優也公輔車間精準控能系統
引言：
上海優也信息科技有限公司（簡稱“優也”）成立于2016年，通過打造能效工業互聯網服務，賦能流程工業節能減碳，引領綠色可持續發展標桿工廠打造。優也堅持以客戶效益為核心，攜手客戶一起實現為中國工業節能減碳增效1% GDP的使命。
當前，工業互聯網作為第四次工業革命的重要基石，是新一代信息技術與制造業深度融合的產物，通過對人、機、物的全面互聯，構建起全要素、全產業鏈、全價值鏈全面連接的新型生產制造和服務體系，不僅是數字化轉型的實現途徑，更是實現新舊動能轉換的關鍵力量，將對工業發展產生全方位、深層次的影響。
本案例用工業互聯網的新技術，新方法，新理論賦能客戶實現能控管理精準感知，精準控制，精準分析判斷以及精準預測，將企業打造成為行業內能效管控的領航者，將項目打造成為當地“兩化融合”的示范工程。
項目
概況
該企業對于進一步提升能源管理效率有著強烈需求，而上海優也通過先進的工業互聯網技術以及在工業能效提升上的應用實踐，與該企業達成合作，建立了一整套供給、需求和輸送側各設備環節診斷體系，通過智能化的能源精準控能一體化平臺，站在全廠區的角度提高能源供應精準性、能源利用效率。
項目背景
工業企業為直接生產活動提供水、電、氣、冷、熱等的公共輔助類車間是公輔車間。公輔車間常見動力設施有空壓機，鍋爐，空調，除塵器，制冷機等。
中國中部某煙草集團新廠區自2019年初投入運營以來，其動能設施各子系統在保障能源供給和節能控制方面基本達到了自動化水平，但日常控能管理仍依賴經驗，積累的大量歷史數據沒有發揮真正價值。
各動力集控子系統之間、各子系統與生產自動化系統、MES等系統之間缺乏智能聯動，更難以做到智能判斷與智能預測，整體能源管理信息化水平、能源利用效率、節能與環保力度均有較大的可提升空間。
整個新廠區主要的公輔車間動力設備如下：
2. 項目簡介
客戶需求如下：基于智能診斷和精益能效理念，建立動力設備模型、建設智能化能源精控平臺，接收能源參數、負荷、消耗的仿真預測，實現系統預測控制與現場工業自控系統反饋控制的深度融合、建立各工序能源消耗基準值和多層級能效評價指標、設備故障和能效預警機制等功能，實現設備啟停、生產排產、工藝質量需求、環保運行和能源管理體系的深層次的廣泛協同。
項目目標
本項目旨在為客戶部署Thingswise iDOS工業互聯網平臺，定制化開發智能化的能源精控一體化平臺，實時接收能源參數、能源負荷、能源消耗的仿真預測，建立各工序能源消耗基準值和多層級能效評價指標，動態優化供能方案，幫助企業能控管理實現精準感知，精準控制，精準分析判斷以及精準預測，公司持續實現能源效率提升和能源成本降低，成為行業內能效管控的領航者。
二、項目實施概況
優也基于完全自主產權的Thingswise iDOS工業互聯網平臺打通生產全流程各工序、多系統之間的數據壁壘，在跨工序工藝統一和規范化歸集、儲存和管理的基礎上，建立各種特定算法模型，通過對大量的生產過程數據進行實時分析，全面實現有效的企業各種應用場景的系統決策能力，最終打造“1診斷+4平臺建設+1策略”的整體項目架構。
1. 項目總體架構和主要內容
（1）項目總體架構
本項目旨在站在全廠的角度提高能源供應精準性、能源利用效率，能源體系管理調研為基礎，建立供給、需求和輸送側各設備環節診斷體系，以能源設備建模研究為導向，培養數字化骨干人員，提升數據分析和數字意識能力。
具體包括以下幾點：
A.統一架構
基于優也完全自主產權的Thingswise iDOS數據操作系統構建統一數據匯聚架構，搭建核心數據支撐平臺
B.仿真決策
建立數據決策分析中心，實現全過程洞察分析，基于優化策略和實時狀態實現精準供能
C.實時響應
掌握三大車間用能情況，實現動能供應于生產工藝相融合的快速響應
D.能耗基準
建立能源基準和告警機制，實現橫向協同、縱向貫通、信息互聯和資源共享的一體化架構，搭建核心數據支撐平臺
E.日常運維協同管理
基于日常運維協同管理-建立供能和用能協同運維機制，保障生產安全。
F.數據架構
數據架構-基于優也完全自主產權的Thingswise iDOS數據操作系統構建統一數據匯聚架構，搭建核心數據支撐平臺
G.設備信息管理
設備信息管理-從管理、運維、故障診斷與處理、備品備件管理等方面，建立全生命周期的設備信息管理；
H.數字化人才培養
數字化人才培養-以項目鍛煉隊伍，以合作和共贏推進項目，關鍵用戶全周期全工序參與項目設計和建設，在項目完成時打造一支高質量的數字化人才隊伍。
（2）項目實施架構
本項目整體實施架構為“1診斷+4平臺建設+1策略”，具體如下：
A.“1診斷”
基于精益能效管理體系，對現有能源體系流程、標準規范等進行審核，形成能源管理標準
B. 4平臺建設
平臺建設1，模擬仿真系統的研究與對接運用
運用空調仿真科研成果，并完善鍋爐、真空、空壓和變電系統等系統仿真預測模型，制定節能優化策略，實現接口標準化和能源控制智能化
平臺建設2，能源計量和物測設備的完善
新增部分能源計量器具（風量計），并能源消耗計量的精細化，按照不同維度進行能耗統計和分析
平臺建設3，能源供應按需供能，智能調度
基于生產計劃工單，生產動力系統智能調度任務，通過動能供應調度算法最優排產，實現優質供應
平臺建設4，能源績效管理實時化可視化
實現動能數據全景視圖、實時分析預測展示，績效對比分析和建立能源基準，提供能源異常分析和異常告警、能效分析功能
C. “1策略”
精準控能平臺策略優化對接底層控制系統功能建設，結合數據收集和大數據建模優化技術，實現對設備管控的優化控制，并下發到底層PLC執行，包含空調制冷、鍋爐系統、空壓和真空系統等策略優化
（3）平臺建設架構
采用基于優也完全自主產權的Thingswise iDOS數據操作系統，構建精準控能一體化平臺。
主要內容
全
景視圖
該項目第一次實現了工業互聯網平臺在客戶企業的部署，實現集控系統與工業互聯網平臺的對接和數據傳輸；第一次運用大數據分析技術對客戶企業多年積累的大量歷史數據進行分析建模；第一次運用工業機理模型+大數據模型實現設備單體、群控的優化控制，以及供能和用能端的生產協同；第一次運用工業互聯網技術進行事中實時能耗計算和基準對比分析，使得供能和用能指標及時、透明、可控。
空壓系統
空壓系統實現了供能端、輸送端、用能端的端到端覆蓋。按照網格管理的思路，將整個系統進行劃分，根據歷史數據確定各網格基準，根據生產計劃預測需求量，根據設備實時能效和末端實時用量，動態優化控制。在保供的前提下，讓動能設備始終運行在經濟區間。
網格管理
網格體系是整個系統的核心，系統在綜合考慮了工廠管理需求，計量體系的覆蓋面和顆粒度，供能管網和用能對應關系等幾個方面的因素，從機理角度運用大數據算法開展軟測量，最終實現對所有供能系統和用能單位的網格劃分，并在此基礎上實現網格能耗指標的確定，從而可以在事前按照生產計劃開展能源需量的預測，事中按照實時能耗計算與基準能耗比對結果來預警，并推送相關優化策略。
異常報警
系統在采集了大量實時數據，以及運用大數據模型計算了大量能耗數據后，統一將這些數據接入工業互聯網平臺所具備的數字孿生體中。基于這樣的數據，提供了異常報警能力，可以根據生產需求，訪問數字孿生體中的數據來定義異常，系統會實時監控并發出報警。
優化策略
系統針對所推送的優化控制策略，還要做到閉環的跟蹤。按系統統計所推送策略的內容及現場執行情況，不斷進行優化分析，完善模型算法。
2. 網絡、平臺或安全互聯架構
圖 Thingswise iDOS平臺功能架構本案例采用基于優也Thingswise iDOS來搭建，Thingswise iDOS平臺是面向工業企業生產場景的工業數據平臺，融合云計算與大數據、機器學習與人工智能、模型和應用研發工具為一體，為實現工業運營的智能化而自主開發的數據驅動工業操作系統。
工業數據平臺具備三個核心功能層即物聯層、數孿層和應用層：
物聯層
面向生產現場實現對人、機、料、法、環等多維數據的集成，具有數據采集、數據清洗、數據存儲，并實現數據和控制的雙向流動的能力，滿足對現場設備和系統物聯，數據采集和實時控制的需求。
數
孿
層
通過數字孿生體梳理和整合數據、算法，對業務關注的物理實體和生產、業務過程在數字空間進行系統性描述和表征。數孿的對象既可包括物理實體如物料、制品、產品、生產裝備中的組件、設備、機組、產線、管網等，也可包括生產的組織結構，如班組、工段、車間、工廠等。每個數孿體均包含所描述對象的屬性和狀態參數，及分析計算的算法模型。
應用
層
基于數孿層提供的規范化數據和數字孿生體，構建東方特鋼的應用系統。同時，工業數據平臺提供統一管理入口可以提供對于用戶權限管理，邊緣管理，容器管理，微服務管理，多租戶管理，系統及安全管理等多個維度對平臺及其運行組件進行實時準確的監控和管理。
3. 具體應用場景和應用模式
優也精準控能系統針對與整個園區的能源控制，應用場景復雜且龐大，下面以全景視圖，空調系統與空壓系統來展示
全景視圖
A．主要功能
全廠能
介
走向展示：基于廠房模型，展示全廠能源介質總體流向及分布情況；
用能車間生產數據：展示制絲、卷包等車間的生產用能信息；
生產計劃執行情況：展示制絲、卷包車間MES系統生產計劃執行情況；
動能排
產計劃
和執行：展示各動力系統排
產信息
及當前執行狀態；
年度能源消耗匯總：能耗產量、碳排放量、綜合能耗；
關鍵指標對標：萬支綜合能耗、能耗產量、碳排放量、綜合能耗的同比環比；
關鍵指標趨勢：萬支綜合能耗、能耗產量、碳排放量、綜合能耗的趨勢；
能源轉化漏斗圖：展示外購能源、動力加工、生產使用的能源及損耗；
萬支綜合能耗日趨勢：展示基準值、實時值、預測值與偏差的趨勢；
月度水電氣剩余量及單耗：
展示水
電氣的月度總量、剩余量、單耗趨勢；
車間綜合能耗對標：展示各車間
及輔房的
綜合能耗對標情況；
左右兩側的圖表根據用戶實際管理需要，在全景視圖配置界面中配置。
空調系統
主要功能
狀態監控信息：空調管轄區域內的實時溫度、濕度，實時熱源、
濕源產生
量以及空調系統閥門開度、可消納量，新風采用量，供冷量、除濕量、加熱蒸汽使用量、加濕蒸汽使用量、送風機運行赫茲等參數的實時值、各環節平衡情況以及未來走勢。
供應質量信息：溫度/濕度趨勢圖以及其CPK曲線；
能效信息：
表冷器
效率、加熱器效率基準與實績，置換單位能量消耗冷
凍水量/蒸汽量/電量基準與實績；（趨勢圖，對標柱狀圖）
需求預測信息：未來時間段各工藝段的空調風需求量（溫度、濕度、流量）并生成空調風需求量預測曲線（包括制絲車間和卷包車間）；
策略優化信息：優化運行策略，如需冷凍水量、加熱蒸汽量、加濕蒸汽量、風機運行頻率以及負責同一區域各空調間的協同。
診斷報警信息：診斷、預警信息，能耗異常報警以及相關的設備異常信息。
空壓系統
主要功能
空壓系統顯示可視化數據標簽和可視化圖表。其中可視化數據標簽實時展示能源介質生產端的關鍵設備及輔助設備的當前運行情況、各項能源管控參數、能耗、效率，以及用能端的關鍵設備、網格拆分情況以及各節點的實時能耗與預測；通過管道連線表示能源介質的流向，展示空壓系統整體運行情況。可視化圖表展示空壓系統的能耗統計情況，分別展示了壓縮空氣的供需平衡情況、壓空電耗的對標與趨勢、能耗情況的實時基準預測、下一日需求預測、以及壓縮空氣的供應質量
4. 安全及可靠性
優也Thingswise iDOS提供面向信息安全防護，從云、企、端全方位的信息安全防護方案，實現數據安全、信息安全和物理安全，保障安全自主可控。
（1）自主可控
平臺可靈活部署在公有云的VPC環境、私有云環境中的云管環境、虛機集群、服務器集群、甚至在現場的軟硬一體化機柜，以多種方式保障企業對系統、數據和應用的自主可靠性。
（2）邊界安全
系統實行封閉式防護，在IaaS平臺部署時將充分利用其虛擬化平臺各類安全加固措施，包括虛擬資源隔離的VPC安全組等技術進行嚴格封閉式保護。
（3）應用安全
提供對租戶和系統用戶的統一的身份管理和細顆粒度的身份驗證體系，保障用戶的應用安全。
數據安全
對數據庫的訪問實行保密協議和密碼保護，對數據庫訪問行為進行全方位審計。對不同的租戶的數據進行隔離，并進行容災備份。
（5）網關安全
網關提供讀寫限制、報文分析、報文過濾等多種安全管理方法提升網關的安全管理策略。
其他亮點
得益于Thingswise iDOS平臺的數據可視化、圖形快開、低代碼開發特點，本系統具有十分良好的擴展性。用戶在使用系統的過程中，一樣可以根據自身需求，在原有平臺和功能基礎上進行進一步擴充，從而使得本系統逐漸趨于完善和適用于自身需求。
上海優也在數字化產品中融入了精益和資源有效性理念，讓產品能有效減少運營浪費、充分挖掘企業增效潛力。
三、下一步實施計劃
1. 開展設備及系統能源異常診斷和預警
利用精準控能系統所接入的大量實時數據及系統所具備的異常診斷和報警功能，對各個動能系統運行過程中可能出現的設備運行異常及能源供應指標異常進行判異規則梳理，并將規則配置到系統中，實現不間斷的異常診斷和監測，及時發現設備/系統的運行異常，并提前采取干預措施，降低設備故障率，提高能源供應質量。
2. 開展設備優化控制策略的運用和完善
在保供前提下，動員和鼓勵運行班組充分實踐系統推送的優化控制策略，并對策略內容的合理性及策略參數的準確性進行不斷的反饋和修正，實現優化策略與實際生產活動的匹配，實現人工經驗與數據智能的結合，在部分重點領域實現從人治到混治再到機治的轉變，以工業智能驅動能源生產。
3. 開展網格基準的修正和運用
對2022年的能源數據進行大數據分析，對比去年數據，定期對網格基準進行修正，建立更加準確可行的網格基準，服務于能源需量測算及生產過程中的實時監控，并對車間的用能情況提供優化建議。
4. 項目推廣
本項目具有推廣價值，工業企業為直接生產活動提供水、電、氣、冷、熱等的公共輔助類車間是公輔車間，應用范圍幾乎涵蓋了所有的輕工業園區和工業企業，本項目在現在客戶落地后將會大力推廣到其他工業企業。
四、項目創新點和實施效果
1. 項目先進性及創新點
（1）先進性一：先進的工業互聯網平臺
采用國際先進的四層架構模式，與國內現有的工業互聯網平臺相比，其先進性在于：
實現了系統功能的結構性解耦，同時具備通用性和可定制性；支持數字孿生體的類定義和實例化，功能復用性強，開發復雜度低；支持孿生體的聚合互聯和多維度大尺度對象的數字孿生體建模，可實現跨工序跨領域的生產優化和實時綜合決策。
（2）先進性二：安全、便捷、智能的開發模式
平臺具有嚴格的邊界隔離和端口管理機制，在保障安全的前提下，支持模型、數字孿生體和應用功能的開發。平臺提供了可視化的開發API，兼容人工智能技術，為用戶的定制化開發提供安全、便捷、智能的開發模式，保證系統安全性的同時極大地降低開發難度，深度滿足用戶需求。
（3）先進性三：可通用可定制的行業數字孿生體結構
優也數字孿生技術打造行業標桿，制定具有通用性的數字孿生體框架，最大限度提升數字孿生體在行業內的互操作性，實現不同細分知識、算法模型和應用功能的共享。并且可以幫助企業積累數據資產和可持續的優化。
（4）創新點一：創新的能源網格化管理
建立了覆蓋供能和用能的端到端網格體系，并確定了各級網格中的各用能能介的能耗基準。利用該套網格和基準，可以在事前根據生產計劃進行能源需求量的測算，并根據測算結果進行能源生產的排產，以及管理單位向生產單位下發能耗指標；還可以在事中實時監測各項用能行為是否合理；在建立了基準能耗的情況下，這套系統可以成為企業業績提升的優先工具：可以實現對不同班組、不同產品的能耗指標的橫向對比，并基于對比結果找差異找原因，運用PDCA的循環，持續改善能耗指標。
（5）創新點二：設備群控優化
傳統的控制系統是基于單個設備的控制優化，但更多的價值創造有賴于多設備組合后成的動力系統的優化。本系統通過對所有能效介質關鍵設備，建立單個設備的性能曲線，通過大數據技術、機理模型和AI模型，確定經濟運行區間和出力能力范圍。根據需求量的波動情況，動態的計算不同設備組合模式的優劣，推送設備啟停的優化策略，保證動力系統在滿足生產需求的情況下，實現綜合能耗最優。
（6）創新點三： 以”工業4.0客制化用戶界面主導“的原則
以”工業4.0客制化用戶界面主導“的原則，實現不同操作角色的行為進行個性化推送，實時指導。
（7）創新點四：動態的供需平衡。
通過動態的對用能端需求量波動情況的預測，得出供能端需要做出的調整，推送優化策略到供能端，從而避免過度供應和欠供應，做到按需供能，動態平衡。
2. 實施效果
（1）6.7%的能源節降
基于工業互聯網架構、設備數字孿生建模和大數據實時計算技術實現全廠區所有動力系統的供需動態平衡，整套園區系統實現了6.7%的能源節降。
除了系統節能之外，單體設備節能水平亦大幅提高。僅以空壓機為例：
?使空壓系統壓力達標率提高10%
?使空壓系統設備故障率降低10%
?單個設備能效降低5%
?空壓系統的總體能耗降低5%
?空壓系統壓力波動CPK>1.0
?計劃準確率提高10%；
?計劃編制時間降低50%
（2）“2022智能制造”示范工程
建立了一整套供給、需求和輸送側各設備環節診斷體系，站在全廠區的角度提高能源供應精準性、能源利用效率，本項目賦能客戶企業獲得當地經信廳所發布的“2022年智能制造試點示范企業”。
（3）聯合國工業發展組織中國代表案例
7月末，2022年（第四屆）全球工業互聯網大會(GIIC 2022)暨工業行業數字化轉型年會在烏鎮舉辦。會上，上海優也信息科技有限公司憑借“公輔車間數字化精準控能解決方案”入選GIIC工業數字化曁UNIDO Global Call 2022中國代表案例之一。（UNIDO - 聯合國工業發展組織）
（4）管理方式改變
系統在運行過程中利用先進的流式計算能力，實現對設備的故障診斷、能效異常預警及優化控制。
吸收和沉淀人工經驗，發揮大數據模型的價值，建設一套智能化的能源精準控能一體化平臺，實現設備啟停、生產排產、工藝質量需求、環保運行和能源管理體系的深層次的廣泛協同。
聲明
本報告所載的材料和信息，包括但不限于文本、圖片、數據、觀點、建議，不構成法律建議，也不應替代律師意見。本報告所有材料或內容的知識產權歸工業互聯網產業聯盟所有（注明是引自其他方的內容除外），并受法律保護。如需轉載，需聯系本聯盟并獲得授權許可。未經授權許可，任何人不得將報告的全部或部分內容以發布、轉載、匯編、轉讓、出售等方式使用，不得將報告的全部或部分內容通過網絡方式傳播，不得在任何公開場合使用報告內相關描述及相關數據圖表。違反上述聲明者，本聯盟將追究其相關法律責任。
AII微信公眾號
AII頭條號