与产品的平衡关系，帮助企业更好的对能源的生产、分配、供应、储运和消费全过程进行科学地计划、监督、监测工作，并辅助企业制定采购计划和生产计划。
[0007]为了实现上述目的，本发明提供的方法包括步骤如下:
[0008]步骤1，记录并比较企业历年资源产品的历史数据，包括产品信息、制造资源信息以及工艺信息，选择能源介质流向、单耗，选择二次能源产生情况及其流向，选择能源介质起点、终点的容量和库存状态，对产品工艺过程建模，从而在数据库中建表、录入企业结构信息、编辑能耗信息、绘制工艺流程、实时采集数据与工艺设备绑定；
[0009]步骤2，选择历史数据时段，过滤不良数据，所述不良数据包括大量历史数据中的错数据、坏数据或不典型数据；选择过滤后得到的良性数据作为企业能源消耗判断模型的输入参数；
[0010]步骤3，基于串联型灰色神经网络测算方法对企业能耗进行综合判断；
[0011]步骤4，通过计算企业能源有效利用率、余能资源率、各主要产品的能耗数据，进一步计算得到企业单位产品产量综合能耗、企业单位产值综合能耗、企业能源利用率，利用归类分析法将企业能量损失分为不可避免的损失、以及不应有的损失两类:其中不可避免的损失为在目前工艺条件下的客观损失，该损失除了更新设备和改革工艺之外无法解决；其中不应有的损失为不合理、不应该有的损失，其通常是由于管理不善、操作不当而造成的损失，可以减少或避免；建立基于多目标遗传算法的自动能源平衡模型，选择上述各个企业能源判断指标作为输入参数，计算企业能源平衡指标；
[0012]步骤5，提供显示界面以向用户显示自动平衡结果，当出现不合理的平衡指标时则用户发出警报；其在以下两种情况下向用户发出警报:算法模型存在漏洞或者由于初始条件较差导致算法执行不收敛，无法完成正常的判断过程；或者，算法模型完整有效，而企业在能源库存量、采购计划或生产计划方面存在缺陷或不平衡；
[0013]步骤6，对平衡指标进行打印输出；
[0014]步骤7，结合企业生产实际发生的情况对上述测算得到的平衡指标数据进行对比分析，计算测算指标的误差，从而对模型进行合理调整。
[0015]该方法保存采购计划、生成计划以及能源的库存信息的历史数据，并将其作为校验条件进行平衡指标校验。
[0016]该方法过滤不良数据时可使用η倍方差法。
[0017]该方法过滤不良数据时可使用阶梯算法。
[0018]该方法在以下两种情况下向用户发出警报:算法模型存在漏洞或者由于初始条件较差导致算法执行不收敛，无法完成正常的判断过程；或者，算法模型完整有效，而企业在能源库存量、采购计划或生产计划方面存在缺陷或不平衡。
[0019]该方法还可对测算得到的平衡指标进行校核。

【具体实施方式】
[0020]以下结合具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
[0021]目前国内大多数企业仍采用手工在Excel编制生成能源平衡表，或者一些公司主要是先由用户利用Excel工具手工制作平衡表模版(即平衡表的格式，表中项目、关联计算关系等)，然后通过能源管理子系统程序调用读取该表格，并将能源系统数据库表中的数据按项目位置，逐个填入平衡表模版中对应的位置。为了解决这些比较繁琐、缺乏可扩展性的能源平衡方法的问题，本发明提出了一种企业能源平衡的自动计算方法，在企业能源管理系统中通过编程实现本方法可以辅助企业相关部门制定能源平衡表。由于任何智能算法都有其局限性，本发明还考虑到了对自动算法的人工调整和事后校验机制，从而是企业能源平衡表的编制更具灵活性和高效性，更全面反映各种能源的生产、消费、分配的平衡关系，了解各种能源的自给程度，为编制能源规划提供依据；更好的考察能源系统加工转换过程，投入与产出的数量平衡关系，为分析能源加工转换效率提供基础数据。具体操作如下:
[0022]步骤101:工艺过程建模。
[0023]通过对企业的生产过程进行了解，对企业历年的历史数据进行深度分析，总结加工方法的选择规律，设备资源的选择依据以及几何信息、工艺信息及制造资源信息之间的关联关系，描述不同特征工艺的特点和规律，描述能源介质流向、单耗，二次能源产生情况以及流向，能源介质起点、终点的容量和库存状态等。从系统规划的角度，对企业工艺过程建立面向过程规划的模型，建立包括产品信息、制造资源信息、工艺信息的工艺过程模型，实现产品信息模型、制造资源信息模型与工艺信息模型的关联，进而实现企业工艺过程集成管理和优化配置，更好的为节能降耗提供决策依据。
[0024]步骤102:采购、生产计划获取。
[0025]采购计划和生成计划以及能源的库存信息对于企业制定能源平衡计划有着至关重要的作用，通过与其他系统的数据接口方式或者人工录入的方式获得这些信息，可以大大提高能源平衡计划的精度。但是本发明中该部分数据的获取不是必须的，其信息可以作为待求量通过能源消耗判断以及自动能源平衡算法自动填充；但相关部门应保持历史数据的真实性和完整性，以便能源平衡的可持续性，因为本发明的步骤109平衡指标的校验需要真实的历史数据作为校验条件。
[0026]步骤103:历史数据筛选。
[0027]结合待平衡周期的实际情况合理选择历史数据时段，然后应用η倍方差法、阶梯法等算法过滤不良数据，以免极端数据对判断模型产生负面影响。将过滤好的良性数据暂存起来作为企业能源消耗判断模型的输入参数。
[0028]不良数据主要是指大量的历史数据中难免有些错数据、坏数据或不典型数据。可以想象图中哪些偏离集中数据区很远并孤立的点，这些点不具备“规律性”。3倍方差法或者阶梯法多是很好的处理坏数据的方法。
[0029]步骤104:能耗综合判断。
[0030]在编制企业能源平衡计划时必须对能源的需求与供应进行判断，以便尽早安排、及时提供足够的能源，以保证企业生产持续稳步的发展。能源判断是一项涉及面广、技术性强的基础工作，要做好能源判断，不仅要进行充分的调查研究，弄清经济与能源的历史、现状及发展趋势，而且还要借助于逻辑推理和数学手段，估计、计算出未来一段时间内能源的需求量，明确在需求方面将要发生什么变化，以统筹安排能源建设的投资、项目、运输和布局，使未来的能源供应量与企业的发展需要相适应，是提高企业综合竞争力的内在要求和必由之路。因此，做好能源的科学判断是企业能源管理中的一项重要战略任务。
[0031]本发明采用一种基于串联型灰色神经网络判断的方法对企业能源消耗进行判断，选择灰色理论和人工神经网络理论进行组合，主要考虑到灰色理论和人工神经网络理论具有以下互补性:人工神经网络具有逼近任意函数的能力，但有时会因过分逼近能源需求曲线上的细节而影响泛化能力。灰色判断方法不适合逼近复杂的非线性函数，但能较好地判断能源需求变化的总体趋势；人工神经网络虽然理论上具有逼近任意函数的能力，但前提条件是具有足够多的隐节点，而较多的隐节点会导致神经网络参数增多，相应地需要更多样本来训练神经网络。在能源需求短期判断中，由于比较容易获得大量的样本，人工神经网络的隐节点数可以很多，从而可以充分发挥人工神经网络的优势。但在能源中长期需求判断中，样本的数量相对较少，因此人工神经网络的优点难以充分发挥。灰色判断方法则能够利用少样本进行建模和判断。
[0032]步骤105:自动能源平衡。
[0033]企业能量平衡是以企业为对象的能量平衡，包括各种能量的收入与支出的平衡，消耗与有效利用及损失之间的数量平衡。企业能量平衡分析就是根据企业能量平衡的结果，对企业用能情况进行全面、系统地分析，以便明确企业能量利用程度，能量损失的大小、分布与损失发生的原因。企业能源平衡主要作用有:可摸清企业耗能情况，弄清企业的能源构成及其来龙去脉，从而了解企业能源损失的大小与分布、损失的原因和存在的问题，以利于采取节能措施；可掌握企业用能水平，即掌握企业各种能源的有效利用率，余能资源率，及各主要产品的能耗数据，为制定合理的能源消耗定额，为完善能源制度和法规提供了科学根据；开展企业能量平衡对加强企业管理，提高管理人员的技术水平，推动企业的技术改造等起着促进作用。
[0034]开展企业能量平衡分析，主要是为了查出造成能量浪费的原因，以便制定相应的节能措施与管理制度，因此，分析的重点势必落在企业的各项能量损失上，通常采用的归类分析法是将企业能量损失分为不可避免的和不应有的两类:不可避免的损失是指在目前工艺条件下的客观损失，这种损失除了更新设备和改革工艺之外是无法解决的；不应有的损失是指不合理、不应该有的损失，它往往是因管理不善、操作不当，跑、冒、漏造成的损失，这种损失通过一定的工作是可以避免或减少的。通过开展能量平衡分析，可对企业总的能耗水平有个基本估价，即将反映企业能耗水平的几个评价指标，如单位产品产量综合能耗、单位产值综合能耗、企业能源利用率等指标的量值与国际、国内、省内同行业生产企业相比，与本企业历史最好水平相比，判断自己所处的水平或找出存在的差距，进而判断企业节能潜力所在，从工艺流程、设备、生产组织、操作技术、管理制度等方面找出能源浪费的技术因素和管理缺陷，加以改进。
[0035]企业能源的生产、分配、供应、储运和消费过程以及产品结构、产量和成本的关系是个复杂的多目标平衡关系，本发明是在积累的大量的企业能源与产品关联关系的基础上对企业能源平衡关系进行建模，并逐步摸索出一种基于改良型的多目标遗传算法的自动能源平衡的方法，即一种基于多目标遗传算法的企业能源平衡方法，以企业能源判断指标作为默认参数建立模型，自动计算企业的能源平衡指标。
[0036]步骤106:平衡指标显示与报警。
[0037]指标计算完毕后，本发明提供自动平衡结果与相关工艺环节的约束条件的显示界面，并对平衡指标不合理的环节进行报警展示，供相关部门参考。平衡指标的显示与报警环节在本发明提供的方法中的作用非常重要。通常产生报警的原因有二:第一，算法模型存在漏洞或者由于初始条件较差导致算法执行不收敛，无法完成正常的判断过程；第二，算法模型完整有效，是企业能源库存量、采购计划或者生产计划存在缺陷或不平衡。如果报警原因为前者，通过报警信息可以很直观的了解算法模型存在的问题，为算法模型的优化完善提供有效的依据；如果报警原因为后者，通过报警信息可以明确指正目前企业生产过程存在的问题，为企业下一阶段的计划调整或整改提供有利证据。
[0038]步骤107:手动调整平衡指标。
[0039]由于判断模型是建立在一定的理论基础上的，在企业实际生产这种复杂的工况下难免出现判断指标过于片面、局部区域或环节不够准确等问题。因此，直接把自动平衡的指标直接应用与下一阶段的生产计划还是存在较大风险的。把系统自动的能源平衡算法产生的指标作为初始值供企业能源平衡方面的专家参考，经过专家的对比分析，明确问题并对平衡指标进行合理调整后将大大提高平衡指标的精度。同时也可以根据专家的经验对算法模型进行校核，从而进一步完成判断模型。一般情况下，在算法执行的初期专家的企业能源平衡体系的作用至关重要，随着算法的不断完善，算法模型所起的作用逐渐增大。
[0040]步骤108:平衡指标确定。
[0041]经过专家的校核后，将最终的企业能源平衡计划明确下来形成报表，然后打印报表相关部门的领导签字。最后安排相关部门按照下一阶段的能源平衡计划进行采购、生产等生产活动。
[0042]步骤109:平衡指标校验。
[0043]等一个能源平衡计划周期结束后，结合企业生产实际发生的情况与之前的判断结果进行对比分析。计算判断指标的误差情况，查找导致判断偏差较大的环节以及产生偏差的原因，从而发现模型弊端，对模型进行合理的调整。通过反复的判断、校验不断积累管理经验最终建立一套完整的能源耗量判断与自动能源平衡的管理体系。
[0044]本发明的核心价值是提供了一整套的能源平衡体系，从最开始的能管系统的数据分析、数据过滤、到自动能耗判断、自动能源平衡、最后平衡指标报警、手工调整等完整的过程是目前企业的能源管理系统软件不具备的。企业的能源平衡关系复杂，绝大多数的企业都还是处在人工报表的阶段。很难有完整的自动计算和人工调整的概念。正是由于企业能源平衡的复杂性和个性化强，我们在提出了自动平衡的算法后与增加的人工干预的部分，增加软件或发明理论的严谨性。
[0045]当然，本发明还可以有其它多种实施方式，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种基于综合能耗判断的企业能源平衡方法，其包含如下步骤: 步骤1，记录并比较企业历年资源产品的历史数据，包括产品信息、制造资源信息以及工艺信息，选择能源介质流向、单耗，选择二次能源产生情况及其流向，选择能源介质起点、终点的容量和库存状态，对产品工艺过程建模，从而在数据库中建表、录入企业结构信息、编辑能耗信息、绘制工艺流程、实时采集数据与工艺设备绑定； 步骤2，选择历史数据时段，过滤不良数据，所述不良数据包括大量历史数据中的错数据、坏数据或不典型数据；选择过滤后得到的良性数据作为企业能源消耗判断模型的输入参数； 步骤3，基于串联型灰色神经网络测算方法对企业能耗进行综合判断； 步骤4，通过计算企业能源有效利用率、余能资源率、各主要产品的能耗数据，进一步计算得到企业单位产品产量综合能耗、企业单位产值综合能耗、企业能源利用率，利用归类分析法将企业能量损失分为不可避免的损失、以及不应有的损失两类:其中不可避免的损失为在目前工艺条件下的客观损失，该损失除了更新设备和改革工艺之外无法解决；其中不应有的损失为不合理、不应该有的损失，其通常是由于管理不善、操作不当而造成的损失，可以减少或避免；建立基于多目标遗传算法的自动能源平衡模型，选择上述各个企业能源判断指标作为输入参数，计算企业能源平衡指标； 步骤5，提供显示界面以向用户显示自动平衡结果，当出现不合理的平衡指标时则用户发出警报；其在以下两种情况下向用户发出警报:算法模型存在漏洞或者由于初始条件较差导致算法执行不收敛，无法完成正常的判断过程；或者，算法模型完整有效，而企业在能源库存量、采购计划或生产计划方面存在缺陷或不平衡； 步骤6，对平衡指标进行打印输出； 步骤7，结合企业生产实际发生的情况对上述测算得到的平衡指标数据进行对比分析，计算测算指标的误差，从而对模型进行合理调整。
2.如权利要求1所述的企业能源平衡方法，其特征在于:该方法保存采购计划、生成计划以及能源的库存信息的历史数据，并将其作为校验条件进行平衡指标校验。
3.如权利要求1所述的企业能源平衡方法，其特征在于:该方法过滤不良数据时可使用η倍方差法。
4.如权利要求1所述的企业能源平衡方法，其特征在于:该方法过滤不良数据时可使用阶梯算法。
5.如权利要求1所述的企业能源平衡方法，其特征在于:该方法在以下两种情况下向用户发出警报:算法模型存在漏洞或者由于初始条件较差导致算法执行不收敛，无法完成正常的判断过程；或者，算法模型完整有效，而企业在能源库存量、采购计划或生产计划方面存在缺陷或不平衡。
6.如权利要求2所述的企业能源平衡方法，其特征在于:该方法还可对测算得到的平衡指标进行校核。
【文档编号】G06Q10/06GK104200337SQ201410474185
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年9月18日
【发明者】张磊, 梁雷, 郑笑彤 申请人:北京清晖翔科技有限公司