张竞铭，王 坚，戴毅茹

（同济大学CIMS 研究中心，上海 201804）

0 引言

随着社会的进步和人类对管理的认识逐步深化，仅依靠订单和生产来维系其生存的企业已经很难有发展的前途了，保护环境、倡导安全生产、关注员工职业健康以及在完成生产任务的前提下最小化能源消耗等诸多问题已成为现代企业管理中重要的部分。

复杂产品制造企业由于其涉及的生产过程数量众多、能源消耗巨大、对环境和人员的影响较大，所以如能在这些方面加强管理，将会产生非常巨大的经济和社会效益。本文以石油天然气工业通行的HSE（职业健康、安全生产和环境管理）管理体系思想为基础，加入了对能源消耗的管理内容，提出了以B/S 结构为载体的适用于复杂产品制造企业的HSEE 综合管理平台的设计方法。

1 平台设计

复杂产品制造业是一种特殊的产业，既有技术密集型产业的特点，在某些方面也兼有劳动密集型产业的性质。在生产方面，较为依赖高技术含量的设备、装置和工艺，但是对于劳动力的使用量也很大；在人员构成方面，科技人员和一线生产人员的比例较为接近；在产品方面，科技含量高、性能复杂，但是更新换代速度不快，产品开发过程较长。

针对复杂产品制造业的特点以及该行业对于健康、安全、环境和能源管理的需求，同济大学CIMS 研究中心在石油化工企业推行的HSE（健康、安全、环境）管理体系的基础上提出了结合能源管理的HSEE（健康、安全、环境、能源）综合管理平台，将实际工作中密不可分的四块内容整合到一个信息平台下进行管理。

1.1 设计的理念、思想及目的

HSEE 平台的设计体现了根据不同业务需求按时间进行事前、事中、事后管理，并形成PDCA 循环的理念。按照 “系统” 的思想对平台的四个分系统进行管理，数据获取方面采用分布式数据采集与人机交互界面录入相结合的方式进行，将采集到的数据统一存放于HSEE 平台数据仓库，使得各系统使用统一的数据源，能很好的解决过往企业使用众多信息管理系统造成的信息孤岛问题，也确保了基础信息的一致性和唯一性，并能以统一的标准在各系统间进行信息交互和共享。

HSEE 平台的设计初衷是为了满足企业对于员工的职业健康、生产安全管理、环境保护管理和能源管理的日常需求，为各级管理人员对于数据统计分析处理的提供方便，并为最高管理者的决策提供支持，通过使用一个系统化的平台来提高各级人员的工作效率、降低企业信息化运营成本。

1.2 系统设计

（1）机制设计。HSEE 平台的设计基于ASP.NET 的基础框架，该框架是一种能很好的应用于创建动态Web页的服务器端技术，主要用于Web 应用程序和Web 服务技术的开发。ASP.NET 的运行机制如图1 所示。

图1 ASP.NET 运行机制Fig.1 The operating mechanism of ASP.NET

（2）架构设计。在对平台进行系统架构设计时，主要考虑尽量提高各子系统的内聚性、降低子系统间的耦合度；对于子系统内的模块也尽可能地在设计时考虑这一原则。不过由于能源管理子系统的特殊性，能耗预测、供需平衡分析、能耗优化仿真及其调度等功能的实现需要以数据的采集、统计作为依托，使得这一特定子系统各模块间的耦合度较高。

通过以上分析并结合当下用户对软件系统维护性、操作性及运营成本越来越高的要求，决定采用B/S 结构（Browser/Server，即浏览器/服务器模式）作为HSEE 平台的网络结构模式。由于B/S 结构是典型的分布式应用程序结构，故在软件体系架构设计时采用分层式结构： 将系统自表及里分为表现层（UIL）、业务逻辑层（又称领域层/BLL）、数据访问层（DAL）三个逻辑层，这样不仅在开发时就使程序具有高度伸缩性和灵活性，还易于分工协作、代码重用、修改维护和对功能的扩展。本系统的构架设计如图2 所示。

表示层： 为用户提供人机交互界面，利用ASP.NET Web 应用程序和XML Web services 形成可以提供丰富、灵活和可交互性强的用户界面。

业务逻辑层： 提供关键业务及其数据的处理，主要进行业务处理的逻辑判断和数据判断及处理。

数据访问层： 负责数据库的访问，为业务逻辑层提供数据并根据传入的数据及对其的操作要求进行增删改查的操作。

图2 系统构架设计Fig.2 The design of system framework

2 功能设计及实现

HSEE 综合管理平台功能分为两大块： 基本功能模块和业务功能模块。基本功能模块包括用户权限管理、数据管理和系统配置三个功能单元，业务功能模块按照职业健康（H）、安全生产（S）、环境保护（E）和能源管理（E）分为四个子模块，四个子模块中不仅包括了组织架构管理、培训管理、通知通告、知识库和信息提醒等功能相同但管理内容不同的功能单元，又包括了根据各自业务需求而设置的功能单元，如图3 所示。

图3 HSEE 平台功能模块Fig.3 Function modules of HSEE platfrom

下面以平台能源管理子系统为例，介绍能耗统计、能效评估、供需平衡分析三个典型模块的功能。

2.1 能耗统计

复杂制造企业的能源消耗统计方式与普通企业类似，常见的有现场实时采集、人工输入和电子文档导入三种方式，本系统将上述三种途径获取的能耗数据分别放入三张数据表中，再根据预先设定的策略对来自不同路径的同一数据进行比较分析及处理，并将处理完的数据存放至最终的能耗数据表中。

2.2 能效评估

利用层次分析法结合企业实际生产经验的方法，对企业生产最为常用的能源进行评估体系构建，按照经济能效指标、技术能效指标、管理能效指标和环境能效指标的分类分别定出各项指标。能效评估的另一项重要作用是对企业的节能潜力分析提供基础。图4 所示为软件运行结果的典型界面。

图4 能效评估结果界面Fig.4 The interface of energy efficiency assessment

2.3 供需平衡分析

能源供需平衡分析的目的是帮助企业在生产中更有计划地规划能源的分配，利用能耗预测得出的预计消耗值作为能源使用规划基准与实际值进行对比，并将对比结果作为下一周期能耗预测的输入来完善预测值，形成一个预测→对比→0 预测的闭环分析方案，使得每个周期开始前的预测趋向精确，实现能源消耗管理从事中、事后管理模式向事前管理的转变，如图5 所示。

3 结束语

图5 闭环平衡分析Fig.5 Closed loop balance analysis

本系统针对复杂制造企业的特点，充分利用了网络和计算机技术的优势，能够帮助企业在职业健康、安全生产、环境保护和能源管理方面实现管理方式突破以及管理效果的飞跃。但是本系统开发设计时对不同生产流程及业务流程的通用性不强，需要针对企业进行调研并根据业务需求定制流程，对于企业实施提出了较高的要求。今后可以在系统现有功能的基础上加上工作流建模的方法，以达到业务实现过程自动化且用户可以自行调整的目的。

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