离散型企业制造过程能源消耗的监控与分析.pdf

中图书分类号：f406 学校代码：10213 国际图书分类号：602 密级：公开 工学硕士学位论文工学硕士学位论文 离散型企业制造过程能源消耗的 监控与分析 （应用型） 硕 士 研 究 生：吴 宁 导 师：吕 民副教授 申请学位：工学硕士 学科：机械电子工程 所 在 单 位：机电工程学院 答 辩 日 期：2011 年 6 月 授予学位单位：哈尔滨工业大学 classified index: f406 u.d.c: 602 dissertation for the master degree in engineering monitoring and analysis of energy consumption in manufacturing process of discrete enterprise （applications） candidate： wu ning supervisor： associate prof. lv min academic degree applied for： master of engineering speciality： mechatronics engineering affiliation： school of mechatronics date of defence： june, 2011 degree-conferring-institution：harbin institute of technology 摘 要 - i - 摘 要 随着国际市场主要能源价格的不断攀升和国家对能源需求的扩大，节能降 耗已经越来越受到政府和企业的重视。当前我国每年的能源消耗巨大，而其中 离散型企业的能源消耗占很大比重，降低离散型企业能源消耗的主要途径就是 提高能源管理水平和发展节能技术，由于我国在某些节能技术上还相对落后， 因此提高能源管理水平就是国内企业降低能源消耗的关键，这既给离散型企业 的发展带来了新的机遇同时也给企业带来了挑战。 能源的精细化管理由此得到了企业重视，而能源消耗的监控与分析在整个 能源的管理过程中起着重要的作用，不仅可以为整个能源管理系统提供底层的 数据支持，还可以为上层的决策管理提供理论支持，基于离散型企业制造过程 的特点，监控和分析离散型企业的能源消耗，本文的主要研究内容包括以下几 个部分： 研究离散型企业产品制造过程的特点，分析当前离散型企业在产品制造过 程中的能源消耗特点，建立综合考虑生产管理，以降低能源消耗为目标的企业 级能源管理体系，同时分析给出了降低产品制造过程能耗的途径。基于以上的 分析和描述，考虑了离散型企业能源管理的特点，构建能源监控与分析系统的 体系结构和实施方案。 通过对耗能机械加工设备实时的能耗监控，获得实时的能源消耗数据，因 此产生了大量的能耗数据，本文为获得准确的能耗数据和减少庞大的数据量， 采用一种复合的数字滤波算法，研究一种适合实时能耗数据压缩算法，减少能 耗数据储存占用的空间。 建立能源统计台账，建立了能源核算模型，根据能源统计台账核算能源的 实际使用情况，同时根据核算结果建立能源分析评价体系，并给出了一种基于 车间/工段级的组合能耗预测方法，建立了一种基于神经网络的工序级能耗预测 模型，通过预测车间/工段级、工序级能源消耗，为企业决策管理者合理制定能 源计划和优化工艺过程提供理论依据。 应用 vc+和 matlab 混合编程技术，研究并开发离散型企业能源监控与 分析系统，并以企业实际生产能耗数据进行了验证。 综上所述，本文实现了重点耗能设备的实时监控，分析和预测了企业的能 源消耗情况，进而提高离散型企业的能源管理水平，实现能源的精细化管理。 关键词：离散型企业；能源消耗；监控；分析；预测 哈尔滨工业大学工学硕士论文 abstract nowadays, the price of the main energy and the demand of energy in china rise unceasingly, the government and enterprises pay more and more attention to energy saving. annual energy consumption of our country is huge, and the discrete enterprises account for a large proportion of it. to improve energy management and to develop of energy saving technology are two current main ways in order to reduce the energy consumption of discrete enterprise. because the energy saving technology is relatively backward, improving energy management is the key to reduce energy consumption of domestic enterprises. the development not only has brought new opportunities the discrete enterprise but also the challenges to the enterprise. enterprises start to focus on fine management of energy in this background, and the monitoring and analysis of energy consumption plays an important role in the entire energy management, it not only provides the underlying data to support the entire energy management system, but also provides the theoretical guide for decision and management. based on manufacturing process features discrete enterprise and monitoring and analysis of energy consumption, the main research contents in the paper are described as follows: the characteristic of manufacturing process products in discrete enterprise is studied, then analyzes the feature of current energy consumption of manufacturing process in discrete enterprises is analyzed. enterprise energy management system considers comprehensively the production management and takes the reduce of energy consumption as the goal is constructed, the ways to reduce energy consumption of the manufacturing process is given simultaneously. based on the above analysis and description, the architecture of energy monitoring and analysis system is designed，which fully considers the energy management features of discrete enterprise. through real-time monitoring energy consumption of mechanical processing equipment, the real-time energy consumption data is acquired, resulting in a lot of energy consumption data. in order to obtain accurate data and reduce the huge amount of data, a composite digital filter algorithm and a kind of data compression algorithm are used. the energy statistics ledger is created and the accounting model of energy is established to clearly know the actual usage of energy, the analysis and evaluation system with results of energy accounting is designed based on energy accounting the - ii - abstract - iii - results in order to have a comprehensive energy management. then a combination prediction method of energy consumption based on workshop level and a process level prediction model of energy consumption based on neural network are proposed. by predicting the workshop level, process level energy consumption, enterprise managers can rationally make decision for a energy planning and a theoretical basis to process optimization is provided. in addition, the energy consumption of main mechanical processing equipment is monitored all the time, and the use of energy is analyzed and predicted. all above can improve the levels of discrete enterprise energy management and achieve the refinement of energy management. keywords: discrete enterprise, manufacturing process, monitoring, analysis, prediction 哈尔滨工业大学工学硕士论文 目 录 摘 要. i abstract .ii 第 1 章 绪论.1 1.1 课题背景及研究的目的和意义 .1 1.2 能源管理的研究现状 .2 1.3 制造过程中能量特性研究现状 .4 1.4 能源消耗监控与分析的研究现状.5 1.5 本文的研究主要内容 .6 第 2 章 能源监控与分析系统总体分析.8 2.1 离散型企业制造过程的能源管理特点.8 2.1.1 离散型企业定义.8 2.1.2 离散型企业制造过程特点 .9 2.1.3 离散型企业能源管理的特点 .9 2.2 离散型企业能源消耗分析.10 2.2.1 产品制造过程中的能耗.10 2.2.2 制造过程级能耗分析.11 2.2.3 企业级能源消耗分析.12 2.3 能源监控与分析系统的体系结构.13 2.4 本章小结 .15 第 3 章 面向能耗数据处理的关键技术.16 3.1 机械加工设备的功率特性.16 3.1.1 机床功率的组成.16 3.1.2 影响功率的因素.16 3.2 信号的抗干扰技术研究 .17 3.3 数据压缩和数据重建 .19 3.3.1 数据压缩技术.19 3.3.2 能源消耗数据的重建.21 3.4 本章小结 .22 第 4 章 能源数据的分析预测技术.23 4.1 能源消耗数据的核算分析.23 4.1.1 能源消耗数据的统计核算模型 .23 - iv - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - v - 4.1.2 能源消耗分析评价体系.26 4.2 基于组合预测的车间级能源消耗预测.27 4.3 基于神经网络的工序级能源消耗预测.35 4.3.1 影响工序级的能源消耗关键因素 .35 4.3.2 基于bp网络的能耗预测模型 .36 4.4 本章小结 .40 第 5 章 系统实现 .41 5.1 系统开发环境.41 5.2 硬件系统实现.41 5.3 软件系统结构.43 5.4 软件系统实现.45 5.4.1 系统管理模块.45 5.4.2 能耗监控模块.45 5.4.3 能源库存模块.46 5.4.4 分析预测模块.46 5.5 本章小结 .46 结 论.47 参考文献.48 附录.52 哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明 .53 致 谢.55 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 第第 1 章章 绪论绪论 1.1 课题背景及研究的目的和意义 能源是国家发展的物质基础，对社会、经济、环境乃至人民生活都有着重要 的影响。我国是制造业大国，能源利用率低、产品单位能耗高等因素导致了我国 是能源消耗大国，随着能源市场主要能源价格的不断攀升，能源问题引起了各国 的关注，我国能源形势不容乐观。根据国家统计局发布的数据显示1，2009 年全 国能源消费总量为 31.0 亿吨标准煤，较 2008 年增长了 6.3%，2010 年全国能源消 费总量为 32.5 亿吨标准煤，较 2009 年增长了 5.9%。因此，能源消耗受到足够的 重视，国家提出了节能减排的政策，2009 年全国万元国内生产总值（gdp）能耗 较上年下降 2.2%， 2010 年全国万元国内生产总值能耗较上年下降 4.01%， 但是由 于产业结构发展不平衡、科技水平限制等原因，我国的单位gdp能耗仍然是发达 国家的 2 倍以上，在发展技术节能、依靠科技水平降低单位gdp能源消耗的同时， 还需从管理方面加以考虑，对能源进行精益管理，才能最大程度上保证节能、降 低能耗的效果。因此中国要实现发展现代能源产业，建设资源集约型社会，仍需 要加快发展的步伐。 根据各行业的能源消耗数据，我国制造业的能源消耗占全国能源总消耗的 60%以上，制造业单位gdp能源消耗高，有相当大的节能潜力，因此制造业节能、 降低能源消耗是需要解决的问题。当前离散型企业2虽然加工设备有了一定的改 善，但是大部分中小企业相对落后、能源消耗量大、能源利用率低的现状还依然 存在。据相关研究文献和多年的统计结果显示，普通机床直接用于金属切削的能 量只占消耗总能量的 30%，其他 70%的能量就被损失掉了3。与此同时离散型企 业机械加工量巨大，并且机械加工消耗的主要最宝贵的二次能源电能，因此离 散型企业机械加工系统节能有重大的意义。离散型企业的降低能耗的方法主要包 括改进提高能源消耗管理水平、引进低能耗设备和提高技术节能水平。而短时间 内，我国很多的企业无力引进昂贵的设备，并且在技术节能方面也受各方面条件 的限制，因此提高能源管理4水平是最可行的降低离散型企业能源消耗的途径。离 散型企业因其制造过程不连续、能源数据采集困难、能源消耗点多且分散，很难 将企业的能源消耗进行精细的管理。这些都使企业的成本、产品的成本中很难将 能源消耗的部分体现出来，当前大部分的离散型企业仍然用倒推法大致地估算能 耗成本，随着离散型企业越来越对能源管理提出了更高要求，而传感技术、数据 采集技术这些年来有了很大的发展，分析和预测技术也不断进步，这些都为离散 - 1 - 哈尔滨工业大学工学硕士论文 型企业能源消耗研究奠定了应用的基础。 目前离散型企业的能源管理方式有了一定的进步，但是还不完善，需要经历 由经验到现代管理的提升。通过监控重点设备实时的能源消耗情况，能使企业清 楚的看到企业能源的消耗状况，通过对能源消耗数据核算分析，对比企业能源消 耗的实际情况，为降低能源消耗提供理论的依据，通过对能源消耗的预测，合理 的分配能源，促进能源的最合理利用。这些都促进提高能源的管理水平，使能源 管理更系统化，更加具有科学性和实用性，更加具备现代化管理的特性。 1.2 能源管理的研究现状 随着能源价格的不断攀升和人们环境保护意识的增强，国内企业和学者对能 源管理提出了更高的要求。国外企业对能源管理的研究已经有了几十年的研究， 经过了多年的发展，能源管理已经达到了较高的水平，并开发了具有对能源数据 采集、处理、分析核算和生产调度和预测功能的能源管理系统。所谓能源管理系 统，是为能源管理服务的利用计算机软件和硬件，能提供信息支持企业的管理、 运行和决策功能的计算机辅助系统5-7，能源管理系统与企业信息化有着密切的联 系8，如图 1-1 所示。 图 1-1 能源管理系统与企业信息化的关系图 随着制造业企业信息化步伐的加快，能源管理系统也有了更大的发展空间。 一个完整的能源管理系统一般具备以下几个功能： (1) 能对能源数据进行实时采集； (2) 能对消耗能源的设备进行集中监视并且能进行实时的调整； (3) 实现能源的实时调度，达到能源分配的平衡； - 2 - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 (4) 能对环境进行监测，实现火灾的预警； (5) 具有较好的计量结算能力，同时分析能源的使用情况； (6) 能对数据进行处理，并将数据归档存储，供日后分析使用； (7) 进行能源需求预测分析和能源生产计划制定； (8) 能较好的与工业生产实践同步。 当前的能源管理系统主要应用于冶金、电力和石化等流程行业中。美国的rti 公司通过优化电力能源的使用，降低了对能源需求的成本，开发使用了一套电力 管理系统，取得了良好的经济效果。印度的ipcl石油化工公司也开发了适合自身 企业应用的一套ems产品，提高了企业能源的精细化管理水平9。此外，在离散型 制造业企业中， 能源管理系统也有相应的应用， 美国ford公司在其许多分厂都应用 了能源管理系统，采用了能源审计和计量管理的方法，提高了能源的利用水平， 增强了产品的竞争力10,11。 在国内，宝钢股份在一期工程中首先引进第一套ems（宝钢能源中心） ，二期 改造和一期工程相比增加了许多能源数据的采集点，扩大了能源管理的范围，采 用了先进的分布式计算机系统，并且对企业的通讯网络进行了改造，三期工程更 是采用了德国西马克公司的能源管理集散系统12，同时将一期和二期的设备进行 了改进和更新，目前的宝钢能源中心是宝钢引进了先进的装备和技术，经过自主 开发和改进了的大型在线能源生产和管理系统。它采用可分布控制、网络通信和 先进的计算机等技术，能对 17 种能源介质进行统一管理和调度，实时平衡各个单 位的能源供应量和需求量，有效地降低了能源的不必要损失，同时系统也具备高 速数据采集、能源需求预测和故障诊断功能。鞍钢、武钢等多家钢铁企业也相继 研发了自己特色的能源管理系统13，都取得了良好的效果。 北京的三维力控公司也研发了forcecon能源管理系列产品，完善了能源信息 的监控和采集，在实际工业生产中有很强的应用价值。国内的学者也对能源管理 有了更深的认识，加大了研究的力度，取得了不少的成果。郑忠针对钢铁企业的 能源消耗状况，分析钢铁企业能量流动的特点和当前企业ems的功能，提出了生 产流程网络的节能技术方案，增强了企业能源管理系统和生产信息系统的联系， 提高了企业的节能效果14。冯晶等研究了钢铁厂能源管理系统的应用情况，分析 了系统的结构和数据处理相关理念，对能源管理系统功能进行了改进15。周斌等 采用了原型化方法，针对石化公司的管理状况，开发了能源管理信息系统，协调 了企业内的能源关系，减少了能源成本，提高企业竞争力16。邱东等针对钢铁等 制造企业的工艺流程，研究了主生产系统、辅助生产系统和能源转换系统的之间 的关系，结合鞍钢的实际生产情况，对实际生产中的能源监测、系统优化和管理 - 3 - 哈尔滨工业大学工学硕士论文 决策进行了研究，并开发了基于节能目标的钢铁企业能源集成管理系统，降低了 企业生产过程的能源消耗17。 流程行业在能源管理上取得了许多研究成果，为企业减低了不必要的能源消 耗，取得了很好的经济效果，虽然离散型企业中目前对能源管理的研究还不是很 多，但可以借鉴流程行业的成功经验，提高离散型企业的能源管理水平，实现对 能源的现代化精细管理。 1.3 制造过程中能量特性研究现状 在制造过程中，时刻都伴随着物料流、能量流和信息流的运动，研究制造过 程中的“三流”运动18，如图 1-2 所示。对于有效利用资源、保证产品质量、提 高生产率和降低制造成本都有着重要的意义。目前机械制造领域对制造过程的研 究还主要在信息流和物料流19方面，国内外有对机械加工节能技术、能量流特性 的研究，但是相对还说还不成熟。 图 1-2 制造过程中的“三流”运动图 当前，国内外学者对技术节能和能量流特性的研究已经取得一定的研究成果， 但问题和不足仍然存在。stein提出了主轴传递系统的功率模型，研究了主轴载荷 与电动机之间的复杂关系，但是忽略了切削载荷引起的传动功率损失20。大连理 工大学的黄亮等对加工过程中的能量流进行了特征状态提取，并将能量流的流动 过程抽象为响应的特征状态矢量的多阶段状态变换过程21。重庆大学的刘飞、曹 华军等人研究了机床主传动系统能量传输的数学模型，提出了机床节能型优化调 度的方法，很好的解决了任务安排与机床资源利用效率的矛盾关系22。 在离散型企业中，制造过程的能量消耗和机床的功率有着非常密切的联系， 尤其是与机床空载功率有相当的关系，而与当前机床功率相关的研究成果主要有： (1) 主传动功率 机床主传动在空转时，电机会有一定的功率消耗，这部分能量消耗叫做空转 功率消耗。当机床进行切削加工时，除空转功率损失之外，还需要消耗切削的功 - 4 - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 率，随着切削功率的增大，各个传动副上的机械摩擦引起的功率损失也在增大， 这时传动链的总机械效率影响着主传动功率。 (2) 进给传递功率 在主传动与进给传动同时使用一个电机的机床上，以一般的车床和铣床为例， 由于进给所消耗的功率相比主运动功率是很小的，因此可以忽略进给消耗的功率， 同理在空行程传动和进给传动共用一个电机的情况下，也不必考虑由于进给而消 耗的功率，因为空行程传动学要的功率比进给消耗功率大得多。 (3) 空行程传动 空行程传动主要是针对移动工件较重，且需要加速度也比较大而克服工件惯 性消耗的功率。 作为离散型企业制造过程中主要的加工设备，机床的能量利用对能源消耗的 研究有很大的影响，通常机床的能量利用率受到很多因素的影响，通过降低机床 的空载功率、提高切削负载率和减少制造过程中的空载能最大程度上提高机床的 能源利用率23。 1.4 能源消耗监控与分析的研究现状 制造过程中，切削状态的改变和机械加工系统任何结构的变化都会使能源消 耗的状态发生改变，因此在机械加工系统中能源消耗的状态从一定程度上反映着 加工系统的运行状态，其中也蕴含着丰富的状态信息，利用这个理论可以有效地 对机械进行故障诊断和对机械加工过程状态进行实时监控24。 同时能源消耗的监控分析对于精细化能源管理有着十分重要的意义，通过对 能源在使用过程中各种参数变化的采集监测，企业能时刻了解到当前的能源消耗 情况，为制定科学合理的能源方案和节能降耗提供准确的数据支持，通过对能源 数据的核算分析，企业能清楚自身的能源利用实际情况，同时预测未来的能源消 耗，最大程度上合理分配能源，为能源计划奠定了良好的基础，最终实现企业节 能降耗的目的25。 在能源消耗数据采集和监控方面，国外企业和学者投入大量财力和人力进行 了大量的研究，伴随着现场总线技术的发展，能源监控系统大量应用与工业生产 中， 并且朝着着智能化、 网络化和数字化的方向发展。 罗克韦尔自动化公司的power monitor系列产品、德国gmc公司的ecs能源控制系统、西门子公司的spectrum powercc系列产品，此外通用电气、abb等公司也开发了相应的能源监控系统。 国外的产品具有精度高和系列化的特点， 罗克韦尔pm 3000 系列能实现 0.05%的精 度等级，同时还提供多种通信的接口，国外的监控系统正向着高精度、通用性、 - 5 - 哈尔滨工业大学工学硕士论文 智能化方向发展。相对于国外的能源监控系统，国内的应用状况和研究工作还相 对薄弱，但能源监控产品的研究工作已经得到政府和企业的重视，钢铁、石化和 电力企业都引进国外的成熟产品，国内也积极的开发自主知识产权的监控产品， 如浙江大学中控自动化公司开发了es-2000 能源计量系统，通过以太网通信技术、 gprs通信和rs-485 总线，能将电能、水、压缩空气、煤气等能源数据采集到管理 系统中。此外，积成电子、和利时等公司也都对能源监控系统进行研究并且推出 了自己的产品。国内学者也对能源消耗的数据采集和监控进行了一定的研究，贾 彦峰等26在研究国内外能源监控系统的基础上，对电量以及非电量监测理论进行 了分析，结合rs-485 总线、gprs通信技术，实现了企业能源监控系统底层节点的 设计27。顾海涛等对电能的使用进行了信息化管理和实时监控28，曾俊伟等对无 线数据采集进行了研究29，并且建立能源在线管理系统，对能源进行了精细化管 理。孙茂一等对企业能源消耗进行了研究，建立了企业数字化能源消耗监测平台， 同时建立能效分析算法，将能源浪费降到了最低30。 在能源消耗31的分析预测方面，王俊等鉴于能源消耗的评估中的不确定性和 模糊性，依据模糊数学的原理，通过应用层次分析法确定了权重，建立了综合模 糊评估模型，具有较好的应用价值和理论研究意义32。陈莹等33对能源管理中的 统计方法进行了研究，将能源消耗分成对产品产量有用和无用的成分分别进行统 计，将对产品产量无用的能源消耗分摊给产品，通过计算结果发现能耗异常的现 象，已达到减少能源损失的目的。陈华妹等论证了企业能耗降对企业绩效的积极 作用，在此基础上，基于降低能耗的思想，主要研究工业企业，在企业利益满意 度和企业的经济绩效两方面构建了综合绩效评价体系34。张世则以企业现有能源 审计评价体系为基础，从管理的角度分析现有评价指标的不足，完善了企业能源 审计评价指标体系。一方面有助于企业更加适应现有的能源评价指标，同时也为 管理者制定节能政策提够了理论依据35。宫运启建立了产品制造过程的能耗模型， 基于制造过程的工艺过程，研究了基于实例推理的能耗预测方法，利用相似零件 的加工能耗进行能耗预测，起到了很好的预测效果36。张加云等鉴于传统bp神经 网络预测方法的缺陷，应用基于小波神经网络的算法进行能源消耗的预测，取得 了良好的预测效果37。 1.5 本文的研究主要内容 能源消耗的监控与分析是能源管理中重要的一部分，是能源精细管理的关键 部分，为能源管理提供着重要的数据支持。结合本人的实际工作，本文主要的研 究内容包括： - 6 - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 (1) 通过对离散型企业几个重要概念的分析， 结合离散型企业能源消耗的实际 特点，明确面向能源消耗监控和分析的研究范围，通过对现阶段离散型企业能源 消耗实际情况的分析，研究系统的体系结构和功能结构。 (2) 分析离散型企业实际制造过程中机床的功率特性， 确定能耗数据采集和监 控的实际内容，通过能耗数据的处理，得到精确的能耗数据，同时监控重点设备 的能耗异常情况，出现异常则迅速预警。 (3) 建立能源统计台账，通过建立能源核算模型，对比能源消耗情况，为降低 能耗提供理论依据，建立能源消耗评价指标，以便达到企业满意的能源消耗状况。 (4) 结合工艺工程和当前企业的生产情况，研究预测能源需求状况的有效方 法，以便实现能源的精益管理，进而提高离散型制造企业核心竞争力。 (5) 开发应用于离散制造业的能源监控与分析系统，根据企业实际能源消耗， 验证系统的正确性和实用性。 - 7 - 哈尔滨工业大学工学硕士论文 第第 2 章章 能源监控与分析系统总体分析能源监控与分析系统总体分析 2.1 离散型企业制造过程的能源管理特点 2.1.1 离散型企业定义 企业是从事生产、服务、流通等经济活动，生产出各种产品和提供相应服务 以满足社会需要的、独立合法的一种盈利性的经济组织。本文以制造业企业为主 要研究对象，同时根据制造过程的不同，将制造企业划分为流程型、半流程型和 离散型企业。下面明确以下几个概念： (1) 制造业 制造业是通过市场需求，通过制造过程将制造资源（物料、设备、能源和技 术等） ，转化为可以供人们生活和生产中需要和必备的消费品和工业品的行业，包 括石化、设备制造、机械制造在内的 30 个行业。 (2) 制造过程 制造过程通常是针对产品的制作过程，即原材料在经历物理或者化学变化而 转化为产品的过程而言的，是指围绕完成产品生产的一系列有效组织和制造活动 的过程，而广义的制造过程涉及到物料选择、产品设计、生产过程、质量管理、 销售和服务等一系列相关的活动。产品的制造过程一般有以下环节组成：加工制 造过程、质量检验过程、产品运输过程和停歇等自然过程。 (3) 离散制造过程 制造过程是按照生产工艺过程的不同特征，将制造过程划分为连续的流程制 造过程和离散的加工装配制造过程。流程制造过程是指原材料通过一条生产线， 完全地按照加工顺序连续地加工生产直至制造成成品。由于生产的产品、加工使 用的设备和成产工艺流程都是标准化的或者是固定的，生产对象通过设备和装置， 依据工艺流程不间断地变成最后的产品，主要应用与化工行业、医药行业等，其 生产连续性很强，因此将这种制造过程称为流程制造过程。相对于流程制造过程 而言，离散制造过程是指物料离散的按照移动的工艺顺序，在工艺顺序中不断地 改变特征，最终形成产品的过程。离散制造过程的产品一般是由许多零部件组成， 多个零部件经过一系列不连续的加工工序且每个零部件的制造过程相对来说是独 立的，因此整个产品的生产工艺是离散的。离散制造过程主要应用于机械行业、 电子行业和仪表行业等38,39。 经过以上概念的分析，离散型企业使原材料在有限的时间内，以设计好的工 - 8 - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 序经历离散制造过程而最终获得符合要求产品的一大类制造业企业。以机械加工 企业为例，原材料经过不同的车间、不同的设备、不同的制造工艺，其中经历过 加工、装配等物理过程，这些过程都是以离散的、非连续的状态实现的，也就是 说零部件在生产设备上的顺序流动是离散的、非连续的。 2.1.2 离散型企业制造过程特点 离散型企业产品的制造过程通常被分解成许多个独立的加工任务，每个任务 需要企业内一部分资源和能力才能完成40。企业通常按行政管理需要和空间的限 制将功能类似的设备组建成相对独立的部门（车间、工段等） ，在每个部门内，原 材料从一个加工设备到另一个工作设备进行不同类型的工序加工41，尽可能的要 在有限的时间内、按照预先设定好的工序将原材料加工生产成满足质量要求的产 品。尽管制造过程的每一部工序都是严格按照设计完成的工序进行，但由于离散 制造过程特有的多工序、多变量、变量时变性、工序运行时间不确定等特点，因 此离散型企业在生产计划、成本管理、生产过程控制等方面有一定的难度。在生 产计划方面，有很多影响生产计划的因素，客户的需求、临时性的订单插入或者 突发事件的发生会很大程度上影响当前实际生产的安排，因此生产计划的制定十 分复杂；能力需求制定是平衡企业或者车间内各加工设备实际可用能力和所承担 的资源负荷的过程，将订单按照确定的工艺路线展开，将工序的开始时间、完工 时间及数量来审核时间和资源能力，由于能力需求制定受所有产品综合的影响， 导致能力需求计划很难制定。成本管理方面，由于原材料、外协件、外购件、产 成品和废品等的综合影响，使成本对象复杂，需要随着生产过程的进行对成本进 行核算和分配。生产控制方面，生产过程中的数据量大且采集点分散，因此需要 采集、维护和检索的难度很大；由于生产方式的原因，导致产品的种类变化多， 生产的任务多，导致生产过程控制困难。 经由以上的离散型企业制造过程特点的分析，可以看出流程型企业在生产方 式上与离散型企业存在很大的差异，离散型企业对生产流程并不特意强调，而是 在生产中更加重视产品制造的各个局