Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Организация управления энергоэффективностью и ее специфика в условиях текстильного производства ...25
1.1. Эволюция взглядов на проблему организации управления текстильного производства 25
1.2. Энергоэффективность текстильного производства - как объект управления 40
1.2 1. Обоснование энергетического подхода к анализу экономики текстильного производства 40
1.2.2. Характеристика энергоэффективности как объекта управления 46
1.2.3. Динамика объема производства и энергетических затрат в текстильной промышленности 52
1.2.4. Нормирование энергетических ресурсов в текстильном производстве 59
1.3. Морфология эффективности организации управления использованием энергии 69
1.4. Организационно-техническая методология управления энергоэффективностью 109
Глава 2. Системный анализ энергоэффективности текстильного производства 120
2.1. Системный подход к проблеме энергоэффективноста 120
2.2. Анализ состояния энергоэффективности текстильного производства ... 128
2.2.1. Энергетические балансы текстильного производства 128
2.2.2. Анализ состояния энергетического менеджмента текстильных предприятий 136
2.3. Декомпозиция энергоэффективности 138
2.4. Декомпозиция цели - разработка функционально-информационной структуры системы управления энергоэффективностью 144
2.5. Организационное обеспечение функционально-информационной структуры управления энергоэффективностью 154
Глава 3. Система управления энергоэффективностью 165
3.1. Исходные положения для разработки аналоговой модели системы управления энергоэффективностью 165
3.2. Разработка аналоговой модели системы управления энергоэффективностью 169
3.3. Формирование управляющего воздействия в системе управления энергоэффективностью 177
3.3.1. Моделирование процесса формирования задающего и управляющего воздействий 178
3.3.2. Автоматизация процесса контроля и управления энергоэффективностью 193
Глава 4. Моделирование энергоэффективности оборудования отделочного производства 205
4.1. Математическое моделирование энергопотребляющих объектов текстильного производства 205
4.1.1. Математические методы планирования и анализа эксперимента 206
4.1.2. Математическая модель и алгоритм математического анализа процесса сушки пряжи 212
4.2. Математические модели процесса механического обезвоживания пряжи 229
4.2.1. Математическая модель процесса механического обезвоживания пряжи сжатым воздухом 230
4.2.2. Математическая модель процесса механического обезвоживания пряжи водяным паром 235
4.2.3. Применение пара для снижения неравномерности обезвоживания паковок с пряжей 239
4.2.4. Исследование влияния обработки паром на качество пряжи 244
Глава 5. Энергетический аудит текстильного предприятия ...249
5.1. Методические основы энергетического аудита 249
5.2. Методика составления энергетических балансов текстильного производства 253
5.3. Баланс тепловой энергии сушильного аппарата типа СКД 263
5.4. Баланс тепловой энергии зрельника «Ариоли» 268
5.5. Энергетический баланс установки для сушки прядильных паковок 279
5.6. Методика оценки эффективности энергосберегающих проектов 283
Глава 6. Демонстрационные зоны высокой энергоэффективности 291
6.1. Вторичное использование тепловой энергии отводимого пара при отжиме пряжи в паковках 293
6.2. Снижение затрат энергоресурсов при осушении воздуха в аппаратах типа СКД 299
6.3. Совершенствование гидравлической схемы циркуляционного контура сушильного аппарата СКД с целью снижения затрат энергии на перемещение теплоносителя 307
6.4. Снижение непроизводительных перетечек жидкости в красильных аппаратах типа АКД 315
6.5. Рекуперация тепловой энергии горячего воздуха в установках для сушки пряжи мокрого прядения 321
6.6. Разработка рекомендаций по повышению коэффициента возврата конденсата и вторичному использованию его тепла 325
Заключение 332
Библиографический список 343
Приложения
- Обоснование энергетического подхода к анализу экономики текстильного производства
- Анализ состояния энергоэффективности текстильного производства
- Разработка аналоговой модели системы управления энергоэффективностью
- Математические методы планирования и анализа эксперимента
Введение к работе
Актуальность темы исследования.
Энергетическая стратегия России на период до 2020 года ориентируется на прогноз долгосрочного развития страны с темпами роста 5-6 % в год и увеличением ВВП по сравнению с 1998 годом не менее чем в три раза [1]. Достижение высоких темпов роста ВВП возможно только при коренном повышении энергоэффективности, а следовательно, и конкурентоспособности экономики.
В настоящее время экономика России энергорасточительна. Энергоемкость ВВП в стране по отношению к 1990 году выросла более чем на 20 % и уступает странам Запада в 3-3,5 раза, а Японии более чем в 5 раз [2,3]. Потенциал энергосбережения огромен - 40-50 % всего объема энергопотребления страны [4].
Динамик» расчетной потребности ТЭР при энергоемкости ВВП на уровне 2000 г.
2SD0 І 2000
| 1500
&
і іоо
Динамика расчетной потребности ТЭР с учетом энерго с 6 ер ежения
Зе счет
знерао-
сбереже-
За счет структурной перестройки экономики
20«
Геди
Рис.1. Динамика расчетной потребности ТЭР с учетом
энергосбережения
Динамика расчетной потребности топливно-энергетических ресурсов с учетом энергосбережения по данным Департамента стратегического развития ТЭК Министерства энергетики РФ [5] представлена на рис. 1.
Из приведенных данных (рис.1) следует, что потребность в топливно-энергетических ресурсах может быть снижена в 2020 году на 52% за счет энергосбережения и структурной перестройки экономики в рассматриваемый предыдущий период (2000 - 2020 годы).
Дополнительно следует учесть рост цен на энергоресурсы. По предположению Минэкономики РФ к 2015 году ожидается, по крайней мере, трехкратное увеличение цен на первичные энергоресурсы (диаграмма на рис.2 построена по данным [6]).
1999 г 2005 г
2010 г
2015 г
Рис.2. Динамика цен на первичные энергоресурсы
Энергоэффективность - это не только энергетическая и экономическая задача, это социально-политическое условие достижения одобренных Правительством Российской Федерации основных направлений развития страны на перспективу.
Поэтому Энергетическая стратегия базируется на том, что повышение энергоэффективности — это высший приоритет всей государственной энергетической политики.
Активная энергосберегающая политика, задаваемая Энергетической стратегией России, должна начинаться со структурной перестройки и технического перевооружения экономики отрасли, региона, предприятия.
Объектом наших исследований является текстильная отрасль промышленности и организация управления энергетическими ресурсами в этой отрасли.
Текстильная промышленность, несмотря на глубокий кризис, поразивший ее в 90-х годах, сохранила за собой позиции одной из основных отраслей экономики ряда регионов России.
Повышение конкурентоспособности российского текстильного производства возможно за счет улучшения качества текстильных изделий, расширения ассортимента, что потребует значительного увеличения затрат энергии на производство продукции. Поэтому, в современных условиях роста цен на энергоресурсы, один из основных способов сохранения конкурентоспособности - это повышение энергоэффективности текстильного производства. При этом необходимо решение главной задачи - создание действенной системы управления энергоэффективностью текстильного предприятия.
Исходным пунктом данной работы является подход к повышению энергоэффективности с точки зрения его организации.
В контексте диссертации организация энергоэффективного текстильного производства рассматривается как результат управления энергоэффективностью.
Цель работы — разработка организационно-технической методологии управления энергоэффективностью текстильного производства в условиях технического перевооружения экономики текстильной отрасли промышленности, дефицита энергоресурсов и роста цен на них.
В соответствии с поставленной целью в диссертационном исследовании решены следующие задачи, отражающие его логику:
Изучена эволюция взглядов на проблему организации управления текстильным производством и разработана морфологическая структура организации энергоменеджмента текстильного предприятия, отличительной особенностью которой от существующего производственного менеджмента является новая цель - повышение энергоэффективности производства и новая элементная база системы менеджмента.
На основе изучения современной теории системного анализа и синтеза проведен системный анализ проблемы энергоэффективности текстильного производства, определены целевые функции в разрешении проблем энергоэффективности;
Впервые проведен анализ энергоэффективности текстильного производства в целом и его структурных объектов и элементов с применением инженерно-технического инструментария;
На основе изучения современной теории организации разработана методика оценки состояния организации энергоменеджмента путем построения его организационного профиля;
Разработана организационно-техническая методология управления энергоэффективностью текстильного предприятия;
На основе использования принципов теории автоматического регулирования разработана аналоговая модель системы управления энергоэффективностью текстильного производства;
На основе теории формирования баз данных разработана инфологическая модель для описания предметной области исследования;
Формализован процесс формирования задающего и управляющего воздействий на основе реляционного моделирования;
На основе аналоговой и инфологической моделей системы управления, реляционных моделей управляющего воздействия
9 разработан алгоритм автоматизации процесса управления энергоэффективностью;
Разработаны математические модели приоритетных (наиболее энергоемких) объектов управленческого воздействия на основе факторного анализа экспериментальных исследований;
Определены и уточнены методические основы энергетического обследования и анализа энергетических балансов текстильного производства;
Разработаны технические решения по созданию демонстрационных зон высокой энергоэффективности на текстильных предприятиях Костромской области;
Практическая реализация работы осуществлена на текстильных предприятиях Костромской области при создании системы управления энергоэффективностью производства и нормировании потребления энергетических ресурсов по различным направлениям деятельности предприятия.
МЕТОДОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНОВОЙ диссертационного
исследования послужили методы системного и морфологического анализа и синтеза, теории организации и управления, теории автоматического управления, реляционного и матричного моделирования, теории факторного эксперимента и регрессионного анализа, энергетического аудита и мониторинговых оценок энергоэффективности.
ИНФОРМАЦИОННАЯ БАЗА ИССЛЕДОВАНИЯ включает научные источники в виде данных и сведений из книг, журнальных статей, научных докладов и отчетов, материалов научных конференций, семинаров, web-сайтов Интернета. В числе информационных источников использованы законодательные и нормативные акты Российской Федерации по вопросам энергопотребления и энергосбережения, статистические материалы органов государственной статистики по результатам практической деятельности
10 хозяйствующих субъектов текстильной промышленности, нормативные, информационные и другие материалы Министерства энергетики РФ, Государственного комитета по статистике РФ, Костромского областного Комитета государственной статистики, Ивановского областного Комитета государственной статистики, Федерального государственного учреждения «Госэнергонадзор по Верхнее-Волжскому региону». В основу диссертации положены результаты собственных расчетов и проведенных исследований технологических процессов и энергопотребляющего оборудования текстильного производства.
СОСТОЯНИЕ И СТЕПЕНЬ ПРОРАБОТАННОСТИ ТЕМЫ.
Теоретическую базу исследований составили труды российских и
зарубежных ученых. Наука организации производства зарождалась на
идеях Адама Смита, Генри Форда, Альфреда Слоуна, Уильяма Дюрана.
Современные направления в теории организации производства разработаны
И.Ансофф, Дж.Уайли, Б.З. Мильнером, Э.А. Смирновым. Большой вклад в
развитие науки организации производства внесли Ю.П.Анискин,
Н.И.Артемов, В.А.Афанасьев, Ю.В.Богатин, М.И.Бухалков, В.Н.Васильев,
Е.Г.Гинзбург, В.Н.Гончаров, К.Т.Джурбаев, Г.А.Краюхин, А.П.Ковалев,
Ю.А.Львов, Э.И.Минько, Ю.Ю.Наймарк, Ю.К.Перский, В.Н.Попов,
Е.И.Попов, А.В.Проскуряков, В.Н.Родионова, О.Г.Туровец, В.Н.Эйтингтон
и другие. В экономической теории достаточно глубоко проработаны
локальные проблемы организации производства. Так, хорошо известны
работы, связанные с классификацией организационных структур
(А.А.Богданов, Е.Г.Гинзбург, Б.З.Мильнер, И.Н.Герчикова,Р.А.Фатхутдинов, А.Я.Кибанов, А.А.Модин и др.), типизацией и функционированием организаций (М.М.Алексееева, О.С.Виханский, Г.Л.Азоев, В.Р.Веснин, И.Т.Балабанов, А.А.Градов, А.Г.Маминов, В.В.Кульба, А.Д.Цвиркун), проблемами организационного проектирования
(О.В.Козлова, Э.А.Смирнов, М.И.Круглов, Ю.Ю.Неймарк, Ф.М.Русинов и другие).
Организационно-техническому проектированию текстильного
производства посвящены работы российских ученых профессоров
Л.И.Замоховского, Т.Б.Поляк, К.М.Пирогова, А.М.Либерман,Ф.Ф.Бездудного, З.В.Брагиной, Л.Н.Никитиной, А.В.Архипова, Г.М.Травина, Е.В.Беляева, Н.Н.Масюк, В.В.Смельского и других.
Широкий спектр исследований посвящен развитию теории
управления предприятием. За последние 20 лет разработаны теории:
стратегическое управление по целям (И.Ансофф, В.А.Винокуров,
О.С.Виханский, Друкер Питер Ф.), диверсификация (Т.Бойдели,
О.С.Виханский, Кунц Рогер М., Р.Леман), теория «зет», «нулевое
бюджетирование», кружки качества (Т.Коно), анализ стоимостной цепочки
(Дж.Ван Хорн, Ф.Друкер Питер), децентрализация (М.И.Круглов),
«эффективное управление» (Дж.Уайли, И.Ансофф, Заутер-Закс),
реструктуризация (В.Логинов, И.Курнышева, Н.Н.Масюк,О.Н.Бесшапошникова), портфельное управление (М.И.Круглов, В.Л.Ленев), менеджмент посредством обхода рабочих мест (М.Х.Мескон, М.Альберт, Ф.Хедоури), матричное управление (В.Л.Ленев, М.Х.Мескон, М.Альберт, Ф.Хедоури), внутрифирменное предпринимательство (Ф.Друкер Питер).
Развитию теории управления, разработке систем управления на основе системного подхода, на котором базируется данное диссертационное исследование, посвящены работы Р.Калмана, П.Фалба, М.Арбаба, С.Диретктера, Д.Рорера, Гиг Дж.Вана, Д.Клиланда, В.Кинга, М.Мессаровича, Д.Мако, И.Тахары, Т.Саати, Е.С.Вентцеля, В.Н.Волковой, А.А.Денисова, В.М.Добкина, А.Н.Дятлова, Э.М.Короткова, А.С.Малина, Б.З.Мильнера, В.И.Мухина, В.М.Павлова, А.А.Попова, Л.А.Растригина, С.В.Рогожина, Е.КХохлачева, Ю.И.Черняк и других ученых.
Методологией решения разнообразных проблем на основе системного подхода является системный анализ, рассматриваемый в работах Дж.Клира, С.Л.Оптнера, У.Партера, А.Холла, А.В.Шилейко, К.Буолдинга, А.С.Малина, Н.Н. Моисеева, В.Н.Лившица, В.А.Острейковского, В.И.Мухина, Е.С.Вентцеля и других.
Организационными проблемами текстильного производства в разное время занимались Т.Б.Поляк, А.М.Либерман, Л.И.Замоховский. Системный подход к организации управления текстильным производством, обеспечивающий внедрение информационных технологий в практику текстильного производства, в той или иной мере реализован в работах Ф.Ф.Бездудного, К.М.Пирогова, З.В.Брагиной, Е.В.Беляева, В.Н.Егорова, Л.Н.Никитиной, А.П.Павлова, О.К.Платова, А.Л.Сазонова, Г.М.Травина и других ученых.
Следует отметить, что ни в одной из рассмотренных выше и известных автору работ не акцентируется задача повышения энергоэффективности текстильного производства. Более того, энергоэффективность производства, существенно определяющая в настоящее время производственный потенциал, в известных нам работах не рассматривается.
В соответствии с государственной энергетической политикой необходимо рассматривать текстильное производство с точки зрения его энергоэффективности, энергоемкости текстильной продукции.
Традиционно разрабатывались долгосрочные стратегические планы в различных сферах деятельности предприятий, отраслей - теперь наступило время стратегических энергетических планов. При этом энергоэффективность следует рассматривать как интегральную часть системного управления предприятием и определять как отношение энергетических издержек ко всем производственным издержкам или стоимости произведенной продукции и услуг.
Для разработки и реализации программ энергосбережения в стране созданы такие научно-производственные структуры, как Центр по эффективному использованию энергии (ЦЭНЭФ), Ассоциация инженеров по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике (НП АВОК), Ассоциация энергоменеджеров (АСЭМ), Некоммерческое партнерство «Энергосбережение», Ассоциация «Российские демонстрационные зоны высокой знергетической эффективности» (РОСДЕМ), Ассоциация «Тепло России», региональные центры энергосбережения при энергетических и технических университетах.
Общие вопросы организации энергосбережения в промышленности рассмотрены в работах И.А.Башмакова, М.Х.Чоджой, Г.И.Алешина, Г.А.Вагина, А.Б.Лоскутова, А.Г.Вакулко, А.А.Злобина, М.В.Самойлова, К.Кожевникова, И.Кузника, М.Тиунова, Н.А.Сепольской, В.С.Степанова и других. Вопросы нормирования энергетических ресурсов рассматривали ученые А.Х.Сальников, Л.А.Шевченко, Г.А.В.агин, А.Б.Лоскутов.
На основании проведенного анализа научных трудов российских и зарубежных ученых в области организации и управления производством следует вывод, что на сегодняшний день в отечественной науке отсутствует методология управления энергоэффективностью текстильных предприятий. Однако потребности практики управления текстильными предприятиями требуют скорейшего создания теоретической базы и методологических основ управления энергоэффективностью, что и определило выбор темы настоящего диссертационного исследования.
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ - энергоэффективность текстильного производства как организационно-технический объект, рассматриваемый в конкурентной среде и в условиях структурной перестройки и технического перевооружения экономики текстильной отрасли промышленности, дефицита энергоресурсов и роста цен на них.
ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЯ - организация управления
энергоэффективностью текстильного производства с целью снижения
энергоемкости текстильной продукции и повышения ее
конкурентоспособности.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА И ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ диссертационного исследования заключается в разработке организационно-технической методологии управления энергоэффективностью текстильного производства.
Научная новизна состоит в следующем:
Введены новые и дополнены базовые понятия и определения, характеризующие условия функционирования и развития хозяйственных комплексов текстильной отрасли промышленности в условиях структурной перестройки и технического перевооружения экономики отрасли, дефицита энергоресурсов и роста цен на них - «организация энергоменеджмента текстильного производства», «элементы организации энергоменеджмента», «морфологическая структура организации энергоменеджмента», «управление энергоэффективностью», «показатель эффективности энергоиспользования».
Впервые проведен целостный анализ энергоэффективности текстильного производства в целом и его структурных объектов и элементов с применением инженерно-технического инструментария. На основании проведенного анализа сформулированы цели и задачи организации энергоменеджмента текстильного предприятия и его энергетической политики.
На основе изучения эволюции взглядов на проблему организации управления текстильным производством, на базе современных теорий менеджмента предприятий впервые разработана морфологическая структура организации энергоменеджмента текстильного предприятия с целью повышения энергоэффективности;
На основе изучения современного состояния теории организации разработана методика оценки состояния организации энергоменеджмента, особенностью которой является построение его организационного профиля. Построенный в работе организационный профиль энергоменеджмента текстильных предприятий позволил определить направления совершенствования организации энергоменеджмента этих предприятий.
Впервые разработана целостная организационно-техническая методология управления энергоэффективностью текстильного предприятия на основе системного анализа проблемы энергоэффективности и синтеза направлений повышения энергоэффективности:
На основе изучения современных положений теории системного анализа и синтеза проведен системный анализ проблемы энергоэффективности текстильного производства, определены целевые функции в разрешении проблем энергоэффективности.
На основе изучения и применения методов и принципов теории автоматического управления разработана аналоговая модель системы управления энергоэффективностью текстильного производства. Задающее воздействие формируется на основе нормирования потребления энергетических ресурсов, исходными данными для которого являются энергетические балансы объекта, производства (цеха), предприятия в целом.
5.3. С учетом типовых этапов проектирования баз данных
разработана инфологическая модель системы управления
энергоэффективностью.5.4. Формализован процесс формирования задающего и
управляющего воздействий в системе управления на основе
реляционного и матричного моделирования.5.5. На основе аналоговой и инфологической моделей системы
управления, реляционного и матричного моделированияуправляющего воздействия разработан алгоритм автоматизации процесса управления энергоэффективностью.
5.6. Проведены теоретические и экспериментальные исследования, на
основании которых разработаны математические модели
приоритетных (наиболее энергоемких) объектов управленческого
воздействия. В качестве параметров оптимизации в регрессионных
моделях приняты показатели эффективности энергоиспользования.
Определены наиболее значимые параметры, контроль за которыми
должен вестись в режиме реального времени.5.7. Определены и уточнены методические основы энергетического
обследования и анализа энергетических балансов текстильного
производства.5.8. Разработаны технические решения по созданию
демонстрационных зон высокой энергоэффективности на
текстильных предприятиях Костромской области. В рамках данной
диссертационной работы технические решения направлены на
повышение энергоэффективности наиболее энергоемкого сушильного
и отделочного оборудования.ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ И АПРОБАЦИЯ
РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы были представлены в докладах автора на третьем украино-российском нучно-техническом симпозиуме "Современные информационные технологии в науке, производстве и образовании"(г.Хмельницкий, Украина, 2003 г.), на Всероссийской научно-технической конференции "Современные технологии и оборудование текстильной промышленности" (ТЕКСТИЛЬ-2003) (Москва, 2003), на Международной научно-практической конференции "Управление развитием региональных экономических систем" (г. Киров, 2003), на Межрегиональной научно-технической конференции "Естественные и
17
инженерные науки - развитию регионов" (г. Братск, 2003), на VII
Всероссийской научно-технической конференции «Региональные проблемы
энергосбережения и пути их решения» (г.Н.Новгород,2003), на
Международной научно-технической конференции "Лен-2002" (Кострома,
2002), на Международной научно-методической конференции (Кострома,
2001), на Международной научно-технической конференции "Лен-2000"
(Кострома, 2000), на научно-практической конференции "Лен на пороге
XXI века" (Кострома, 2000), на Международной научно-технической
конференции "Современные наукоемкие технологии и перспективные
материалы текстильной и легкой промышленности" (г.Иваново, 1999г.), на
51-й межвузовской научно-технической конференции, посвященной
55-летию Костромской области (Кострома, 1998 г.), на Международной
научно - технической конференции "Лен-98" (Кострома, 1998 г.), на
Международной научно-технической конференции "Теория и практика
разработки оптимальных технологических процессов и конструкций в
текстильной промышленности" (г. Иваново, 1997 г.), на Международной
научно - практической конференции (г. Ташкент, ТИТЛП, 1997 г.), на
Республиканской научно-технической конференции "Лен-92" (Кострома,
1992г.), на Республиканской научно-технической конференции "Пути
совершенствования технологии и оборудования для переработки льняных
волокон в льняной отрасли" (Кострома, 1992 г.), на Всесоюзной научно-
технической конференции "Создание и внедрение современных аппаратов с
активными гидродинамическими режимами" (Москва, 1989 г.), на
Всесоюзной научно-технической конференции "Разработка новых и
интенсифиция существующих технологических процессовхлопчатобумажной промышленности" (г.Иваново, 1983 г.), на Втором всесоюзном научно-техническом совещании "Создание и внедрение современных аппаратов с активными гидродинамическими режимами" (Москва, 1981 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции
18 "Создание и внедрение современных аппаратов с активными гидродинамическими режимами"(Москва, 1978г.) и других конференциях.
Материалы диссертации доложены и обсуждены на профессорском
семинаре Костромского государственного технологического университета,
расширенном заседании кафедр экономики и управления, экономики
отраслей промышленности Костромского государственноготехнологического университета.
Разработанная в диссертации организационно-техническая методология организации управления энергоэффективностью использована при разработке Региональной целевой программы «Энергоэффективная экономика Костромской области» на период до 2010 года, руководителем которой является автор данной работы.
Материалы диссертационного исследования используются при выполнении хоздоговорных научно-исследовательских работ на 6-ти предприятиях различных отраслей промышленности Костромской области, проводимых под руководством автора.
В рамках данного диссертационного исследования проведено энергетическое обследование (энергоаудит) текстильных предприятий Костромской области, позволившее определить направления использования электрической и тепловой энергии, определить наиболее энергоемкие объекты, выявить непроизводительные потери энергии и определить потенциал энергосбережения. Составлены сводные энергетические балансы текстильной отрасли промышленности Костромской области, энергетические балансы отдельных аппаратов и установок, позволившие разрабатывать программы энергосбережения на данных предприятиях. Морфологический анализ состояния энергоменеджмента на ОАО «Костромской льнокомбинат им.Зворыкина» привел руководство холдинга к осознанию факта необходимости разработки и создания организации управления энергоэффективностью производства, включающего и
19 нормирование потребления энергетических ресурсов отдельными аппаратами, установками, цехами и предприятием в целом. Разработан проект такой системы и план ее внедрения на 2004 год. Ряд технических решений по повышению энергоэффективности наиболее энергоемкого сушильного и отделочного оборудования внедрены на текстильных предприятиях Костромской области: ОАО «Костромское льнообъединение» (методы повышения энергоэффективности аппаратов типа АКД и СКД), ОАО «Костромской льнокомбинат» (регенерация тепловой энергии сбросного воздуха сушильных установок СП-8Л2, реконструкция системы конденсатоотвода), ОАО «Большая Костромская льняная мануфактура» (повышение энергоэффективности зрельника «Ариоли», аппаратов фирмы «Обермайер»), на Угличском льнозаводе (утилизация тепловой энергии сушильных установок).
Монографии автора «Организация энергетического менеджмента текстильного предприятия», «Системотехнические основы повышения энергоэффективности текстильного производства», учебное пособие с грифом учебно-методического объединения по образованию в области технологии и проектирования текстильных изделий «Энергосбережение при производстве натуральных волокон» используются студентами и преподавателями ВУЗа при изучении дисциплин «Менеджмент», «Энергоаудит и энергоменеджмент», «Социально-экономические аспекты энергосбережения» и общепрофессиональных энергетических дисциплин.
По результатам работы автором единолично опубликовано 2 монографии объемом 26,94 п.л., учебное пособие с грифом УМО объемом 6,94 п.л., учебное пособие объемом 2,25 п.л. Список публикаций автора по теме диссертационного исследования включает 67 работ общим объемом 57,21 п.л. [в том числе: 16 статей в журнале Известия ВУЗов «Технология текстильной промышленности» (2,99 п.л.), 1 статья в Збірник наукових праць «Нові інформаційні технології в вирішенні проблем виробництва,
20 екологіі, освіти, управління та права» (0,12 п.л.), 8 статей в сборниках научных трудов (1,48 п.л.), 2 статьи в журнале «Вестник Костромского государственного технологического университета» (0,43п.л.), Региональная целевая программа «Энергоэффективная экономика Костромской области» на период до 2010 года (12,5 п.л.), депонировано 3 работы (0,82 п.л.), другие печатные публикации и тезисы к докладам на научных конференциях]. Кроме того, зарегистрировано 28 рукописных отчетов по хоздоговорным научно-исследовательским работам, выполненным под руководством соискателя диссертационной работы.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, содержит 380 страниц машинописного текста, в т.ч. десять приложений объемом 15 страниц, 64 рисунка, 28 таблиц, библиографический список включает 268 наименований.
Во введении обоснована актуальность проведенного исследования, сформулирована цель работы и решенные для достижения указанной цели задачи, определены предмет и объект исследования, методологическая основа исследований, научная новизна и теоретическая значимость диссертационного исследования, степень разработанности темы, практическая ценность и апробация работы.
В первой главе «Организация управления энергоэффективностью и ее специфика в условиях текстильного производства» рассмотрена эволюция взглядов на проблему организации управления текстильного производства. Проведено обоснование энергетического подхода к анализу экономики текстильного производства, дана характеристика энергоэффективности как объекта управления, проведен анализ динамики производства и энергетических затрат в текстильной промышленности, прогнозируемые тенденции развития текстильной промышленности в целом по Российской Федерации и для отдельных регионов (Костромская область, Ивановская область), рассмотрена динамика потребления
21
энергетических ресурсов текстильной промышленностью Костромской и
Ивановской областей. Уточнены и адаптированы к условиям текстильного
производства принципы нормирования энергетических ресурсов, на
основании которых реализуется управленческая функция норм. Разработана
морфология эффективности организации управления использованием
энергии, включающая энергетическую политику предприятия,
организационную структуру энергоменеджмента, мотивациюэнергоэффективности, информационное обеспечение энергоменеджмента,
маркетинг энергоэффективности, инвестирование энергосберегающих
проектов, финансирование энергосбережения, разработана методика оценки
состояния организации энергоменеджмента путем построения его
организационного профиля, приведена структура организационно-
технической методологии управления энергоэффективностью текстильного
производства. Изложена структура диссертационной работы, направленная
на разработку организационно-технической методологии управления
энергоэффективностью текстильного производства, основанной на
системном анализе и синтезе проблемы управления энергоэффективностью.
Во второй главе «Системный анализ энергоэффективности
текстильного производства» на основании системного подхода проведен
анализ энергоэффективности текстильного производства. Сложность
проблемы энергоэффективности текстильного производства и высокой
энергоемкости текстильной продукции состоит в том, что она должна
рассматриваться как совокупность проблем повышенияэнергоэффективности отдельных производств, процессов, оборудования с различными способами использования и преобразования различных видов энергии. Разработана блок-схема взаимосвязей основных этапов системного анализа и синтеза проблемы энергоэффективности. На первом этапе проведен анализ энергоэффективности текстильного производства путем составления и анализа энергетических балансов, рассчитанных по
22 результатам энергетических обследований крупных текстильных предприятий Костромской области. Проведена декомпозиция основной цели энергоэффективности, декомпозиция цели - разработка функционально-информационной структуры системы управления энергоэффективностью, определено необходимое организационное обеспечение функционально-информационной структуры управления энергоэффективностью.
В третьей главе «Система управления энергоэффективностью» изложены теоретические положения по разработке инфологической и аналоговой моделей системы управления энергоэффективностью. Для разработки аналоговой модели системы управления энергоэффективностью текстильного производства использованы методы и принципы теории автоматического управления. Выделены три уровня управления энергоэффективностью текстильного предприятия. На каждом уровне и в целом для системы применяется комбинированный принцип управления, предусматривающий использование информации одновременно о трех воздействиях (задающем, внешнем возмущающем и управляющем воздействиях). Разработан метод формирования управляющего воздействия, включающий:
Моделирование систем контроля и управления с целью формализации задач и составления математических моделей на каждом уровне контроля и управления.
Программирование задач с целью автоматизации процесса контроля и управления энергоэффективностью.
В четвертой главе «Моделирование энергоэффективности
оборудования отделочного производства» разработаны математические
модели энергоемкого оборудования отделочного производства, целевыми
функциями в которых являются показатели энергоэффективности или
определяющие их параметры. Наиболее энергоемкими в отделочном
23 производстве являются процессы механического обезвоживания и сушки пряжи в паковках. В четвертой главе разрабатываются математические модели этих процессов, позволяющие определить наиболее значимые факторы, контроль которых должен быть обеспечен при формировании управляющего воздействия в системе управления энергоэффективностью текстильного производства. В основу построения математических моделей энергопотребляющих объектов положены экспериментальные исследования. Для повышения эффективности экспериментальных исследований в работе применяются математические методы планирования и анализа эксперимента.
В пятой главе «Энергетический аудит текстильного предприятия» определены и уточнены методические основы проведения энергетического аудита и анализа его результатов, составления сводных энергетических балансов с учетом специфики текстильного производства, приведены энергетические балансы по отдельным видам наиболее энергоемкого оборудования отделочного производства, рассмотрена методика оценки эффективности энергосберегающих мероприятий и проектов. В работе выделены группы мероприятий, обеспечивающих эффективное и рациональное использование топливно-энергетических ресурсов, и проведен их анализ. В качестве общего показателя эффективности использования энергии принят коэффициент полезного использования, который определяет долю полезно потребленной энергии в расходе энергоресурса. Доказано, что при определении показателей энергосбережения необходимо учитывать и экономическую закономерность изменения стоимости потерь по звеньям энергетического процесса, а также по их качеству. Это положение относится и к методике определения энергетического потенциала энергосбережения.
В шестой главе «Демонстрационные зоны высокой энергоэффективности» приведены удельные расходы тепловой энергии на
24 единицу продукции (тонна пряжи или м2 ткани) для основных видов оборудования отделочного производства. Для наиболее энергоемкого оборудования разработаны практически реализуемые рекомендации по повышению его энергоэффективности, что согласуется с решением задачи создания на предприятии демонстрационных зон высокой энергоэффективности. В этих зонах предусматривается: вторичное использование тепловой энергии отводимого пара при отжиме пряжи в паковках, снижение затрат энергоресурсов при осушении воздуха в аппаратах типа СКД, совершенствование гидравлической схемы циркуляционного контура сушильного аппарата СКД с целью снижения затрат энергии на перемещение теплоносителя, снижение непроизводительных перетечек жидкости в красильных аппаратах типа АКД, рекуперация тепловой энергии горячего воздуха в установках для сушки пряжи мокрого прядения, выполнение мероприятий по снижению энергоемкости зрельника «Ариоли», реконструкция системы конденсатоотвода на льнокомбинате с целью увеличения коэффициента возврата конденсата на ТЭЦ и вторичному использованию тепловой энергии конденсата в технологических процессах отделочного производства.
В заключении сформулированы основные положения
организационно-технической методологии управленияэнергоэффективностью текстильного производства, приведены теоретические обобщения, выводы по результатам диссертационного исследования.
В приложениях представлены документы, подтверждающие практическую реализацию результатов диссертационного исследования.
Обоснование энергетического подхода к анализу экономики текстильного производства
В настоящее время энергетический взгляд на теоретические основания науки управления экономикой производства выходит на передний план. Профессор А. И. Субетто рассматривает экономику как форму воспроизводства жизни на основе производства вещества (вещественных продуктов), информации и энергии. Указывает на то, что экономика есть энергообмен между человеком и природой, это есть хозяйственное энергопотребление для обеспечения воспроизводства жизни [42 + 46]. А. И. Субетто отмечает, что актуальность энергетического взгляда на экономику объясняется экологической критикой со стороны Природы (Биосферы, Земли-Геи) социально-экономического устройства бытия человека, которую можно рассматривать как критику экономического разума человечества. Она ставит теоретические императивы перед экономической наукой, т.е. экономическим разумом: отказа от теоретической замкнутости рассмотрения экономики, при котором природный фактор, энергообмен между экономикой и природой выводится за пределы экономической теории, в лучшем случае частично учитывается только через категорию ренты; и переход к теоретической системе эко-экономики. Этот «отказ» фактически означает смену парадигм теоретико-экономических построений. В этой смене энергетический взгляд приобретает особое значение. Основополагающей при формулировании энергетического взгляда на теоретические проблемы экономики является аксиома: Экономическая система есть открытая система, находящаяся в состоянии обмена с окружающей средой по 3-м компонентам — веществу, энергии и информации. Соответственно рассматривается единство вещество-номики, энерго-номики, информо-номики. При этом энерго-номика - базисная, по отношению к двум другим наукам [42 - - 46].
Действует система «принципов дополнительности» в теоретическом осмыслении экономики как энерго-номики . энерго-трудовой дополнительности, энерго-информационной дополнительности, энерговещественной дополнительности. Эти принципы отражают различные отношения между энергетикой и трудом, информацией, вещными факторами.
Введение категории энергостоимости усложняет диалектику функционирования «экономической ценности», определяет диалектику взаимодействия диалектических пар: стоимость - потребительская «стоимость», «стоимость — энергостоимость», «потребительная стоимость — энергостоимость». Это указывает на особое значение энергии как основания экономических процессов [46].
Чтобы достигнуть равного с западными европейцами уровня социально-экономического развития, на каждого россиянина нужно затрачивать энергии в среднем в три раза больше (здесь надо учитывать, что энергии на отопление жилых, коммунальных и производственных зданий достигает 30-40% от общей величины энергопотребления. Такова плата за холодную зиму и суровый климат). Причем, по имеющимся оценкам, оптимальный уровень энергопотребления в России, позволяющий ей войти в круг высокоразвитых стран, должен составлять не менее 14,2 тонн условного топлива в год на одного человека. Для сравнения этот показатель в Японии равен 4,5, во Франции - 5,1, в Германии - 6,1, в США - 11,0 [47]. При равной производительности и других равных условиях по факторам производства экономические системы с более высокой энергостоимостью требуют более мощного развитого энергетического базиса хозяйствования. Конкурентоспособность экономических систем более высокой энергостоимости при равных условиях развития может обеспечиваться только за счет понижения цены (стоимости) энергии, что требует опережающих темпов роста энергоотдачи в этих системах.
Энерго-номика через энергостоимость экономики и соответственно национального валового продукта определяет энергетическую цену рубля, единицы валового продукта, всех производимых продуктов и услуг.
Анализ состояния энергоэффективности текстильного производства
Основными видами энергии, потребляемой в текстильной промышленности, являются тепловая и электрическая энергии. Нами были составлены балансы потребления тепловой и электрической энергии текстильным производством.
Для определения основных направлений повышения
энергоэффективности а, следовательно, и конкурентоспособности текстильного производства использованы усредненные показатели энергопотребления по направлениям использования в процентах к общему энергопотреблению, определенному из официальной статистической информации Костромского областного комитета государственной статистики [169, 170, 173].
Проанализировано энергопотребление основных текстильных предприятий Костромской области: ООО «Костромской льнокомбинат», ЗАО «Большая Костромская льняная мануфактура», ООО «Костромское льняное объединение», АОЗТ «Хохлома» (Костромская хлопкопрядильная мануфактура).
На этих предприятиях работает более 5000 костромичей. Доля затрат на энергоресурсы в общих затратах производства составляет от 18,7% до 22,3% [172].
На территории ООО «Костромской льнокомбинат» расположены здания: прядильного производства, ткацкого производства, бельно-отделочного производства, цеха оправки льна, склада льна, административного корпуса, гаража и транспортного цеха, центральной механической мастерской, компрессорной, центрального склада и вентиляционного отдела, строительного отдела, электроотдела, склада МТС, склада химикатов, склада готовой продукции, овощехранилища, физкультурно-оздоровительного комплекса, магазина, очистных сооружений.
ЗАО «Большая Костромская льняная мануфактура» включает здания основных производств (прядильного, ткацкого, бельно-отделочного), вспомогательных производств (центральной компрессорной станции, станции водоподготовки, центральных механических мастерских, пилорамы, цеха деревообработки, цеха механизации), гаража, различных складских помещений, здание управления.
ООО «Костромское льняное объединение» объединяет территории двух фабрик: прядильной и ткацкой, на которых расположены здания основных производств (прядильного, ткацкого, бельно-отделочного), вспомогательных производств (компрессорной, транспортного цеха, электроотдела, строительного отдела, мастерских паросилового хозяйства), двадцати складов различного назначения, управления, гаражей.
В состав АОЗТ «Хохлома» входят производственные и вспомогательные корпуса: прядильный, крутильный, административно-бытовой, хлопковый склад, мастерские, трансформаторная подстанция и распределительные устройства системы электроснабжения, гараж, столовая.
Такая инфраструктура указанных предприятий, характерная для большинства предприятий текстильной отрасли, предполагает различные направления использования энергоресурсов. В таблицах 2.1 и 2.2 и диаграммах (рис.2.2 и рис.2.3) приведены балансы электрической и тепловой энергии по направлениям использования для рассматриваемых предприятий Костромской области. Анализ энергопотребления различными текстильными предприятиями Костромской области позволил нам составить энергетические балансы текстильного производства по направлениям использования энергии [164]. Расходные части балансов электрической и тепловой энергии представлены на диаграммах рис.2.4 и рис.2.5.
Анализ сводных по отрасли фактических энергобалансов показывает, что 60% электроэнергии и 32% тепловой энергии, потребляемых текстильным предприятием, расходуется в технологических процессах.
В соответствии с логикой последовательного решения проблемы энергоэффективности следует в первую очередь обратить внимание на наиболее энергоемкие направления использования энергии.
Поэтому далее мы рассматриваем средний расход тепловой и электрической энергии на технологические процессы по отдельным стадиям текстильного производства на основных текстильных предприятиях Костромской области [169,170].
Разработка аналоговой модели системы управления энергоэффективностью
Система управления образуется как совокупность двух подсистем: управляющей и управляемой (объект управления). Управляющая подсистема формирует управляющие воздействия G(t), управляемая подсистема (объект управления) находится под воздействием управляющих воздействий. Воздействия управляющей системы на объект управления рассматриваются как процесс, как последовательная смена значений управляющих воздействий G(t). Реляционная модель формирования управляющего воздействия представлена в таблице 3.1. Задающее воздействие q(t) формируется на основе нормирования потребления энергоресурсов, исходными данными для которого являются энергетические балансы отдельных объектов (установка, аппарат, технологическая линия, коммуникации), цеха (прядильно-приготовительный, прядильный, ткацко-приготовительный, ткацкий, отделочный, котельная, вспомогательный), предприятия в целом.
Нормы расхода ТЭР разрабатываются на единицу готовой продукции (тонну пряжи, м2 ткани и т.д.) или единицу работы (компрессор, холодильник и т.д.), выраженную в натуральных единицах, принятых в планировании. В текстильной отрасли промышленности, выпускающей продукцию широкой номенклатуры, нормы расхода можно устанавливать на 1000 руб. товарной продукции.
Внешнее воздействие f(t) (изменения количества, качества, параметров энергии, внедрение энергосберегающих проектов, выполнение мероприятий по энергосбережению, например, частотно-регулируемый электропривод, теплоизоляция, утилизация тепловой энергии и т. д.) изменяется по известным и случайным законам. Протеканию технологических процессов, связанных с преобразованиями энергии, сопутствует действие множества факторов, влияющих на его ход и имеющих чаще всего случайный характер.
Детерминировать процесс таким образом, чтобы все факторы в любой момент времени были бы заранее учтены, невозможно. Учет возникающих ситуаций с целью воздействия на процесс таким образом, чтобы его ход отвечал задачам, которые решает этот процесс, возможно только путем управления за счет оперативного вмешательства в процесс каждый раз, когда появляются тенденции к отклонению или сами отклонения в ходе протекания процесса.
Функциональные системы возникли под воздействием внешней среды благодаря качественному упорядочению связей: информация как отражение, как сигнал отклонения стала образовывать (в виде отрицательной обратной связи) замкнутые контуры саморегуляции — гомеостаз [89].
Обратная связь в системе управления энергоэффективностью (значение управляемого параметра) формируется как выход низшего уровня управления и вход для высшего уровня. Значения Е, W, Впр, Вс, Вт определяются из уравнений энергетических балансов, составляемых на всех уровнях управления (например, [116, 169, 170, 171,172]). В системе управления предусмотрено дополнительное управляющее воздействие Gfl(t), направленное на повышение уровня подготовки сотрудников и рабочих в вопросах энергосбережения, обеспечение инженеров и рабочих информацией о методах и средствах повышения эффективности использования энергии. Дополнительное управляющее воздействие включает и две группы информационных документов, составляющих организационное и методическое обеспечение системы управления. Под организационным обеспечением мы понимаем совокупность организационно-распорядительной документации, регламентирующей порядок выполнения функций управления, уточняющей, кто, что и когда должен выполнить. Сюда относятся организационные стандарты, положения о подразделениях, должностные инструкции, некоторые приказы, распоряжения и указания. Методическое обеспечение — это совокупность методик и методических указаний, регламентирующих, как должны выполняться те или иные функции. Аналоговая модель разрабатываемой системы управления энергоэффективностью представлена на рис.3.2. На схеме приняты следующие обозначения: УСПД - устройство сбора, обработки и передачи данных; НПЭ - нормирование потребления энергии; ЭБ - энергетический баланс; УУ - устройство управления; ОУ — объект управления.
База данных в данной системе представляет собой интегрированную совокупность специальным образом организованных (структурированных) данных и связей между ними. Иными словами это датологическое представление информации о предметной области. Проектирование базы данных начинается с анализа предметной области и возможных запросов пользователей. В данной системе управления предметной областью является энергоэффективность текстильного производства. Пользователи - персонал энергетического менеджмента. Потребности указанных пользователей в информационном обеспечении рассмотрены нами в первой главе работы. Процесс проектирования базы данных можно разбить л на ряд взаимосвязанных этапов, каждый из которых обладает своими особенностями и методами поведения.
Математические методы планирования и анализа эксперимента
Планирование эксперимента - одно из направлений научных исследований процессов, связанное с системным анализом и теорией принятия решений [201]. Математическое моделирование эксперимента основано на таких математических дисциплинах, как теория вероятностей и математическая статистика, так как предполагает задание некоторого комплекса 2- условий, допускающего неофаниченное число повторений, и изучение определенного круга событий, которые могут наступать в результате осуществления этих условий [202, 203, 204, 205, 206]. Выбор экспериментатором некоторых из условий 2 и является планированием эксперимента. Ряд оригинальных направлений в теории планирования эксперимента основан на использовании методов вычислительной математики [207].
Возможность планирования возникает в том случае, если имеется множество совокупностей условий tj, t2,..., причем каждая из совокупностей условий t, может дать ответ на исследуемый вопрос. Предполагается, что для каждого t; определено значение затрат 5(/,) = 5,, tt еУ(/є/), где J и I -заданные множества, и задача состоит в выборе такого і, при котором Sj минимально. Множество J при этом может иметь достаточно сложную природу, и следует предполагать, что функция S офаничена снизу на J.
В системе управления энергоэффективностью адекватная математическая модель энергопотребляющего объекта должна определяться при минимально возможной длительности экспериментальных исследований. Поэтому в данной работе мы применяем теорию факторного планирования [208, 209. 222, 223, 224, 225], которая позволяет строить экономичные планы эксперимента. В точках такого плана по результатам измерений можно проводить просто реализуемые процедуры статистических выводов о неизвестных параметрах полиномиальных функций регрессии. Процедура факторного анализа состоит в переходе от высокоразмерного пространства, выраженного матрицей {уу}, (i=l,2,...,m; j=l,2,...,п) значений i-x показателей в j-x экспериментах (наблюдениях), к низкоразмерному факторному пространству {гу}, (i=l,2,...,m; j=l,2,...,k; к т, k=k(m)), описываемых для i-x показателей.
В проведенных исследованиях энергопотребляющих объектов применялись двухуровневые планы, т.е. такие планы, факторы в которых принимают значения только на двух уровнях [222]. Это связано с тремя обстоятельствами. Во-первых, если какой-либо фактор Xj принимает значения на S уровнях, то можно заменить этот фактор на S новых двухуровневых факторов, соответствующих уровням факторов (т.е. рассматривая каждый уровень фактора Xj в качестве нового фактора). Во-вторых, даже если фактор может принимать значения на многих уровнях, то часто выбирают только два крайних, считая при этом, что чем больше различие в значениях факторов, тем точнее оценки по методу наименьших квадратов неизвестных параметров функции регрессии (для линейной функции (4.7) это всегда верно). В-третьих, при проведении реального эксперимента факторы могут либо присутствовать, либо отсутствовать, т.е. имеют только два значения.
На текстильных предприятиях предусмотренная технологией сушка пряжи и ровницы после влажностной обработки происходит при избыточном давлении воздуха в аппаратах типа СКД. Процесс характеризуется высокой энергоемкостью [169, 172].
Для определения зависимости прямых обобщенных энергозатрат от вышеперечисленных входных факторов методом корреляционного анализа составляем регрессионную многофакторную модель.
Для этого был проведен ряд экспериментов, заключающихся в установлении конкретных значений прямых обобщенных энергозатрат при различных входных параметрах, лежащих в каком-то определенном диапазоне. По результатам эксперимента были определены нулевые уровни факторов и интервалы их варьирования, которые требуются для начала расчета.
Похожие диссертации на Организация управления энергоэффективностью текстильного производства
