Энергозатраты автомобилестроительного предприятия по основным системам
Энергозатраты автомобилестроительного предприятия распределяются между основными производственными переделами — штамповкой, сваркой, окраской, сушкой и сборкой — и общезаводскими инженерными системами. Для определения фактической структуры потребления необходимо отдельно учитывать электрические, тепловые и пневматические нагрузки, а затем сопоставлять их с производственной программой и режимом работы линий.
Главная особенность автомобильного производства заключается в различной зависимости энергетических потоков от выпуска продукции. Расход сварочного оборудования связан с количеством и продолжительностью технологических операций. В то же время окрасочный комплекс может продолжать потреблять значительное количество тепла на вентиляцию даже при небольшом сокращении выпуска автомобилей. Поэтому изменение числа произведённых машин не приводит к одинаковому изменению энергопотребления всех систем.
Для технически обоснованного распределения необходимо установить измерительные границы производственных линий, определить долю общезаводских нагрузок и выделить расходы, сохраняющиеся при снижении загрузки. Если этого не сделать, энергетические потери резервной линии или центральной инженерной сети можно ошибочно отнести к основному конвейеру.
Какие исходные данные необходимы для анализа энергозатрат
Основой исследования служат сведения о линиях штамповки и сварки, окрасочном комплексе, сушильном оборудовании, сборочных конвейерах, вентиляции и сменных производственных программах.
Для каждой системы необходимо определить используемый энергоресурс, измеренное потребление, продолжительность работы и технологическую нагрузку.
Электрические измерения позволяют оценить потребление приводов, сварочного оборудования, конвейеров и инженерных установок. Тепловые показатели необходимы для анализа процессов сушки, температурных режимов окраски и вентиляционного теплопотребления. Данные о сжатом воздухе позволяют определить пневматическую нагрузку производственных линий и её связь с работой общезаводского компрессорного оборудования.
Производственная программа показывает, сколько автомобилей или соответствующих производственных единиц проходит через рассматриваемый передел за установленный период. Сменный график позволяет определить продолжительность работы оборудования и промежутки, в которых производственная загрузка отсутствует или уменьшается.
При этом данные должны быть согласованы по времени. Нельзя сопоставлять энергопотребление окрасочного комплекса за календарный месяц с выпуском автомобилей только за часть этого периода.
Каждый показатель связывают с конкретной системой и измерительной границей. Без этого невозможно установить, относится ли расход непосредственно к производственной линии либо уже включает потребление центральных инженерных установок.
Как разделить потребление между производственными переделами
Распределение начинают с определения последовательности производства и энергетических потоков, обеспечивающих каждый передел.
На участке штамповки учитывают прежде всего электрическую нагрузку технологического оборудования. На сварочных линиях существенна связь потребления электроэнергии с выполняемыми сварочными операциями. В окрасочном комплексе необходимо совместно рассматривать электрические и тепловые затраты, поскольку работа оборудования связана не только с обработкой кузовов, но и с поддержанием требуемых условий технологического процесса.
Сушильное оборудование рассматривают через расход энергии на поддержание предусмотренного температурного режима и выполнение циклов обработки. На сборочных линиях необходимо учитывать потребление конвейеров и пневматических систем, обеспечивающих соответствующие операции.
Отдельное значение имеют общезаводские инженерные нагрузки. Если вентиляция или компрессорное оборудование обслуживает несколько производственных участков, соответствующие расходы нельзя без дополнительных оснований полностью относить к одному переделу.
Таким образом, структура должна отражать два уровня: непосредственное энергопотребление производственных линий и обеспечивающие их энергетические потоки.
Именно такое разделение позволяет установить, как меняются доли отдельных переделов при изменении производственной программы.
Как учитывать электроэнергию линий штамповки
Энергопотребление штамповочного передела необходимо сопоставлять с фактической работой оборудования и количеством выполненных технологических операций.
Для анализа используют электрические показания соответствующих линий, продолжительность их работы и сменную производственную программу.
Если оборудование работает с различной нагрузкой, общий расход энергии зависит не только от числа изготовленных деталей, но и от продолжительности отдельных рабочих состояний.
Поэтому номинальная мощность установленного оборудования не может автоматически приниматься за фактическую мощность в течение всей смены.
При наличии интервальных измерений расход электроэнергии можно определить суммированием потребления за отдельные периоды:
Eшт = ΣEшт,i, где Eшт — потребление электроэнергии штамповочной линии за рассматриваемый период, а Eшт,i — энергия, зарегистрированная за отдельный измерительный интервал.
Полученную величину сопоставляют с производственной загрузкой. Если выпуск изменился, необходимо установить, как изменились продолжительность работы и интенсивность выполнения операций.
Если потребление сохраняется при уменьшении числа операций, это является основанием для дальнейшей проверки режима линии. Однако постоянная часть расхода сама по себе не доказывает энергетические потери: необходимо установить, какие функции оборудования обеспечиваются в соответствующий период.
Почему потребление сварочного участка связано с циклом операций
На сварочных линиях энергопотребление зависит от количества и характера выполняемых операций, а также от времени работы оборудования в соответствующих режимах.
Для оценки необходимо сопоставлять электрический расход не только с выпуском автомобилей, но и с фактическим выполнением сварочных циклов.
Если линия увеличивает производительность, возрастает количество операций за выбранный период. Однако расход электроэнергии не обязательно изменяется строго пропорционально числу готовых кузовов, поскольку часть потребления может приходиться на обеспечение работы оборудования между операциями.
Поэтому при анализе необходимо разграничить периоды выполнения сварки и остальные состояния линии настолько, насколько это позволяют измерения.
Если имеются данные о расходе за отдельные производственные циклы, их сопоставляют с числом выполненных операций. При отсутствии такой детализации можно определить только суммарное потребление сварочного участка в установленной измерительной границе.
Изменение доли сварки в энергобалансе предприятия следует объяснять с учётом производственной программы. Рост её абсолютного потребления при увеличении числа операций не является самостоятельным доказательством снижения энергоэффективности.
Напротив, сохранение высокого расхода в периоды сокращённого выпуска требует проверки того, какие нагрузки продолжают работать независимо от сварочных операций.
Почему окрасочный комплекс отличается от сварочного производства
Окраска автомобильных кузовов характеризуется сочетанием технологических и обеспечивающих энергетических нагрузок. Помимо работы оборудования непосредственно в процессе окраски, необходимы установленные параметры воздуха и температурные условия.
Поэтому электрическое и тепловое потребление окрасочного комплекса нельзя оценивать исключительно по количеству окрашенных кузовов.
Существенная особенность заключается в том, что вентиляционное теплопотребление может сохраняться при небольшом уменьшении выпуска. Если производственная программа сократилась, но вентиляция продолжает работать в прежнем режиме, расход тепла не обязательно снизится пропорционально числу автомобилей.
Из-за этого удельное энергопотребление на один кузов может увеличиться даже без изменения технического состояния вентиляционной системы.
Для корректного анализа необходимо установить фактический график работы окрасочного комплекса, электрическое потребление его оборудования и тепловую нагрузку, связанную с обеспечением требуемых условий процесса.
Затем сравнивают периоды с различным выпуском и определяют, какие составляющие расхода изменяются вместе с производственной загрузкой, а какие сохраняются приблизительно на одном уровне.
При этом сохранение вентиляционной нагрузки не следует автоматически считать перерасходом. Необходимо установить, требуется ли соответствующий режим по условиям технологического процесса.
Таким образом, сравнение сварки и окраски по одному показателю энергопотребления на автомобиль без учёта различий в механизмах расхода может привести к неправильной оценке их эффективности.
Как распределять тепловые затраты на окраску и сушку
При анализе тепловых потоков необходимо установить, какая энергия расходуется на обеспечение условий окрасочного процесса, а какая относится к сушильному оборудованию.
Для этого определяют соответствующие измерительные границы и режимы работы систем.
Если один источник тепла обслуживает несколько технологических установок, его общий расход нельзя без дополнительного обоснования полностью приписывать сушке или вентиляции.
В окрасочном комплексе тепловая нагрузка вентиляции может сохраняться во время работы системы независимо от небольших изменений выпуска. В сушильном оборудовании потребление необходимо сопоставлять с фактическим выполнением соответствующих технологических циклов.
При изменении числа обрабатываемых кузовов соотношение этих составляющих может меняться. Например, если вентиляционная нагрузка сохраняется, а количество циклов обработки сокращается, доля вентиляционного теплопотребления в общей структуре способна увеличиться.
Однако такой результат необходимо подтверждать измерениями. Само изменение доли не доказывает, что вентиляция потребляет больше энергии в абсолютном выражении.
Для технического вывода необходимо показать отдельно фактические расходы и их относительные доли. Это позволяет не смешивать увеличение абсолютного теплопотребления с изменением структуры затрат при сокращении выпуска.
Как учитывать конвейеры и сборочные линии
Сборочный передел связан с работой конвейеров и оборудования, обеспечивающего последовательное выполнение операций.
Его электрическое потребление необходимо сопоставлять с продолжительностью движения производственной линии и фактической сменной программой.
При уменьшении числа собираемых автомобилей конвейер может продолжать работать в определённых режимах, поэтому расход энергии не обязательно сокращается пропорционально выпуску.
Для анализа определяют электрическую энергию, зарегистрированную в границе сборочной линии, а затем сопоставляют её с продолжительностью эксплуатации и количеством выпущенных автомобилей.
Если конвейер обслуживает несколько последовательно связанных участков, важно установить, какие электропотребители включены в его измерительную границу.
Без такого разграничения увеличение электроэнергии сборочного участка может быть ошибочно приписано непосредственно конвейеру, хотя соответствующий прибор учитывает дополнительные нагрузки.
Результатом анализа должно быть понимание того, как электрический расход сборочной линии изменяется при различной загрузке и какая его часть сохраняется независимо от небольших колебаний выпуска.
Как учитывать пневматические нагрузки производства
Сжатый воздух может поступать к оборудованию разных производственных переделов из общей компрессорной системы.
При распределении энергетических затрат необходимо различать потребление сжатого воздуха конкретной линией и электроэнергию, затраченную на его производство.
Если компрессорная система обслуживает штамповку, сварку, окраску и сборку, её электрическая нагрузка относится к общезаводскому обеспечению этих процессов.
Для распределения необходимо установить, какие производственные линии получают сжатый воздух и имеются ли измерения его расхода на соответствующих ответвлениях.
При наличии достоверных данных о расходе по отдельным линиям можно определить их доли в общем использовании ресурса:
Di = (Vi / ΣVj) × 100 %, где Vi — измеренный объём сжатого воздуха, использованный рассматриваемой линией за установленный период, а ΣVj — сумма измеренных объёмов по сопоставляемым линиям.
Этот показатель характеризует распределение измеренного объёма сжатого воздуха. Он не равен автоматически доле электроэнергии компрессорного хозяйства, поскольку её расход зависит от фактической работы источника и системы распределения.
Для энергетического баланса необходимо установить связь между пневматическим потреблением линий и электрическим расходом компрессорной системы.
Если такой связи нет, распределение электрических затрат между автомобильными линиями остаётся расчётным допущением.
Особенно важно не включать электроэнергию общих компрессоров повторно в общий баланс предприятия, если она уже зарегистрирована на электрическом вводе.
Как выделить постоянные и зависящие от выпуска нагрузки
При анализе автомобильного завода необходимо разделить энергетические потоки по характеру их изменения при колебаниях производственной программы.
Одна часть потребления изменяется вместе с количеством технологических операций. Другая может сохраняться на протяжении смены или периода работы системы независимо от небольшого изменения выпуска.
На сварочных линиях существенное влияние оказывает количество выполняемых операций. В окрасочном комплексе вентиляционная тепловая нагрузка может сохраняться при сокращении числа обрабатываемых кузовов.
Для количественного разграничения необходимы наблюдения за несколькими периодами с различной загрузкой при известных режимах работы оборудования.
В пределах подтверждённого диапазона производственной нагрузки потребление отдельной системы можно представить расчётной зависимостью:
E = Eпост + Eперем(N), где Eпост — составляющая, не изменяющаяся с выпуском в рассматриваемых условиях; Eперем(N) — составляющая, зависящая от производственной программы; N — показатель выпуска.
Это аналитическое представление, а не утверждение, что все системы автомобильного завода описываются одной линейной моделью.
Постоянную составляющую нельзя автоматически считать потерями. Она может быть необходима для поддержания технологического режима.
Если данных о потреблении при разной загрузке недостаточно, разделение на постоянную и переменную части остаётся предварительным.
Как сменная программа влияет на доли переделов
Изменение сменной программы может менять структуру энергозатрат даже без модернизации оборудования.
Если увеличивается число автомобилей, проходящих через сварочную линию, её технологическое энергопотребление может вырасти вместе с количеством операций.
При этом окрасочный комплекс может сохранять значительную вентиляционную нагрузку на протяжении предусмотренного времени работы. Поэтому при росте выпуска удельная доля такой нагрузки на один автомобиль способна уменьшаться.
При снижении загрузки возникает обратная ситуация: потребление систем, сохраняющих рабочий режим, распределяется на меньшее количество автомобилей.
Это означает, что относительные доли отдельных переделов могут изменяться даже при приблизительно постоянном абсолютном расходе некоторых вспомогательных систем.
Поэтому при сопоставлении сменных программ необходимо рассчитывать одновременно абсолютное потребление ресурсов и удельные показатели выпуска.
Если изменилась продолжительность смены, её влияние также необходимо учитывать. Сравнение двух периодов с одинаковым количеством автомобилей, но различным временем работы оборудования может давать разные энергетические результаты.
Следовательно, структура энергозатрат должна оцениваться в контексте фактической организации автомобильного производства.
Почему потери резервной линии нельзя относить к основному конвейеру
Необъяснимое энергопотребление производственного корпуса не всегда возникает на основной действующей линии.
Часть расхода может относиться к резервному оборудованию, которое находится за общей точкой учёта, но не участвует непосредственно в текущем выпуске автомобилей.
Если измерительная граница объединяет основной конвейер и резервную линию, суммарные показания не позволяют автоматически определить их индивидуальное потребление.
Поэтому при обнаружении расхода, не соответствующего выпуску основного конвейера, необходимо проверить состав нагрузок за прибором учёта.
Если резервная линия потребляет энергию, этот расход необходимо определить отдельно, прежде чем делать вывод о неэффективности основного производственного процесса.
При этом сам факт потребления резервного оборудования не доказывает устранимую потерю. Необходимо установить его фактический режим и назначение.
Без раздельных данных нельзя достоверно распределить общий расход между основной и резервной линиями. Требуются дополнительные измерения либо иной подтверждённый способ разграничения.
Как отделить расходы центральных инженерных сетей
Общезаводские инженерные системы могут обслуживать сразу несколько производственных переделов. Их энергетическое потребление необходимо учитывать независимо от непосредственных нагрузок автомобильных линий.
Если общий компрессор обеспечивает сжатым воздухом несколько участков, электроэнергия на его работу не относится исключительно к тому переделу, где наблюдается наибольшее потребление воздуха.
Аналогично тепловые и вентиляционные потоки могут проходить через общие участки распределения, которые не совпадают с границами отдельных производственных линий.
Поэтому при построении баланса необходимо установить расположение точек учёта относительно центральных инженерных систем и их потребителей.
Если общий прибор включает собственное потребление центральной установки и несколько отходящих потоков, важно избежать повторного суммирования одних и тех же затрат.
При обнаружении балансовой невязки необходимо проверить, не связана ли она с неучтённым ответвлением или расходом общезаводской системы.
Относить такую невязку к основному конвейеру можно только при наличии подтверждающих измерений.
Если границы инженерных сетей неизвестны, корректное распределение энергии по автомобильным линиям невозможно. В таком случае сначала уточняют схему распределения и необходимые измерительные точки.
Как составить баланс электрических, тепловых и пневматических потоков
Баланс формируют отдельно для каждого энергоресурса, после чего связывают результаты с соответствующими производственными переделами.
Электроэнергию распределяют между измеряемыми линиями и общезаводскими электропотребителями. Тепловую энергию — между системами, которым она передаётся в выбранной измерительной границе. Пневматический поток характеризуют объёмом сжатого воздуха, используемого соответствующими производственными участками.
Нельзя непосредственно складывать киловатт-часы электроэнергии, гигакалории тепла и кубические метры сжатого воздуха как однородные величины.
Для каждого ресурса необходим собственный баланс:
Rввод = ΣRпеределы + Rпрочее + ΔR, где Rввод — поступление рассматриваемого ресурса в выбранную границу; ΣRпеределы — сумма непосредственно учтённых потоков соответствующих переделов; Rпрочее — установленное потребление других включённых систем; ΔR — неразделённая балансовая разность.
Это соотношение применяется отдельно к сопоставимым величинам одного ресурса и за один период.
Балансовую разность нельзя автоматически считать физическими потерями. Она может включать неучтённое потребление и неопределённость измерений.
Когда требуется распределить стоимость энергоресурсов между переделами, необходимо отдельно определить применимые стоимостные основания. Физический баланс и денежное распределение затрат решают разные задачи.
Как избежать двойного учёта при распределении затрат
Особую сложность создают энергетические потоки, проходящие через общие инженерные системы.
Например, электроэнергия компрессорной установки уже входит в электрический баланс предприятия. Если её затраты затем распределяют между сборкой, сваркой и другими потребителями сжатого воздуха, полученные величины нельзя повторно прибавлять к суммарному электрическому расходу.
Аналогичная ошибка возникает, если показания цехового счётчика суммируют с показаниями оборудования, уже включённого в соответствующий цеховой расход.
Поэтому для каждого показателя необходимо установить, является ли он самостоятельным потоком либо частью более крупной измерительной границы.
При распределении общезаводских расходов важно отличать фактическое измерение от расчётного отнесения затрат к отдельному переделу.
Такое разделение позволяет получить согласованный баланс без искусственного увеличения потребления вследствие повторного учёта.
Как определить причины изменения долей энергозатрат
После построения баланса сопоставляют структуру расходов за периоды с различной загрузкой производства.
Для каждого передела определяют абсолютное потребление и его долю в общем расходе соответствующего ресурса:
Di = (Ei / Eобщ) × 100 %, где Di — доля рассматриваемой системы; Ei — её потребление; Eобщ — общий расход того же ресурса в согласованной границе за тот же период.
Затем проверяют, что именно вызвало изменение доли.
Рост доли окрасочного комплекса может объясняться сохранением вентиляционного теплопотребления при сокращении выпуска. Изменение доли сварки может быть связано с количеством выполняемых операций. Увеличение расхода общезаводских систем необходимо сопоставить с режимами их работы и фактической потребностью переделов.
При этом изменение относительной доли не равнозначно изменению абсолютного потребления.
Если суммарный расход предприятия уменьшается быстрее, чем расход отдельной системы, её доля может вырасти без увеличения собственных энергетических затрат.
Поэтому технический вывод должен содержать оба показателя и объяснять их связь с производственной программой.
Когда необходимы дополнительные измерения
Дополнительные измерения требуются, когда существующие данные не позволяют разделить нагрузки производственных переделов и общезаводских инженерных систем.
Например, общий электрический счётчик может учитывать одновременно сварочную линию, конвейеры и резервное оборудование. Без раздельных показателей невозможно достоверно установить, какая из этих систем формирует обнаруженное отклонение.
Аналогично общий расход тепла окрасочного комплекса не всегда позволяет определить отдельные составляющие вентиляции и сушки.
Если компрессорное хозяйство обслуживает несколько переделов, необходимо установить, какие данные позволяют распределить потребление сжатого воздуха между ними.
Перед назначением дополнительного измерения определяют конкретную задачу: какой поток остаётся неразделённым и какое техническое решение зависит от его величины.
Измерения должны проводиться за согласованные периоды и соответствовать выбранным границам.
Если получить необходимые данные невозможно, в балансе явно указывают расчётный характер распределения и сохраняющуюся неопределённость.
Результат анализа энергозатрат автомобилестроительного предприятия
Результатом становится энергетический баланс по производственным переделам с отдельным представлением электрических, тепловых и пневматических потоков.
Для штамповки, сварки, окраски, сушки и сборки необходимо определить фактическое потребление соответствующих ресурсов и связь этого потребления со сменной производственной программой.
Отдельно отражают расходы вентиляции, конвейеров и центральных инженерных систем, включая энергетические потоки, обслуживающие несколько производственных линий.
Анализ должен показывать, какие составляющие изменяются вместе с технологическими операциями, какие сохраняются при небольшом сокращении выпуска и почему доли переделов меняются при различной загрузке.
Особое внимание уделяют отличию сварочного процесса от окрасочного комплекса. В первом случае существенна связь потребления с циклами операций, во втором — наличие вентиляционного теплопотребления, которое может сохраняться при изменении производственной программы.
В итоговом выводе необходимо разграничить непосредственно измеренные расходы, расчётное распределение общезаводских нагрузок и неподтверждённые балансовые расхождения.
Главное ограничение: без установленных границ общезаводских систем распределение энергии по автомобильным линиям остаётся условным. Нельзя относить расход резервного оборудования или центральных инженерных сетей к основному конвейеру только на основании общего показания счётчика.
Если исходных данных недостаточно, необходимо определить требуемые дополнительные измерения и обозначить неопределённость. Фактическую структуру энергозатрат конкретного завода нельзя заменять типовыми отраслевыми долями или предположениями о работе оборудования.
Таким образом, корректное распределение энергоресурсов позволяет установить вклад производственных переделов и обеспечивающих систем, объяснить изменение их долей при разной загрузке и определить участки, требующие последующего технического анализа. Для автомобилестроения решающее значение имеет специфика автомобильных линий и окрасочного комплекса, а не структура станочного энергопотребления обычного машиностроительного предприятия.
Состав производственных и инженерных систем рассмотрен на странице «Автомобилестроительные предприятия». Комплексное обследование энергетических потоков представлено в услуге «Энергоаудит предприятия». Другие технические разъяснения доступны в разделе «Материалы».