GBT 35132.5-2020 自动化系统与集成 制造系统能源效率以及其他环境影响因素的评估 第5部分:环境绩效评估.pdf

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  • 实际制造运行和过程数据。 注4:制造运行和过程实际数据包含了语义信息,例如状态描述(就绪,睡眠等)信息和由控制命令造成的对过程规 划的扰动描述信息。 注5:5.3.7进一步定义了实际制造运行和过程数据, 一一实际环境数据:这类数据包含周围环境参数的状态和变化,其可能不受制造系统控制。 注6:当制造过程涉及换热和化学变化过程时,对环境实际数据的实时检测是非常重要的。智能电网中交换的需求 响应数据也是一种实际环境数据。 注7:天气数据通常也归于实际环境数据,除非整个制造系统都被置于可控的环境中,比如说制造设施内装备了 空调。 注8:5.3.8进一步定义了实际环境数据。 上述四种不同分类的实际数据可以用于系统内部优化,而有时系统内部优化又会与减小系统能源 消耗这一单一目标冲突。不同的制造过程或对需求应对速度的不同需求有时会对计划能源效率产生不 利影响。 上述四种不同分类的实际数据都被环境绩效评估所需要。其中能源数据在这些实际数据中需要最 多的测量,5.3.5进一步描述了能源数据。

    5.3.2运行步骤的实际数据的要求

    在运行步骤中的实际数据应与语义信息描述有关: a)实际数据的来源; b)实际数据的时间段。 实际数据的来源是用于在制造系统层级中进行EPE数据聚合的关键语义信息。实际数据的来源 快定了实际数据和信息模型的细粒度。 实际数据的时间段也是关键的语义信息垫圈标准,它用于决定实际数据是否描述以下信息: 在实际产品中执行增值功能的制造设备的运行; 支持生产设备功能的运行。 实际数据的时间段也决定了实际数据和信息模型的分辨率。

    5.3.3EPE实际数据的可访问性

    GB/T35132.2规定了环境绩效的表现方式。

    5.3.6实际物料数据

    5.3.7实际制造运行和过程数据

    5.3.8实际环境数据

    这种类型的数据包括制造系统可能无法控制(例如天气)的周围环境参数的状态和变化。 制造系统周围的环境(例如空调制造设施)的空气质量以及天气参数是对制造系统进行环境绩效评 估所需的相关环境特征数据。 在比较任何两个制造系统的环境性能时(例如,对制造系统的太阳能或任何其他可再生能源的可用 性进行比较),应考虑环境数据的差异。 在评估使用各种能源(如热泵或电加热和冷却)的环境效益时,环境数据(如平均环境温度)是相关 的。应基于热力学第二定律来分析确定使用热能和回收热能对环境的影响。

    5.4CRR步骤的实际数据

    CRR步骤中的实际数据在构建和重新配置时收集,然后数据存储在第3层的记录中。 如果CRR活动与进行环境绩效评估的制造过程相关联,则CRR数据被视为实际数据(例如,这两 项活动在同一时间并且在同一的物理边界内发生,并且活动之间存在能源交换或其中一项活动影响其 他活动的ECD)。如果CRR活动包括在制造系统边界的时间范围内,则CRR活动也可以与制造过程 直接相关联,

    外部数据包括从文献、标准、产品规格、产品标签等获得的数据。 使用外部数据运算得到的数据和实际数据有一样的精度。当生产计划,运行和设备按计划进行和 执行时,外部数据是良好的数据源。合适的文档和数据管理可以实现使用外部数据的一致性(相同数据 不会被这些文档重复表示)。 外部数据存储并主要驻留在第3层,也可以存储在第2层的控制器和驱动器中。控制器可以将外 部数据作为语义信息添加在发送到第1层的数据模型中。第1层此后可以在数据模型中添加实际数据 并报告与EPE的外部数据相关联的实际数据(见5.3.5中的选项2)

    定义3.18将上游数据描述为进入单位处理边界的外部数据流。 制造系统使用的能源可以从各种来源获得。例如,电能可以由水力发电厂、火力发电厂或使用可再 生能源(例如风能和太阳能)的发电站产生。能源的产生、传输、储存和分配环节对环境的影响取决于能 源的来源和用于将能源转换和供应给制造系统的技术。 原物料可以从不同的来源获得,这些物料经过一系列如提取和焊接的过程,或在整个产品生命周期 中都有加工过程。制造系统使用的物料也可以通过回收使用过的产品来获得。生产进入EMU边界的 物料的环境性能在很大程度上取决于物料的来源,生产物料的过程以及制造物料的制造系统的地理 位置。 在能源和原物料进入制造系统之前,上游数据会反应在其生命周期内所有的输入、输出和处理过程 对环境的影响。 上游数据可以包括物料和能源输人生命周期库存以及环境绩效目标数字形式的库存结果。生命周 期评估阶段在ISO14040中描述,

    6.2.2上游物料数据

    上游物料数据包括供应商提供的物料申报信息。电气和电子行业及其供应链使用物料声明来跟踪 和声明关于其产品物料的具体组成。IEC62474是物料成分数据交换的国际标准,其提供物料声明的 要求,并协调整个供应链的需求。IEC62474通过建立物质和物料报告要求、制定标准化协议以及简化 数据传输和处理过程,使电子技术行业受益。 鉴于供应商,制造商和客户之间在全球范围内的相互依赖性,各国政府在国际标准组织之前采取主 动措施,在各国内部和更广泛的区域进行监管,并制定一系列规则用以监测和控制物品中物料和物质的 使用。

    5.2.3上游能源数据

    应商和制造商报告物料数据时通常依据的立法

    制造系统的第4层根据能源成本变化实行可变计划生产。工业目动化系统可以在制造系统中减少 能源使用量和无功功率,以减少在供电线路上的能源损失。能源供应商可以定期向企业提供能源成本、 有关所提供能源可用性的预测和质量因素信息。 有关能源来源的信息与环境绩效的评估相关。化石燃料发电厂和太阳能发电厂生产同样量级的电 能时会产生不同的环境影响。环境绩效评估应考虑制造系统使用的具体能源在生产时对环境绩效的 影响。 示例:发电厂燃料的燃烧会产生氮氧化物和二氧化碳,二氧化硫和汞化合物,并导致温室效应。 与能源生命周期关联的环境作用包括化石燃料和核能源的提取技术,可再生能源技术的制造(太阳 能电池板,聚光太阳能,风车),发电厂的建设,生物质的培养和生物能源的收获,能源与各个能源处理设 施之间与用户之间的能源传递,分配系统(管道网络,电网,加油站)的最终使用、建造、维护运行,以及最 后的燃料消耗。 能源生产和传输的环境影响可分为以下几类: 一空气质量影响; 一水资源影响; 一表面扰动; 生物来源影响; 噪声影响; 视觉影响。

    5.3环境特征数据(ECD)

    环境特征数据(ECD)包括与制造设备和制造支持设备的环境方面相关的特性和性能规范。 为增加环境绩效,设备供应商披露的设备环境特征数据和制造系统的环境特征数据的测量值应可 在研究后被改进。 环境特征数据描述了生产中使用的能源和物料的性质以及制造系统本身的环境。 给定污染物的排放率与特定活动强度的关系可以用产生每兆焦耳能源产生释放的二氧化碳克数来 衡量。术语排放因子和碳强度通常可以互换使用,但排放因子中所考的特定活动不包括宏观活动,如 国内生产总值(GDP),碳强度中的“碳”表示其不统计其他非碳污染物。 美国温室气体计划的自愿报告计划(温室气体计划中燃料二氧化碳排放系数的自愿报告)为美国发 电的碳,甲烷和氧化亚氮排放因子提供了参考数值。针对各种燃料类型(煤炭,石油,天然气,生物燃料, 废物等)报告逐项列出相应的排放参考标准。各种能源的排放因子最终都被量化为统一的指标,即每千 瓦时发电的二氧化碳排放量。但是,这些排放因子指标会因各个国家标准不同而有很大区别。 可以根据EPE的目的和范围考虑与能源产生,运输和分配相关的其他环境特征数据。 跨越制造系统边界的再利用物料对环境性能的环境影响与新加工物料的环境影响存在差异。回收 物料的回收过程与新加工物料采集和加工过程消耗的能源量是不一样的,具有不同的环境性能。 示例:在发电厂燃烧燃料产生氮氧化物和二氧化碳,二氧化硫和汞化合物,这有将加剧温室效应。 EPE应在其实施中考虑环境对产生制造系统所用能源的环境影响的影响。附录F提供了比较各 种能源在整个生命周期内温室气体排放的数据。 水可用性代表另一相关环境特征数据,

    6.4交换剩余的CRR数据

    余的CRR对设备环境绩效的影响在其生命周期中逐渐减少。 当一件设备从一个制造系统转移到另一个制造系统时,被移出的制造系统的剩余CRR数据减少 另一个制造系统相应的得到对环境绩效影响相同量的CRR数据。 当在制造系统中引入一件设备时,剩余CRR对制造系统的环境绩效的影响增加,其数量与其对环 境绩效产生的影响相同 类似地,新的结构也将加剧制造系统CRR对环境绩效的影响。 所添加或移除的设备的残余CRR数据的交换会导致制造系统对环境绩效影响的变化,

    IEC62264中描述的生产控制功能包括与制造运行和控制相关的大多数功能。生产控制 常包括: 按照生产计划和生产标准控制原物料向最终产品的转化: 生成性能和成本报告:

    参考数据中的过程计划数据类别包含描述比生产控制数据更高分辨率和粒度的制造过程的信息。 充程计划数据通常包括 生产运营管理; 维护运营管理; 质量运营管理; 库存运营管理; 时间元素; 物流条款; 维护条款; 物流条款; 组织条款; 质量条款

    参考数据中的过程计划数据类别包含描述比生产控制数据更高分辨率和粒度的制造过程的信息。 流程计划数据通常包括 生产运营管理; 维护运营管理; 质量运营管理; 库存运营管理; 时间元素; 物流条款; 维护条款; 物流条款; 组织条款; 质量条款。

    8环境绩效评估数据映射

    第8章和附录F展示了第1层、第2层和第3层之间交换的标准化能源数据模型如何实现:

    图5描述了可以在第2层控制器和第1层传感器和第0层运行机构之间进行的数据和信息交换。 描述这种通信类型的语义信息以及运行模式的变化可以包含在第2层中传输的实际数据模型的语义信 息中 由于在第2层中捕获的这种实际数据通常以高速率(例如以每毫秒的形式)获得,因此第3层信息 模型中的活动仅存储少量的第2层实际数据和语义信息。 A.1提供了将第1层和第2层能源数据映射到第3层EPE活动的示例。它们摘自目前广泛使用 的联盟标准,用于第1层、第2层和第3层之间能源数据模型的通信。联盟标准具有共同的特征和概念 (见附录G)。 第2层提供的数据模型越符合标准结构,第2层中可用于EPE的数据就越多。相应的,层级3中 用于处理这些数据,以便将实际数据和语义信息合并到IEC62264中信息模型来补足EPE数据的活动 就越少。 A.2提供了将能源数据映射到IEC62264所规定的能源信息模型的示例。IEC62264信息模型广 泛用于制造企业的管理,它们包含与制造业务管理和控制相关的详细语义信息

    A.1第1层和第2层数据模型

    附录A (资料性附录) EPE数据映射

    大量正在生成、处理和交换的实际数据位于第2层,但是也有少部分数据被传递到第3层甚至第 4层。 在第2层中生成、处理和交换的数据将采用多种格式。第2层数据的产生、处理和交换具有很高的 细粒度和分辨率,GB/T35132.3将能够使用这些数据来评估制造系统的环境绩效。使用这种丰富的信 息所面临的挑战是,在缺乏有关能源数据模型的国际标的情况下,第1层和第2层的实际数据具有多 种格式。 例如ODVA和SERCOS等组织已经制定了能源数据模型标准,这些标准也可用于第1层、第2层 和第3层活动内部和活动之间的交流。这些标准的存在将为GB/T35132.3提供一种可能性,可以使 用第2层中产生或整合的数据用于环境绩效评估(EPE)。这些能源数据模型可以被传输,并在第3层 中进一步处理,因此,如何将第1层和第2层能源数据模型整合并符合在GB/T35132.3中规定的分配 和聚合过程的输人规范也在本部分的范围内。描述第1层或第2层内能源数据模型的生成和使用不在 本部分的范围之内。 通过使用第1层和第2层活动中和用于第1层、第2层与第3层通讯的标准化的能源数据模型,实 际能源数据例如生产设备的运行模式或使用负荷可以按照较高的速率交换。此外,实际的能源数据,如 能源使用测量和运行模式的环境信息,可以在第1层和第2层的更多设备之间进行交换,这使得第2层 设备上的能源消耗被安全的管理,并且与第3层控制器有一定的独立性,

    A.1.2能源数据模型

    制造企业可以使用精确的收人计量器来测量能源分配网络的能耗。然而,对各个工作单元都使用 精确收人计量器来确定能耗成本太高,一般无法实现。 第2层中有许多测量和用于控制实际能源数据的设备,如电压计和电流计,但由于能源数据报告不 是设备的主要功能,这些实际能源数据可能无法被进一步传输。 使用标准化的能源数据对象在第1层、第2层和第3层的设备和活动内部和之间进行通信,目的是 为了低成本而有效地填补能源使用中丢失的部分,那些部分几乎没有任何信息。自动化设备之间交换 的能源数据模型提供了一致的、高度粒度的与能源相关的信息一一使得其支持重要用例(例如睡眠模 武)变得更加容易。更完整的能源图将提供关于机器、工作单元、区域和区域能源消耗行为的有价值的 信息,使用户能够做出降低使用和成本的决策。 能源数据对象有两个主要用途: 与I/O设备关联的面向控制数据的传输; 传输与被控系统相关的其他环境信息,如配置参数和诊断信息。 图A.1所示的各种设备,它们使用标准化的能源数据模型在第1层和第2层内部和之间进行通信, 并提供高度细粒度的能源相关信息。 功率监控器可以精确测量工作单元的能耗。电机过载继电器传输的能源数据模型可以利用能源数

    A.2.2一般对象模型

    IEC62264指定了与制造系统资源相关的两种对象类型,如下所示: 资源范畴(类)包括: ·人员类(例如焊接技术员); ·设备类(例如焊接车间); ·实物资产类(例如来自制造商的焊接机模型); ·物料类(例如焊条)。 资源包括: ·个人(例如JosephBriant先生); 设备(例如,产品×××的工作单元#001); ·实物资产(例如,系列#ABC123的特定焊机); 。物料批次(例如9月29日购买的焊条)。 容量和规范是资源和资源类的属性。 示例1:实物资产类的属性的一个示例是机器模型的能耗。 示例2:实物资产属性的一个示例是机器特定电源的电压

    A.2.3运行管理信息模型

    IEC62264指定了下列运行管理信息对象模型: 过程段模型,该模型描述可用的功能; 运行定义模型,该模型描述如何执行运行; 运行计划模型,该模型描述要制作和使用的内容; 运行绩效模型,该模型描述所做的和使用的内容; 运行能力模型,该模型描述可用的内容。 运行管理信息模型可应用于以下运行管理类别: 生产运行; 维护运行; 质量运行; 库存(处理)运行。 虽然生产运行通常对环境绩效影响最大,但其他运行也会对环境绩效产生影响,因为这些运行: 使用能源; 可使用有害物质。 图A.5给出了四种运行管理类别的运行管理模型,

    运行定义的重要EPE数据包含在以下几个类别中: 运行定义; 运行段; 参数说明; 物料类规范; 设备类规范: 实物资产类规范; 运行段相关性。

    A.2.4.2.2运行定义相关数据

    运行定义写明了执行指定运行所需的资源。 运行定义中包含的EPE数据示例包括:包含与能源相关信息的外部物料清单,这些信息可用 间接物料或多个运行共用的物料的数量,

    A.2.4.2.3运行段相关数据

    运行段表示为特定运行量化段所需的信息。运行段标识、引用或对应于过程段。 运行段的持续时间是运行段中EPE数据的一个示例

    A.2.4.2.4参数规范相关数据

    参数规范是运行段所需的特定参数 一个基本的产品规范的产生是独立于参数规范中特定工作顺序和EPE数据示例的

    A.2.4.2.5物料类规范相关数据

    物料规范提供对物料类能力的识别或对应。特定的物料类规范与标识的运行段相关联。 下面列出了在物料类规范中的EPE数据的示例: 一运行所需物料规范,包括: ·燃料热值。 运行所需能源规格,包括: ·能源类型; ·电源电压; ·蒸汽温度。 一运行所需物料和能源的数量,包括: ·物料数量; · 燃油量; ·输人电力; ·蒸汽量。

    A.2.4.2.6设备类规范相关数据

    设备规范提供对设备类能力的标识,参考或对应。设备规范定义了与运行段相关联的特定设 为能力。 设备类规范中包含的EPE数据示例如下: 所需的设备类的功能和能力; 一所需的设备类数量。

    设备规范提供对设备类能力的标识,参考或对应。设备规范定义了与运行段相关联的特定设备类 的能力。 设备类规范中包含的EPE数据示例如下: 一所需的设备类的功能和能力; 一所需的设备类数量。

    以下四类数据包含运行调度的重要EPE数据: 运行请求; 段请求; 段参数; 资源请求。

    以下四类数据包含运行调度的重要EPE数据: 运行请求; 段请求; 段参数; 资源请求。

    A.2.4.3.2运行请求相关数据

    运行请求表示对运行计划元素的请求。运行请求包含制造部门完成预定运行 奇的信息 运行请求中包含的EPE数据示例如下所示: 被请求的运行定义的参考数据; 运行的计划开始时间和结束时间,

    A.2.4.3.3段要求相关数据

    运行请求由一个或多个段要求组成。每一个段要求对应于或参考一个已识别的运行段或过程段。 段请求定义或引用了相关人员、设备、实物资产、物料和段参数的段能力。 下面列出了段要求中包含的EPE数据示例: 一 运行段预计最早的开始时间; 运行段预计最晚的结束时间,

    A.2.4.3.4段参数相关数据

    段参数表示段要求所需的特定参数。段参数包括适用于任意值的一组限制。 段参数中包含的EPE数据示例如下: 附加的段规范,如产品的质量等级; 预期运行条件,如环境温度。

    A.2.4.3.5资源需求相关数据

    资源需求包括人员需求、设备需求、实物资产需求和物料需求。 人员需求列出了持有特定工作资质人员的数量、类别、工作持续时间和工作计划与完成当前运行请 求所需要的人员职业划分。 设备需求列出了所需特定设备的数量、类型、运行持续时间和运行计划与完成当前运行请求所需要 的设备了类别或对设备的限制。 实物资产需求列出了所需特定实物资产的数量、类别、使用时间和使用计划与完成当前运行请求所 要求的实物资产约束。 资源需求中包含的EPE数据示例如下: 一将特定资源分配给定义的资源类,如: ·能源标识符; ·物料批次标识符; ·待使用设备的标识符; ·待使用实物资产的标识符

    A.2.4.4运行绩效模型中的相关数据

    A.2.4.4.1运行绩效模型

    绩效是关于请求运行的报告,是运行响应的集合

    A.2.4.4.4段数据相关数据

    段数据表示与执行运行相关的其他信息。段数据中包含的EPE数据示例如下: 段运行所产生的产品的实际数量; 产品的实际生产质量; 执行段运行的运行条件,其中包括: ·环境温度; ·环境湿度; ·电源电压; ·大气压力。

    4.5实际资源相关数据

    实际资源包括实际人员、实际设备、实际实物资产和实际物料。 实际人员表示在指定段期间使用的人员总量。 实际设备表示在指定段期间使用的设备总量。 实际实物资产表示在指定段期间使用的实物资产总量。 实际物料表示在指定段期间使用的物料总量。实际物料包含已消费、生产、替换、取样或以其他方 式用于制造的物料。 实际资源中包含的EPE数据示例如下: 一用于段的实际人员包括: ·人员数量; ·工时。 用于段的实际设备包括: ·负载/占空比; · 设备完工后的状态; ·每种运行模式所花费的时间。 一实际使用的实物资产包括: · 机器运行时间; ·安装时间。 一用于段的实际物料包括: 物料数量; 燃油量; 一 输人电能; · 蒸汽量; 冷却剂温度; CO2排放量; 有害物质排放量; 耗材数量; 废物的数量。

    A.2.4.5运行能力模型中的相关数据

    A.2.4.5.1运行能力模型

    5.3资源类能力相关数

    资源类能力包括人员类能力、设备类能力、实物资产类能力和物料类能力。 资源类能力用置信因子表示资源类的能力。 人员类能力表示在特定时间内最低的、平均值或最高的人员类的能力。 设备类能力表示在特定时间内最低的、平均值或最高的设备类的能力。 实物资产类能力表示在特定时间内最低的、平均值或最高的实物资产类的能力。 物料类能力表示在特定时间内最低的、平均值或最高的物料类的能力。 资源类能力中包含的EPE数据示例如下所示: 资源类的统计计算能力,包括: · 单位时间平均能耗; · 单位时间平均物耗; · 单位时间平均废料量; 燃料平均热值; · 每种运行模式所用时间的平均值; 平均负荷/占空比

    资源类未来的估计能力,其中包括: · 单位时间估计能耗; 单位时间估计物耗; 单位时间估计废料量; 燃料估计热值; 每种运行模式所用时间的估计值; 估计负荷/占空比。

    C.1关键性能指标(KPI

    C.1.2指标名称/标题

    ■关键性能指标的描述或名称,

    一个对KPI所带来效应的简短描述空调标准规范范本,包括其在控制应用中的使用和影响

    基于关键性能原理的用于计算KPI的数学公式。

    表示KPI的基本单位或维度。

    逻辑上KPI的上下界限及改进趋势

    C.1.8分析/深度探讨

    粮油标准更用KPI的用户组说明。

    找到KPI值变化的根本原因及其与其他元素和KPI的关系的一种方法。 38

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